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Journal Cover Boletim de Ciências Geodésicas
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   ISSN (Print) 1413-4853 - ISSN (Online) 1982-2170
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  • Precise point positioning and relative positioning with GNSS: what most
           accuratecurrently?

    • Abstract: O posicionamento relativo ainda é o método de posicionamento mais utilizado para determinação de coordenadas em levantamentos geodésicos de precisão. Contudo, o Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) está cada vez mais em evidência, em função dos bons resultados oferecidos e pela praticidade de seu uso. Este trabalho tem como objetivo avaliar a acurácia destes métodos de levantamento, com o intuito de indicar qual método de posicionamento com GNSS é mais acurado atualmente. Os dados utilizados neste trabalho foram coletados pelas estações da RBMC (Rede Brasileira de Monitoramento Contínuo dos Sistemas GNSS). Para análise do PPP foi utilizado o serviço gratuito online IBGE-PPP, e para análise do posicionamento relativo estático foram utilizados o serviço de posicionamento online gratuito AUSPOS e o software comercial LGO (Leica Geo Office Combined). Após a compatibilização entre os sistemas de referência e época das coordenadas estimadas pelo LGO, IBGE-PPP e AUSPOS, estas coordenadas foram comparadas com as coordenadas de referência disponibilizadas pelo IBGE, que também foram compatibilizadas para o mesmo sistema e época de referência das coordenadas estimadas. De acordo com os resultados obtidos, conclui-se que, atualmente, o método de posicionamento relativo continua proporcionando os resultados mais acurados, independentemente do comprimento da linha de base. É importante destacar a potencialidade do uso de receptores de uma frequência no posicionamento relativo para linhas de base curtas (até 20 km). Neste caso, em 64,3 % dos resultados, de um total de 147, a acurácia foi milimétrica. Deve salientar também a potencialidade do IBGE-PPP e do AUSPOS. No caso do IBGE-PPP em 100% dos casos a acurácia foi centimétrica, enquanto que no AUSPOS, em apenas 15,6% dos casos a acurácia foi decimétrica.Relative positioning is still the most widely used method for determination of coordinates in precision geodetic surveys. However, the Precise Point Positioning (PPP) is increasingly in evidence, due to the good results offered and the practicality of its use. This study aims to evaluate the accuracy of these positioning methods in order to indicate which method is currently more accurate. The data used in this study were collected by the stations of RBMC (Brazilian Network for Continuous Monitoring of GNSS Systems). For PPP analysis, it was used the free service online IBGE-PPP, and for analysis of static relative positioning, it was used the free online GPS processing service AUSPOS and commercial software LGO (Leica Geo Office Combined). After the compatibility between the systems of reference and timing of coordinates estimated by LGO, IBGE-PPP and AUSPOS, these coordinates were compared with the reference coordinates provided by the IBGE, which were also transformed and updated to the same reference system and time of coordinates estimated. According to the results, it was concluded that, at present, the method of relative positioning continues to provide the most accurate results, regardless of the length of the baseline. It is important to emphasize the potentiality of the use of single frequency receivers in the relative positioning for short baselines (until 20 km). In this case, at 64.3% of the results, a total of 147, the accuracy was millimeter. It should be noted the potential of the IBGE-PPP and AUSPOS. In the case of IBGE-PPP in 100% of cases the accuracy was centimeter, while in AUSPOS in only 15.6% of cases the accuracy was decimeter.
       
  • Planimetric positional accuracy assessment in digital surface models with
           the use of linear features

    • Abstract: Atualmente, tem-se aumentado a preocupação com a avaliação da acurácia posicional em dados espaciais, principalmente em dados com informações altimétricas. Contudo, vários trabalhos avaliam apenas a componente altimétrica, desconsiderando a acurácia posicional planimétrica. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar a acurácia posicional planimétrica dos principais MDSs disponíveis gratuitamente para o Brasil, como os modelos SRTM (banda C e X), Aster GDEM versão 2 e TOPODATA. Para a avaliação da acurácia posicional planimétrica dos MDSs, fez-se a extração de feições características do terreno como linhas de cumeadas e linhas de hidrografia numérica. Em seguida, de posse destas feições lineares, aplicou-se o método do Buffer Duplo para avaliar a acurácia posicional planimétrica de acordo com o padrão definido no Decreto-lei n° 89.817/ET-ADGV. Para a comparação destes modelos, utilizou-se como referência um MDS, na escala de 1:25.000, obtido do sensor ALOS/PRISM. Os resultados da avaliação posicional planimétrica apresentaram Classe C na escala 1:100.000 para os MDS SRTM-X e Aster GDEM; para os MDS TOPODATA e SRTM-C, as classificações obtidas foram Classe B e Classe C na escala de 1:250.000, respectivamenteCurrently, the concern over positional accuracy assessment in spatial data has grown, primarily in data with altimetric data information. However, several studies only assess the altimetric component, disregarding the planimetric positional accuracy. Thus, this work aims to evaluate the planimetric positional accuracy of the main MDSs available for free in Brazil, such as SRTM (band C and X), Aster GDEM version 2 and TOPODATA models. To evaluate the planimetric positional accuracy ridge lines and numerical hydrography lines were extracted as terrain characteristics. Then, in possession of these linear features, the Double Buffer method was applied to evaluate the horizontal accuracy according to the standards defined in Decree-Law n° 89,817/ET-ADGV. To compare these models an MDS obtained from ALOS/PRISM sensors, on a scale of 1:25,000, was used as a reference . The results of the planimetric positional evaluation were class C at 1:100,000 scale for the MDS SRTM-X and Aster GDEM; for the MDS TOPODATA and SRTM-C, the obtained classifications were class B and class C on a scale of 1:250,000, respectively.
       
  • An adaptive method for registration of RGB-D data

    • Abstract: Neste trabalho é apresentado um método adaptativo para registro e mapeamento de ambientes internos com regiões de pouca textura usando dados derivados de câmeras RGB-D. Basicamente, quatro pontos principais envolvidos no desenvolvimento do método são aqui discutidos: a calibração dos sensores integrados no dispositivo Kinect; o registro dos pares de nuvens de pontos 3D adquiridas sucessivamente pelo sensor de imageamento; a inclusão de pesos no algoritmo ICP baseado em abordagem ponto-a-ponto; e o refinamento dos parâmetros de transformação empregando uma análise de consistência global. A calibração dos sensores é feita usando o método de Zhang. O modelo de corpo rígido 3D é empregado para calcular os parâmetros de transformação. Um método adaptativo é proposto para inclusão de pesos baseados na precisão teórica das medidas de profundidade. Um modelo linear capaz de refinar simultaneamente o conjunto de parâmetros de transformação é proposto para a análise da consistência global. Experimentos foram conduzidos para avaliar a eficiência do método proposto e os resultados obtidos mostraram sua potencialidadeIn this paper an adaptive method for indoor mapping and registration of environment with texture less regions using RGB-D data is presented. Basically, four main points involved in the method are here discussed: the calibration of the sensors integrated in the Kinect device; the registration of 3D point clouds pairs acquired successively by the imaging sensor; the inclusion of weights in the point-to-point ICP algorithm; and a global adjustment for the refinement of transformation parameters. The sensors calibration is realized using the Zhang method. The 3D rigid body model is employed to calculate the transformation parameters. The weights are defined based on the theoretical accuracy of depth measurements. A linear model is proposed for global adjustment. Experiments were conducted and the results showed the efficiency and potentially of the proposed method.
       
  • On orbit geometric calibration of HRC-CBERS 2B sensor

    • Abstract: A extração de informações geoespaciais de uma imagem orbital requer a orientação interior e exterior da mesma. Os parâmetros de orientação exterior (POE) podem ser obtidos de forma direta, utilizando sensores GNSS/INS e estelares, ou indireta, utilizando feições de controle no espaço objeto. Os parâmetros de orientação interior (POI) são inicialmente obtidos por calibração em laboratório antes do lançamento do satélite, e podem também ser estimados periodicamente pela calibração geométrica em órbita. O objetivo deste trabalho foi realizar a calibração geométrica em órbita do sensor HRC-CBERS 2B. Para tanto, foram consideradas as correções dos efeitos sistemáticos causados pela geometria do plano focal do sensor e pelo sistema de lentes do mesmo. Uma densa quantidade de pontos de controle e verificação foi utilizada, sendo que a análise da exatidão planimétrica nos pontos de verificação foi aplicada para avaliar a calibração. Quatro experimentos foram realizados analisando três diferentes conjuntos de POI. Os resultados dos experimentos de calibração foram muito próximos, não apresentando diferenças significativas. Uma maior exatidão foi obtida quando se empregou o grupo de POI modelando a translação, rotação, fator de escala e flexão das matrizes de CCD (Charge-Coupled Device), juntamente com a distorção radial simétrica do sistema de lentesThe geospatial information extraction from orbital images requires the internal and external orientation. The external orientation parameters (EOPs) can be obtained directly from GNSS/INS and star sensors, or indirectly by control features in the object space. The interior orientation parameters (IOPs) are first determined from laboratory calibration process prior the satellite launch, and can be estimated by the periodically on-orbit geometric calibration. This paper aimed to perform the on-orbit geometric calibration of the HRC-CBERS 2B sensor. The corrections of systematic effects caused by the focal plane of the sensor and by lens system were considered in the calibration process. A dense number of ground control and check points are used, and the accuracy analysis of the planimetric checkpoints was then applied to evaluate the calibration. Four experiments are performed analyzing three different groups of IOPs. The results obtained from calibration experiments were similar and did not shown significant differences. A slightly highest accuracy was obtained when the group of IOPs was used considering the translation, rotation, scale factor and bending of the CCD chips, with symmetric radial distortion of the lens system
       
  • TOPOGRAPHIC EFFECT ON SPECTRAL VEGETATION INDICES FROM LANDSAT TM DATA: IS
           TOPOGRAPHIC CORRECTION NECESSARY?

    • Abstract: The full potentiality of spectral vegetation indices (VIs) can only be evaluated after removing topographic, atmospheric and soil background effects from radiometric data. Concerning the former effect, the topographic effect was barely investigated in the context of VIs, despite the current availability correction methods and Digital elevation Model (DEM). In this study, we performed topographic correction on Landsat 5 TM spectral bands and evaluated the topographic effect on four VIs: NDVI, RVI, EVI and SAVI. The evaluation was based on analyses of mean and standard deviation of VIs and TM band 4 (near-infrared), and on linear regression analyses between these variables and the cosine of the solar incidence angle on terrain surface (cos i). The results indicated that VIs are less sensitive to topographic effect than the uncorrected spectral band. Among VIs, NDVI and RVI were less sensitive to topographic effect than EVI and SAVI. All VIs showed to be fully independent of topographic effect only after correction. It can be concluded that the topographic correction is required for a consistent reduction of the topographic effect on the VIs from rugged terrain.Os índices de vegetação (IVs) possuem limitações tais como a influência da atmosfera, do solo subjacente e do relevo (efeito topográfico). Em relação ao efeito topográfico, sua correção foi pouco investigada no contexto dos IVs, apesar da atual disponibilidade de técnicas e de Modelos Digitais de Elevação (MDE) para sua correção. Neste estudo, foi realizada a correção topográfica de bandas espectrais do Landsat 5 TM utilizando dados MDE-SRTM e avaliada a influência do efeito topográfico em quatro IVs: NDVI, RVI, EVI e SAVI. A avaliação foi baseada nos valores de média e desvio padrão dos IVs e da banda 4 (infra-vermelho próximo), e com a análise de regressão linear entre estas variáveis e o cosseno do ângulo de incidência solar na superfície. Os resultados indicam que o efeito topográfico é menor nos IVs, em comparação com a banda 4. O NDVI e o RVI foram menos sensíveis ao efeito topográfico que o EVI e o SAVI. Porém, somente após a correção topográfica é que todos IVs mostraram-se independentes do efeito topográfico. Conclui-se que é necessária a correção topográfica para uma consistente redução do efeito topográfico nos IVs de áreas com topografia irregular.
       
  • Evaluating the accuracy in volume calculation in a pile of waste using
           UAV, GNSS and LiDAR

    • Abstract: Dentre as diversas tecnologias utilizadas para cálculo do volume de materiais na mineração, o Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) e o Light Detecting And Ranging (LiDAR), surgem como alternativas rápidas e precisas, em comparação com as técnicas de topografia tradicionais como estação total e Global Navigation Satellite System (GNSS). Diante destas novas tecnologias, este estudo avaliou a acurácia do cálculo de volume, realizado por meio de Modelos Digitais de Terreno (MDTs), gerados a partir das tecnologias VANT, LiDAR e GNSS, em uma pilha de rejeito da extração de calcário laminado, explorado para fabricação de lajotas in natura, comercializado com o nome de "Pedra Cariri", no município de Santana do Cariri, no Estado do Ceará. A avaliação da acurácia foi realizada com base no método de testes de hipóteses, a partir da análise de tendência e precisão, sendo os resultados classificados de acordo com o Padrão de Exatidão Cartográfica dos Produtos Cartográficos Digitais (PEC-PCD). Como resultado, o modelo gerado a partir do VANT apresentou a melhor acurácia no cálculo de volume da pilha de rejeito, objeto deste estudo, seguido pela modelagem obtida pelos levantamentos GNSS e LiDAR.Among the various technologies used for calculate the volume of materials in mining, the Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and the Light Detecting And Ranging (LiDAR), appear as fast and accurate alternatives compared to traditional surveying techniques such as total station and Global Navigation Satellite System (GNSS). Using these new technologies, the aim of this study was to evaluate the accuracy in volume calculation, performed by Digital Terrain Models (DTM), generated from the UAV technologies, LiDAR and GNSS in a pile of waste extraction laminated limestone (reject material), exploited for the manufacture of tiles in nature, marketed under the name of "Cariri Stone" in the city of Santana do Cariri, state of Ceará. The assessment of accuracy was based on hypothesis testing method, from the trend and precision of analysis, and the results classified according to the Cartographic Accuracy of Digital Cartographic Standard Products (PEC-PCD). As a result, the model generated from the UAV presented the best accuracy in the waste cell volume calculation, object of this study, followed by modeling obtained by GNSS surveys and LiDAR.
       
  • DEFORMATION MONITORING OF LARGE STRUCTURES BY GROUND-BASED SAR
           INTERFEROMETRY

    • Abstract: In this paper, a ground-based SAR interferometry technology was used to monitor major enginerring. This technology has been recognized as a powerful tool for terrain monitoring and structural change detecting. Deformation monitoring for large project has been a hot issue among them. According to GBSAR interferometry principle and characteristics of IBIS system, the authors analysis the error sources of deformation monitoring, and experimentally extract atmospheric phase which should removed based on permanent scatterer analysis. Atmospheric disturbance effect analysis is discussed in this paper, and an atmospheric correction method is proposed to remove atmospheric effect, then the effective displacement can be retrieved. Results from this approach have been compared with that from traditional method in this campaign, GBInSAR technology can be exploited successfully in deformation monitoring for major projects with high accuracy 1-3.Neste artigo foi utilizada a tecnologia de interferometria SAR ground-based para monitoramento de estruturas. Esta tecnologia é reconhecida como uma ferramenta ponderosa para monitoramento do terreno e para detecção de alterações estruturais. O monitoramento de deformações em grandes projetos tem sido um tópico importante. De acordo com o princípio de interferometria GBSAR e das características do sistema IBIS os autores analisaram as fontes de erros no monitoramento de deformações, e extraíram experimentalmente a fase atmosférica baseado na análise de dispersão. A análise do efeito atmosférico é discutida neste artigo e propõe-se um método de correção atmosférica para remove-lo, de modo que o deslocamento efetivo possa ser obtido. Os resultados desta abordagem foram comparados com os métodos tradicionais nesta campanha e conclui-se que a tecnologia GBInSAR pode ser utilizada no monitoramento de grandes projetos com alta acurácia.
       
  • Modelling of error due to background lighting in measurements obtained
           from range camera

    • Abstract: As câmeras de distância são capazes de medir a distância entre o sensor e a superfície dos objetos para cada pixel da imagem, em um único instante, produzindo uma imagem de distâncias. Além das distâncias, também obtém a intensidade e a amplitude para cada pixel, formando as imagens de intensidade e amplitude, respectivamente. Como toda a medida, aquelas obtidas pelas câmeras de distância possuem erros, e um dos fatores que geram erros nas medidas é a iluminação ambiente. Neste estudo foi analisada a influência que a iluminação ambiente exerce sobre os valores calculados de distância, amplitude e intensidade. Para isso, realizou-se experimentos em uma sala escura, onde foram obtidas imagens de distância, intensidade e amplitude de uma parede branca, em que incidia diversos níveis de iluminação gerada por duas lâmpadas cujos feixes convergiam ao centro da parede. Verificou-se que: a iluminação fornecida nos experimentos aumentou os valores de distância; a relação entre os erros de distância e a variação da amplitude é diretamente proporcional e linear; e que a relação entre os erros de distância e a variação da intensidade também se mostrou linear para valores de intensidade menores que 26600, para a frequência de modulação de 21 MHz. As correlações lineares atingiram valores acima de 0,9. A imagem de intensidade se mostrou mais sensível à incidência de iluminação ambiente do que a imagem de amplitude.Range cameras are able to measure the distance between the sensor and the surface of objects for each image pixel, in a just single instant, producing an image of distance. It also measure the intensity and amplitude for each pixel, in order to produce images of intensity and amplitude, respectively. Like any measure, those obtained by the distance of cameras have errors, and one of the factors that produces errors in the measurements is the external lighting at the environment. In this study it was analyzed the influence of the external lighting on the calculated values ​​of distance, amplitude and intensity. In a dark room it was made up some experiments, where it was obtained images of distance images, intensity and amplitude of a white wall, where various lighting levels generated by two lamps whose beams converged on the center of the wall. Some conclusions are: the external illumination increased distance values; the ratio of the distance error and the amplitude variation is directly proportional and linear; and the relationship between the distance error and the variation of intensity it was also linear for values ​​lower intensities than 26600, at 21 MHz of modulation frequency. It was achieved linear correlation above 0.9. The image of intensity is more sensitive to the effect of external lighting than the amplitude image
       
  • Separation of Temperature and Emissivity from Thermal Infrared Images:
           Analysis of their Application/Restriction

    • Abstract: O infravermelho termal (TIR - ThermalInfraRed) é uma porção do espectro eletromagnético com várias aplicações no Sensoriamento Remoto, tais como: geologia, climatologia, análises de processos biológicos, análises geofísicos, avaliação de desastres e detecção de mudanças, entre outras. No TIR a emissão de radiação dos alvos é dominante, comparado com a reflexão, e esta radiação é uma função de duas variáveis, a emissividade e a temperatura do alvo. Para estudos no TIR é necessário estimar com precisão a temperatura e/ou a emissividade a partir da radiação medida, e isto é um problema devido a relação não linear existente entre estas variáveis e a radiação medida. Por isso, nos últimos 40 anos vários pesquisadores têm desenvolvido métodos visando minimizar este problema, porém, todos estes métodos possuem restrições em suas aplicações. Assim, este trabalho tem como objetivo revisar os principais métodos propostosna literaturafacilitando a sua compreensão, reprodução, além de criar umasínteseque permitaráo leitor a escolha do método mais adequado a determinadas situaçõesRemote Sensing data coming from the Thermal InfraRed (TIR) channel of electromagnetic spectrum has several applications in remote sensing, geology, climatology, biological process analysis, geophysical process analysis, disaster assessment and change detection analysis. In the TIR region, the emission of the targets is dominant when compared with reflection. This radiation is a function of two unknowns - the emissivity and the temperature of the target. To study TIR, it is necessary estimate the temperature and/or emissivity from de measured radiation with precision. This process is usually difficult due to a non-linear relationship between these two unknowns and the measured radiation. Therefore, in the last 40 years, several researchers have developed approaches to minimize this problem. However, all these methods have constraints in their applications. This study try to review the main methods available in the literature, facilitating their understanding and replication and creating a summary that allows the reader to choose the most suitable method in their own application.
       
  • MONITORING GROUNDWATER STORAGE IN NORTHERN CHILE BASED ON SATELLITE
           OBSERVATIONS AND DATA SIMULATION

    • Abstract: Groundwater is one of the most valuable sources of fresh water in many places worldwide, especially in regions with low pluviometric indices such as northern Chile. Thus, it is mandatory to monitor this precious resource in space and time domains. Currently, groundwater in Chile is monitored using sparse stations of water table observations. Although other indirect alternatives such as space-borne observations can contribute to regional understanding of groundwater variations, they have been poorly studied in Chile. In this study, groundwater monitoring is carried out based on 104 monthly solutions of the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) mission between 2004 and 2013. The extraction of the groundwater storage (GWS) signal obtained from GRACE was recovered once the effects of soil moisture and snow storage, retrieved from the Global Land Data Assimilation System (GLDAS), were removed. Analysis of the data was performed point-wise (six stations) and at regional scale (Northern Chile). Overall, the results are correlated with wells observations obtained by the General Directorate of Water Resources (DGA) of the Ministry of Public Works of Chile. Point-wise comparison shows root mean square error (RMSE) large than 30.0 mm while regional scale validation shows RMSE of 21.5 mm. Furthermore, regional groundwater variations obtained from GRACE/GLDAS are highly consistent in terms of trend with results obtained from well observations in the DGA network. The Empirical Orthogonal Function (EOF) analysis revealed higher annual groundwater variability in the metropolitan region and a higher inter-annual variability in the north. The methodology used may contribute to the regional study of spatial-temporal variations of groundwater in regions with sparse hydrometric networkÁguas subterrâneas são uma das mais valiosas fontes de água doce em muitos lugares, especialmente em regiões com baixos índices pluviométricos, como o norte do Chile. Assim, é de fundamental importância o monitoramento deste precioso recurso nos domínios do espaço e tempo. Atualmente, as águas subterrâneas no Chile são monitoradas utilizando-se estações esparsas de observações do nível freático. Embora outras alternativas indiretas, por exemplo, sensores a bordo de plataformas orbitais, podem contribuir para o entendimento regional de variações de águas subterrâneas, as mesmas têm sido pouco estudadas no Chile. Neste estudo, o monitoramento das águas subterrâneas é realizado com base em 104 soluções mensais da missão por satélite Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) entre 2004 e 2013. A extração do sinal de armazenamento de águas subterrâneas obtido a partir da missão GRACE é possível uma vez que as contribuições da umidade do solo e neve são removidas empregando-se o Global Land Data Assimilation System (GLDAS). A análise dos dados foi realizada em pontos específicos (seis estações) bem como em escala regional. De forma geral, os resultados obtidos apresentam concordância com as observações de poços fornecidos pela Direção Geral dos Recursos Hídricos (DGA) do Ministério das Obras Públicas do Chile. Comparação ponto-a-ponto apresenta erro quadrático médio (EQM) maior que 30.0 mm enquanto a validação em escala regional apresenta EQM de 21.5 mm. Além disso, variações de águas subterrâneas obtidas a partir de GRACE/GLDAS são altamente consistentes em termos de tendência com os resultados obtidos a partir de observações da rede da DGA. A análise de Funções Ortogonais Empíricas (EOF) revelou uma variabilidade anual maior de água subterrânea na região metropolitana e uma variabilidade inter-anual mais elevada no Norte. A metodologia utilizada pode contribuir para o estudo regional das variações espaço-temporais de águas subterrâneas em regiões carentes de observações
       
 
 
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