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The aim of this thesis is to develop a generic rigorous sensor model for high resolution optical satellite sensors, with along track stereoscopic capabilities, in order to orientate directly and simultaneously all the along track stereo images. In other words, the idea is to determine the orbit of the satellite platform covering the time acquisition of all images, using satellite photogrammetry in combination with astrodynamics, thus finding common exterior orientation parameters for all images directly or indirectly. As a result, the number of unknown parameters is reduced and also the correlation between them, thus giving a more stable solution. Moreover, the simultaneous solution extends the narrow field of view of each satellite image because all along track images are treated as one iconic image, with the field of view equal to the angle between the first and the last image. Great effort is made in order to define the essential forces which are involved in the acquisition of the pushbroom images, according to the needed accuracy and the data provided. The fundamental assumptions is that Kepler motion is maintained along the acquisition time of all the along track images. Various versions of the model are developed, based on different orbit determination-propagation methods. The first one, based on the Kepler problem (orbit propagation), can be used for more than two along track images. The second one is based on Gauss-Lambert method which can be used only for two along track images like SPOT-HRS and TERRA-ASTER. The final one is based on Herrick-Gibbs method which is combined with the Gauss-Lambert method in order to be used in the case of more than two along track images. An accuracy assessment is made of the above different orbit determination-propagation methods. It is possible to extract the exterior orientation of all images together directly, without Ground Control Points using the metadata information, with accepted accuracy. The model is evaluated using TERRA-ASTER and SPOT5-HRS imagery with precision close to pixel size. Finally the accuracy of the along track model is compared with the accuracy of single image sensor model and of a commercial sensor model (Leica Photogrammetry Suite).

Orientadores : Claudia Pereira Krueger, Luiz Danilo Damasceno Ferreira / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná / Resumo: O objetivo proposto para este trabalho é mostrar, descrever e aplicar as técnicas de posicionamento por GPS explorando um software comercial (PRISM II). Foi utilizado neste, a técnica de posicionamento relativo estático clássico e seus resultados foram comparados com os obtidos pelas técnicas estático rápido com uma ocupação e com reocupação; Stop and Go\ pseudocinemático e cinemático contínuo com diferentes técnicas de inicialização. Estes resultados também foram comparados com os obtidos em levantamentos GPS anteriores, onde utilizou-se apenas a freqüência Li, e com os levantamentos terrestres convencionais. Foram utilizados equipamentos de dupla freqüência; os testes foram realizados em 2 áreas distintas: Centro Politécnico (Curitiba) e Fazenda Cangüiri (Quatro Barras) e em bases curtas. Através da análise dos resultados verificou-se que se pode obter precisão ao nível do milímetro. / Abstract: The objetive of the work developed in this dissertation is to show, describe and apply some GPS positioning techniques, exploring a commercial processing software (PRISM D). The technique of static relative positioning was used first, and its results were compared with the fast static technique, with occupation and with re-ocupation, the Stop and Go technique, with kinematic and kinematic continuous techniques, with different initialization procedures. The results were also compared with previous GPS surveys in which only the Li frequency was used, and with a conventional terrestrial survey. Double frequency receivers were used. The tests were carried out in 2 differente areas: at the Centro Politécnico Campus, in Curitiba, and at Cangüiri Farm, in Quatro Barras. In these two areas only short baselines were used. The analysis of the results shows that an agreement at the millimeter, level is encountered with the static relative positioning.

Orientador : Edson Aparecido Mitishita / Co-orientador : Claudia Robbi Sluter / Dissertaçao (mestrado) - Universidade Federal do Paraná / Resumo: Este trabalho trata da calibração geométrica de desktop scanners e sua aplicação em fotogrametria. Foram testadas metodologias no intuito de parametrizar as distorções geométricas causadas pelo sistema optico-mecânico do equipamento no processo de conversão de imagens analógicas em digitais. Verificou-se a influencia de tais distorções na orientação interior e exterior de aerofotos. O estudo apresenta dois métodos de correção de todas as foto-coordenadas das imagens digitalizadas e um método para geração de imagens geometricamente corrigidas. O equipamento estudado e um EPSON 1640XL, com resolução de hardware de 1600 dpi, utilizando uma placa de calibração de um estéreo - restituidor WILD AIO. / Abstract: This work presents some results about desktop scanner geometric calibration and its application to photogrammetry. Some methodologies were tested in order to set parameters for geometric distortions caused by analogue to digital image conversion process. The influence of this distortions in the interior and exterior orientation of aerial photographs was verified. This study presents two methods for correcting every photo-coordinates of the scanned imagery and one method for generating geometrically corrected image. The device studied is an EPSON 1640XL, with 1600 dpi hardware resolution, using a WILD A-10 stereo-plotter calibration glass plate.

Orientador: Quintino Dalmolin / Co-orientador: Hideo Araki / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Parana / Resumo: Uma das grandes preocupações no processo de automação em Fotogramentria esta relacionado com os algoritmos de reconhecimento de padrões. Apesar da metodologia ter avançado significativamente nos últimos anos, principalmente no que se refere ao tom de cinza, o reconhecimento de padrões de cores reais em imagens coloridas ainda se encontra em fase de desenvolvimento. Neste sentido objetiva-se realizar uma serie de ensaios com dados (cores) controlados e também com dados reais para comparar a performance dos métodos estatísticos de Máxima Verossimilhança, Distancia Mínima e de Fisher para reconhecimento das cores reais. A comparação entre os métodos estatísticos foi feita controlando o processo de classificação, ou seja, utilizando amostras determinísticas para treinamento das funções discriminantes e criando imagens para classificação no software (MATLAB). Com o intuito de que a comparação pudesse ser feita sem controle da imagem a ser classificada e das amostras, utilizou-se uma imagem retirada de uma foto digitalizada, para verificar a performance dos métodos frente a um caso real. A analise de desempenho dos métodos foi observada pela estatística kappa e a comparação pelo teste Z apropriado. Os resultados indicam que o Método de Distancia Mínima foi o melhor para classificação de cores reais sob todos os aspectos estudados. / Abstract: One o f the main issues in the photogrametry automation process is related to pattern recognition algorithms. Although there were significant advances in the last years, mainly in regard to the gray tones, color pattern recognition in colored images is still in a developmental stage. In this sense, a series o f tests with controlled data (colors) and also with real data is made to compare the performance o f the statistical methods: Maximum Likelihood, Minimum Distance, and Fisher's method in their ability to recognize real colors. The comparison among the statistical methods was performed by controlling the classification process, that is, using deterministic samples for the training o f discriminant functions and test images created by a software (MATLAB). For the case o f real images, the statistical methods were compared without controlling both the sample and the image by the utilization o f an image extracted from a digitized picture. The methods performance was analyzed using the kappa statistic and the Z test. The results indicated that the Minimum Distance Method was the best method to classify real colors under all assumptions.

Orientadores: Germano B. Afonso, Luiz Danilo D. Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná / Resumo: Neste trabalho, as forças, noite-dia e invemo-verão, componentes da força de reemissão térmica total, são modeladas e analisadas para os satélites LAGEOS e GPS. É realizada uma análise das componentes radial, transversal e normal da aceleração de re-emissão térmica em função das dimensões do satélite e de sua altitude, para um satélite-teste com dados do LAGEOS. Encontra-se uma lei de seleção que associa as dimensões do satélite e a sua altitude à força atuando no satélite e que determina quando o efeito de re-emissão térmica é máximo. Além disso, a modelagem térmica aplicada ao LAGEOS resulta em um comportamento intricado da componente transversal da aceleração, ao longo dos anos, que depende de forma fundamental da inclinação do eixo de rotação em relação às fontes de calor, neste caso, a Terra e o Sol. Este comportamento pode ser previsto a partir das equações obtidas e, portanto, comportamentos anômalos da aceleração de re-emissão térmica podem ser explicados sem que novas forças não-gravitacionais sejam introduzidas ou, forças de perturbação já conhecidas sejam remodeladas. O comportamento intrincado da aceleração transversal para o satélite LAGEOS está associado à falta de controle de atitude, que estabelece uma geometria spin-órbità complexa, resultante da combinação de diversas variações cíclicas à medida que o satélite sofre translação e rotação. Por outro lado, um satélite como o GPS, que é estabilizado em três eixos, irá apresentar configurações spin-órbità simples se comparado ao satélite LAGEOS. Os painéis e o corpo são tratados separadamente e a contribuição de cada um é analisada levando-se em consideração as duas fontes principais de calor, a Terra e o Sol. Como resultado observa-se que os desvios orbitais estão na ordem do metro após quatro dias de integração, podendo chegar a magnitude do Y-bias conforme o valor da condutividade térmica na superfície do satélite. Para finalizar, um efeito do tipo Poynting-Robertson, associado ao efeito de re-emissão térmica, é modelado e aplicado para ambos os satélites, LAGEOS e GPS, com o objetivo de se obter uma estimativa de sua ordem de grandeza e de sua importância dentro do contexto das forças não-gravitacionais. / Abstract: In this work, we model we model and analyze the day-night and summer-winter forces, which are the components of the total thermal reemission force, for the LAGEOS and GPS satellites. We analyze the radial, along-track and normal components of the thermal reemission acceleration as a function of the satellite dimensions and its altitude, for a test-satellite with the data of LAGEOS. We find a selection law that associates the satellite's dimension and its altitude to force acting upon it, and which determinates when the thermal reemission effect has a maximum. Moreover, the thermal model applied to the LAGEOS results in a intricate behavior of the along-track acceleration component, along the years, which depends fundamentally on the spin axis inclination regarding to the heat sources, in this case, the Earth and the Sun. This behavior can be predicted from the equations presented here, and so, anomalous behavior of the thermal reemission acceleration can be explained without the new non-gravitational forces being introduced, or without the well-known perturbation forces being remodeled. The intricate behavior of the along-track acceleration for the LAGEOS satellite is associated to the lack of attitude control, which leads to a complex spin-orbit geometry, that results from the combination of several cyclic changes as the satellites goes through translation and rotation. On the other hand, a satellite like GPS, that is three axis stabilized will present plain spin-orbit configurations if compared to the LAGEOS. The panels and the body of the satellite are treated separately and the contribution of each one is analyzed taking into account the two main heat sources, Earth and Sun. The outcome being that the orbital deviations are meter sized after four days of integration, and can get to the magnitude of the Y-bias according to the thermal conductivity value on satellite surface. To conclude, an Poynting-Robertson like effect, associated to the thermal reemission effect, is modeled and applied to both satellites, LAGEOS and GPS, with the purpose to obtain an estimate of its magnitude and its role in the context of non-gravitational forces.

Orientador: Edson A. Mitishita / Co-orientador: Jorge S. Centeno / Dissertaçao (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciencias da Terra, Programa de Pós-Graduaçao em Ciencias Geodésicas. Defesa: Curitiba, 2005 / Inclui bibliografia / Resumo: O presente trabalho consiste no desenvolvimento de metodologias que têm por objetivo principal a concepção de um sistema de baixo custo para a realização da aerotriangulação por feixes de raio (Bundle Adjustment) com base em vôo apoiado por GPS e câmara aerofotogramétrica Wild RC-10. Inicialmente é apresentada uma metodologia de montagem da antena GPS na aeronave, em posição próxima a vertical do centro perspectivo da câmera aerofotogramétrica, visando uma melhor modelagem matemática da aerotriangulação. A seguir e apresentada a metodologia de interpolação da posição da aeronave no instante exato da exposição fotográfica. Empregou-se um modelo polinomial de baixa ordem e o Filtro de Kalman. Apresenta-se uma revisão sobre os aspectos mais relevantes do Filtro de Kalman, necessários para o desenvolvimento do interpolador. Os métodos de interpolação propostos são rigorosamente testados e seus resultados são apresentados. Duas metodologias de processamento da aerotriangulação com base no vôo apoiado são propostas: uma é a convencional que foi a utilizada com maior freqüência nos nas pesquisas realizadas nesta área até a presente data, e outra que leva em consideração a velocidade da aeronave na modelagem matemática envolvida no processo. Para testes da metodologia são apresentados resultados obtidos com um bloco teórico e um bloco real. São testadas algumas distribuições de pontos de apoio no bloco. Os resultados obtidos com a utilização de um bloco teórico e outro real comprovam a viabilidade da metodologia proposta. Ao final apresentam-se as conclusões e recomendações obtidas na pesquisa realizada. / Abstract: The present work consists on the development of methodologies that have as main objective the conception of a low cost system for performing Bundle Block Adjustment, based on airborne GPS and an aerophotogrammetric Wild RC-10 camera. Initially a location methodology for the antenna GPS on the aircraft is presented, in a position near to the optical axis of the camera's perspective center, aiming a better mathematical modeling of the aerotriangulation. A low order polynomial model was used, and also the Kalman Filter. A revision is presented on the most relevant aspects of the Kalman Filter, necessary for the development of the interpolation algorithm. The considered interpolation methods were rigorously tested and its results are shown. Two aerotriangulation processing methodologies based on airborne GPS are proposed: one is the conventional, which were used more frequently in the researches carried through in this area until the present date; and another in which the speed of the aircraft is involved on the mathematical modeling. For testing the methodology, are presented results given from a theoretical block and a real block. The optimal control point distributions in the block are also tested. The results given with the use of a theoretical block, and another real, prove the viability of the proposed methodology. At the end the conclusions and recommendations are presented.

Orientador: Gunter Seeber / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Parana / Resumo: Com a evolução tecnológica, o franco desenvolvimento da Geodésia Satelital, a redução dos custos de equipamentos, de custos operacionais, da rapidez no fornecimento dos resultados e precisão compatível, o GPS ganhou definitivamente seu espaço na área de levantamentos geodésicos e topográficos tradicionais. Dentro desta ótica, o nosso trabalho procura contribuir com informações relativas ao reconhecimento, rastreamento, cálculo e ajustamento de observações GPS sobre Referências de Nível (RN’s), objetivando a determinação do modelo geoidal local, cuja utilização propõe técnicas de determinação de altitudes ortométricas ou diferenças de alturas por GPS e que possam ser aplicadas na engenharia. / Abstract: With the technological evolution, the development of Satellite Geodesy, the reduction of equipment and operational cost, as well as the rapidness of results and an accuracy comparable to classical techniques, the GPS defmitely will take its space in geodetic work and in classical topography. From this point of view the presented thesis gives information on reconnaissance, observation techniques, processing and adjustment of GPS observation on levelling marks (RN) from the National Levelling Network in Pernambuco. The objective of this investigation is to determine a local geoidal model to be utilized in the technical determination of orthometric heights or height differences by GPS for the use in Engineering projects.