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Type: Dissertação
Title: Análise comparativa de métodos de interpolação em modelos digitais de elevação
Author: Gomes, Francisco Carlos Moreira
First Advisor: Zaidan , Ricardo Tavares
Referee Member: Rocha, Cézar Henrique Barra
Referee Member: Menezes, Paulo Marcio Leal de
Resumo: Os modelos digitais de elevação (MDE), são os subsídios básicos para promover diversas análises ambientais ou socioespaciais. Contudo, a qualidade desses modelos tridimensionais do terreno está intimamente ligada à sua resolução espacial, de maneira que quanto maior a resolução espacial, melhor a capacidade destes produtos em representar as formas na superfície do corpo imageado. No entanto, os produtos de melhor resolução espacial, possuem um custo de aquisição oneroso, de maneira que nem sempre o poder público dispõe de recursos para sua aquisição seja no planejamento urbano/regional ou para pesquisas académicas. Tal realidade faz com que normalmente sejam empregados MDE com menor resolução espacial, mas que são disponibilizados gratuitamente. Sendo que atualmente, começam a surgir MDE com melhores resoluções espaciais e 100% gratuitos, como os produtos provenientes do ALOS-PALSAR, que entrega um MDE com 12,5m de resolução espacial. Um dos MDE gratuitos predecessores do ALOS-PALSAR foram os MDE-SRTM, que inicialmente eram distribuídos com uma resolução espacial de 90m, mas Valeriano (2008; 2010; 2010a), após uma série de processos de refinamento por meio da geoestatística, foi capaz de gerar novos produtos com 30m de resolução espacial. Neste sentido surge o questionamento da possibilidade de aplicar processos metodológicos semelhantes nos MDE do ALOS-PALSAR, a fim de obter produtos com uma resolução espacial maior que 12,5m. Assim o objetivo geral desta pesquisa foi promover uma análise comparativa de diversos métodos de interpolação, alterando a resolução espacial dos MDE do ALOS-PALSAR para as escalas espaciais de 10m, 8m e 6m. Com o intuito de observar, tanto qualitativamente como estatisticamente, as potencialidades e perdas durante esse processo, usando como base de parâmetro de comparação um MDE gerado com LIDAR de 1m de resolução espacial. Como resultados gerais, no que se refere as analises estatísticas, foram aplicados os testes de Coeficiente da Correlação de Pearson (r), Coeficiente de Determinação, Erro Médio Absoluto (EMA), Erro Médio Quadrático (EMQ) e Raiz do Erro Quadrático Médio (REMQ). A fim de promover uma análise mais completa inda foi realidade uma a verificação qualitativa dos MDE, onde foram geradas cartas de declividade e hipsometria dos MDE re-interpolados do ALOS-PALSAR em comparação com cartas geradas do LIDAR e perfis de relevos com o objetivo central de verificar o comportamento do efeito dossel nos MDE re-interpolados e a influência disso na capacidade de representar as geometrias das formas do relevo. E ao final do estudo foi possível concluir pela análise estatística em conjunto com a avaliação qualitativa, que não ocorre ganhos reais com o processo de interpolação para resoluções espaciais com maior detalhe, independentemente do método de interpolação usado, já que é impossível criar informação do nada. Neste sentindo, por mais que se reduza o tamanho dos pixels para gerar os novos MDE, através da aplicação de interpoladores, a fonte original será de dados com uma resolução espacial de 12,5m. E mesmo que não haja ganhos, é possível mensurar as perdas que ocorrem ao longo do processo de aumento da resolução espacial, ajudando os pesquisadores a optar pelas técnicas que gerem MDE com os menores erros possíveis, de acordo com o objetivo de emprego destes MDE. Se o objetivo for usar os MDE do ALOS-PALSAR re-interpolados para análise de inundações, alagamentos ou enchentes, devido à baixa capacidade dos MDE re-interpolados em modelar áreas de planície, que são onde se concentram esses eventos, os trabalhos resultarão estudos sujeitos a uma incerteza maior em seus resultados. Por outro lado, se o foco dos estudos forem escorregamentos, os MDE se mostraram melhor em representar superfícies declivosas onde se concentram a ocorrência destes eventos, porém a escolha de um interpolador que subestime menos as áreas de maior declividade se mostra necessário a fim de melhorar seus resultados. Desta forma caso o pesquisador opte por usar destas técnicas na geração de um MDE de melhor resolução, é preciso que tenha a plena consciência do aumento do grau de incerteza das informações que está gerando, a fim de ter ciência se esses erros são admissíveis nos resultados finais de sua pesquisa.
Abstract: Digital elevation models (DEM) are the basic elements for the development of environmental or socio-spatial analyses. But the quality of these tridimensional models of the terrain is intimately related to its spatial resolution, in such way that the better the spatial resolution, the better the capability to represent the shapes in the surface of the imaged body. However, the products of better spatial resolution have high acquisition costs, in such way that the State does not always have the resources needed for their acquisition, be it on the sphere of urban/regional planning or for academic research. This scenario results in the usual use of lower spatial resolution DEM which are made available for free. Currently, DEM with better spatial resolution and 100% free are emerging, such as the products from ALOS-PALSAR, which delivers DEM with spatial resolution of 12.5m. One of the free ALOS-PALSAR DEM predecessors was the SRTM DEM, which was initially distributed with a spatial resolution of 90m, but Valeriano (2008; 2010; 2010a), after a series of refinement processes perfomed by means of geostatistics, was able to generate new products with spatial resolution of 30m. In this regard arises the question about the possibility of application of similar methodological processes on the ALOS-PALSAR DEM, in order to obtain products with spatial resolution higher than 12.5m. In this manner, the general aim of this research was to do a comparative analysis of several interpolation methods, by changing the spatial resolution of the ALOSPALSAR DEM to the spatial scales of 10m, 8m and 6m. In order to observe, qualitatively and statistically, the potentialities and losses during this process, the comparison parameter used was a DEM generated with LiDAR of spatial resolution of 1m. As general results, regarding the statistical analyses, the tests applied were the Pearson’s Coefficient Correlation (r), Coefficient of Determination, Mean Absolute Error (MAE), Mean Squared Error (MSE) and Root Mean Square Error (RMSE). A qualitative verification of the DEM was performed in order to do an analysis still more complete, where declivity and hypsometric maps were generated from the reinterpolated ALOS-PALSAR DEM in comparison with maps generated from LiDAR and terrain profiles with the central purpose of verification of the behavior of the dossel effect in the reinterpolated DEM and its influence in the capability of representation of the geometry of the terrain. At the end of the research, it was possible to conclude, from the statistical analysis and the qualitative assessment, that there are no significant enhancements with the process of interpolation for more detailed spatial resolutions, regardless of the interpolation method chosen, since it is impossible to create information out of nowhere. In this regard, much as the pixels size are reduced to generate the new DEM, through application of interpolation methods, the original source is made of data with spatial resolution of 12,5m. And even if there is no improvement, it is possible to measure the losses that occur throughout the process of enhancement of spatial resolution, which may aid researchers choose techniques that generate DEM with the smallest possible error, according to the use of these DEM. If the aim is to use the reinterpolated ALOS-PALSAR DEM for flood or inundation analysis, due to the low capability of reinterpolated DEM to model lowland areas, which are where these events take place, the studies will be prone to result in greater uncertainty. By contrast, if the aim of the studies is landslides, DEM has shown better results in representing steep surfaces where the occurrence of these events is concentrated. However, the choice of an interpolation method that underestimates less areas of higher declivity is necessary to improve the results. In this manner, should the researcher opt to use these techniques in the generation of a higher resolution DEM, it is necessary to be aware that the degree of uncertainty of the generated information will increase in order to know whether the errors are admissible in the final results of the research.
Keywords: Geoestatística
ALOS-PALSAR
Geoprocessamento
Geografia
MDE
Geostatistics
GIS
Geography
DEM
CNPq: CNPQ::CIENCIAS HUMANAS::GEOGRAFIA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICH – Instituto de Ciências Humanas
Program: Programa de Pós-graduação em Geografia
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/12594
Issue Date: 26-Feb-2021
Appears in Collections:Mestrado em Geografia (Dissertações)



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