Abstract: This work presents a new methodology for extracting 3D homologous points from a DEM/DSM for relative evaluation of positional accuracies, from terrain features such as ridgelines and hydrography. Firstly, it extracts 3D intersection points between the linear features and then it performs a selection of these homologous points. A discussion regarding the spatial resolution effect of the DEM/DSM on the proposed methodology is carried out. As case study, the planimetric and altimetric positional accuracies evaluation of SRTM (X-band) and Aster GDEM (version 2) DSMs was conducted using, as reference, a DSM obtained via photogrammetry. The SRTM and Aster GDEM (version 2) DSMs showed similar classifications, that is, Class A for the altimetry and Class B for the planimetry at the 1:100,000 scale, according to the Brazilian technical standard of positional accuracy.

Resumo: A representação do relevo submerso é de essencial importância em diversas áreas do conhecimento como em projetos para construção ou reavaliação de dimensões portuárias, instalação de moles, dutos, marinas, pontes, túneis, prospecção mineral, cursos de água, dragagem, controle de sedimentos de rios e lagos e outros. As profundidades dos corpos aquáticos, indispensáveis para a representação destes, são obtidas através dos levantamentos batimétricos. No entanto, o produto resultante de uma batimetria é uma malha de pontos amostrais que, por si só, não é capaz de gerar diretamente o Modelo Digital de Profundidade (MDP), sendo necessário o uso de interpoladores. Até o momento existem mais de 40 métodos de interpolação disponíveis na literatura, cada um com suas particularidades e características. Este estudo teve como objetivo analisar, comparativamente, a eficiência da Krigagem Universal (KU) e do Inverso Ponderado da Distância (IPD) na representação computacional de superfícies batimétricas, variando de forma decrescente a quantidade de pontos amostrais. Através dos resultados pode-se constatar a superioridade do interpolador Krigagem Universal quanto à eficiência em criar MDP com base nos dados de levantamentos batimétricos.

Abstract: The representation of the submerged relief is very importance in diverse areas of knowledge such as Projects to build or reassess port dimensions, installation of moles, ducts, marinas, bridges, tunnels, mineral prospecting, waterways, dredging, silting control of river and lakes, and others. The depths of the aquatic bodies, indispensable for the representation of those, are obtained through the bathymetric surveys. However, the result of a bathymetric sampling is a grid of points that, for itself, it is not capable of generating directly the Digital Model of Depth (DMD), being necessary the use of interpolators. Currently, there are more than 40 available scientific methods of interpolation, each one with its particularities and characteristics. This study has the objective to analise, comparing, the efficiency of Universal Kriging (UK) and of the Inverse Distance Weighted (IDW) in the computational representation of bathymetric surfaces, varying in a decreasing way the quantity of sample points. Through the results, we can be stated the superiority of the interpolator Universal Kriging in efficiency in creating DMD with basis in the bathymetric surveys data.

Este trabalho tem como objetivos avaliar o desempenho do GPR (Ground Penetrating RADAR) para aplicações batimétricas e o desenvolvimento de um classificador para análises de radargramas. O estudo foi realizado em uma represa situada no campus da Universidade Federal de Viçosa (UFV), na qual foi, previamente, realizado levantamento batimétrico empregando o ecobatímetro monofeixe. Foram gerados Modelos Digitais de Elevação (MDE), empregando três interpoladores diferentes e observações do ecobatímetro e GPR. Estes MDEs foram comparados aos pares, para cada interpolador, aplicando o teste t pareado. Também foram realizadas comparações com base nos volumes gerados a partir destes MDEs. Os resultados do teste t para os três MDEs mostraram que não há diferenças estatísticas, a um nível de significância de 5%, entre os modelos gerados com dados do ecobatímetro e do GPR. A maior diferença volumétrica encontrada foi de 98m³ em 75.000m³, para a função Griddata com o interpolador v4. Considerando todos os MDEs gerados, a maior diferença entre os volumes foi de 2%, cerca de 1900m³. Verificou-se que o GPR, utilizando uma antena de 100MHz, pode ser empregado em levantamentos batimétricos de represas de até 4,5m e o classificador fclass2 propiciou uma boa separação entre as camadas de água e sedimentos

This study aims to evaluate the performance of the GPR (Ground Penetrating RADAR) for bathymetric applications and the development of a classifier for radargrams analysis. The study was conducted in a dam, located on the Federal University of Viçosa (UFV), where we conducted, previously, a bathymetric survey using single beam echo sounder. Digital Elevation Models (DEM) were generated employing three different interpolations using echo sounder and GPR observations. These DEMs were compared in pairs, for each interpolator, applying the paired t test. Comparisons were performed based in the volumes generated from these DEMs. The results for the t test for the three DEMs revealed no statistical differences, at 5% significance level, between models generated from the echo sounder and GPR. The biggest volumetric difference found was 98 m³ in 75000 m³, for Griddata function with interpolator v4. Considering all DEMs, the biggest difference between volumes was 2%, about 1900m³. We verified that the GPR, using 100MHz antenna, can be employed in bathymetric surveys dams of up to 4.5m and the classifier fclass2 provided a good separation between water and sediments layers.

Este trabalho tem como objetivos avaliar o desempenho do GPR (Ground Penetrating RADAR) para aplicações batimétricas em ambiente controlado e do aplicativo “GPR Bathymetry”, desenvolvido para análise de radargramas batimétricos. O estudo foi realizado em uma caixa de decantação da estação de tratamento de água da qual se tem o “as-built”, obtido com estação total, que será empregado nos testes de validação. Realizaram-se três testes de comparação: comparações pontuais; entre Modelos Digitais de Elevação (MDE) gerados a partir do interpolador Topo to Raster; e entre os volumes calculados a partir dos MDE’s. Na comparação pontual a maior amplitude de discrepância entre as médias foi de 8cm. Para a amostra de discrepâncias entre os MDE’s, a amplitude foi de 9cm, média de 2cm, acurácia estimada de 4cm e o RMS de 3cm. Na comparação volumétrica obteve-se o valor de 800,6m³ com dados de referência e 806,4m³ com dados do GPR, resultando numa diferença de 1% entre os modelos. Conclui-se que para um reservatório construído em concreto armado, profundidades variando de 3 a 3,5 metros, o levantamento do relevo submerso empregando um GPR apresentou resultados promissores e um MDE com acurácia estimada de 4cm e discrepâncias de até 9cm

This paper aims to evaluate the performance of the GPR (Ground Penetrating Radar) for bathymetric applications in a controlled environment, as well as evaluate the “GPR Bathymetry” software designed to bathymetric radargrams analysis. The study was realized in a decanting water treatment plant (WTP), where has the as-built obtained with total station, it will be used in validation tests. Was realized three comparison tests: from points comparisons; from Digital Elevation Models (DEM) generated from interpolating Top to Raster; and between volumes calculated from DEMs. In the point comparison, the greatest difference between averages was 8 cm. For the discrepancies sample between DEMs, the amplitude was 9 cm, average of 2 cm, estimate accuracy of 4 cm and RMS equal to 3 cm. In the volumetric comparison, we obtained the amount of 800.6 m³ with reference data and 806.4 m³ with the GPR data, resulting in a 1% difference between models. We conclude that for a reservoir built in reinforced concrete, depths ranging from 3 to 3.5 meters, the survey of the bottom relief employing a GPR showed promising results and a DEM with an estimate accuracy of 4 cm and discrepancies that may reach 9 cm

Este trabalho destaca a importância da utilização de técnicas simples de estatística espacial no controle de qualidade posicional em dados espaciais. Para tanto, são apresentados métodos de análise do padrão de distribuição espacial de dados pontuais, bem como a análise de tendências na amostra de discrepâncias posicionais. Para avaliar a distribuição espacial de pontos, utilizaram-se os métodos do Vizinho Mais Próximo e da Função K de Ripley. Já para análise de tendência, utilizou-se a média direcional dos vetores de discrepâncias aliada à variância circular. Neste sentido, propõe-se uma metodologia para o controle de qualidade posicional em dados espaciais abrangendo desde o planejamento da amostra e avaliação de seu padrão de distribuição espacial, a aplicação de teste de tendências analisando a normalidade dos dados, e a classificação em relação a uma determinada norma de acurácia posicional. Para o experimento prático, avaliou-se uma ortoimagem gerada a partir de uma cena do sensor PRISM do satélite ALOS. Os resultados mostram que a ortoimagem é acurada para a escala de 1:25.000, sendo classificada como classe A conforme padrão brasileiro de acurácia posicional, não apresentando tendências nas coordenadas. Como principal contribuição deste trabalho, tem-se a incorporação de técnicas de estatística espacial no controle de qualidade cartográfica.

This paper presents the importance of simple spatial statistics techniques applied in positional quality control of spatial data. To this end, Analysis methods of point data spatial distribution pattern are presented, as well as bias analysis in the positional discrepancies samples. To evaluate the points spatial distribution Nearest Neighbor and Ripley's K function methods were used. As for bias analysis, the average directional vectors of discrepancies and the circular variance were used. A methodology for positional quality control of spatial data is proposed, in which includes sampling planning and its spatial distribution pattern evaluation, analyzing the data normality through the application of bias tests, and positional accuracy classification according to a standard. For the practical experiment, an orthoimage generated from a PRISM scene of the ALOS satellite was evaluated. Results showed that the orthoimage is accurate on a scale of 1:25,000, being classified as Class A according to the Brazilian standard positional accuracy, not showing bias at the coordinates. The main contribution of this work is the incorporation of spatial statistics techniques in cartographic quality control.

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, respectivamente

Currently, 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.

O presente trabalho objetiva realizar o "as built" de uma caixa de decantação de estação de tratamento de água e avaliar o uso dos métodos de interpolação krigagem e Topo to Raster na geração de Modelo Digital de Elevação (MDE) do fundo de uma caixa de decantação de uma Estação de Tratamento de Água levantado com estação total. Para interpolação com o Topo to Raster foram usadas duas metodologias, uma usando como arquivo de entrada linhas de contorno e pontos cotados, conhecido como Topo to Raster padrão, e outra usando somente pontos cotados, conhecido como Topo to Raster condicionado. A interpolação por krigagem foi feita utilizando krigagem ordinária e krigagem simples. Foi utilizado como referência 50 pontos extraídos do MDE gerado pelo método Triangular Irregular Network (TIN). Para cada amostra de discrepância foram calculados indicadores estatísticos. O Modelo gerado por Topo to Raster condicionado apresentou visíveis distorções nas bordas e no centro da área de estudo, devendo ser descartado. Aplicando o teste z, conclui-se que as médias das discrepâncias dos interpoladores krigagem ordinária e krigagem simples não são significativas à um nível de confiança de 95%, ou seja, não diferem do TIN. Já os interpoladores Topo to Raster padrão e Topo to Raster condicionado apresentam diferenças significativas nas médias. Para profundidades médias de 3,21 m, foram encontrados os seguintes valores para os indicadores estatísticos: discrepância média de 1 cm, discrepância máxima de 10 cm, desvio padrão da amostra de 3 cm e RMS das discrepâncias de 3 cm.

This work evaluates the use of Kriging and Topo to Raster interpolation methods in the generation of Digital Elevation Model (DEM) from the bottom of a Water Treatment Station decantation box raised with total station. For the Topo to Raster interpolation two methodologies were used, one using contour lines and quoted points as input file, known as standard Topo to Raster, and another using only quoted points, known as conditioned Topo to Raster. The Kriging interpolation was done using ordinary Kriging and simple Kriging. The DEM generated by the Triangular Irregular Network (TIN) was used as reference. From the isobathymetrics extracted from the DEMs, values were extracted from the interpolated variable and discrepancies were calculated regarding the reference. Statistical indicators were calculated for each discrepancy sample. The model generated by the conditioned Topo to Raster presented visible distortions in the study area edges and center, and must be discarded. Applying the z test, it's concluded that Kriging and standard Topo to Raster interpolators, applied in small surfaces interpolations, do not differ. For average depths of 3,21m, the following statistical indicators values were found: average discrepancy of 1cm, maximum discrepancy of 10cm, standard sample deviation of 3cm and RMS discrepancies of 3cm.

Nas últimas duas décadas, o uso de feições lineares tem sido frequentemente investigado no controle de qualidade cartográfica, sendo que diversos métodos foram propostos para tal finalidade. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo descrever os métodos da Banda Épsilon (Método das Áreas), do Buffer Simples, do Buffer Duplo, da Distância de Hausdorff e da Influência do Vértice na avaliação da acurácia planimétrica através de feições lineares, utilizando como padrão o Decreto-lei nº 89.817 aliada à ET-ADGV, e ao final, compará-los com o método tradicional por pontos. Para tanto, foi avaliada a acurácia posicional planimétrica de uma ortoimagem Ikonos, onde os resultados obtidos mostraram que os métodos da Banda Épsilon, Distância de Hausdorff e Influência do Vértice apresentaram resultados similares, obtendo-se classificação Classe B na escala 1:10.000. Já os métodos Buffer Simples e Buffer Duplo apresentaram resultados semelhantes ao método tradicional por pontos, que por sua vez, foram mais restritivos que os métodos anteriormente citados, classificando a ortoimagem como Classe C na escala 1:10.000.

In the past two decades, the use of linear features has often been investigated in cartographic quality control, and various methods have been proposed for such a purpose. In this sense, this paper aims at describing the methods of the Epsilon Band (areas' method), Simple Buffer, Double Buffer, Hausdorff's Distance and Vertex's Influence in the assessment of planimetric positional accuracy by means of linear features, using as standard the Decree-Law number 89,817 / ET-ADGV, and after this, compare them with the traditional method by points. On the one hand, planimetric positional accuracy was evaluated in a orthoimage Ikonos, where results showed that the methods of the Epsilon Band, Hausdorff's Distance and Vertex's Influence presented similar results, obtaining "class B" rating on the scale 1: 10,000. On the other hand the methods Simple Buffer and Double Buffer presented similar results to traditional method by points, which in turn were more restrictive than the previously mentioned methods, classifying the orthoimage as "Class C" in 1: 10,000 scale.