Esta dissertação apresenta um método para calibração automática de um par de câmeras que realiza um movimento desconhecido. O processo de calibração aqui descrito é baseado inteiramente na rigidez da cena observada e na invariabilidade dos parâmetros intrínsecos das câmeras durante o movimento. Não há a necessidade de nenhum artefato de calibração especial. Este trabalho mostra uma abordagem completa, desde o processo de casamento de pontos até a estimação dos parâmetros da câmera. Não é feita nenhuma suposição sobre o movimento das câmeras, tampouco sobre a disposição da cena 3D. Exemplos de aplicações deste método estão nos experimentos onde a calibração das câmeras precisa ser realizada remotamente, dificultando o posicionamento de artefatos de calibração na cena alvo, como é o caso para robôs de exploração interplanetária.

Esta dissertação apresenta um método para calibração automática de um par de câmeras que realiza um movimento desconhecido. O processo de calibração aqui descrito é baseado inteiramente na rigidez da cena observada e na invariabilidade dos parâmetros intrínsecos das câmeras durante o movimento. Não há a necessidade de nenhum artefato de calibração especial. Este trabalho mostra uma abordagem completa, desde o processo de casamento de pontos até a estimação dos parâmetros da câmera. Não é feita nenhuma suposição sobre o movimento das câmeras, tampouco sobre a disposição da cena 3D. Exemplos de aplicações deste método estão nos experimentos onde a calibração das câmeras precisa ser realizada remotamente, dificultando o posicionamento de artefatos de calibração na cena alvo, como é o caso para robôs de exploração interplanetária.

Esta dissertação apresenta um método para calibração automática de um par de câmeras que realiza um movimento desconhecido. O processo de calibração aqui descrito é baseado inteiramente na rigidez da cena observada e na invariabilidade dos parâmetros intrínsecos das câmeras durante o movimento. Não há a necessidade de nenhum artefato de calibração especial. Este trabalho mostra uma abordagem completa, desde o processo de casamento de pontos até a estimação dos parâmetros da câmera. Não é feita nenhuma suposição sobre o movimento das câmeras, tampouco sobre a disposição da cena 3D. Exemplos de aplicações deste método estão nos experimentos onde a calibração das câmeras precisa ser realizada remotamente, dificultando o posicionamento de artefatos de calibração na cena alvo, como é o caso para robôs de exploração interplanetária.

Propõe-se um sistema de visão computacional para leitura automática de dispositivos mostradores analógicos de instrumentos de medição que não possuem interface de comunicação digital. Esse sistema pode ser aplicado na automação de processos de calibração desses instrumentos ou em outros ensaios em que sejam feitas leituras repetitivas por um operador humano. Espera-se reduzir o tempo de leitura e os custos envolvidos nos processos e alcançar exatidão e incerteza ao menos equivalentes aos da leitura humana. A abordagem proposta se baseia na comparação da inclinação do ponteiro com as inclinações das marcas de escala do dispositivo mostrador. Em uma primeira etapa realiza-se o reconhecimento das marcas de escala e a correspondência de cada marca a um valor de leitura a partir de três imagens capturadas e algumas informações consideradas conhecidas como o número de escalas, o número de marcas principais por escala e os valores associados a essas marcas principais. Em seguida parte-se para uma segunda etapa em que para cada nova imagem capturada é obtido um valor de leitura por meio da interpolação entre valores de inclinações calculados e os valores de leitura associados às marcas de escala. Uma análise de incerteza de leitura mostra que para os instrumentos estudados e equipamentos empregados (câmera e lentes) a leitura automática é compatível com a leitura humana e que a incerteza poderia ser eventualmente melhorada. Foram realizados diversos testes de leitura automática. Os resultados obtidos confirmaram as expectativas de incertezas e a ocorrência de erros mais significativos foi da ordem de apenas um por cento o que revela a robustez do método para utilização real. / A computer vision system for automatic reading of measurement devices analogical displays which do not have a digital communication interface is proposed. This system could be applied for the automation of these devices calibration processes or in other assays in which repetitive readings are done by man. It is expected a reduction in time spent and costs involved and an achievement of accuracy and uncertainty at least equivalent to those attained in human readings. The approach is based on the comparison between the pointer slope and the display device scale marks slope. In a first step the scale marks are identified and a reading value is attributed to each mark from three captured images and some assumed known data as the number of scales, the number of the main marks per scale and the corresponding values associated with these main marks. Then, in a second step, an reading value is attained to each new captured image through the interpolation between the calculated slopes figures and the associated marks reading values. An reading uncertainty analysis shows that considering the studied instruments and the employed devices (camera and lens) the automatic reading is consistent with the human reading and the uncertainty could be eventually improved. Several automatic reading tests were carried out. The results confirmed the expectations of uncertainties and the meaningful error rate was about only one per cent revealing the methods robustness to real application.

Um calibrador automático multiobjetivo para o Storm Water Management Model (SWMM) foi desenvolvido utilizando o método de otimização multiobjetivo Non Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA II) com elistismo controlado (Deb & Goel, 2001). O programa utiliza o código fonte do SWMM na etapa de avaliação das soluções, para determinar o valor das vazões simuladas, utilizado no cálculo das funções objetivo (FOs). Os testes do calibrador foram aplicados a dois sistemas diferentes, sendo o primeiro uma bacia exemplo hipotética disponibilizada no pacote de instalação do SWMM e o segundo a bacia do córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Foi realizada a análise de sensibilidade para os dois sistemas, visando determinar os parâmetros a serem calibrados. De modo geral, a porcentagem de áreas impermeáveis e os parâmetros de rugosidade e de infiltração apresentaram maior influência sobre a resposta do sistema em termos de vazão de pico e volume total escoado das bacias. O programa desenvolvido se mostrou eficiente para ambos os sistemas calibrados, com coeficientes de eficiência de Nash & Sutcliffe (1970) médios de 0,99 para a bacia exemplo e 0,87 para a bacia do córrego do Gregório, respectivamente, com um número reduzido de iterações. Construído o calibrador, testes foram realizados para identificar a melhor combinação de FOs e a abordagem multievento mais eficiente. Para tanto, foram testadas 55 diferentes combinações de FOs duas a duas. Os resultados evidenciaram que a melhor combinação testada foi a F2-F6, e a abordagem multievento mais eficiente foi a avaliação da médias das FOs, considerando todos os eventos utilizados na etapa de calibração. Cabe ressaltar que estas conclusões se aplicam somente ao sistema considerado neste estudo. Por fim, a validação comprovou a eficiência do calibrador, aplicada a 10 eventos distintos registrados na bacia do córrego do Gregório, com coeficiente de eficiência médio de 0,84. / An automatic multiobjective calibrator for the Storm Water Management Model (SWMM) was developed using the Non Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA II) method with controlled elitism (Deb & Goel, 2001). The software uses the SWMM source code for evaluating the solutions, to determine the simulated flow values, used in the objective functions (OFs) calculation. The calibrator tests were applied on two different systems, a hypothetical example basin provided jointly to the SWMM installation package, and the basin of Gregório stream, located in São Carlos (SP). The sensitivity analysis was performed for both systems to determine the parameters to be calibrated. Generally, the percent of imperviousness, the roughness and infiltration parameters variations resulted in large modifications on the system response in terms of peak flow and total runoff volume. The developed software proved to be efficient for both calibrated systems, presenting an average of the Nash & Sutcliffe (1970) efficiency coeficient of 0.99 and 0.87 for the example basin and the Gregório stream basin, respectively, with a few number of iterations. After the calibrator built, tests were conducted aiming to identify the best OFs combination and the more efficient multievent approach. Thus, 55 different combinations in pairs of OFs were tested. The results showed that the best combination tested was the F2-F6 and most efficient multievent approach was the evaluation of the OFs means, considering all the calibration events. It is worth noting that these conclusions apply only to the system considered in this study. Finally, the validation confirmed the calibrator efficiency, applied to 10 different events recorded in the Gregório stream basin, presenting an average of the efficiency coeficient of 0.84.

Este trabalho é referente ao desenvolvimento de um calibrador multiobjetivo automático do modelo SWMM (Storm Water Management Model), e avaliação de algumas fontes de incertezas presentes no processo de calibração, visando à representação satisfatória da transformação chuva-vazão. O código foi escrito em linguagem C, e aplica os conceitos do método de otimização multiobjetivo NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) com elitismo controlado, além de utilizar o código fonte do modelo SWMM para a determinação das vazões simuladas. Paralelamente, também foi criada uma interface visual, para melhorar a facilidade de utilização do calibrador. Os testes do calibrador foram aplicados a três sistemas diferentes: um sistema hipotético disponibilizado no pacote de instalação do SWMM; um sistema real de pequenas dimensões, denominado La Terraza, localizado no município de Sierra Vista, Arizona (EUA); e um sistema de maiores dimensões, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Os resultados indicam que o calibrador construído apresenta, em geral, eficiência satisfatória, porém é bastante dependente da qualidade dos dados observados em campo e dos parâmetros de entrada escolhidos pelo usuário. Foi demonstrada a importância da escolha dos eventos utilizados na calibração, do estabelecimento de limites adequados nos valores das variáveis de decisão, da escolha das funções objetivo e, principalmente, da qualidade e representatividade dos dados de monitoramento pluvio e fluviométrico. Conclui-se que estes testes desenvolvidos contribuem para o entendimento mais aprofundado dos processos envolvidos na modelagem e calibração, possibilitando avanços na confiabilidade dos resultados da modelagem. / This project refers to the development of an automatic multi-objective calibrator for the SWMM (Storm Water Management Model), and the evaluation of some uncertainties sources inherent to the calibration process, aiming to a satisfactory rainfall-runoff transformation representation. The code was written in C language, and applies the concepts of the multi-objective optimization method NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) with controlled elitism, using the source code of SWMM to calculate the simulated flow. In addition, a visual interface was also created to improve the calibrators usability. The calibrator tests were applied to three different systems: a hypothetical system available in the SWMM installation package; a real system of small dimensions, called La Terraza, located in the city of Sierra Vista, Arizona (USA); and a large dimensions system, the watershed of Gregório Stream, located in São Carlos (SP). The results indicate that the calibrator built presents, in general, satisfactory efficiency, although it is very dependent on the observed data quality and the input parameters selected by the user. The importance of the events chosen for calibration, the settlement of appropriate limits on the decision variables values, the objective functions choice, and especially the quality and representativeness of the rainfall and runoff monitoring data were demonstrated. We conclude that these performed tests contribute to the thorough understanding of the processes involved in modeling and calibration, enabling advances in the modeling results reliability.

Este trabalho é referente ao desenvolvimento de um calibrador multiobjetivo automático do modelo SWMM (Storm Water Management Model), e avaliação de algumas fontes de incertezas presentes no processo de calibração, visando à representação satisfatória da transformação chuva-vazão. O código foi escrito em linguagem C, e aplica os conceitos do método de otimização multiobjetivo NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) com elitismo controlado, além de utilizar o código fonte do modelo SWMM para a determinação das vazões simuladas. Paralelamente, também foi criada uma interface visual, para melhorar a facilidade de utilização do calibrador. Os testes do calibrador foram aplicados a três sistemas diferentes: um sistema hipotético disponibilizado no pacote de instalação do SWMM; um sistema real de pequenas dimensões, denominado La Terraza, localizado no município de Sierra Vista, Arizona (EUA); e um sistema de maiores dimensões, a bacia hidrográfica do Córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Os resultados indicam que o calibrador construído apresenta, em geral, eficiência satisfatória, porém é bastante dependente da qualidade dos dados observados em campo e dos parâmetros de entrada escolhidos pelo usuário. Foi demonstrada a importância da escolha dos eventos utilizados na calibração, do estabelecimento de limites adequados nos valores das variáveis de decisão, da escolha das funções objetivo e, principalmente, da qualidade e representatividade dos dados de monitoramento pluvio e fluviométrico. Conclui-se que estes testes desenvolvidos contribuem para o entendimento mais aprofundado dos processos envolvidos na modelagem e calibração, possibilitando avanços na confiabilidade dos resultados da modelagem. / This project refers to the development of an automatic multi-objective calibrator for the SWMM (Storm Water Management Model), and the evaluation of some uncertainties sources inherent to the calibration process, aiming to a satisfactory rainfall-runoff transformation representation. The code was written in C language, and applies the concepts of the multi-objective optimization method NSGAII (Non Dominated Sorting Genetic Algorithm) with controlled elitism, using the source code of SWMM to calculate the simulated flow. In addition, a visual interface was also created to improve the calibrators usability. The calibrator tests were applied to three different systems: a hypothetical system available in the SWMM installation package; a real system of small dimensions, called La Terraza, located in the city of Sierra Vista, Arizona (USA); and a large dimensions system, the watershed of Gregório Stream, located in São Carlos (SP). The results indicate that the calibrator built presents, in general, satisfactory efficiency, although it is very dependent on the observed data quality and the input parameters selected by the user. The importance of the events chosen for calibration, the settlement of appropriate limits on the decision variables values, the objective functions choice, and especially the quality and representativeness of the rainfall and runoff monitoring data were demonstrated. We conclude that these performed tests contribute to the thorough understanding of the processes involved in modeling and calibration, enabling advances in the modeling results reliability.

Propõe-se um sistema de visão computacional para leitura automática de dispositivos mostradores analógicos de instrumentos de medição que não possuem interface de comunicação digital. Esse sistema pode ser aplicado na automação de processos de calibração desses instrumentos ou em outros ensaios em que sejam feitas leituras repetitivas por um operador humano. Espera-se reduzir o tempo de leitura e os custos envolvidos nos processos e alcançar exatidão e incerteza ao menos equivalentes aos da leitura humana. A abordagem proposta se baseia na comparação da inclinação do ponteiro com as inclinações das marcas de escala do dispositivo mostrador. Em uma primeira etapa realiza-se o reconhecimento das marcas de escala e a correspondência de cada marca a um valor de leitura a partir de três imagens capturadas e algumas informações consideradas conhecidas como o número de escalas, o número de marcas principais por escala e os valores associados a essas marcas principais. Em seguida parte-se para uma segunda etapa em que para cada nova imagem capturada é obtido um valor de leitura por meio da interpolação entre valores de inclinações calculados e os valores de leitura associados às marcas de escala. Uma análise de incerteza de leitura mostra que para os instrumentos estudados e equipamentos empregados (câmera e lentes) a leitura automática é compatível com a leitura humana e que a incerteza poderia ser eventualmente melhorada. Foram realizados diversos testes de leitura automática. Os resultados obtidos confirmaram as expectativas de incertezas e a ocorrência de erros mais significativos foi da ordem de apenas um por cento o que revela a robustez do método para utilização real. / A computer vision system for automatic reading of measurement devices analogical displays which do not have a digital communication interface is proposed. This system could be applied for the automation of these devices calibration processes or in other assays in which repetitive readings are done by man. It is expected a reduction in time spent and costs involved and an achievement of accuracy and uncertainty at least equivalent to those attained in human readings. The approach is based on the comparison between the pointer slope and the display device scale marks slope. In a first step the scale marks are identified and a reading value is attributed to each mark from three captured images and some assumed known data as the number of scales, the number of the main marks per scale and the corresponding values associated with these main marks. Then, in a second step, an reading value is attained to each new captured image through the interpolation between the calculated slopes figures and the associated marks reading values. An reading uncertainty analysis shows that considering the studied instruments and the employed devices (camera and lens) the automatic reading is consistent with the human reading and the uncertainty could be eventually improved. Several automatic reading tests were carried out. The results confirmed the expectations of uncertainties and the meaningful error rate was about only one per cent revealing the methods robustness to real application.

Um calibrador automático multiobjetivo para o Storm Water Management Model (SWMM) foi desenvolvido utilizando o método de otimização multiobjetivo Non Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA II) com elistismo controlado (Deb & Goel, 2001). O programa utiliza o código fonte do SWMM na etapa de avaliação das soluções, para determinar o valor das vazões simuladas, utilizado no cálculo das funções objetivo (FOs). Os testes do calibrador foram aplicados a dois sistemas diferentes, sendo o primeiro uma bacia exemplo hipotética disponibilizada no pacote de instalação do SWMM e o segundo a bacia do córrego do Gregório, localizada no município de São Carlos (SP). Foi realizada a análise de sensibilidade para os dois sistemas, visando determinar os parâmetros a serem calibrados. De modo geral, a porcentagem de áreas impermeáveis e os parâmetros de rugosidade e de infiltração apresentaram maior influência sobre a resposta do sistema em termos de vazão de pico e volume total escoado das bacias. O programa desenvolvido se mostrou eficiente para ambos os sistemas calibrados, com coeficientes de eficiência de Nash & Sutcliffe (1970) médios de 0,99 para a bacia exemplo e 0,87 para a bacia do córrego do Gregório, respectivamente, com um número reduzido de iterações. Construído o calibrador, testes foram realizados para identificar a melhor combinação de FOs e a abordagem multievento mais eficiente. Para tanto, foram testadas 55 diferentes combinações de FOs duas a duas. Os resultados evidenciaram que a melhor combinação testada foi a F2-F6, e a abordagem multievento mais eficiente foi a avaliação da médias das FOs, considerando todos os eventos utilizados na etapa de calibração. Cabe ressaltar que estas conclusões se aplicam somente ao sistema considerado neste estudo. Por fim, a validação comprovou a eficiência do calibrador, aplicada a 10 eventos distintos registrados na bacia do córrego do Gregório, com coeficiente de eficiência médio de 0,84. / An automatic multiobjective calibrator for the Storm Water Management Model (SWMM) was developed using the Non Dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA II) method with controlled elitism (Deb & Goel, 2001). The software uses the SWMM source code for evaluating the solutions, to determine the simulated flow values, used in the objective functions (OFs) calculation. The calibrator tests were applied on two different systems, a hypothetical example basin provided jointly to the SWMM installation package, and the basin of Gregório stream, located in São Carlos (SP). The sensitivity analysis was performed for both systems to determine the parameters to be calibrated. Generally, the percent of imperviousness, the roughness and infiltration parameters variations resulted in large modifications on the system response in terms of peak flow and total runoff volume. The developed software proved to be efficient for both calibrated systems, presenting an average of the Nash & Sutcliffe (1970) efficiency coeficient of 0.99 and 0.87 for the example basin and the Gregório stream basin, respectively, with a few number of iterations. After the calibrator built, tests were conducted aiming to identify the best OFs combination and the more efficient multievent approach. Thus, 55 different combinations in pairs of OFs were tested. The results showed that the best combination tested was the F2-F6 and most efficient multievent approach was the evaluation of the OFs means, considering all the calibration events. It is worth noting that these conclusions apply only to the system considered in this study. Finally, the validation confirmed the calibrator efficiency, applied to 10 different events recorded in the Gregório stream basin, presenting an average of the efficiency coeficient of 0.84.

A crescente produção de carga orgânica e de nutrientes em bacias hidrográficas tem levado, historicamente, rios a significativas mudanças nos padrões de qualidade da água, na diversidade e riqueza biológica e nos usos nobres de suas águas. Neste trabalho, a qualidade da água na bacia do rio Doce foi avaliada através de um modelo hidrológico integrado a um SIG, denominado SGAG (Sistema Georeferenciado de Apoio ao Gerenciamento). O sistema foi capaz de analisar o efeito de lançamentos múltiplos de efluentes na qualidade da água do rio Doce no período de estiagem. O modelo foi calibrado satisfatoriamente utilizando os dados de monitoramento ao longo do curso do rio Doce. Cenários de planejamento também foram estabelecidos, simulados e avaliados. As simulações mostraram que as medidas propostas para os cenários de planejamento promovem uma significativa redução das concentrações dos poluentes em comparação com o cenário atual, principalmente no cenário de tratamento universal. O modelo hidrológico em ambiente SIG proposto mostrou ser uma ferramenta promissora e simples para investigação da qualidade da água de bacias hidrográficas sujeitas a lançamentos pontuais de efluentes. / The increase of organic and nutrient loading in watersheds have led to significant changes in water quality patterns in rivers. In this work we evaluated the water quality of the Basin of River Doce basin through an hydrologic model integrated with GIS, called SGAG (Georeferencing Management Support System). The model was calibrated using water quality monitoring data throughout River Doce extension. Moreover planning scenarios were established, simulated and evaluated. The simulations indicated that the corrective measures in the planning scenarios promoted a significant decrease of the pollutant concentrations in comparison with the current situation. The hydrological model coupled with GIS environment have shown to be a simple and a promising tool to investigating water quality in basins subject to point sources of pollution.