Daniel Carneiro da Silva

Possibilidades de uso direto de altitude elipsoidal em obras de engenharia

The heights and height differences in engineering works are usually determined by differential levelling, which provides orthometric altitudes. However the levelling with GNSS (Global Naviation Satellite System) receivers, which provides ellipsoidal altitudes, is also being disseminated. The former are measured in relation to the geoid surface and may also be obtained through ellipsoidal altitudes, as long as the geoid undulation in the place is known. Since this transformation contains errors inherent to the levelling and methods used for obtaining the geoid undulation, this methodology is not easily applicable in the daily practice of engineering. This work aims to analyse the possibilities of the use of ellipsoidal altitudes in engineering works directly, without the transformation to orthometric altitude. For this, topographic and GNSS levelling were made in an area with 2,13km2 to generate a local geoid undulation map according to the usual ransformation methodology. In this process, several large mistakes of diverse origins were found. Also, the precision of the altitudes acquired by the GNSS and geometric levelling methods, as well as the influence of the errors in the generation of the geoid and its undulation gradients were compared and analised.. In the verification of the direct use of GNSS levelling in works of the very low declivity, such as drainage canals, which require great precision, an analysis of the gradients values and declivities direction is proposed.. Finally, they are suggested procedures to be followed by the direct use of ellipsoidal altitudes, according to the specifications for civil engineering works that require levelling of low, medium and high precisions.

RESSEÇÃO ESPACIAL EM FOTOGRAMETRIA COM QUATÉRNIOS

A fotogrametria usa comumente a equacao da colinearidade com as rotacoes segundo os eixos cartesianos dadas com os ângulos de Euler. No entanto, podem ocorrer combinacoes desses ângulos que torna a matriz de rotacao instavel e as solucoes podem nao convergir ou serem indefinidas. Este problema, chamado de gimbal lock, e muito comum em robotica, visao por computadores e aeronautica, quando e necessario definir a posicao e orientacao de uma câmara no espaco tridimensional e tem sido resolvido com a substituicao dos ângulos de Euler pelo uso dos quaternios. Este trabalho tem por objetivo usar esta solucao para resolver os problemas de orientacoes criticas em fotogrametria nos casos de ressecao espacial. Foram implementados programas com metodos iterativos e diretos com substituicao dos ângulos de Euler pelos quaternios para comparacoes com o metoda equacao da colinearidade, usando dados de situacoes reais de medicoes obtidas com fotogrametria terrestre. Os diferentes testes e implementacoes efetuados mostraram as vantagens e desvantagens de cada um dos metodos e comprovou que os quaternios sao mais robustos, fornecem resultados mais confiaveis e permitem calculos de ressecao espacial de fotografias em posicoes com ambiguidades de rotacoes e situacoes criticas de gimbal lock.

MÉTODOS PARA TRATAMENTO DE DADOS DE NEBULOSIDADE PARA FINS FOTOGRAMÉTRICOS

As nuvens representram um obstaculo para todas as formas de levantamentos por sistemas imageadores remotos, fotogrametricos ou por satelites, que operam na faixa espctral do visivel. O problema da nebulosidade ocorre sistematicamente em todo o globo, sendo mais intenso em regioes tropicais e montanhosas. No Brasil, existem varias areas onde a nebulosidade e constante e excessiva durante todo o ano, para as quais nao existem mapas de ocorrencia de ceu claro atualizado que fornecam informacoes confiaveis para o planejamento de levantamentos fotogrametricos. Uma dessas areas, situada na regiao Nordeste, foi escolhida para realizacao de um estudo de caso. Essa pesquisa, que tem por objetivo estudar as possibilidades de solucoes para o problema, esta dividida em duas partes principais. A primeira consiste na coleta e processamento de dados de ocorrencia de ceu claro e a segunda refere-se a aplicacao pratica dos resultados, em forma de mapa ou simulacoes com o metodo de Monte Carlo. Foram utilizados dados de observacao de superficie (OS) do INMET da area selecionada, e de satelites meteorologicos do ISCCP, chamados de DX, os quais sofreram tratamento estatistico apropriado de acordo com suas particularidades. Com os dados do INMET, foi obtido um mapa de ceu claro que identifica perfeitamente as sub-areas onde a ocorrencia de ceu claro e muito baixa, e tambem as probabilidades necessarias ao metodo de simulacoes. Os dados obtidos do ISCCP exigiram um grande esforco computacional para reduzir seu volume e permitir a analise. O metodo aplicado para visualizar os dados do ISCCP foi a composicao de imagens, realizada a partir de matrizes formadas com contagens de ocorrencias de pixels claros. Essas imagens formaram, em seguida, imagens multi-canais, que foram classificadas pelo metodo de isodata para separar as areas de nebulosidade homogeneas. As estatisticas de ocorrencia de ceu claro sao diferentes entre os dados DX e dados OS e para realizar a conversao entre ambos, empregou-se o calculo de equacoes de regressao. Foram ainda realizadas simulacoes usando o metodo de Monte Carlo, com um algoritmo no qual foram introduzidas modificacoes para torna-lo mais realista nas aplicacoes a fotogrametria. Essas simulacoes mostraram que a quantidade de tentativas e excessiva, quando se pretende concluir com sucesso os levantamentos de areas situadas em regioes de nebulosidade alta, e que essa quantidade so pode ser reduzida se for adotado o mapeamento incremental. Ao longo do trabalho sao apresentadas as principais observacoes a respeito dos erros e limitacoes dos dados, das dificuldades encontradas no processamento de grande massa de dados e sobre a utilidade dos resultados alcancados. Abstract Clouds are an obstacle for all types of surveys by remote imaging systems, photogrammetric or by satellites, that work in visible spectral range. The problem of cloudness occurs in all the World, but it is more intensive in tropical and mountainous regions. In Brazil, there are several areas where the cloudness is constant and excessive in all seasons of the year. For those areas, there are not updated clear sky maps that provide reliable information to support the photogrammetric survey planning. One of these areas, situated on Northeastearn, was chosen for a case study. The main objective of this tesis is searching alternative methods wich help to solve these questions and how statistics of clear sky can better used. To do this, it is divided in two parts. The first one is related to data collect and processing, and the second one presents one clear sky map and simulations by the Monte Carlo´s method, as the results of practical applications. Data of surface observations (SO) from INMET (Instituto Nacional de Meteorologia) and data type DX, from metheorological satellite of ISCCP (International Satellite Cloud Climatology Project) were used. The SO data are used to make a clear sky map and to obtain probabilities matrix to enter in the simulation program. The DX data were used to form multi-channels images, after a big work to compact the mass data. These images was classified by isodata cluster method to separate areas of homogeneous cloudness. Simulations results showed that the possible option, to photogrammetric surveys in excessively cloudy areas, is adopting the incremental mapping. Also, the problems with data errors and limitations, processing and general results are discussed and presented.