Estimação da linha de costa, com uso de imagens orbitais e dados maregráficos, para produção/atualização de produtos cartográficos náuticos

Abstract

O Brasil possui linhas de costa que somam 10.959 km de extensão. A DHN é o serviço hidrográfico nacional responsável por analisar e representar a linha de costa (LC) nas cartas náuticas brasileiras. Esta LC é um fenômeno dinâmico cujo estudo é do interesse de diversos profissionais do ramo das ciências da Terra, sendo a representação desta LC nas cartas náuticas brasileiras, referida ao indicativo vertical Mean High Water Springs (MHWS). O modelo para estimação da linha de preamar de sizígia (LPS), relacionada com o MHWS, se baseia na relação geométrica entre a altura da maré local e sua projeção horizontal vista do espaço e registrada em imagens de satélites, aqui denominado modelo de Projeção de Maré (PM). Assim, implementou-se a técnica para a extração das linhas de costa instantâneas (LCI) que é executada a partir do software QGIS. Além disso, desenvolveu-se o ANALICOS (ANÁlise de LInha de COsta), um script destinado à preparação dos dados, estimação e análise estatística, a linguagem de programação utilizada foi Python. A partir dos dados de entrada, foi possível verificar a coerência geométrica entre as distâncias horizontais medidas nas imagens Sentinel-2 com a altura de maré local. Foram, utilizadas duas linhas de referência: a marca deixada pela água em uma imagem Sentinel tomada no período da maré de sizígia e a linha de costa publicada pela NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) referida à linha de preamar média. Como resultado, a LPS estimada pelo modelo PM se aproximou mais da linha de referência extraída da imagem Sentinel. O produto foi validado para uso em cartas náuticas com escala a partir de 1:25.000 (Classe D), através de uma análise pelo Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC-PCD) brasileiro vigente e analisado quanto aos critérios da Organização Hidrográfica Internacional (OHI) cujo valor máximo tolerável para a incerteza horizontal para levantamento da linha de costa natural é de 20m a 95% de nível de confiança.

Brazil has coastlines that are 10,959 km long. DHN is the national hydrographic service responsible for analyzing and representing the coastline (LC) in Brazilian nautical charts. This LC is a dynamic phenomenon whose study is of interest to several professionals in the field of Earth sciences, and the representation of this LC in Brazilian nautical charts is referred to the vertical indicative Mean High Water Springs (MHWS). The model for estimating the High Water Springs Line (LPS), related to MHWS, is based on the geometric relationship between the local tide height and its horizontal projection seen from space and recorded in satellite images, here called Tidal Projection (PM) model. Thus, we implemented the technique for the extraction of instantaneous coastlines (LCI) that is executed from QGIS software and developed the ANALICOS (coast line analysis), a script designed for data preparation, estimation and statistical analysis, implemented by the author in the Python programming language. From the input data, it was possible to verify the geometric coherence between the horizontal distances measured in the Sentinel-2 images with the local tidal height. Two reference lines were used: the mark left by the water in a Sentinel image taken in the period of the sizigy tide and the coastline published by NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) referred to the average high water line. As a result, the LPS estimated by the PM model was closer to the reference line extracted from the Sentinel image. Finally, the product was validated for use in nautical charts with scale from 1:25,000 (Class D), through an analysis by the Brazilian Cartographic Accuracy Standard (PEC-PCD) and analyzed under the criteria of the International Hydrographic Organization (IHO).