Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2017-06-23T17:30:39Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2134115 bytes, checksum: 7db29fac012c3432c10cf4a61436e711 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-23T17:30:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 2134115 bytes, checksum: 7db29fac012c3432c10cf4a61436e711 (MD5) Previous issue date: 2017-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho propõe uma análise sobre métodos de amostragem e interpolação para a modelagem do terreno utilizando dados oriundos de levantamento Laser Scanner terrestre. Esta análise é fundamentada na proposta de se obter um Modelo Digital de Elevação (MDE) capaz de representar o terreno de forma mais fidedigna possível. A problemática consiste na manipulação da nuvem de pontos coletada no levantamento dos dados com esta tecnologia, a qual possui uma densa quantidade de pontos constituída por coordenadas tridimensionais requerendo uma grande demanda de recursos computacionais. Dessa forma, propõe-se nesta pesquisa avaliar diferentes tipos de amostragens da nuvem de pontos, a fim de encontrar uma amostra de tamanho ideal que seja capaz de representar o fenômeno de forma mais fidedigna possível. Bem como aplicar aos conjuntos amostrais, diferentes interpoladores e analisar a influência dos métodos de interpolação, para se obter resultados capazes de modelar o terreno com eficiência. Propõe-se ainda, para análise da eficiência avaliar a acurácia posicional de acordo com o padrão ET-CQDG e Decreto-lei n° 89.817/1984, dos MDEs gerados em relação à um MDE de referência obtido a partir do conjunto de dados originais (58 mil pontos) levantados em campo em uma área de 0,97 ha. Dentre as amostragens Aleatória, Sistemática Quadrada, Sistemática Triangular e Sistemática Hexagonal para os dados utilizados, o melhor grid amostral foi o sistemático hexagonal, apresentando valores de RMS inferiores aos demais. Quanto as análises relacionadas a qualidade cartográfica dos interpoladores IDW, Spline, TIN, Vizinho Natural e Krigagem, os melhores interpoladores apontados pelos resultados foram TIN e Vizinho Natural que possuíram resultados idênticos e Krigagem que classificou diferentemente a amostragem Sistemática Hexagonal com 250 pontos dos demais. Em relação ao número de amostragem, os resultados mostraram que MDE’s com classificações na escala 1:1.000 – Classe A, foram gerados, com até 250 pontos, em alguns casos. Nesse sentido o esforço computacional entre amostras de 250 pontos e 3 mil pontos é razoavelmente o mesmo, quando comparado às amostras de 50 mil e 30 mil pontos, portanto, para esta área de estudo, é melhor utilizar de amostragens com redução de 94% do que amostras com redução de 99% visto que ambas resultaram em MDE’s de boa qualidade. / The present work proposes an analysis on sampling and interpolation methods for the terrain modeling using data from a Terrain Laser Scanner survey. This analysis is based on the proposal to obtain a Digital Elevation Model (DEM) capable of representing the terrain in the most reliable way possible. The problematic is the manipulation of the cloud of points collected in the data collection with this technology, which has a dense number of points consisting of three-dimensional coordinates requiring a great demand of computational resources. Thus, it is proposed in this research to evaluate different types of samplings of the cloud of points, in order to find a sample of ideal size that is able to represent the phenomenon in the most reliable way possible. As well as applying to the sample sets, different interpolators and to analyze the influence of the interpolation methods, to obtain results capable of modeling the terrain with efficiency. It is also proposed, for efficiency analysis, to evaluate the positional accuracy according to the ET- CQDG standard and Decree-Law no. 89.817 / 1984, of the DEMs generated in relation to a reference DEM obtained from the original data set (58 thousand points) raised in the field in an area of 0.97 ha. Among the Random, Square Systematics, Triangular Systematics and Hexagonal Systematics samplings, for the data used, the best sampling grid was the systematic hexagonal, presenting lower MSE values than the others. As for the analyzes related to the cartographic quality of the IDW, Spline, TIN, Natural Neighbor and Kriging interpolators, the best interpolators indicated by the results were TIN and Neighbor Natural that had identical results and Kriging that classified differently the Hexagonal Systematic sampling with 250 points of the others. Regarding the number of samples, the results showed that DEMs with 1:1,000 - Class A classifications were generated, with up to 250 points, in some cases. In this sense, the computational effort between samples of 250 points and 3,000 points is reasonably the same, when compared to samples of 50,000 and 30,000 points, therefore, for this area of study, it is better to use samples with a 94% reduction than samples with a 99% reduction since both resulted in good quality DEMs.

Submitted by Reginaldo Soares de Freitas (reginaldo.freitas@ufv.br) on 2016-07-01T11:04:14Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 6147306 bytes, checksum: d070921db9c296e31df3360fa19389f6 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-01T11:04:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 6147306 bytes, checksum: d070921db9c296e31df3360fa19389f6 (MD5) Previous issue date: 2005-02-22 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A crescente importância das variáveis meteorológicas para a estimativa de produtividade e também a carência de trabalhos científicos relacionados à espacialização de variáveis meteorológicas, mostrou a necessidade da realização de estudos que auxiliem na compreensão da climatologia local e suas aplicações. Desta forma, este trabalho tem como objetivo testar e validar o desempenho de uma metodologia para espacialização das variáveis meteorológicas: temperatura do ar, precipitação pluvial, umidade do ar e velocidade do vento para uma área de relevo ondulado. O estudo foi realizado em um polígono regional que contém parte da bacia do Rio Doce localizada na região do Vale do Rio Doce, Estado de Minas Gerais, com coordenadas geográficas entre os paralelos 18° 26’ e 20° 18’ de latitude Sul e entre os meridianos 42° 8’ e 43° 35’ de longitude Oeste, com uma área de 41.512,5 km2, pertencente à empresa Celulose Nipo-Brasileira S.A. (CENIBRA). O período de estudo foi de junho de 2001 a junho de 2004. Comprovou-se a eficiência do método de espacialização das variáveis temperatura e umidade relativa desenvolvido para o local e período estudado, o qual envolveu as etapas: a) criação de uma grade de dados regulares a partir de dados pontuais irregulares, que amplia a disponibilidade de informações meteorológicas; b) correção do gradiente adiabático seco nos pontos de grade com base no modelo digital de elevação; e c) interpolação destas informações utilizando o método do inverso do quadrado da distância. A espacialização da temperatura e umidade relativa foi independente da influência na sazonalidade, de efeitos latitude e continentalidade nas escalas espaciais e temporais consideradas, com um erro relativo médio de 11,1% e 6,6%, respectivamente. A espacialização da velocidade do vento foi satisfatória nas escalas espacial e temporal, com um erro relativo médio de 27% para a maioria das estações estudadas. A espacialização da precipitação pluvial não foi eficiente para representar as variações espaciais dos mecanismos de formação dos eventos de chuva com um erro relativo médio de 66,5%. / The growing importance of the meteorological variables for the productivity estimate and also the need of scientific works related to the espacialization of meteorological variables, showed the need of the realization of studies to aid in the understanding of the local climatology and their applications. This way, this work has as objective tests and to validate the performance of a methodology for espacialization of the meteorological variables: temperature of the air, pluvial precipitation, humidity of the air and wind speed for an area of wavy relief. The study was accomplished in a regional polygon that it contains part of River Doce basin located in the area of River Doce valley, State of Minas Gerais, with geographical coordinates among the parallel ones 18° 26' and 20° 18' of South latitude and among the meridians 42° 8' and 43° 35' of longitude West, with an area of 41.512,5 km2, belonging to the company Nipo- Brasileira de Cellulose S.A. (CENIBRA). The study period was from June, 2001 to June, 2004. Proven the efficiency of the method of espacialization of the variables temperature and relative humidity developed for the place and studied period, which it involved the stages: a) creation of a grid of regular data starting from irregular punctual data, that it enlarges the readiness of meteorological information; b) correction of the gradient dry adiabatic in the grating points with base in the digital model of elevation; and c) interpolation of these information using the method of the inverse square of the distance. The espacialization of the temperature and relative humidity was independent of the influence in the seasonal, of effects latitude and continentally in the space and temporary scales considered, with a medium relative error of 11,1% and 6,6%, respectively. The espacialization of the wind speed was satisfactory in the space and temporary scales, with a medium relative error of 27,0% for most of the studied stations. The espacialization of the pluvial precipitation was not efficient to represent the space variations of the mechanisms of formation of the rain events presenting a medium relative error of 66,5%.

Eventos de inundação são fenômenos geralmente associados a eventos de chuvas intensas. Nesses eventos a cobertura de nuvens, normalmente, prejudica o mapeamento com uso de imagens ópticas. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar os resultados de mapeamento de áreas de inundação utilizando imagens SAR e SRTM. Para aplicação dos métodos foram analisadas as áreas de inundação nas cidades de Santa Fe e Parana, na Argentina. Embora a maior inundação registrada tenha sido no ano de 2003, registros de inundação são frequentemente observados nas províncias de Santa Fé e Entre Ríos. Foi utilizado imagens do satélite Sentinel-1, equipado com sensor C-SAR com dupla polarização (VV/VH). As imagens obtidas são do tipo Interferométrico (IW) Ground Range Detected (GRDH) com resolução espacial de 10 m. Foram utilizadas imagens em períodos com e sem eventos de inundação entre 2016 e 2017, calibradas e coregistradas. Sobre as imagens foram aplicadas técnicas de limiarização e de análise temporal para mapear a mancha de inundação. Também foi elaborado mapa a partir do Modelo Digital de Elevação (MDE) utilizando como referência estações de medição de nível da água dos rios. A validação de todos os métodos foi totalmente remota, baseando-se em um mapeamento da inundação de abril de 2003 na cidade de Santa Fe. Além disso, imagens publicadas de eventos de inundação complementaram a validação e foi possível comparar os resultados com uma imagem óptica Landsat – 8 com resolução de 15 m do dia 22 de fevereiro de 2016, quando o nível do rio Paraná estava acima do nível de alerta Os resultados dos três mapeamentos foram somados para formar uma única imagem com a mancha de inundação em comum. Entre as melhores acurácias, o método de análise do MDE atingiu o melhor resultado, 82% da área de inundação, no entanto, considerando os três métodos, a acurácia atinge mais de 91% de precisão. A técnica de limiarização foi mais eficiente em áreas sem alvos verticais, como áreas urbanas por exemplo. O MDE foi eficiente para simular a inundação em todos os alvos, no entanto em modelos de elevação com melhor resolução, o resultado final do mapeamento será mais preciso. A análise temporal mostrou ser uma técnica promissora para mapeamentos de inundação, no entanto um mapa detalhado de uso de solo é fundamental para aprimorar o resultado desta análise. Todos os processos foram feitos remotamente, possibilitando o desenvolvimento no futuro de um sistema automático para detecção de evento de inundação que pode ser aplicado em áreas com características similares. / Flood events usually go hand in hand with intensive rainfall during which clouds compromise any mapping attempts with optical imagery. Thus, this thesis aims at evaluate the results of mapping flood areas using SAR and SRTM images. For this purpose, flood areas in the cities Santa Fe and Parana in Argentina were analyzed. While the worst flood was registered in 2003, flood events frequently occur in both provinces Santa Fé and Entre Ríos. The employed Sentinel-1 satellite carrying a C-SAR sensor with dual polarization (VV/VH) provided interferometric (IW) Ground Range Detected (GRDH) imagery with a spatial resolution of 10 meters. Images from periods with and without flood events between 2016 and 2017 were calibrated and co-registered. Subsequently on the images were applied threshold and time analysis techniques, as well as a Digital Elevation Model (DEM) analysis with data from stations which measure the rivers’ water levels. The validation of all methods was totally remote, based on a flood mapping of April 2003 in the city of Santa Fe. In addition, published images of flood events complemented the validation and it was possible to compare the results with an optical image Landsat - 8 with 15 m resolution of February 22, 2016, when the level of the Paraná River was above the alert level The three maps were summed to form a single image with the flood spot in common. Among the best accuracy, the MDE analysis method achieved the best result, 82% of the flood area, however, considering all three methods, the accuracy reaches more than 91% accuracy. The thresholding technique was more efficient in areas with no vertical targets, such as urban areas. The DEM was efficient to simulate flooding on all targets, however using elevation models with better resolution, the final result of the mapping will be more accurate. The temporal analysis showed to be a promising technique for flood mapping, however a detailed map of land use is fundamental to improve the results of this analysis. All processes were done remotely, allowing the future development of an automatic flood event detection system that can be applied in areas with similar characteristics.

Com o surgimento de novos métodos de extração de dados altimétricos no mercado de geotecnologias a escolha da melhor técnica é um problema que preocupa a maioria dos usuários. Como nenhum dado está isento de erros faz-se necessário propor método que faça uso dessa diversidade de informações minimizando-se o erro. A Colocação por Mínimos Quadrados é uma técnica que permite a integração de dados diferentes em tipo e precisão. Assim, a presente dissertação teve como objetivo a determinação e avaliação de um novo Modelo Digital de Elevação, denominado MDE Híbrido, a partir de dados altimétricos obtidos através de diferentes técnicas: fotogrametria (curvas de nível extraídas de carta 1:50.000), estereoscopia em imagens de um sensor orbital (ASTER) e interferometria de radar (SRTM). Foram selecionadas três áreas no município de Porto Alegre/RS, que apresentam diferentes tipos de relevo: plano, misto e acidentado. Nessas áreas foram obtidos os MDEs a partir de curvas de nível, imagens ASTER e do SRTM com resoluções de 30m, 15m e 90m respectivamente. Uma avaliação pontual foi realizada nos três dados onde pode-se observar que para cada área de estudo um diferente dado apresentou menor Erro Médio Quadrático. Estes três dados foram então integrados utilizando-se a Colocação por Mínimos Quadrados e resolução de 15m. Após avaliação, o MDE Híbrido na Área Plana apresentou acurácia altimétrica igual a 3,493m e na Área Mista o valor de 4,763m o que atende aos requisitos da Classe A do PEC (Padrão de Exatidão Cartográfico) na escala 1:25.000. Já na Área Acidentada o valor encontrado foi de 8,66m atendendo os requisitos da Classe A do PEC na escala 1:50.000. Os resultados práticos alcançados nesta pesquisa mostraram que os dados altimétricos com diferentes resoluções espaciais podem ser integrados, desde que se tenha conhecimento das suas precisões. A resolução espacial de um determinado dado não está relacionada com a precisão deste dado. / With the appearance of new methods of altimetric data extraction, the choice for the best technique is a problem that concerns the majority of users. As no data is error free, it is necessary to propose a methodology that may use this diversity of information as well as minimize errors which arise from each data. The Least-Squares Collocation (CMQ) is a technique that allows the integration of different data according to type and precision. Thus, this paper aimed at determining and evaluating a new Digital Elevation Model called Hybrid MDE, which was obtained through the integration of data from different techniques: Photogrammetry (level curves extracted from maps, Stereoscopy (ASTER) and Interferometry (SRTM). To evaluate the efficiency of this methodology, we selected three areas in the city of Porto Alegre/RS, which showed different types of relief: plain, mixed and rough. In these areas, the MDEs were generated from level curves and ASTER images, which had a resolution of 30 m and 15m respectively; we also included the SRTM data, which show a resolution of 90 m. These three data were then integrated, using the CMQ, and determining a new model with a final resolution of 15 m, which was called Hybrid MDE. Lastly, we realized an evaluation, in which the Hybrid MDE in the Plain Area showed an altimetric accuracy equal to 3,493 m and in the Mixed Area 4, 763, which follows the Class A requisites of the Standard of Cartographic Exactness (PEC) in the scale of 1:25.000. In the Rough Area, the value found was 8, 66 m , following the Class A requisites for PEC in the scale of 1:50.000. The practical results reached in this research show that altimetric data with different spatial resolutions may be integrated, as long as we are aware of its precision.

A modelagem matemática está presente na pratica hidrológica como uma das principais ferramentas utilizadas em projetos de engenharia e avaliações ambientais. Particularmente, os modelos hidrológicos de larga escala têm sido aplicados em avaliações de impactos de mudança da cobertura vegetal e variabilidade climática, e em sistemas de previsão. Entre as limitações destes modelos está a incapacidade de representar o escoamento em áreas muito planas, com extensas áreas inundáveis e efeitos de remanso como nos rios amazônicos. Assim, apresenta-se neste trabalho uma proposta metodológica para simulação hidrológica e hidrodinâmica integrada em grandes bacias. O modelo é baseado no modelo hidrológico MGB-IPH (Collischonn, 2001), no modelo hidrodinâmico 1D IPH-IV (Tucci, 1978) e em procedimentos para extração de parâmetros para o modelo hidrodinâmico principalmente de Modelos Digitais de Elevação (MDEs) a fim de suprir a falta de dados detalhada das calhas fluviais e planícies de inundação. Propõem-se também uma metodologia simplificada para simulação das áreas inundadas. A técnica proposta é na realidade um aperfeiçoamento do modelo MGB-IPH. A metodologia desenvolvida é avaliada através de um estudo de caso na bacia do rio Solimões, que possui cerca de 2.221.990 km2 e é o principal afluente do rio Amazonas. Análises comparativas entre vazões observadas e simuladas em 18 postos fluviométricos mostram a superioridade da metodologia proposta em relação a métodos de propagação de vazões simplificados - representado pelo modelo Muskingum Cunge (MC). Os hidrogramas simulados com o modelo MC são adiantados e com picos erroneamente acentuados. Além disso, conforme a análise dos resultados em 35 postos fluviométricos, o modelo é capaz de fornecer resultados satisfatórios de variação dos níveis d’água. As áreas inundadas simuladas são comparadas com estimativas via sensoriamento remoto de Hess et al (2003) em duas datas distintas, representativas dos períodos de cheia e estiagem e o desempenho do modelo MGB-IPH é satisfatório. Verifica-se que a influência da variação sazonal das áreas alagadas sobre o balanço hídrico não é significativa na bacia do Solimões. Adicionalmente, de acordo com as simulações, o armazenamento na planície de inundação e o termo de pressão são ambos importantes na representação do escoamento nos rios amazônicos visto que parte do armazenamento é devido ao represamento de afluentes de grandes rios. Por fim, o modelo fornece melhores simulações de vazão e resultados adicionais de níveis d’água e áreas inundadas. Assim, espera-se que este possa ser utilizado na representação mais coerente de impactos de mudanças do uso do solo, variabilidade climática e reservatórios, simulação de outros processos como fluxos de sedimentos e qualidade d’água, e em sistemas de previsão hidrológica. / The mathematical modeling is present in the hydrological practice as one of the main tools used in engineering projects and environmental assessments. Particularly, the large scale hydrological models have been applied in land use and climate variability impact assessments and in forecast systems. Among the restrictions of these models is partial representation of the hydrodynamics in rivers with large floodplains, low slope and significant backwater effects, as the Amazon rivers. Considering this, an integrated hydrological e hydrodynamic modeling approach for large watersheds is presented. The model is based on the MGB-IPH hydrological model (Collischonn, 2001), the IPH IV 1D hydrodynamic model (Tucci, 1978) and DEM processing procedures for hydrodynamic model parameters extraction due limited river and floodplain detailed data. It is also proposed a simplified methodology for simulation of the flooded areas. The proposed technique is actually an improvement of the MGB-IPH model. The model is evaluated on a case study in the Solimões river basin (2,221,990 km2), the main tributary of the Amazon River. Analysis of simulated and observed discharge of 18 gauge stations show the superiority of the proposed methodology if compared to simplified flow routing methods - represented by the Muskingum Cunge model (MC). The flood waves simulated with the MC model are advanced and have wrongly pronounced peaks. Through the analysis of simulated and observed water levels in 35 gauge stations, it is shown that the model is able to represent water levels variations. The simulated flooded areas are compared with remote sensing estimates of Hess et al (2003) on two time intervals, representing high and low water periods, and the performance of the MGB-IPH model was satisfactory. It is found that the influence of seasonal variation of the flooded areas on the water balance is not significant on the Solimões river basin. Additionally, according to simulations, both floodplain storage and pressure term are important on the hydrodynamics of the Amazon rivers because part of the storage is due backwater effects and storage on floodplain of the major rivers tributaries. Finally, the model provides improved flow simulations and additional outputs - water levels and flooded areas. Thus, it is expected that it can be used in more consistent representation of land use, climate variability and dam impacts, in simulation of other processes such sediment and water quality, and in hydrological forecasting systems.

Eventos de inundação são fenômenos geralmente associados a eventos de chuvas intensas. Nesses eventos a cobertura de nuvens, normalmente, prejudica o mapeamento com uso de imagens ópticas. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar os resultados de mapeamento de áreas de inundação utilizando imagens SAR e SRTM. Para aplicação dos métodos foram analisadas as áreas de inundação nas cidades de Santa Fe e Parana, na Argentina. Embora a maior inundação registrada tenha sido no ano de 2003, registros de inundação são frequentemente observados nas províncias de Santa Fé e Entre Ríos. Foi utilizado imagens do satélite Sentinel-1, equipado com sensor C-SAR com dupla polarização (VV/VH). As imagens obtidas são do tipo Interferométrico (IW) Ground Range Detected (GRDH) com resolução espacial de 10 m. Foram utilizadas imagens em períodos com e sem eventos de inundação entre 2016 e 2017, calibradas e coregistradas. Sobre as imagens foram aplicadas técnicas de limiarização e de análise temporal para mapear a mancha de inundação. Também foi elaborado mapa a partir do Modelo Digital de Elevação (MDE) utilizando como referência estações de medição de nível da água dos rios. A validação de todos os métodos foi totalmente remota, baseando-se em um mapeamento da inundação de abril de 2003 na cidade de Santa Fe. Além disso, imagens publicadas de eventos de inundação complementaram a validação e foi possível comparar os resultados com uma imagem óptica Landsat – 8 com resolução de 15 m do dia 22 de fevereiro de 2016, quando o nível do rio Paraná estava acima do nível de alerta Os resultados dos três mapeamentos foram somados para formar uma única imagem com a mancha de inundação em comum. Entre as melhores acurácias, o método de análise do MDE atingiu o melhor resultado, 82% da área de inundação, no entanto, considerando os três métodos, a acurácia atinge mais de 91% de precisão. A técnica de limiarização foi mais eficiente em áreas sem alvos verticais, como áreas urbanas por exemplo. O MDE foi eficiente para simular a inundação em todos os alvos, no entanto em modelos de elevação com melhor resolução, o resultado final do mapeamento será mais preciso. A análise temporal mostrou ser uma técnica promissora para mapeamentos de inundação, no entanto um mapa detalhado de uso de solo é fundamental para aprimorar o resultado desta análise. Todos os processos foram feitos remotamente, possibilitando o desenvolvimento no futuro de um sistema automático para detecção de evento de inundação que pode ser aplicado em áreas com características similares. / Flood events usually go hand in hand with intensive rainfall during which clouds compromise any mapping attempts with optical imagery. Thus, this thesis aims at evaluate the results of mapping flood areas using SAR and SRTM images. For this purpose, flood areas in the cities Santa Fe and Parana in Argentina were analyzed. While the worst flood was registered in 2003, flood events frequently occur in both provinces Santa Fé and Entre Ríos. The employed Sentinel-1 satellite carrying a C-SAR sensor with dual polarization (VV/VH) provided interferometric (IW) Ground Range Detected (GRDH) imagery with a spatial resolution of 10 meters. Images from periods with and without flood events between 2016 and 2017 were calibrated and co-registered. Subsequently on the images were applied threshold and time analysis techniques, as well as a Digital Elevation Model (DEM) analysis with data from stations which measure the rivers’ water levels. The validation of all methods was totally remote, based on a flood mapping of April 2003 in the city of Santa Fe. In addition, published images of flood events complemented the validation and it was possible to compare the results with an optical image Landsat - 8 with 15 m resolution of February 22, 2016, when the level of the Paraná River was above the alert level The three maps were summed to form a single image with the flood spot in common. Among the best accuracy, the MDE analysis method achieved the best result, 82% of the flood area, however, considering all three methods, the accuracy reaches more than 91% accuracy. The thresholding technique was more efficient in areas with no vertical targets, such as urban areas. The DEM was efficient to simulate flooding on all targets, however using elevation models with better resolution, the final result of the mapping will be more accurate. The temporal analysis showed to be a promising technique for flood mapping, however a detailed map of land use is fundamental to improve the results of this analysis. All processes were done remotely, allowing the future development of an automatic flood event detection system that can be applied in areas with similar characteristics.

Com o surgimento de novos métodos de extração de dados altimétricos no mercado de geotecnologias a escolha da melhor técnica é um problema que preocupa a maioria dos usuários. Como nenhum dado está isento de erros faz-se necessário propor método que faça uso dessa diversidade de informações minimizando-se o erro. A Colocação por Mínimos Quadrados é uma técnica que permite a integração de dados diferentes em tipo e precisão. Assim, a presente dissertação teve como objetivo a determinação e avaliação de um novo Modelo Digital de Elevação, denominado MDE Híbrido, a partir de dados altimétricos obtidos através de diferentes técnicas: fotogrametria (curvas de nível extraídas de carta 1:50.000), estereoscopia em imagens de um sensor orbital (ASTER) e interferometria de radar (SRTM). Foram selecionadas três áreas no município de Porto Alegre/RS, que apresentam diferentes tipos de relevo: plano, misto e acidentado. Nessas áreas foram obtidos os MDEs a partir de curvas de nível, imagens ASTER e do SRTM com resoluções de 30m, 15m e 90m respectivamente. Uma avaliação pontual foi realizada nos três dados onde pode-se observar que para cada área de estudo um diferente dado apresentou menor Erro Médio Quadrático. Estes três dados foram então integrados utilizando-se a Colocação por Mínimos Quadrados e resolução de 15m. Após avaliação, o MDE Híbrido na Área Plana apresentou acurácia altimétrica igual a 3,493m e na Área Mista o valor de 4,763m o que atende aos requisitos da Classe A do PEC (Padrão de Exatidão Cartográfico) na escala 1:25.000. Já na Área Acidentada o valor encontrado foi de 8,66m atendendo os requisitos da Classe A do PEC na escala 1:50.000. Os resultados práticos alcançados nesta pesquisa mostraram que os dados altimétricos com diferentes resoluções espaciais podem ser integrados, desde que se tenha conhecimento das suas precisões. A resolução espacial de um determinado dado não está relacionada com a precisão deste dado. / With the appearance of new methods of altimetric data extraction, the choice for the best technique is a problem that concerns the majority of users. As no data is error free, it is necessary to propose a methodology that may use this diversity of information as well as minimize errors which arise from each data. The Least-Squares Collocation (CMQ) is a technique that allows the integration of different data according to type and precision. Thus, this paper aimed at determining and evaluating a new Digital Elevation Model called Hybrid MDE, which was obtained through the integration of data from different techniques: Photogrammetry (level curves extracted from maps, Stereoscopy (ASTER) and Interferometry (SRTM). To evaluate the efficiency of this methodology, we selected three areas in the city of Porto Alegre/RS, which showed different types of relief: plain, mixed and rough. In these areas, the MDEs were generated from level curves and ASTER images, which had a resolution of 30 m and 15m respectively; we also included the SRTM data, which show a resolution of 90 m. These three data were then integrated, using the CMQ, and determining a new model with a final resolution of 15 m, which was called Hybrid MDE. Lastly, we realized an evaluation, in which the Hybrid MDE in the Plain Area showed an altimetric accuracy equal to 3,493 m and in the Mixed Area 4, 763, which follows the Class A requisites of the Standard of Cartographic Exactness (PEC) in the scale of 1:25.000. In the Rough Area, the value found was 8, 66 m , following the Class A requisites for PEC in the scale of 1:50.000. The practical results reached in this research show that altimetric data with different spatial resolutions may be integrated, as long as we are aware of its precision.

A modelagem matemática está presente na pratica hidrológica como uma das principais ferramentas utilizadas em projetos de engenharia e avaliações ambientais. Particularmente, os modelos hidrológicos de larga escala têm sido aplicados em avaliações de impactos de mudança da cobertura vegetal e variabilidade climática, e em sistemas de previsão. Entre as limitações destes modelos está a incapacidade de representar o escoamento em áreas muito planas, com extensas áreas inundáveis e efeitos de remanso como nos rios amazônicos. Assim, apresenta-se neste trabalho uma proposta metodológica para simulação hidrológica e hidrodinâmica integrada em grandes bacias. O modelo é baseado no modelo hidrológico MGB-IPH (Collischonn, 2001), no modelo hidrodinâmico 1D IPH-IV (Tucci, 1978) e em procedimentos para extração de parâmetros para o modelo hidrodinâmico principalmente de Modelos Digitais de Elevação (MDEs) a fim de suprir a falta de dados detalhada das calhas fluviais e planícies de inundação. Propõem-se também uma metodologia simplificada para simulação das áreas inundadas. A técnica proposta é na realidade um aperfeiçoamento do modelo MGB-IPH. A metodologia desenvolvida é avaliada através de um estudo de caso na bacia do rio Solimões, que possui cerca de 2.221.990 km2 e é o principal afluente do rio Amazonas. Análises comparativas entre vazões observadas e simuladas em 18 postos fluviométricos mostram a superioridade da metodologia proposta em relação a métodos de propagação de vazões simplificados - representado pelo modelo Muskingum Cunge (MC). Os hidrogramas simulados com o modelo MC são adiantados e com picos erroneamente acentuados. Além disso, conforme a análise dos resultados em 35 postos fluviométricos, o modelo é capaz de fornecer resultados satisfatórios de variação dos níveis d’água. As áreas inundadas simuladas são comparadas com estimativas via sensoriamento remoto de Hess et al (2003) em duas datas distintas, representativas dos períodos de cheia e estiagem e o desempenho do modelo MGB-IPH é satisfatório. Verifica-se que a influência da variação sazonal das áreas alagadas sobre o balanço hídrico não é significativa na bacia do Solimões. Adicionalmente, de acordo com as simulações, o armazenamento na planície de inundação e o termo de pressão são ambos importantes na representação do escoamento nos rios amazônicos visto que parte do armazenamento é devido ao represamento de afluentes de grandes rios. Por fim, o modelo fornece melhores simulações de vazão e resultados adicionais de níveis d’água e áreas inundadas. Assim, espera-se que este possa ser utilizado na representação mais coerente de impactos de mudanças do uso do solo, variabilidade climática e reservatórios, simulação de outros processos como fluxos de sedimentos e qualidade d’água, e em sistemas de previsão hidrológica. / The mathematical modeling is present in the hydrological practice as one of the main tools used in engineering projects and environmental assessments. Particularly, the large scale hydrological models have been applied in land use and climate variability impact assessments and in forecast systems. Among the restrictions of these models is partial representation of the hydrodynamics in rivers with large floodplains, low slope and significant backwater effects, as the Amazon rivers. Considering this, an integrated hydrological e hydrodynamic modeling approach for large watersheds is presented. The model is based on the MGB-IPH hydrological model (Collischonn, 2001), the IPH IV 1D hydrodynamic model (Tucci, 1978) and DEM processing procedures for hydrodynamic model parameters extraction due limited river and floodplain detailed data. It is also proposed a simplified methodology for simulation of the flooded areas. The proposed technique is actually an improvement of the MGB-IPH model. The model is evaluated on a case study in the Solimões river basin (2,221,990 km2), the main tributary of the Amazon River. Analysis of simulated and observed discharge of 18 gauge stations show the superiority of the proposed methodology if compared to simplified flow routing methods - represented by the Muskingum Cunge model (MC). The flood waves simulated with the MC model are advanced and have wrongly pronounced peaks. Through the analysis of simulated and observed water levels in 35 gauge stations, it is shown that the model is able to represent water levels variations. The simulated flooded areas are compared with remote sensing estimates of Hess et al (2003) on two time intervals, representing high and low water periods, and the performance of the MGB-IPH model was satisfactory. It is found that the influence of seasonal variation of the flooded areas on the water balance is not significant on the Solimões river basin. Additionally, according to simulations, both floodplain storage and pressure term are important on the hydrodynamics of the Amazon rivers because part of the storage is due backwater effects and storage on floodplain of the major rivers tributaries. Finally, the model provides improved flow simulations and additional outputs - water levels and flooded areas. Thus, it is expected that it can be used in more consistent representation of land use, climate variability and dam impacts, in simulation of other processes such sediment and water quality, and in hydrological forecasting systems.

A bacia hidrográfica pode ser entendida como um sistema integrado entre todos os seus elementos constituintes, solo, água, vegetação e fauna, onde toda perturbação natural ou antrópica provoca reações na dinâmica natural da bacia, forçando-a a adaptar-se a este novo ambiente. As ações antrópicas estão relacionadas a atividades socioeconômicas, que diante de um planejamento e gestão ambiental inadequados, se dissociam dos aspectos ambientais entrando em conflito com a capacidade de suporte do ecossistema. Diante deste panorama, vários países têm buscado reequilibrar a dinâmica integrada das bacias hidrográficas, incorporando princípios e normas para a gestão e planejamento de recursos hídricos, utilizando a bacia hidrográfica como unidade de gestão e planejamento, além de monitorar os efeitos oriundos do desequilíbrio do sistema. O projeto e planejamento de recursos hídricos, necessita de informações que permitam a avaliação do comportamento hidrológico da bacia. Para isso, é necessário quantificar todas as características morfométricas das bacias, pois, ao se estabelecerem relações e comparações entre tais características e os dados hidrológicos conhecidos, pode-se determinar indiretamente os valores hidrológicos em locais nos quais faltem dados. Comumente, para se iniciar uma análise hidrológica ou ambiental, preliminarmente procede-se a delimitação da bacia hidrográfica, que em até pouco tempo era realizada através de métodos analógicos. Com o advento dos softwares SIG e da representação digital do relevo a partir de técnicas de sensoriamento remoto, tornou-se possível automatizar esta tarefa. A partir disso, buscou-se com este trabalho elaborar uma ferramenta computacional, utilizando a linguagem computacional R, para delimitação e caracterização morfométrica de bacias hidrográficas a partir de Modelos Digitais de Elevação (MDE) globais, de forma automática, que permita fornecer rapidamente os parâmetros morfométricos, proporcionando ao usuário concluir também pelo modelo que mais se adeque a sua necessidade. Buscou-se avaliar a ferramenta elaborada com um estudo de caso comparativo em quatro sub-bacias hidrográficas do estado do Tocantins, com características de relevo distintas, apresentando uma alternativa para validação hidrológica de modelos digitais de elevação a partir de dados altimétricos do SIGEF (Sistema de Gestão Fundiária). Com o estudo de caso, concluiu-se que a ferramenta proposta funciona satisfatoriamente para o que se propõe. Quando comparada com o programa r.basin.py a partir do software Grass GIS, a ferramenta apresentou resultados similares em relação aos valores da maioria dos parâmetros morfométricos; apresentando, contudo, um detalhamento inferior da rede de drenagem, associado a diferenças no algoritmo de preenchimento de dados espúrios, no entanto este problema pode ser contornado ajustando os valores das configurações iniciais do threshold. / The watershed can be understood as an integrated system among all its constituent elements, soil, water, vegetation and fauna, where every natural or anthropic disturbance causes reactions in the natural dynamics of the basin, forcing it to adapt to this new environment. Anthropic actions are related to socio -economic activities, that in the face of inadequate environmental planning and management, dissociate from environmental aspects getting to conflict with the ecosystem's capacity to support. Facing this panorama, several countries have sought to rebalance the integrated dynamics of watersheds, incorporating principles and norms for the management and planning the effects deriving of the unbalance of the system. The project and planning of hydric resources need information that allows the evaluation of the hydrological behavior of the basin. For this, it is necessary to quantify all the morphometric characteristics of the basins, because, when establishing relationships and comparisons among such characteristics and the known hydrological data, one can indirectly determine the hydrological values in places where data are missing. Commonly, to initiate a hydrological or environment al analysis, preliminarily the delimitation of the watershed is proceeded, which until recently it softwares and the digital representation of relief from remote sense techniques, it became possible to automate this task. From this, it sought with this work to elaborate a computational tool, using R computational language, for the delimitation and morphometric characterization of watershads from global Digital Elevation Models (DEM), in automatic way, that permits provide quickly the morphometric parameters, offering to the user also to conclude by the model that best suit it need. The objective of this study is to evaluate the elaborated tool with a study of comparative in four river sub - basins in the state of Tocantins, with different relief characteristics, presentingan alternative for hydrological validation of digital elevation models from the SIGEF (Portuguese abreviation of System of Land Management) altimetric data. With the case study, it was concluded that the proposed tool works satisfactorily for what is propcompared with the r.basin.py program from the Grass GIS software, the tool presented similar results in relation to the values of most of the morphometric parameters; however, a lower drainage network detail, associated with differences in the spurious data filling algorithm, though, this problem can be circumvented by adjusting the initial threshold values configurations.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:15:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Willian Roza.pdf: 6684537 bytes, checksum: fafdba4f5d553667283cb6cbe3e7f121 (MD5) Previous issue date: 2014-03-27 / The Atlantic Forest displays many functions that ensure the quality of life for many Brazilians and corresponds to one of the 34 hotspots of biodiversity in the world. In the State of Paraná, areas with the largest remnants of Atlantic Forest are located in the eastern portion of the state, which correspond to the Dense Tropical Rainforest (DTR); it presents the following physiognomic units: ecological forest, alluvial, lowland, submontane, montane and upper montane and non-forest represented by pioneer formations: mangroves, salt fields, salt marshes and refuges vegetation. This study seeks to test strategies to spatialize forest and non-forest remnants of ecological physiognomic units of DTR in the southeastern portion of the State of Paraná. In order to spatialize the vegetation, digital classification through the algorithm Support Vector Machines (SVM) was used. Tests were conducted on Landsat 5 TM spectral bands and ancillary altitude data such as the DEM (Digital Elevation Model) and ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflection Radiometer) with its byproducts, namely slope and altimetric tracks. First tests were undertaken only with the spectral bands, followed by ones with the spectral bands and ancillary altitude data; and finally the last ones with different SVM settings. To calculate the accuracy of the classified images through Kappa Index (KI) and Confusion Matrix (CM), training samples were collected in images from sensors Spot 5 and P6LIS3, and altitude was verified by means of DEM SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). After visual analysis, overall results and classes corresponding to the results from classified images, it was found that just with the spectral bands it was not possible to spatialize forest remnants from ecological physiognomic units of DTR. I was concluded that the separation between the classes of DTR (upper montane, montane, submontane and lowland) was not adequate. But, still observed through visual analysis, there was an accuracy improvement in digital classification when using spectral bands plus DEM ASTER. It seems that the most appropriate result from visual analysis and accuracy of the classified images were obtained through classifying spectral bands over altimetric tracks, enabling GIS to measure the values of the areas in the physiognomic units of DTR. It is noteworthy that all classifications were appropriate, however with the auxiliary altitude data, accuracy was increased in visual analysis, IK and MC by the aid of comparing them to altimetric tracks that define the position of the vegetation according to relief classes as addressed by Veloso, Rangel Filho and Lima (1991). This study serves as a resource for identifying, spatializing and mapping the distribution of forest and non-forest remnants in the southeastern portion of the Paraná DTR. This region encompasses several protected areas, located at both floodplains and slopes of the coastal mountain range. / A Mata Atlântica possui diversas funções que garantem a qualidade de vida de inúmeros brasileiros, sendo que corresponde a um dos 34 hotspots de biodiversidade do mundo. No Paraná, as áreas que apresentam os maiores remanescentes de Mata Atlântica estão situadas na porção leste do estado, as quais correspondem à Floresta Ombrófila Densa (FOD), que apresenta as seguintes unidades fisionômicas ecológicas florestais: aluvial, terras baixas, submontana, montana e alto-montana; e as não florestais, representadas pelas formações pioneiras: manguezais, campos salinos, restingas e refúgios vegetacionais. A presente pesquisa tem como objetivo testar estratégias para espacializar os remanescentes florestais e não florestais das unidades fisionômicas ecológicas da porção sudeste da FOD do estado do Paraná. Para espacializar a vegetação, optou-se pela classificação digital mediante o algoritmo Support Vector Machines (SVM), com o qual se realizaram testes com as bandas espectrais Landsat 5 TM e dados auxiliares de altitude, como o MDE (Modelo Digital de Elevação) ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission Reflection Radiometer) e seus subprodutos, declividade e faixas altimétricas. Realizaram-se os primeiros testes somente com as bandas espectrais, em seguida com as bandas espectrais e dados auxiliares de altitude e, por último, os testes com diferentes configurações de SVM. Para calcular a acuracidade mediante Índice Kappa (IK) e Matriz de Confusão (MC) das imagens classificadas, amostras de treinamento foram coletadas em imagens do sensor Spot 5 e P6LIS3, sendo que se verificou a altitude mediante MDE SRTM (Shuttle Radar Topography Mission). Após as análises visuais, acuracidades globais e de classes correspondentes aos resultados das imagens classificadas, constatou-se que somente com as bandas espectrais não é possível espacializar os remanescentes florestais das unidades fisionômicas ecológicas da FOD, pois a separação entre as classes da FOD (alto-montana, montana, submontana e terras baixas) não foi adequada. Porém, quando da classificação digital com as bandas espectrais mais MDE ASTER, contata-se, mediante a análise visual e acuracidade das imagens classificadas, que o resultado melhorou. Nota-se que o resultado mais adequado a partir das análises visuais e acuracidade das imagens classificadas foi obtido mediante a classificação com as bandas espectrais mais faixas altimétricas, possibilitando, em SIG, mensurar os valores de áreas das unidades fisionômicas ecológicas florestais da FOD. Constata-se que todas as classificações são adequadas, no entanto, com os dados auxiliares de altitude, a acuracidade aumenta tanto pela análise visual quanto pelos IK e MC, mediante a comparação com as faixas altimétricas que definem a posição da vegetação de acordo com as classes do relevo abordadas por Veloso, Rangel Filho e Lima (1991). O presente trabalho serve como subsídio para a identificação, espacialização e mapeamentos dos remanescentes florestais e não florestais da porção sudeste da FOD do Paraná que abrangem várias unidades de conservação, situadas tanto na planície aluvial quanto nas encostas da Serra do Mar.