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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The main objective of the research work described in this manuscript was to develop methods
(hardware/software) for three-dimensional data acquisition in order to perform morphological
analysis in sandy shore environments. This system, when concluded, intends to estimate the
volumetric variations in beaches being eroded at high rates, directly contributing for studies
focused on the protection of the coastline. This work is particularly focused on the development
of software to estimate the 3D positions using a dedicated low-cost hardware device that was
also developed in the framework of this project.
Several methods have been used to study these phenomena, such as classical topography by
surveying discrete points with the utilization of theodolites and/or total stations that are highly
time-consuming. Other methods that start recently being used, like terrestrial or airborne
LiDAR, are very costly and are not suitable to be used in many locations due to governmental
requirements (like permits, environment, and security issues). Similar limitations also occur
with Mobile Mapping Systems (MMS) with laser scanners that permit the survey when the vehicle
is moving on the beach.
In order to minimize the issues presented by the techniques described above, it was developed
a simple, economic, ef cient and accurate system that can be used to study the erosion
phenomena in coastal area. This system should allow one to acquire accurate GNSS positioning
data on beaches, using a simple acquisition device in order to enable the creation of a three-
-dimensional surface of the study area, which temporal variation can permit to quantify the
erosion rates. This system is formed by an acquisition device, a GNSS receiver and antenna,
and a Android Tablet/Smartphone that allows us to collect the antenna attitude from it’s internal
orientation sensors. To collect information from the angles of the sensors, an Android
application was developed. With the Tablet/Smartphone attitude angles, it is possible to correct
the GNSS observations in order to obtain the vertical position - a dedicated C# application
was developed with this objective. This corrections allows the creation of surfaces that accurately
represent the terrains where the observations were conducted. In the future, using
several observations at different times, it is possible to study the variations of sand volumes of
the surveyed beaches and analyse the morphological variations. Some preliminary tests were
performed concerning the creation of the surfaces, in order to evaluate the internal accuracy
of the entire system. For this goal, we developed several scripts, using GMT (Generic Mapping
Tools), that can also be used in the future to calculate the variations of the beach volume.
In this respect, the results of some tests carried out to evaluate the accuracy of the developed
technology are presented. In particular, by analysing the deviations with respect to a reference
surface and by evaluating the sensitivity when measuring on an irregular surface.
O principal objetivo do trabalho de investigação descrito neste manuscrito foi, desenvolver métodos (software/hardware) para aquisição de dados em três dimensões, de forma a realizar a análise morfológica em ambientes de costa arenosa. Este sistema, quando estiver concluído, pretende estimar as variações volumétricas em praias que estão a ser erodidas a taxas elevadas, contribuindo diretamente para estudos voltados para a proteção da zona costeira. Este trabalho está focado principalmente no desenvolvimento de software para estimar as posições em 3D utilizando um dispositivo de hardware de baixo custo dedicado que também foi desenvolvido no âmbito deste projecto. Têm sido utilizados vários métodos para estudar estes fenômenos, tais como topografia clássica através do levantamento de pontos discretos, com a utilização de teodolitos e/ou estações totais que são altamente demoradas. Outros métodos que começam recentemente a ser utilizados, é o LiDAR terrestre ou aéreo, são muito caros e não são adequados para serem utilizados em muitos locais, devido a exigências governamentais (como licenças, meio ambiente e questões de segurança). Também ocorrem limitações semelhantes com o Mapeamento de Sistemas Móveis (MMS) com scanners a laser que permitem o levantamento, quando o veículo estiver em movimento na praia. Para minimizar os problemas apresentados pelas técnicas acima descritas, desenvolveu-se um sistema simples, económico, eficiente e preciso que possa ser utilizado para estudar os fenómenos da erosão da zona costeira. Este sistema deve permitir adquirir dados de posicionamento GNSS precisos nas praias, utilizando um dispositivo simples de aquisição, para permitir a criação de uma superfície tridimensional da área de estudo, o que pode permitir a variação temporal para quantificar as taxas de erosão. Este sistema é formado por um dispositivo de aquisição, um receptor GNSS e uma antena e um Tablet/Smartphone Android que nos permita recolher a atitude da antena apartir dos sensores de orientação internos. Para a recolha da informação a partir dos ângulos dos sensores, foi desenvolvida uma aplicação Android. Com os ângulos da atitude do Tablet/Smartphone, é possível corrigir as observações GNSS, para obter uma posição vertical - foi desenvolvida uma aplicação C# com este objectivo. Esta correcção permite a criação de superfícies que representam com precisão os terrenos onde foram realizadas as observações. No futuro, utilizando várias observações em momentos diferentes, é possível estudar as variações do volume da areia das praias estudadas e analisar as variações morfológicas. Foram realizados alguns testes preliminares sobre a criação de superfícies, para avaliar a precisão interna de todo o sistema. Para este objectivo, foram desenvolvidos alguns scripts, utilizando o GMT (Generic Mapping Tools), que também podem ser utilizados no futuro, para calcular as variações de volume da praia. Assim, são apresentados os resultados de alguns testes realizados para avaliar a precisão da tecnologia desenvolvida. Em particular, através da análise dos desvios em relação a uma superfície de referência e pela avaliação da sensibilidade na medição sobre uma superfície irregular.
O principal objetivo do trabalho de investigação descrito neste manuscrito foi, desenvolver métodos (software/hardware) para aquisição de dados em três dimensões, de forma a realizar a análise morfológica em ambientes de costa arenosa. Este sistema, quando estiver concluído, pretende estimar as variações volumétricas em praias que estão a ser erodidas a taxas elevadas, contribuindo diretamente para estudos voltados para a proteção da zona costeira. Este trabalho está focado principalmente no desenvolvimento de software para estimar as posições em 3D utilizando um dispositivo de hardware de baixo custo dedicado que também foi desenvolvido no âmbito deste projecto. Têm sido utilizados vários métodos para estudar estes fenômenos, tais como topografia clássica através do levantamento de pontos discretos, com a utilização de teodolitos e/ou estações totais que são altamente demoradas. Outros métodos que começam recentemente a ser utilizados, é o LiDAR terrestre ou aéreo, são muito caros e não são adequados para serem utilizados em muitos locais, devido a exigências governamentais (como licenças, meio ambiente e questões de segurança). Também ocorrem limitações semelhantes com o Mapeamento de Sistemas Móveis (MMS) com scanners a laser que permitem o levantamento, quando o veículo estiver em movimento na praia. Para minimizar os problemas apresentados pelas técnicas acima descritas, desenvolveu-se um sistema simples, económico, eficiente e preciso que possa ser utilizado para estudar os fenómenos da erosão da zona costeira. Este sistema deve permitir adquirir dados de posicionamento GNSS precisos nas praias, utilizando um dispositivo simples de aquisição, para permitir a criação de uma superfície tridimensional da área de estudo, o que pode permitir a variação temporal para quantificar as taxas de erosão. Este sistema é formado por um dispositivo de aquisição, um receptor GNSS e uma antena e um Tablet/Smartphone Android que nos permita recolher a atitude da antena apartir dos sensores de orientação internos. Para a recolha da informação a partir dos ângulos dos sensores, foi desenvolvida uma aplicação Android. Com os ângulos da atitude do Tablet/Smartphone, é possível corrigir as observações GNSS, para obter uma posição vertical - foi desenvolvida uma aplicação C# com este objectivo. Esta correcção permite a criação de superfícies que representam com precisão os terrenos onde foram realizadas as observações. No futuro, utilizando várias observações em momentos diferentes, é possível estudar as variações do volume da areia das praias estudadas e analisar as variações morfológicas. Foram realizados alguns testes preliminares sobre a criação de superfícies, para avaliar a precisão interna de todo o sistema. Para este objectivo, foram desenvolvidos alguns scripts, utilizando o GMT (Generic Mapping Tools), que também podem ser utilizados no futuro, para calcular as variações de volume da praia. Assim, são apresentados os resultados de alguns testes realizados para avaliar a precisão da tecnologia desenvolvida. Em particular, através da análise dos desvios em relação a uma superfície de referência e pela avaliação da sensibilidade na medição sobre uma superfície irregular.
Description
Keywords
Gnss Kinematic Positioning Natural Hazards