by Cássio Rampinelli

Preparando o Modelo Digital de Elevação

Este tutorial descreve o procedimento para preparar um Modelo Digital de Elevação (MDE) com base em imagens de radar processadas e disponibilizados para o território nacional pelo projeto Topodata, do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.

Todas as etapas necessárias são descritas sequencialmente no formato passo a passo, iniciando-se por como fazer o download das imagens e finalizando com os recursos para projeção das imagens. Optou-se pelo uso do software ArcGIS (versão 10.2), embora outros softwares de processamento de informações geográficas possam ser utilizados com o mesmo propósito.

O Modelo Digital de Elevação

O Modelo Digital de Elevação (MDE), ou Digital Elevation Model (DEM) consiste na representação digital da superfície terrestre. No caso de simulações hidráulicas de inundações, é sobre o MDE que o fluxo de água irá se propagar. Dessa forma, a precisão das manchas de inundação geradas está diretamente associada à qualidade do MDE. A elaboração de um MDE com alta precisão requer um investimento elevado em levantamentos topográficos in loco, por terra e a partir de sensoriamento remoto. Os dados e informações coletadas tanto nos levantamentos topográficos in loco, quanto à distância, via sensoriamento remoto, são reunidos e processados para compor uma representação 3D da superfície terrestre. Em projetos básico e executivo não é recomendável a utilização de MDEs gerados a partir de imagens SRTMs. Contudo, para definição de áreas de drenagens de bacias hidrográficas sua utilização é adequada.

Para permitir uma simulação hidráulica adequada da propagação da onda de cheia, além da topografia da parte emersa, ou seja, acima da superfície do nível d’água do rio, faz-se necessário a caracterização da calha do rio, isto é, da superfície topográfica imersa (abaixo do nível d’água). O levantamento topográfico realizado para esta finalidade é usualmente denominado batimetria, batometria ou topobatimetria.

⚠ Atenção: Neste texto, será utilizada a nomenclatura topografia para fazer referência a superfície emersa e batimetria para a superfície imersa.

Figura 2.0 Topografia e Batimetria

Figura 2.0 Topografia e Batimetria

Os levantamentos batimétricos são, muitas vezes, realizados por equipes específicas de hidrometria/topografia e seus dados, nesses casos, são obtidos de forma separada daqueles decorrentes do levantamento topográfico. Assim, há que se integrar as informações advindas dos levantamentos batimétricos e aquelas oriundas dos procedimentos realizados para a caracterização topográfica de forma a compor um modelo digital 3D integrando a calha do rio e a superfície topográfica emersa.

Embora o procedimento ideal para a composição do MDE a ser empregado requeira um investimento considerável em levantamentos de dados topográficos, batimétricos, além de tempo para processamento dessas informações, é possível a elaboração de um MDE simplificado a partir de imagens de radar do programa SRTM (Shuttle Radar Topography Mission).

O Uso das Imagens SRTM

Destaca-se que o uso das imagens SRTM para a elaboração de um MDE traz uma série de limitações e não permite precisão adequada para escalas de fases mais avançadas de projetos de engenharia. Contudo, em situações onde não se dispõe de outra alternativa, bem como para fins mais amplos de planejamento ou estudos preliminares, pode-se associar imagens SRTM com informações topográficas limitadas com resultados aceitáveis (Rampinelli et al. 2024; Rampinelli et al. 2020; Moreira et al. 2018; Araújo et al. 2018; Domeneghetti, 2016).

No caso de simulações hidráulicas de manchas de inundação seja para cheias naturais ou promovidas pelo rompimento de barragens, os resultados a partir de imagens SRTM podem ser úteis para:

  • obtenção de manchas de inundação preliminares que permitam a identificação de porções mais vulneráveis do território;

  • estimativas de tempo de chegada da onda de cheia em pontos de interesse;

  • melhor referenciar os termos de referência para contratação de levantamentos topográficos e hidrométricos em fases mais detalhadas do estudo/projeto; e

  • aplicações de propósito educacional/treinamento.

As imagens SRTM são o resultado de uma missão espacial realizada elas agências espacial e de inteligência geoespacial americanas, NASA (National Aeronautics and Space Administration Agency) e NGA (National Geospatial-Intelligence Agency), e pelas agências espaciais alemã, DLR (Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt ) e italiana ASI (Agenzia Spaziale Italiana).

O objetivo da missão SRTM foi gerar um MDE do planeta Terra a partir das respostas espectrais na faixa de micro-ondas do espectro eletromagnético, permitindo a composição tridimensional da superfície terrestre.

As imagens originais, disponibilizadas para regiões fora dos Estados Unidos possuem uma resolução espacial da ordem de 90 m X 90 m (3-arco-segundos). Essas imagens foram posteriormente processadas pelo projeto Topodata e melhoradas para uma resolução 30 m x 30 m (1-arco-segundo). As imagens são inicialmente tratadas no formato Raster (matricial), em que para cada pixel, além da sua posição “x” e “y”, também atribui-se um valor correspondente a sua elevação (altitude) “z”. Maiores detalhes referentes aos processamentos realizados podem ser encontrados na página de dados projeto Topodata.

Na seção seguinte são descritos os procedimentos para fazer o download das imagens e realizar a projeção.

Preparando o MDE

  • Passo 1: Acesse o site do Topo Data. A Figura 2.1 apresenta a tela de abertura que surgirá após clicar no link.
    Figura 2.1 Mapa índice do portal TOPODATA

    Figura 2.1 Mapa índice do portal TOPODATA

Figura 2.2 Aproximando-se da imagem desejada

Figura 2.2 Aproximando-se da imagem desejada

Figura 2.3 Visualização após clicar na imagem desejada

Figura 2.3 Visualização após clicar na imagem desejada

Figura 2.4 Clique no campo Altitude da imagem desejada

Figura 2.4 Clique no campo Altitude da imagem desejada

Figura 2.5 Descompactação do arquivo baixado

Figura 2.5 Descompactação do arquivo baixado

Figura 2.6 Arquivo de imagem com extensão .tif descompactado

Figura 2.6 Arquivo de imagem com extensão .tif descompactado

Figura 2.7 Abrindo o Arc-GIS e selecionando a imagem baixada

Figura 2.7 Abrindo o Arc-GIS e selecionando a imagem baixada

Figura 2.8 Incluindo a imagem baixada

Figura 2.8 Incluindo a imagem baixada

Figura 2.9 Permitindo a formação de pirâmedes

Figura 2.9 Permitindo a formação de pirâmedes

Figura 2.10 Clique OK para ignorar a referência espacial

Figura 2.10 Clique OK para ignorar a referência espacial

Figura 2.11 Abrindo a ferramenta ArcToolBox

Figura 2.11 Abrindo a ferramenta ArcToolBox

Figura 2.12 Selecione a opção Define Projection

Figura 2.12 Selecione a opção Define Projection

Figura 2.13 Selecione a imagem inserida

Figura 2.13 Selecione a imagem inserida

Figura 2.14 Clique no ícone marcado para definir o sistema de coordenadas

Figura 2.14 Clique no ícone marcado para definir o sistema de coordenadas

Figura 2.15 Selecione Geographic Coordinate Systems

Figura 2.15 Selecione Geographic Coordinate Systems

Figura 2.16 Selecione a opção World

Figura 2.16 Selecione a opção World

Figura 2.17 Selecione a opção WGS 1984

Figura 2.17 Selecione a opção WGS 1984

Figura 2.18 Clique em OK para selecionar o sistema WGS 1984

Figura 2.18 Clique em OK para selecionar o sistema WGS 1984

⚠ Atenção: Na janela que surgir, NÃO salve as alterações anteriores realizadas.

2.19 Abrindo um novo arquivo

2.19 Abrindo um novo arquivo

Figura 2.20 Selecione a opção Blank Map

Figura 2.20 Selecione a opção Blank Map

Figura 2.21 Selecione a opção NÃO salvar

Figura 2.21 Selecione a opção NÃO salvar

Figura 2.22 Insira uma nova imagem no documento em branco

Figura 2.22 Insira uma nova imagem no documento em branco

Figura 2.23 Selecione a imagem desejada e clique em Add.

Figura 2.23 Selecione a imagem desejada e clique em Add.

Figura 2.24 Após a inserção da imagem, agora não deve haver aviso de falta de referência espacial

Figura 2.24 Após a inserção da imagem, agora não deve haver aviso de falta de referência espacial

Figura 2.25 Clique com o botão direito para verificar as propriedades da imagem

Figura 2.25 Clique com o botão direito para verificar as propriedades da imagem

Figura 2.26 Verifique os campos Pixel Type e Pixel Depth

Figura 2.26 Verifique os campos Pixel Type e Pixel Depth

Figura 2.27 Abrindo a ferramenta Copy Raster

Figura 2.27 Abrindo a ferramenta Copy Raster

Figura 2.28 Configurações da janela Copy Raster

Figura 2.28 Configurações da janela Copy Raster

Figura 2.29 Tela de trabalho após o processamento da imagem

Figura 2.29 Tela de trabalho após o processamento da imagem

⚠ Atenção: Na janela que surgir, NÃO salve as alterações anteriores realizadas.

Figura 2.30 Abrindo um novo arquivo

Figura 2.30 Abrindo um novo arquivo

Figura 2.31 Selecione a opção Blank Map

Figura 2.31 Selecione a opção Blank Map

Figura 2.32 Selecione a opção NÃO salvar

Figura 2.32 Selecione a opção NÃO salvar

Figura 2.33 Insira uma nova imagem no documento em branco

Figura 2.33 Insira uma nova imagem no documento em branco

Figura 2.34 Selecione a imagem desejada e clique em Add.

Figura 2.34 Selecione a imagem desejada e clique em Add.

Figura 2.35 Após a inserção da imagem, agora não deve haver aviso de falta de referência espacial

Figura 2.35 Após a inserção da imagem, agora não deve haver aviso de falta de referência espacial

Figura 2.36 Verifique a atualização dos campos Pixel Type e Pixel Depth

Figura 2.36 Verifique a atualização dos campos Pixel Type e Pixel Depth

Ferramentas \(\Longrightarrow\) Opções \(\Longrightarrow\) Selecionar Universal Transversa de Mercator \(\Longrightarrow\) OK

Em seguida ir no ponto de interesse no Google Earth e observar o número do fuso abaixo da indicação das coordenadas no campo inferior da tela.

Figura 2.37 Acessar o menu ferramentas no Goolge Earth

Figura 2.37 Acessar o menu ferramentas no Goolge Earth

Figura 2.38 Selecionar a opção Universal Transversa de Mercator

Figura 2.38 Selecionar a opção Universal Transversa de Mercator

Figura 2.39 Verificar o número do fuso no rodapé da página

Figura 2.39 Verificar o número do fuso no rodapé da página

Data Management Tools \(\Longrightarrow\) Projections and Transformations \(\Longrightarrow\) Raster\(\Longrightarrow\)Project Raster

Figura 2.40 Verificar o número do fuso no rodapé da página

Figura 2.40 Verificar o número do fuso no rodapé da página

Figura 2.41 Configuração da janela Project Raster

Figura 2.41 Configuração da janela Project Raster

Figura 2.42 Abrindo um novo arquivo

Figura 2.42 Abrindo um novo arquivo

Figura 2.43 Selecione a opção Blank Map

Figura 2.43 Selecione a opção Blank Map

Figura 2.44 Selecione a opção NÃO salvar

Figura 2.44 Selecione a opção NÃO salvar

Figura 2.45 Insira uma nova imagem no documento em branco

Figura 2.45 Insira uma nova imagem no documento em branco

Figura 2.46 Selecione a imagem desejada e clique em Add.

Figura 2.46 Selecione a imagem desejada e clique em Add.

Figura 2.47 Imagem projetada. Observe no canto inferior direito que as coordenadas agora estão em UTM e não mais em graus decimais

Figura 2.47 Imagem projetada. Observe no canto inferior direito que as coordenadas agora estão em UTM e não mais em graus decimais