https://hdl.handle.net/1884/39707 Thu, 11 Jun 2026 22:35:02 GMT 2026-06-11T22:35:02Z https://hdl.handle.net/1884/105509 Registro automático de nuvens de pontos 3D geradas por laser scaner terretre [sic] utilizando aproximação em multiescala e ajuste global de estações em circuitos fechados Resumo: A reconstrução 3D de ambientes é um tema de interesse em diversas áreas do conhecimento. Nesse contexto, o Laser Scaner Terrestre (LST) é um instrumento preciso que usa o sensoriamento remoto ativo para levantar ambientes complexos. Contudo, devido ao seu modo de operação, as nuvens de pontos 3D geradas pelo sensor sofrem com oclusões na linha de visão do laser. Diante disso, a varredura completa de uma cena ou objeto em 3D só é possível caso se posicione o equipamento em diferentes locais, onde a cada nova posição se estabelece um sistema de coordenadas relativo àquela estação. A consequência disso é que, ao visualizar os dados salvos pelo sensor, as nuvens de pontos 3D se sobrepõem de forma arbitrária no espaço 3D. Para obter um modelo 3D globalmente consistente com as nuvens de pontos é necessário reconstruir a trajetória do sensor, isto é, obter a posição e orientação relativa das nuvens entre si. Esse problema é conhecido como Registro de Nuvens de Pontos 3D, ele consiste em estimar os parâmetros de rotação e translação entre as estações do LST, chamadas de poses, através das nuvens de pontos. Para solucionar este problema, propomos um modelo dividido em duas etapas. A primeira etapa consiste no registro par-a-par das nuvens de pontos em modo coarse-to-fine. Especificamente, aplicamos os algoritmos Fast Global Registration para a etapa coarse e o algoritmo Generalized Iterative Closest Point para o refinamento. Ambos são implementados com adaptações para operar em nuvens de pontos obtidas por LST, tais como a detecção de keypoints no registro global e a amostragem em multiescala durante o refinamento. As múltiplas amostragens e o uso de keypoints reduz significativamente o tempo do registro par-a-par. Na segunda etapa do modelo abordamos o problema do drift, nela realizamos um ajuste global do circuito para distribuir o erro que se acumula no registro dos pares de nuvens de pontos. Para isto, as poses relativas do LST são mapeadas em dual quatérnios, que são compostos nas duas direções do circuito, gerando duas poses para cada estação do LST. O erro de fechamento do circuito é mitigado ao se aplicar a técnica Screw Linear Interpolation (ScLERP) entre as duas poses. A principal vantagem desse modelo é tratar rotações e translações de forma acoplada em uma única etapa de interpolação linear. Para testar os modelos, um conjunto de cinco datasets foi obtido em ambientes internos e externos, totalizando 99 nuvens de pontos. Os resultados mostram que o método de registro par-a-par proposto é capaz de registrar, em média, 80% dos pares corretamente, enquanto o modelo de ajuste global reduziu o drift em até 40 % em nos circuitos testados quando comparado a outros modelos lineares; Abstract: 3D environment reconstruction is a subject of interest across various fields of knowledge. In this context, the Terrestrial Laser Scanner (TLS) is an instrument that employs active remote sensing of the Light Detection and Ranging (LiDAR) type to profile complex environments. However, due to its operating mode, the 3D point clouds generated by the sensor suffer from line-of-sight occlusions. Consequently, a complete 3D profiling of a scene or object is only possible by positioning the equipment at different locations, where each new scan station establishes its own relative coordinate system. As a result, the raw data collected by the sensor consists of 3D point clouds that overlap arbitrarily in 3D space. To obtain a globally consistent 3D model, it is necessary to reconstruct the sensor's trajectory by determining the relative position and orientation between the clouds. This problem, known as 3D Point Cloud Registration, consists of estimating the rotation and translation parameters (poses) between TLS stations through the point cloud data. To solve this problem, this thesis proposes a two-stage model. The first stage performs coarse-to-fine pairwise registration. Specifically, the Fast Global Registration algorithm is applied for the coarse stage, followed by the Generalized Iterative Closest Point algorithm for refinement. Both are implemented with adaptations for TLS data, such as keypoint detection in the global registration and multiscale sampling during refinement. The use of multiscale sampling and keypoints significantly reduces pairwise registration time. The second stage addresses the drift problem by performing a global loop adjustment to distribute the cumulative error from pairwise registrations. For this purpose, the relative TLS poses are mapped into dual quaternions and composed in both loop directions, generating two poses for each station. The loop closure error is then mitigated by applying the Screw Linear Interpolation (ScLERP) technique between these poses. The primary advantage of this model is its ability to treat rotations and translations in a coupled manner within a single linear interpolation step. To validate the models, a set of five datasets was acquired in both indoor and outdoor environments, totaling 99 point clouds. Results indicate that the proposed pairwise registration method correctly aligns an average of 80% of the pairs, while the global adjustment model reduced drift by up to 40% in the tested circuits when compared to other linear models Orientador: Prof. Dr. Luis Augusto Koenig Veiga; Banca: Luis Augusto Koenig Veiga (Presidente da Banca), Mauricio Galo, Henrique Candido de Oliveira e Ivandro Klein; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa : Curitiba, 04/03/2026; Inclui referências; Área de concentração: Fotogrametria e Sensoriamento Remoto Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/105509 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/102108 Análise da influência da refração atmosférica na determinação de posicionamento 3D preciso utilizando estação total Resumo: Esta tese, estruturada na forma de artigos, apresenta os resultados de um estudo sobre os efeitos da refração atmosférica no posicionamento preciso de pontos na superfície terrestre utilizando estação total. O estudo de caso foi realizado na barragem da UHE Governador Jayme Canet Junior, localizada no estado do Paraná, Brasil. O primeiro artigo investiga influência das variações de temperatura, pressão e umidade ao longo do dia na determinação das coordenadas de pontos de monitoramento situados na crista da barragem, utilizando irradiação topográfica com estação total, a partir de três marcos geodésicos, que compõem a rede de referência topográfico utilizada no monitoramento da barragem, permitindo a vinculação das medições locais a um sistema de referência geodésico. O segundo artigo analisa os efeitos da refração atmosférica na determinação de desníveis, através do nivelamento trigonométrico, utilizando dados do método de nivelamento geométrico de primeira ordem como referência. O índice de refração local foi calculado de forma recíproca e simultânea entre três pilares nas margens da barragem em diferentes períodos do dia. Os resultados indicam que, mesmo após correções das distâncias em relação às condições meteorológicas, as coordenadas calculadas no primeiro artigo apresentaram discrepâncias, possivelmente devido aos efeitos da refração nas medições. Observou-se também que as coordenadas médias foram influenciadas pela posição do pilar onde a estação total foi instalada no levantamento, sendo que as maiores variações ocorreram no período da manhã, o que sugere que a incidência solar altera a temperatura do ar e, consequentemente, o índice de refração. No segundo artigo os resultados mostraram melhorias nos desníveis calculados em comparação com o valor de k = 0,13, exceto para o Pilar 3, onde a umidade devido à névoa gerada pela vazão da água pelos vertedouros afetou as medições; Abstract: This thesis, structured in the form of articles, presents the results of a study on the effects of atmospheric refraction on the precise positioning of points on the Earth's surface using a total station. The case study was conducted at the Governador Jayme Canet Junior Hydroelectric Power Plant dam, located in the state of Paraná, Brazil. The first article investigates the influence of variations in temperature, pressure, and humidity throughout the day on the determination of coordinates of monitoring points located along the crest of the dam. This was carried out using topographic radiation with a total station from three geodetic benchmarks, which compose the topographic reference network used in the dam monitoring system, enabling the connection of local measurements to a geodetic reference system. The second article analyzes the effects of atmospheric refraction on the determination of height differences through trigonometric leveling, using first-order geometric leveling data as a reference. The local refraction index was calculated reciprocally and simultaneously between three pillars located on the margins of the dam at different times of the day. The results indicate that, even after correcting distances according to meteorological conditions, the coordinates calculated in the first article showed discrepancies, possibly due to the effects of refraction on the measurements. It was also observed that the average coordinates were influenced by the position of the pillar where the total station was set up during the survey, with the greatest variations occurring in the morning period. This suggests that solar radiation alters air temperature and, consequently, the refraction index. In the second article, the results showed improvements in the calculated height differences compared to the standard value of k = 0.13, except for Pillar 3, where humidity caused by mist generated from water discharge over the spillways affected the measurements Orientador: Prof. Dr. Pedro Luis Faggion; Coorientador: Prof. Dr. Wander da Cruz; Banca: Pedro Luis Faggion (Presidente da Banca), Irineu da Silva, Luís Augusto Koenig Veiga, Fabiani das Dores Abati Miranda; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa : Curitiba, 27/03/2026; Inclui referências Thu, 01 Jan 2026 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/102108 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/41266 Evolução dinâmica do sistema Terra-Lua : um modelo semi-empírico Resumo: Os fenomenos da desaceleracao da rotacao da Terra e consequente aumento da orbita lunar vem despertando a atencao de pesquisadores das mais diversas areas da ciencia. Desenvolveu-se, neste trabalho, um modelo semi-empirico que descreve a evolucao dinamica do sistema Terra-Lua a partir de dados sobre a rotacao da Terra fornecidos pelo IERS no intervalo 1623-2000 combinados com equacoes da Mecanica Celeste que expressam a taxa de variacao temporal do semi-eixo maior (a), excentricidade (e) e inclinacao (i ) da orbita lunar em relacao a um plano inercial, o qual e perpendicular ao momento angular total do sistema Terra-Lua. Com interesse direcionado a termos seculares, foram obtidas primeiramente, equacoes em funcao do tempo, que fornecem a velocidade angular da Terra u> = u(t) e a distancia Terra-Lua a = a(t). A partir destas equacoes desenvolveu-se uma expressao para o tempo de atraso de resposta da mare (At) a forca de atracao gravitacional sofrida pela Terra, em funcao dos parametros orbitais da Lua e do tempo. O sistema de equacoes diferenciais representativo do modelo foi integrado para o passado ate 4 500 Ma pelo metodo Runge-Kutta de quarta ordem com passo constante. Deste modo, equacoes que expressam a velocidade de rotacao da Terra, a distancia Terra-Lua, a excentricidade e a inclinacao da orbita lunar foram obtidas em funcao do tempo. Os valores que resultaram deste trabalho foram comparados com aqueles obtidos por metodos que analisam registros datados para tempos geologicos derivados de pesquisas baseadas em sedimentacao maregrafica, havendo excelente concordancia entre eles. Para o passado de 620 Ma o valor encontrado para a velocidade de rotacao da Terra neste trabalho foi de 8,09 x 10~5 rad/s enquanto a analise da sedimentacao maregrafica fornece 7,99 x 10~5 rad/s. Foi realizada tambem, uma extrapolacao para o passado de 4 500 Ma, idade aproximada do surgimento do sistema Terra-Lua, aceita atualmente pela comunidade cientifica, embora, nao se tenha na literatura dados para comparacao referentes a esta epoca.; Abstract: The phenomena of the Earth's rotation deceleration and consequent Moon's retreat have attracted the attention of researches of several areas of the science. In this work, it was developed a semi-empirical model describing the dynamic evolution of the Earth- Moon system, based on data furnished by IERS (International Earth Rotation Service) from 1 623 to 2000 A.D., combined with Celestial Mechanics equations that express the time variation of the semimajor axis (a), eccentricity (e) and inclination (%) of the lunar orbit with respect to the inertial plane, which is perpendicular to the total angular momentum of the Earth-Moon system. Focusing the interest on secular terms, firstly, equations for the Earth's rotation angular velocity u - u>(t) and the Earth-Moon distance a = a(t) as functions of time were obtained. From these equations, an expression for the tidal time lag as a function of the orbital parameters of the Moon and also of the time was found. The differential equations system, which represents the model, was integrated to the past until 4500Myr by using the fourth order Runge-Kutta Method with constant step, furnishing equations that express the Earth's rotation velocity, the Earth-Moon distance, the eccentricity and inclination of the lunar orbit as functions of time. The values obtained were compared to those found by methods based on analyses of the sedimentary cyclic rhithmites, and an excellent agreement between them was found. To the past of 620 Myr the Earth's rotation velocity is found to be 8.09 x 10-5 using the models developed here while the analysis of the sedimentary rhythmites of tidal origin furnishes a value of 7.99 x 10~5 rad/s. It was also accomplished an extrapolation to the past of 4500 Myr, which is accepted nowadays by the scientific community as being the approximate age of the Earth-Moon system appearance, although there are no data in the literature that could be used to make comparisons. Orientadores: Luiz Danilo D. Ferreira e Germano B. Afonso; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa: Curitiba, 2004; Inclui bibliografia Thu, 01 Jan 2004 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/41266 2004-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/100252 Projeto centrado no usuário de infraestrutura de dados espaciais ambientais para unidades de conservação Resumo: Globalmente, áreas protegidas terrestres e marinhas são criadas e mantidas com o intuito de proteger e preservar a diversidade biológica, recursos naturais e culturais através de instrumentos legais. Para que estes espaços sejam criados e mantidos, se faz necessário o uso de dados geoespaciais ambientais e socioeconômicas que estão dispersos em diferentes órgãos das esferas de governo. Atualmente muitos destes dados são coletados de forma automática por sensores, produzidos de forma colaborativa, crowdsourcing e por pesquisas científicas. No entanto, partes destes dados estão armazenados em diferentes formatos o que dificulta a interoperabilidade entre diferentes plataformas e sistemas de decisão. Como solução, Infraestruturas de Dados Espaciais (IDE) têm sido implantadas para facilitar o gerenciamento destes dados, facilitando o intercâmbio e descoberta de dados geoespaciais. Diversas iniciativas de IDES para conservação da natureza já foram implantadas, porém, poucas foram concebidas a partir das reais necessidades de seus usuários, o que gera certa insatisfação por parte destes, além de que muitas destas IDEs acabam sendo descontinuadas ou abandonadas. Diante disso, entende-se que se as IDEs forem projetadas considerando as necessidades de seus usuários, então alcançará melhor eficácia e eficiência. Para resolução desse problema, propõe-se uma IDE Temática Ambiental (IDE-AMB) que seja implementada baseada nas necessidades de seus stakeholders, tendo como abordagem os princípios do Design Centrado no Usuário (DCU) para resolver o problema proposto. Deste modo, desenvolveu-se a pesquisa iniciando pela (1) contextualização do problema, e caracterização dos perfis dos usuários, (2) identificação das necessidades baseado nas técnicas de Engenharia de Requisitos para soluções geoespaciais descritos em Sluter et al. (2016) e (3) análise dos requisitos apoiado em métodos estatísticos. Por fim, procedeu-se à validação dos requisitos por meio workshop de co-criação de forma colaborativa utilizando técnicas da abordagem Design Thinking e SCAMPER. Como resultado final, os objetivos gerais foram atingidos através da negociação e priorização dos requisitos, resultando num conjunto de recomendações validadas pelos próprios usuários de dados geoespaciais (DG).; Abstract: Globally, terrestrial and marine protected areas are created and maintained in order to protect and preserve biological diversity, natural and cultural resources through legal instruments. In order for these spaces to be created and maintained, it is necessary to use environmental and socioeconomic geospatial data that are dispersed in different government agencies. Currently, much of this data is collected automatically by sensors, produced collaboratively, crowdsourced and by scientific research. However, parts of these data are stored in different formats, which makes interoperability between different platforms and decision systems difficult. As a solution, Spatial Data Infrastructures (SDIs) have been deployed to facilitate the management of these data, facilitating the exchange and discovery of geospatial data. Several SDI initiatives for nature conservation have already been implemented, but few have been designed based on the real needs of their users, which generates some dissatisfaction on their part, and many of these SDIs end up being discontinued or abandoned. Given this, it is understood that if SDIs are designed considering the needs of their users, then it will achieve better effectiveness and efficiency. To solve this problem, the aim was to propose an Environmental Thematic SDI (IDE-AMB) that would be implemented based on the needs of its Stakeholders, using the principles of User-Centered Design (UCD) to solve the proposed problem. In this way, the research began by (1) contextualizing the problem and characterizing the user profiles, (2) identifying the needs using the Requirements Engineering techniques for geospatial solutions described in Sluter et al. (2016) and (3) analyzing the requirements using statistical methods. Finally, the requirements were validated through a collaborative co-creation workshop using techniques from the Design Thinking and SCAMPER approaches. As a final result, the general objectives were achieved through the negotiation and prioritization of requirements, resulting in a set of recommendations validated by the geospatial data (GD) users themselves Orientadora: Profª. Drª. Silvana Philippi Camboim; Coorientador: Eduardo Vedor de Paula; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa : Curitiba, 31/08/2023; Inclui referências Sun, 01 Jan 2023 00:00:00 GMT https://hdl.handle.net/1884/100252 2023-01-01T00:00:00Z