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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2000.tde-20210104-200741
Document
Author
Full name
Antonio Amador de Sousa
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2000
Supervisor
Title in Portuguese
Tratamento digital de fotografias aéreas verticais como uma alternativa à análise estereoscópica de bacias hidrográficas
Keywords in Portuguese
BACIA HIDROGRÁFICA
ESTEREOSCOPIA
FOTOGRAFIAS AÉREAS DIGITAIS
FOTOINTERPRETAÇÃO
Abstract in Portuguese
Com o objetivo de avaliar a utilização do processamento digital como técnica auxiliar na fotointerpretação de bacias hidrográficas, desenvolveu-se o presente estudo nas bacias dos Ribeirões dos Marins, Congonhal, Granal e Pau d' Alhinho, no Município de Piracicaba, SP. Foram utilizadas fotografias aéreas verticais de 1995, além de cartas planialtimétricas e mapa de solos da região. Inicialmente, fez-se a interpretação visual para obtenção da rede de drenagem e dos limites de bacias hidrográficas de 3ª ordem. Aplicando princípios de análise dimensional e semelhança geométrica, selecionaram-se grupos de bacias representativas de solos litólicos e podzólicos, para os quais foram realizadas análises das características da rede e do padrão de drenagem. Os resultados mostraram heterogeneidade quanto às características dimensionais das bacias, principalmente nos solos podzólicos. Contudo, no estudo das características do padrão de drenagem, os índices frequência de rios e densidade de drenagem indicaram diferenças entre as bacias dos dois solos, sendo a frequência de rios o índice mais consistente. Após a interpretação visual as fotografias foram digitalizadas através de "scanner" e georreferenciadas para formação de mosaico. Foram aplicados tratamentos digitais por aumento de contraste, filtragem e realce. Para comparação dos resultados através de análise estatística, foram estabelecidos três métodos de interpretação. A análise visual constituiu o Método 1 e os tratamentos digitais constituíram os outros dois, sendo que o Método 2 correspondeu à utilização das fotografias digitalizadas sem realce e o Método 3 com realce. A rede de drenagem e limites de bacias foram digitalizados em tela, segundo os Métodos 2 e 3, por três intérpretes diferentes, e a média, dos dados levantados, utilizada para análise estatística. A análise visual, considerada padrão para comparação, foi realizada apenas por um intérprete. A análise de variância dos dados referentes às bacias dos solos litólicos, para comparação dos métodos, mostrou que o teste F não foi significativo, ao nível de 5%, para nenhuma das variáveis estudadas na composição da rede e características do padrão drenagem. Nas dos solos podzólicos, entretanto, o teste F para métodos foi significativo apenas para as variáveis número de rios de primeira ordem (Nw1), comprimento médio de rios (Lm) e razão de textura (T) (ao nível de 5%) e para área (A), densidade de drenagem (Dd) e frequência de rios (Fr) (ao nível de 1 %). A comparação de médias pelo teste de Tukey para as bacias destes solos mostrou que para as variáveis Nwl, Lm e T, o Método 1 diferiu do 3, mas ambos não diferiram do Método 2, sendo que para as variáveis Nwl e T, o Método 1 apresentou maior média e, para a variável Lm, a menor média. Para as variáveis A, Dd e Fr o Método 1 diferiu dos métodos 2 e 3, apresentando maior média para as variáveis Dd e Fr e a menor média para a variável A. Na classificação de textura topográfica para as bacias dos solos litólicos, os métodos permitiram classificar todas as bacias, igualmente, como "textura média", indicando que essa classificação independe do método. No caso das bacias dos solos podzólicos, o Teste exato de Fisher não foi significativo, mostrando que esta classificação independe do método utilizado, também neste caso. As conclusões finais evidenciam que os os tratamentos digitais aplicados aos dados, de maneira geral, não produziram o efeito esperado em termos de realce das feições de interesse. O realce através da composição colorida, embora tenha proporcionado um aspecto visual, aparentemente, melhor que o da fotografia sem realce, isto não se traduziu em resultados significativos na comparação entre os métodos. A melhor condição para uso da metodologia como alternativa à análise estereoscópica, foi em bacias com rede de drenagem bem definida, geralmente identificada pela presença de vegetação arbustiva, neste caso, mais frequentes nos solos litólicos. Porém, o método da estereoscópica foi imprescindível para a interpr etação de bacias hidrográficas situadas em áreas de solos descobertos ou com gramíneas, a exemplo dos solos podzólicos, para permitir a diferenciação entre solos. A forma de aquisição dos dados digitais via "scanner" foi satisfatória para o desenvolvimento do trabalho, pois as fotografias mantiveram suas características após a digitalização, apresentando definição visual similar às imagens no formato analógico. A geometria dos pontos de controle selecionados para o georreferenciamento apresentaram, em todos os casos, valores de erro abaixo do limite aceitável e níveis de exatidão compatíveis com as exigências do trabalho. A mosaicagem resultou em bons ajustes das linhas de contato entre as fotografias, ocorrendo apenas alguns pontos de discordância nas regiões de relevo mais acidentado. Este fato, entretanto, não prejudicou significativamente a digitalização da rede de drenagem e delimitação das bacias hidrográficas.
Title in English
Digital processing of vertical aerial photographs as an alternative to stereoscopic analysis of watersheds
Keywords in English

Abstract in English
The main objective of this study was to evaluate the utilization of digital processing as a technical approach for watershed photo interpretation. It was developed at Ribeirões dos Marins, Congonhal, Granal and Pau d' Alhinho watersheds in Piracicaba, SP. Vertical aerial photographs from 1995, local soil and topographic maps were used in this study. First was made the stereoscopic analysis to obtain the drainage network and the third order watersheds limits. Typical watersheds containing litolics and podzolics soils were selected by using dimensional analysis and geometrical similarity, where was performed evaluation of network characteristics and drainage pattem. Watershed dimensional characteristics were highly variable mainly on podzolics soils, however, among drainage pattems, frequency of rivers and drainage density were significantly different comparing both soil watersheds. Frequency of rivers was the most consistent parameter measured. Aerial photographs were scanned and control points elected to build the photographic mosaic. ln order to enhance photographs features, the following digital processing were applied: contrast stretch, filtering and image enhancement. Statistical analysis was based on interpretation methods, which were visual analysis (Method 1 ), scanned photographs without enhancement (Method 2) and scanned with enhancement (Method 3). Drainage network and watershed limits were digitally identified at the computer monitor, by using methods, 2 and 3. Three interpreters performed the process and measurement data were pooled to averaged to statistical analysis. Method 1 was performed only for a single interpreter. Variance analysis for comparison of methods among watershed data was performed with F test. Watersheds containing litolic soils, were not different (P<0,05) for the network characteristics and drainage pattern. For podzolic soils watersheds, however, first arder number ofrivers (Nwl), length of rivers mean (Lm), ratio texture (T) (P<0.05); area (A), drainage density (Dd) and frequency of rivers (Fr) (P<0.01) were different when measured by different methods. Tukey test was used to compare averages from watershed podzolic soils, which revealed the following method vs parameter effects: Nwl, Lm and T were different for Methods 1 and 3. Other comparisons were not significantly diferente (P>0.05). Nwl and T estimated by Method 1 were the highest and Lm was the lowest measures compared with other methods. For A, Dd and Fr Method 1 was different (P<0.05) from Methods 2 and 3, revealing the highest values for Dd e Fr and lowest for A. By using a topographic texture classification, litolic soils watersheds were classified as mean texture, which implies no differences among methods. On podzolic soil watersheds, even with additional Fisher test, there were no differences related to mean texture among methods. Digital processing applied to data did not present expect results. Colored image enhancement did not show a better method when compared with other treatments, as supposed by previous visual appearance. According to these data, the most appropriate condition to use alternative method for stereoscopic analysis was fitted in well-defined watershed drainage network, containing shrubs, more frequently in litolic soils. For watershed containing podzolic soils, due to the characteristic soil bareness or to sward covering, stereoscopy was considered essential on soil differentiation. Image scanning was considered satisfactory for this type of study, once photographs kept their original characteristics after digitalization. The set of control points to build the photographic mosaic had errors less then allowable RMS (root mean square) errors, what allowed a satisfactory adjustment between aerial photographs interfaces, however some lack of fitting occurred due to relief. ln fact, this disturbing effect did not compromise the digitalization of drainage network and definition of watersheds.
 
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Publishing Date
2021-01-07
 
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