Redes neurais de convolução na classificação de edifícios em imagens de alta resolução espacial

Tese de mestrado, Engenharia Geoespacial , 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasA presente tese tem como principal objetivo introduzir e explorar os conceitos de Inteligência Artificial e Machine Learning, com especial foco nas Convolutional Neural Networks. Nesta, descreve-se o processo de criação de um ambiente eficiente para treino, validação e teste de modelos profundos criados com capacidade de realizar a segmentação automática de edifícios em imagens aéreas e espaciais de alta resolução, alertando-se para a crescente importância e eficiência deste tipo de técnicas para propósitos e tarefas relacionadas com a Engenharia Geoespacial. A informação extraída de imagens aéreas e espaciais apresenta aplicações significativas em várias disciplinas da Engenharia Geoespacial, como a deteção remota, análise espacial de dados, produção cartográfica, entre outras. Atualmente, grande parte da extração ainda é realizada por especialistas humanos, tornando o processo lento, caro e propenso a erros. O trabalho desenvolvido explora e desenvolve métodos para extrair automaticamente a localização e forma de entidades geoespaciais, nomeadamente edifícios. Recorre-se à utilização da recente arquitetura U-net, que se tem vindo a destacar pela sua contribuição em tarefas de segmentação de imagens de alta resolução, obtidas utilizando técnicas espaciais e aéreas de aquisição de informação radiométrica e geoespacial. A programação em Python constituiu a base do trabalho desenvolvido, tendo sido necessário criar um conjunto de ferramentas, que foram publicadas num repositório online GitHub, de manipulação, processamento e testagem dos vários modelos profundos de Machine Learning e conjuntos de dados big data. Após realizado o treino em nuvem dos vários modelos, estes foram analisados e comparados, com recurso a dois conjuntos de dados de validação criados para o efeito, com o objetivo de se avaliar a qualidade e influência das várias técnicas de treino realizadas, especialmente em termos de generalização e capacidade aplicacional. Algumas experiências demonstram resultados de precisão e revocação simultaneamente acima de 90% em certas amostras.The main objective of this thesis is to introduce and explore the concepts of Artificial Intelligence and Machine Learning, with a special focus on Convolutional Neural Networks. The process of creating an efficient environment for training, validation and testing of deep models created, with the ability to perform the automatic segmentation of buildings in high resolution aerial and spatial images, is described, alerting to the growing importance and efficiency of this type of techniques for purposes and tasks related to Geospatial Engineering. The information extracted from aerial and space images has significant applications in several disciplines of Geospatial Engineering, such as remote sensing, spatial data analysis, cartographic production, among others. Currently, much of the extraction is still performed by human experts, making the process slow, expensive, and error-prone. The work developed explores and develops methods to automatically extract the location and shape of geospatial entities, namely buildings. The recent U-net architecture is used, which has been highlighted for its contribution in high resolution image segmentation tasks, obtained using spatial and aerial techniques for the acquisition of radiometric and geospatial information. Python programming formed the basis of the work developed, and it was necessary to create a set of tools, which were published in an online GitHub repository, for the manipulation, processing and testing of the various deep models of Machine Learning and big data datasets. After performing the cloud training of the various models, they were analyzed and compared, using two sets of validation data created for this purpose, in order to assess the quality and influence of the various training techniques performed, especially in terms of generalization and application capability. Some experiments demonstrate accuracy and recall results simultaneously above 90% in certain samples

Análise multitemporal da cobertura da terra e das vias de acesso no parque nacional de São Joaquim/SC

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Centro de Ciências Agrárias. Curso de Agronomia.A análise multitemporal da cobertura da terra e vias de acesso, em ambiente de Sistemas de Informações Geográficas é uma importante ferramenta de apoio à gestão ambiental, principalmente de ecossistemas complexos como as Unidades de Conservação. O objetivo deste estudo foi analisar a mudança da cobertura da terra e vias de acesso no Parque Nacional de São Joaquim (PNSJ) em três datas distintas: 1957, 1978 e 2011. O trabalho foi realizado em módulo de pesquisa do Programa de Pesquisa em Biodiversidade – PPBIO instalado no PNSJ. O Parque, localizado na região serrana de Santa Catarina, apresenta área aproximada de 49.300 hectares, com altitudes variando entre 72 e 1818m. Foi criado em 1961 e tem como um dos principais objetivos a conservação da Araucária angustifólia e preservação do ecossistema em que ela está inserida. O módulo compreende uma feição retangular de 5 x 1km coberto por Floresta Ombrófila Mista (Araucária angustifólia e Dicksonia sellowiana – xaxim, espécies da lista de espécies ameaçadas de extinção em SC), Campos de Altitude e Mata Nebular. Para a análise foram utilizadas aerofotos pancromáticas dos Serviços Aerofotogramétricos Cruzeiro do Sul S.A, em formato analógico e escala 1:25.000. Foram utilizadas 3 aerofotos de 1958 e 3 de 1978. Foi utilizada também uma ortofoto colorida com resolução de 0,39 m, no formato digital, do ano de 2011, do Levantamento Aerofotogramétrico de Santa Catarina. As aerofotos foram digitalizadas e posteriormente georreferenciadas por meio da correção geométrica utilizando o modelo polinomial no software ERDAS Imagine 2013. Após a seleção dos pontos nas aerofotos e os seus homólogos na ortofoto, foi realizada a reamostragem da imagem. A ortofoto foi utilizada como referência para seleção dos pontos de controle. Nesse mesmo software foram criados os mosaicos. Os mapas temáticos foram elaborados no software livre Quantum GIS 2.0.1 Dufour, a partir do mosaico das aerofotos e da ortofoto. As diferentes coberturas foram vetorizadas em tela através da classificação visual em floresta, campo e áreas de transição entre as duas classes, para as três datas distintas. A partir desses mapas, foi possível analisar a evolução da cobertura entre os anos de 1958 e 2011. O mapa de vias de acesso foi elaborado considerando a ocorrência ou não de trilhas nas três datas. A partir desses mapas, foi possível analisar a evolução da cobertura entre os anos de 1958 e 2011. As diferentes coberturas foram identificadas através de elementos característicos visíveis nas aerofotos, como tonalidade, textura, cobertura e regularidade dos limites. As áreas de floresta foram classificadas através da textura grosseira, tonalidade cinza médio a escuro, limites irregulares e cobertura desuniforme. Outros elementos característicos como tonalidade clara e textura fina aplicaram-se às áreas de campo. As vias de acesso foram identificadas através de linhas visíveis com tonalidade cinza clara. Em 1958 existiam 3 km de vias no módulo, porém no ano de 1978 aumentou para 18 km. Estima-se que este aumento possa estar relacionado à exploração madeireira na região. Na ortofoto observa-se uma redução significativa nas feições de linhas que identificam as trilhas, podendo inferir que houve uma diminuição gradativa do acesso de pessoas no local, resultando no isolamento da área, o que possivelmente ocasionou a cobertura de algumas trilhas. A classe floresta teve uma pequena variação de área, com desflorestamento de cerca de 7ha de 1958 para 1978 e uma recuperação de cerca de 8ha em 2011. A classe campo e as áreas de transição apresentaram comportamento inverso à área de floresta, ou seja com aumento da área entre as duas primeiras datas e redução em 2011. As pequenas alterações na cobertura vegetal da área no período avaliado podem indicar um aspecto positivo para a pesquisa, visto que grandes alterações na cobertura da terra possivelmente conduziriam a alterações nas populações locais da fauna e flora

Levantamento e gestão de propriedade por fotogrametria : aplicação prátrica em prédios no concelho de Vila do Conde

O cadastro predial é uma importante fonte de informação para o planeamento e gestão do território. Neste contexto, pretende-se comparar diferentes formas de aquisição de informação espacial e compreender como o processo de cadastro de propriedade pode ser realizado. Para tal, recorreu-se à aquisição de imagens aéreas obtidas por drone e por avião (IFAP2018). Também se efetuaram levantamentos clássicos com recurso a um recetor GNSS num terreno cujas propriedades envolventes não permitiriam realizar o trabalho de outra forma. Através destes métodos, cadastraram-se 3 terrenos agrícolas cujas áreas foram calculadas e comparadas com os valores registados na respetiva caderneta predial e foi criada uma tabela com os atributos de cada propriedade no programa QGIS. Para um destes terrenos, as áreas foram calculadas utilizando dois dos métodos descritos, (levantamento por drone vs avião) de modo a comparar a precisão dos mesmos. De referir que as diferenças das áreas encontradas nos três terrenos, em relação ao seu registo predial, foram de 0,89%, 26,37%, e 1,40%. Quanto ao terreno cuja área foi medida de duas formas, verificou-se que, considerando como precisão máxima a do método por drone, a precisão relativa ao levantamento por avião foi de 99,1%. Assim, dependendo do cenário a cadastrar, o método a utilizar pode ser mais ou menos eficiente consoante fatores como a sua geometria, visibilidade dos vértices, uniformidade de culturas vizinhas e minifúndio, entre outros.The land registry is an important source of information for the planning and management of the territory. In this context, it is intended to compare different ways of acquiring spatial information and understand how the property registration process can be carried out. For this, we resorted to the acquisition of aerial images obtained by drone and by plane (IFAP2018). Classical surveys were also carried out using a GNSS receiver on land whose surrounding properties would not allow the work to be carried out in any other way. Through these methods, 3 agricultural lands were registered, whose areas were calculated and compared with the values registered in the respective land register and a table with the attributes of each property was created in the QGIS program. For one of these terrains, the areas were calculated using two of the methods described, (drone vs. airplane survey) in order to compare their accuracy. It should be noted that the differences between the areas found in the three plots, in relation to their land registration, were 0.89%, 26.37%, and 1.40%. As for the terrain whose area was measured in two ways, it was found that, considering the maximum accuracy of the drone method, the relative accuracy of the aerial survey was 99.1%. Thus, depending on the scenario to be registered, the method to be used can be more or less efficient depending on factors such as its geometry, vertex visibility, uniformity of neighboring cultures and smallholdings, among others

Analysis of the space and temporal evolution of urban morphology of the Administrative Region of Vicente Pires and the influence of anthropological action in the surface-floating processes

Trabalho de Conclusão de Curso (especialização)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 2018.Devido ao crescimento populacional, a expansão urbana desordenada e déficit de moradia, os grandes centros urbanos vêm trazendo consigo padrões peculiares de uso e ocupação não planejados do território, gerando impactos negativos e criando ambientes hostis à vida humana. Nessa situação, se enquadra o Distrito Federal, dividido em 31 regiões administrativas e situado na região Centro-Oeste, começou-se um processo de expansão e verticalização de periferias vem alterando as características similares em aspectos de cobertura e uso do solo, até características físicas das construções urbanas. Tipos de Estrutura Urbana (UST) são unidades espaciais mínimas que possuem certa homogeneidade no tipo de uso e cobertura do solo. Neste trabalho o conceito de UST é aplicado a partir da classificação visual e manual de fotografias aéreas com alta resolução espacial. O objetivo do trabalho foi identificar os padrões de estruturas urbanas, compreender e analisar a evolução da dinâmica espacial e temporal desses padrões para os anos de 1997, 2002 e 2009, utilizando como área de estudo a Região Administrativa de Vicente Pires. Diante dos resultados obtidos na classificação das UST e do mapa de risco elaborado por cunha (2012) conclui-se que as áreas com risco moderado e alto de alagamento estão situadas respectivamente nas classes urbanizadas e com alto grau de impermeabilidade (RH2, RH3, RH4, RM e T) e próximos aos corpos hídricos e encostas (RS). Conclui-se então, que a utilização temporal da classificação UST com seus diversos tipos de elementos morfológicos, permite a identificação da transição dos padrões ao longo dos anos.Due to population growth, disorderly urban sprawl and housing shortages, large urban centers have brought with them peculiar patterns of unplanned use and occupation of the territory, generating negative impacts and creating environments hostile to human life. In this situation, the Federal District, divided into 31 administrative regions and located in the Central-West region, forms part of a process of expansion and verticalization of peripheries that has altered similar characteristics in aspects of land cover and use, to physical characteristics of urban constructions. Types of Urban Structure (UST) are minimal spatial units that have a certain homogeneity in the type of use and land cover. In this work the UST concept is applied from the visual and manual classification of aerial photographs with high spatial resolution. The objective of the study was to identify the patterns of urban structures, to understand and analyze the evolution of the spatial and temporal dynamics of these patterns for the years of 1997, 2002 and 2009, using the Vicente Pires Administrative Region as the study area. Considering the results obtained in the classification of UST and the risk map developed by wedge (2012), it is concluded that areas with moderate and high flood risk are located in urbanized classes with high degree of impermeability (RH2, RH3, RH4 , RM and T) and close to the water bodies and slopes (RS). It is concluded that the temporal use of the UST classification with its different types of morphological elements allows the identification of the transition of the patterns over the years

Evolução espaço-temporal da área de restinga do setor norte do município de Pontal do Paraná (PR)

Orientador: Marcelo Renato LamourMonografia (graduação) - Universidade Federal do Paraná, Campus Pontal do Paraná - Centro de Estudos do Mar, Curso de Graduação em OceanografiaInclui referênciasResumo : O município de Pontal do Paraná (25°45’S/48°30’W), localizado na porção centro-norte do litoral paranaense, configura uma área de grande importância ecológica por comportar Áreas de Preservação Permanente (APP) como restingas e manguezais que, ao longo do tempo, passaram a experimentar degradação ambiental pelo consequente aumento da urbanização. Compreender os processos costeiros é fundamental para a elaboração de planos de manejo e gestão ambiental, oferecendo segurança a população, a propriedade e a biota. Desta maneira, o objetivo geral deste trabalho consistiu em caracterizar o uso do solo das áreas de restinga dos balneários de Barrancos - Pontal do Sul, evidenciando taxas de variação da posição da linha de costa (erosão e/ou deposição sedimentar) ao longo do tempo. Para tanto foi executada a análise comparativa entre quatro conjuntos de fotografias aéreas dos anos de 1953, 1980, 2003 e 2012, sendo o último obtido através de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT). Os resultados foram integrados e analisados em um Sistema de Informações Geográficas (SIG), onde possibilitou a caracterização do uso do solo e feições naturais, bem como a confecção de mapas temáticos usados para a interpretação espacial da variação da linha de costa. Os resultados demonstram que as intervenções que ocorrem sobre a área são bastante variadas, contemplando as seguintes categorias: trilhas de acesso à praia; descaracterização da vegetação; ranchos de pesca; e sangradouros. A descaracterização da vegetação está associada em maior parte com a instalação de infra-estruturas de grande porte, assim como quadras esportivas, jardins e paisagismo. Os ranchos de pesca estão associados à colônia de pescadores, são obras de pequeno porte, indicando uma baixa alteração ao ambiente. Os sangradouros presentes na área de estudo são característicos de planícies costeiras e indicam uma tendência de acreção bem como sentido de migração do corpo d’água no sentido N, provavelmente motivada pelo transporte dos sedimentos realizado pela corrente de deriva litorânea que possui sentido S-N. Foi observado no presente estudo um crescimento exponencial das trilhas de acesso à praia ao longo dos anos favorecido pelo consequente adensamento urbano do município. Essas categorias correspondem a uma alteração crítica nas características do sistema ecológico, indicando ao mesmo tempo a dificuldade e necessidade de proteção e gerenciamento da área. Com relação à evolução da posição da linha de costa disposta na área de estudo, entre os anos de 1953 e 2012 foram identificados processos sedimentares predominantemente deposicionais, com o avanço da linha de costa na maior parte de sua extensão. A progradação da linha de costa aumenta seguindo na direção norte, conforme a proximidade da desembocadura na Baía de Paranaguá Contudo, em períodos de menor abrangência temporal podem-se observar pequenos trechos de erosão, possivelmente relacionados com a mudança da dinâmica praial e conformação do sistema, sendo mais observados no balneário de Pontal II, o qual apresenta uma maior sensibilidade à erosão Os problemas ambientais resultantes da falta de planejamento urbano e de gestão desse espaço estão se tornando cada vez mais evidentes, desta maneira, é de se esperar ações administrativas por parte do governo para minimização dos mesmos

Mapeamento cadastral de sítios arqueológicos com uso de dados remotamente adquiridos : um exemplo do mapeamento de petróglifos do Sítio Arqueológico do Bisnau

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2018.O processamento digital de imagens oriundas de aerolevantamento, em específico por utilização de drones portando câmeras digitais convencionais, apresenta-se como potencial ferramenta no mapeamento arqueológico de superfícies que contenham inscrições, tais quais os petróglifos. Essa técnica apresenta benefícios como a ausência de contato direto com a superfície arqueológica, reduzindo possíveis impactos negativos. Sendo assim, o presente estudo testou a viabilidade técnica do uso de produtos de resolução espacial subcentimétrica, gerados a partir de drones, para mapear e analisar cartograficamente petróglifos expostos na superfície de rochas e verificar se esses dados permitiriam a comparação com dados astronômicos e cartográficos. Em Goiás, próximo ao povoado JK, município de Formosa, está localizado o Sítio Arqueológico do Bisnau, popularmente conhecido como Pedra do Bisnau, caracterizado, geologicamente, por afloramento de rocha arenítica com petróglifos. Foi realizado imageamento utilizando-se drone portando câmera convencional, onde os dados foram processados por meio de software de processamento de imagem e modelagem digital, posteriormente o ortomosaico foi segmentado e preparado para interpretação das geometrias. Os resultados demonstraram a viabilidade de gerar satisfatoriamente modelos georreferenciados, observando a posição, forma e distribuição espacial dos petróglifos. Além disso, foram feitas comparações entre os significados geométricos publicados em periódicos científicos, evidenciando-se o conhecimento da astronomia e de cartográficos por povos pré-históricos. Sendo assim, conclui-se que a técnica é viável e possui grande potencial para aprimorar metodologias utilizadas no mapeamento arqueológico e no estudo antropológico que envolve o posicionamento geográfico de vestígios.The digital processing of aerial surveying images, specifically using drones with conventional digital cameras, presents as a potential tool in the archaeological mapping of surfaces that contain inscriptions, such as petroglyphs. This technique presents benefits such as the absence of direct contact with the archaeological surface, reducing possible negative impacts. Thus, the presente study tested the technical feasibility of using subcentimetric spatial resolution products, generated from drones, to map and analyze cartographically exposed glyphs on the surface of rocks and to verify if these data would allow comparison with astronomical data and cartographic. In Goias, near the village JK, municipality of Formosa, is located the Bisnau Archaeological Site, popularly known as Pedra do Bisnau, characterized, geologically, by outcropping of sandstone with petroglyphs. Imaging was performed using a conventional camera, and data were processed using image processing software and digital models. Subsequently, the orthomosaic was segmented and prepared for geometry interpretation. The results demonstrated the feasibility of generating satisfactorily georeferenced models, observing the position, shape and spatial distribution of the petroglyphs. In addition, comparisons were made between the geometric meanings published in scientific journals, evidencing the knowledge of astronomy and cartographic by prehistoric peoples. Thus, it is concluded that the technique is feasible and has great potential to improve methodologies used in archaeological mapping and anthropological study that involves the geographical positions of traces

Avaliação da exatidão absoluta de ortofoto obtida por meio de dados brutos oriundos de veículos aéreos não tripulados (SISVANT)

Orientadores : Prof. Dr. Alzir Felippe Buffara AntunesDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas. Defesa: Curitiba, 27/01/2015Inclui referências : f. 98-104Área de concentração : FotogrametriaResumo: O embarque de sensores em Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT's) para a aquisição de informação espacial, com vistas à elaboração de produtos cartográficos, fotointerpretação e atualização de bases cadastrais, teve um grande avanço a partir do século XXI, através de modernas etapas de processamento digital entre as fotografias aéreas adquiridas com câmeras digitais. Este trabalho teve como objetivo propor uma metodologia capaz de gerar ortofotos, de forma semiautomática, a partir de dados brutos oriundos de um VANT, bem como avaliar sua exatidão absoluta, através de distintas configurações quanto a utilização de pontos de controle para o processamento. Em outras palavras, buscou-se avaliar a aplicabilidade da tecnologia VANT, com vistas à atualização de bases cartográficas. A metodologia previu o estudo da área a ser imageada; a elaboração do plano de voo a ser seguido pelo VANT; a pré-sinalização dos pontos de controle no terreno e, posterior, rastreio GNSS dos mesmos; a aquisição dos dados e das fotografias aéreas; o processamento das imagens, através de algoritmos computacionais de classificações de padrões e reconstrução tridimensional do terreno, através das operações de aerotriangulação, geração do Modelo Digital de Elevação e das ortofotos. O controle de qualidade considerou as análises estatísticas de tendência e precisão através de pontos de verificação no terreno e o enquadramento das ortofotos pelo Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC). O recobrimento aerofotogramétrico foi realizado com altura de voo média de 300 metros. As fotografias aéreas foram automaticamente obtidas comum a câmera Sony NEX-3 16Mp, com resolução espacial no terreno de 8,9 cm. A melhor configuração obtida considerou 12 pontos de apoio no seu processamento e 15 pontos de verificação. A análise de tendência e de precisão em suas componentes posicionais resultaram em uma carta acurada para a escala 1:10.000 na planimetria. Dessa forma,pode-se concluir que os VANT's de baixo custo podem ser perfeitamente utilizados em mapeamentos temáticos, atualização de bases cartográficas. Entretanto, não apresentam exatidão dos parâmetros de orientação exterior através da determinação direta, extraídos da integração GNSS/INS.Palavras-chave: Ortofotos. MDE. VANT. Exatidão.Abstract: The boarding of sensors in Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for the acquisition of spatial information, with the intention of preparing cartographic products, photo interpretation and updating of data bases, had a breakthrough at the beginning of the twenty-first century, by modern processing steps between digital aerial photographs acquired with digital cameras. The present study's aim was to propose a methodology able to generate orthophotos, by a semiautomatic process, from raw data from a UAV, and to evaluate its absolute accuracy, using different settings such as the use of control points for processing. In other words, the study's purpose was to evaluate the applicability of UAV technology, in order to update cartographic databases. The methodology of the study encompassed the area to be imaged, the elaboration of the flight plan to be followed by the UAV, pre-signaling of the control points on the ground and then, the their GNSS tracking, the acquisition of data and aerial photographs, the processing of the images through computer algorithms ratings patterns and the three-dimensional reconstruction ofthe ground by the operations of aerial triangulation, the generation of Digital Elevation Model and orthophotos. Quality control analysis considered statistical analysis of trends and accuracy through checkpoints on the ground and the framework of the orthophotos Cartographic Accuracy Standard (CAS).The aero photogrammetric coverage was insured with an average flight height of 300 meters. Aerial photos were automatically taken by a Sony NEX-3 16MP camera, with a spatial resolution on the ground of 8.9 cm. The best obtained configuration considered 12 support points in its processing and 15 checkpoints. The statistical analysis of trends and accuracy in their positional components resulted inan accurate letter for the 1:10.000 scale in planimetry. Thereby, it can be concluded that the low cost UAVs can be perfectly used in thematic mapping, and updates of cartographic databases, however, They lack accuracy of exterior orientation parameters by direct determination, extracted from the GNSS/INS integration. Key words: Ortophoto. DEM. UAV. Accuracy

Servidores de mapas: programação para disponibilizar dados geográficos multidisciplinares utilizando tecnologias livres.

bitstream/item/90050/1/Servidores-de-Mapas.pd