Guia prático de precisão em mapeamento remoto

Guia prático para os graus de precisão desejados e/ou possíveis em mapeamento remoto convencional no OSM.
Em desenvolvimento.

Introdução

Mapeamento remoto é o que é feito sobre imagens ou mapas, não diretamente sobre o terreno.
É a maior fonte de obtenção de geometrias (vetores) desenhadas no OSM.
A fonte de informações textuais em etiquetas (tags), como nome, endereço, etc, pode ser mais variável, preferencialmente de fonte direta, conhecimento local.

O propósito deste guia é lançar luz sobre questões que muitos mapeadores de intensa atividade se fazem:

• Como posso agilizar meu mapeamento remoto?
  
• Com que precisão seria conveniente desenhar os vetores (linhas, ways)?
  

São apenas sugestões, e de caráter prático.
Fundamentalmente cada um é livre para mapear como desejar, com a precisão que desejar, desde que dentro das poucas regras básicas do OSM: Pt:How We Map, Pt:Boas práticas.

Basicamente, há 2 modos mais difundidos de desenhar traçados no mapa:

• desenhar sobre material coletado pessoalmente, diretamente no local (como notas em papel, fotos e/ou traçados de GPS);
  
• desenhar remotamente sobre materiais disponibilizados no OSM por terceiros (como imagens de satélite, mapas, fotos e/ou traçados de GPS).
  

Regra básica de mapeamento de linhas de vias (ways):

• Os vetores que representam as vias devem ser desenhados, quando sobre imagens, devidamente posicionadas (georreferenciadas), seguindo-se o mais próximo possível o eixo da via exibida.

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Dos graus de precisão disponíveis

Precisão das imagens:
Algumas distorções são inerentes ao processo:

• distorção planimétrica: as imagens de satélite nunca oferecem uma perfeita ortogonalidade vertical, mesmo para terreno perfeitamente horizontal. Assim, diferentes pontos de uma mesma imagem sempre terão algum deslocamento. Se imaginarmos um gigantesco quadrado perfeito desenhado no terreno, quando fotografado pelo satélite terá seus lados ligeiramente curvados (isso se mostra melhor quando se observa uma fotografia de lente grande angular), ou apresentará uma forma mais ou menos trapezoidal.
  

• distorção volumétrica: pelo mesmo motivo, conforme uma região de topografia variável (morros e depressões) é fotografada pelo satélite por ângulos diversos, diferentes pontos de uma mesma imagem sempre terão algum deslocamento.
  

• resolução: as melhores imagens disponíveis no OSM possuem resolução máxima de cerca de 50cm/pixel. Uma via de 2m terá 04 pixels. Assim, é pouco provável identificar o eixo exato com precisão milimétrica. O que fazemos intuitivamente ao desenhar é seguir uma estimativa do eixo médio.
  

• alinhamento: toda imagem possui algum deslocamento de alinhamento. A melhor maneira de corrigir isto é sobrepor uma camada como a de traçados de GPS, e realinhar a imagem de modo a aproximá-la dos traçados. No entanto, podemos observar que se corrigimos este posicionamento em um setor da imagem, outros setores não seguem o mesmo alinhamento.
  

O comum é as imagens possuírem alguma distorção de posicionamento, em geral em torno de 10m.
Daí que é sempre necessário verificar e corrigir o posicionamento das imagens, em diferentes setores, com auxílio das camadas GPS.

Precisão dos traçados de GPS:
Os aparelhos navegadores em geral também registram e gravam traçados de GPS percorridos sobre o terreno real.
A precisão do GPS é definida por:

• número de satélites disponíveis para triangulação;
  
• limite de precisão do sistema global.
  

Veja nas imagens ao lado>> que os registros de GPS:

• sofrem distorção quando em áreas de grande variação topográfica, como em canions naturais e urbanos, na imagem Bing / editor iD;
  
• possuem uma imprecisão inerente, como pode ser vista na nuvem de pontos com dispersão de até 45m, na imagem da camada Strava
  
• a precisão média do GPS é em torno de 10m. O próprio utilitário GPS avisa quando esta precisão é insuficiente. O Mapillary, por exemplo, não tira fotos quando a imprecisão de posicionamento for maior que 15m, e avisa isto na tela. Isto significa que o aplicativo "aceita" registrar mesmo com uma imprecisão de até 15m.
  

Necessidade ou propósito pessoal que se pretende atingir

Vários podem ser os propósitos ou necessidades. Podem ser, por exemplo:

1) mapear para ter estradas convenientemente roteáveis para navegadores portáteis GPS comuns, por celular comum ou por aparelhos dedicados. Nesse caso, seria razoável pensar que o que necessito é uma precisão de desenho aceitável para navegação.

2) mapear para ter o maior grau possível de detalhamento em pequena escala, como mapear uma praça, com seus caminhos, jardins, cercas, bancos, postes, etc. Neste caso a precisão pode ir ao limite da resolução da imagem.

Considere-se ainda que o OSM se propõe a ser, e é o que oferece através de seu browser padrão, um mapa-base geral. E também que não existe etiquetas para tudo, nem tudo cabe no OSM.

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Mapear para ter estradas convenientemente roteáveis para navegadores portáteis GPS

No caso (1), "mapear para ter estradas convenientemente roteáveis para navegadores portáteis GPS", podemos ter em mente:

• a precisão do navegador portátil GPS ao gravar trilhas , em geral e em média, é em torno de 10m;
  
• a capacidade do navegador GPS de auto-ajustar o posicionamento do percurso à via ("Snap to road"), mesmo quando há imprecisões no traçado, é de cerca de 50m.
  

Sendo assim, se ainda colocarmos uma margem de segurança de 2x, seria razoável pensar que é aceitável um erro ou deslocamento de traçado de até 25m em relação ao eixo real da via.

Sugestões práticas para o propósito de mapear vias:

• A) Para vias em meio urbano ou estradas que passam por zona urbana em regiões rurais (vilarejos, etc), seria conveniente ter uma precisão de desenho de modo a assegurar-se que o traçado da via NÃO corte construções e seus terrenos imediatos, que se mantenha dentro dos limites da "caixa" da via, seguindo o desenho o mais próximo do eixo da via, dentro do que permite a resolução da imagem. Nestes casos, é conveniente "aproximar o zoom".
  

• B) Para vias longe ou fora do meio urbano, que cruzam somente por campos, e sem outras conexões imediatas com outras vias, por praticidade , pode-se tolerar uma maior extrapolação, um eventual maior afastamento do eixo, isto é, "pode-se afastar o zoom" mesmo que se perca um pouco a definição, de modo a assegurar-se que o desenho da linha NÃO fique afastado mais de 25m do eixo da via na imagem (considerando-se aqui a citada margem de segurança de 2x em relação à capacidade do navegador de corrigir um deslocamento de até cerca de 50m).
  

Sempre pode-se aumentar a precisão se desejável.

• Ângulos em curvas: Toda curva é vetorialmente representada por segmentos de reta em ângulos sucessivos. Mas na realidade, toda curva tem um raio, ela não é um ângulo abrupto. É conveniente evitar que uma curva seja representada por ângulos com menos de 90° entre segmentos (ângulos agudos)
  

- Ver imagens ao lado: >>

Alguns aplicativos mesmo detectam e avisam este problema, por sua inconveniência para a direção de um veículo no mundo real. Se uma curva da estrada indica uma mudança de direção de 170°, quase um conversão completa de 180° ("U turn"), isto é, se fosse representado apenas por 2 segmentos de reta com 1 único ângulo interno, este ângulo seria 10°, extremamente agudo. É conveniente que seja representada por mais pontos, segmentos de reta e ângulos em sequência.

Some-se a isto o cuidado de não afastar muito do eixo da via.

Assim, uma curva com raio maior, como de um estrada primária, ou uma BR, pode exigir ainda mais alguns pontos (nós), segmentos de reta, e ângulos suaves em sequência, do que uma curva de pequeno raio em uma estrada vicinal. Mas ainda assim "não será estritamente indispensável" se desenhar a curva com enorme quantidade de nós, como 1 nó a cada metro de arco.

Com estes princípios em mente, se pode agilizar o mapeamento pessoal, mantendo a qualidade necessária dos desenhos, sem perder tempo desenhando nós em excesso além do que se eventualmente prentende como objetivo.

IMPORTANTE:
Se uma via já foi desenhada com mais nós do que pessoalmente acharíamos necessário, deixa-se como foi mapeada.
Apenas se realinha se necessário.
Não se deleta nós já desenhados (que não estejam errados), mesmo se além do que supomos necessário. Desenhar nós a mais do que possa ser julgado necessário não é um erro.

NOTA: Há estradas, vicinais ou estaduais ou mesmo BRs, anteriormente importadas ao OSM, como do IBGE, em zonas rurais (muitas como highway=track) que necessitam até hoje de grande esforço de realinhamento, por estarem muitas vezes até 1000m deslocadas do eixo das únicas vias possíveis de identificar na área. Nestes casos, no JOSM, pode-se redesenhar a estrada no local correto atualmente, e substituir o antigo traçado errôneo por este novo traçado, conservando-se o histórico e tags do anterior, com o comando "replace" (Ctrl+Shift+G).

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Mapear para ter o maior grau possível de detalhamento

No caso (2), "mapear para ter o maior grau possível de detalhamento", o limite é o da resolução da imagem.

Se você deseja desenhar detalhes em pequena escala, por exemplo um "banco" de praça, isso depende de que você possa vê-lo adequadamente na imagem de satélite (normalmente não menos que 30cm/px). Embora seja mais comum mapear uma banco como um ponto ou linha, é ainda possível mapeá-lo em uma área.

Também na exibição do mapa padrão do OSM a resolução é limitada. O zoom máximo (z19) representa uma escala de aproximadamente 1:1000. Isto significa que um objeto real como uma mesa de 1x1m praticamente não é visível em sua forma: apareceria na tela com 1mm. Um simples e único ponto bastaria, e ocuparia a mesma área em tela.

Além disso, caso seja realmente necessário, sempre é possível posteriormente aumentar a precisão do desenho de objetos que já tenham sido mapeados.