Influência do N amostral e das características do relevo na qualidade de modelos digitais do terreno

Abstract

Resumo: Os Modelos Digitais do Terreno (MDTs) são importantes ferramentas para representação digital do relevo. MDTs são utilizados para obtenção de informações e avaliações de fenômenos e processos, tais como: modelagem do fluxo de água, suscetibilidade a movimento de massas, avaliação de riscos naturais e outros. Por esse motivo têm sido utilizados por diversos ramos da ciência, como Geotecnia, Geografia, Engenharias, Geologia e Gemorfologia. A qualidade dos MDTs e de seus atributos derivados é influenciada por fatores como escala, resolução espacial, interpolador, densidade amostral e morfologia do terreno. No tocante à densidade amostral e à morfologia do terreno, há uma escassez de estudos com o propósito de investigar as influências desses sobre a qualidade dos MDTs e atributos derivados. Esta carência é ainda maior, no que se refere à escalas iguais ou maiores do que 1:5000 e, sob características morfológicas do relevo em paisagens brasileiras. Sendo assim, o objetivo desta pesquisa foi o de verificar a influência do ?? amostral e do relevo na geração de MDTs entre as escalas 1:1000 e 1:5000. Foram analisadas três tipologias de relevo, a saber: terrenos com Índice de Concentração de Rugosidade (ICR) Ondulado, Fortemente Ondulado e Escarpado, todas situadas na região da Serra do Mar (Cajati/SP). Para o levantamento de campo foi utilizada estação total Leica TS12P, tendo sido geradas nuvens de pontos com densidades amostrais de 5,7 pontos/m² na área de ICR Ondulado, 9,6 pontos/m² na área de ICR Fortemente Ondulado e 4,5 pontos/m² na área de ICR Escarpado. Todos os pontos levantados em campo privilegiaram a máxima densidade possível e a identificação de todas as feições relevantes para caracterização do relevo. Foram separados 20 pontos de validação em cada área e gerados 24 pares de MDTs, tendo cada par o mesmo ?? amostral porém diferentes arranjos. Os pares de MDTs foram gerados a partir da densidade de 45 pontos/ha (0,0045 pontos/m²), chegando a 43200 pontos/ha (4,32 pontos/m²). Foi avaliado o enquadramento nas escalas 1:1000, 1:2000 e 1:5000 junto à NBR 13133, ao PEC nas classes A, B e C e ao PEC-PCD nas classes A, B, C e D. Foram efetuadas análises comparativas e estatísticas para os pares de MDTs, tanto para altimetria, quanto para a declividade. Os resultados demonstraram que quanto maior a classe de ICR, maior a densidade amostral necessária para garantir que MDTs gerados na mesma área, com mesmo ?? amostral, porém arranjos amostrais diferentes tenham o mesmo padrão de acurácia. A pesquisa permitiu chegar aos valores aproximados de densidade amostral que são necessários para que um MDT atinja a Classe A do PEC-PCD para as escalas 1:1000 e 1:2000, e 1:5000, nas três classes de ICR distintas. Foram deduzidas equações para o cálculo aproximado da densidade amostral necessária para que se alcance um valor desejado de acurácia (para níveis de significância de 90% e 95%). A qualidade altimétrica observada nos MDTs não foi alcançada na obtenção da declividade, a qual se mostrou extremamente sensível a quaisquer alterações na altimetria.

Abstract: The Digital Terrain Models (DTMs) are important tools for digital relief representation. DTMs are used to obtain information and assessments of phenomena and processes, such as modeling of water flow, susceptibility to mass movement, natural hazards assessment and others. For this reason it has been used for many areas of science, such as Geotechnical, Geography, Engineering, Geology and Gemorphology. The quality of the DTMs and their derived attributes is influenced by factors such as scale, spatial resolution, interpolator, sample density and terrain morphology. Regarding the sample density and terrain morphology, there is a shortage of studies in order to investigate the influence of these on the quality of DTMs and derived attributes. This shortage is even greater in relation to the scales equal to or greater than 1: 5000 and morphological characteristics under the Brazilian landscapes relief. Thus, the aim of this study was to investigate the influence of sampling density and relief characteristics in the generation of DTMs between the scales 1: 1000 and 1: 5000. Three different types of relief were analyzed: terrains with Roughness Concentration Index (RCI) Wavy, Strongly Wavy and Rugged, all located in the region of Serra do Mar (Cajati/SP). For the field survey was used total station Leica TS12P and point clouds were generated with sample density of 5.7 points/m² in the area of RCI Wavy, 9.6 points/m² in RCI Strongly Wavy area and 4.5 points/m² in the area of RCI rugged. All points measured in the field work emphasize the maximum possible density and the identification of all relevant features to characterize the relief. Twenty check points were separated into each area and 24 pairs of DTMs were generated, each pair having the same sample size but different arrangements. Pair of DTMs were generated from 45 points/ha density (0.0045 points/m²), reaching 43200 points/ha (4.32 points/m²). The acceptance on the scales 1:1000, 1:2000 and 1:5000 of the NBR 13133, the PEC in classes A, B and C and the PEC-PCD in classes A, B, C and D was evaluated. Comparative and statistical analyzes were performed for the pairs of DTMs, both altimetry, and for the slope. The results showed that the higher the RCI class, the greater sample density required to ensure that DTMs generated in the same area with the same sample size, but different arrangements have the same pattern accuracy. The study allowed to infer approximate values of sample density which are required for a DTM reach the Class A PEC-PCD for scales 1:1000 and 1:2000 and 1:5000 in the three different classes of RCI. Equations were deduced for the approximate calculation of the sample density required for achieving a desired amount of accuracy (for significance levels of 90% and 95%). The altimetric quality observed in the DTMs was not reached in obtaining the slope, which proved extremely sensitive to any changes in the altimetry.