GRUPO DE ESTUDOS E PESQUISAS AGRÁRIAS GEORREFERENCIADAS UNIVERSIDADE ESTATUAL PAULISTA FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CARTOGRAFIA

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1 GRUPO DE ESTUDOS E PESQUISAS AGRÁRIAS GEORREFERENCIADAS UNIVERSIDADE ESTATUAL PAULISTA FACULDADE DE CIÊNCIAS AGRONÔMICAS CARTOGRAFIA Profa. Célia Regina Lopes Zimback Botucatu Junho

2 ÍNDICE Página 1. CARTOGRAFIA A Ciência cartográfica Histórico dos mapas Conceitos Básicos Mapas e Cartas Norte Azimute e Rumo Escala A REPRESENTAÇÃO CARTOGRÁFICA Formas de representação da Terra Projeção cartográfica Sistemas de coordenadas Coordenadas Geográficas Sistema Universal Transversal de Mercator UTM Datum NOMENCLATURA DE REFERÊNCIA DAS CARTAS DO BRASIL Cartas do Brasil ao Milionésimo Desdobramento das folhas CARTOGRAFIA TEMÁTICA REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS VOCÊ SABIA?

3 O objetivo primeiro dessa compilação de textos sobre cartografia é o auxílio de profissionais da área de recursos naturais envolvidos com conceitos e definições de cartografia, parte da ciência da terra, muito útil no geoprocessamento. Quem me dera ter a faculdade de contar uma história como o faz um mapa. Os mapas são a nossa literatura mais antiga, anterior ainda aos livros. Aposto que foi com um mapa que os seres humanos comunicaram-se entre si pela primeira vez... (Morgan, 1968, citado por Duarte, 1994). 3

4 1. CARTOGRAFIA 1.1. A CIÊNCIA CARTOGRÁFICA Método científico que se destina a representar fatos e fenômenos observados na superfície da terra através de simbologia própria. A cartografia pode ser definida também como um conjunto de estudos e operações científicas, artísticas e técnicas, baseado nos resultados de observações diretas ou de análise de documentação, com vistas ã elaboração e preparação de cartas, mapas planos e outras formas de expressão, bem com sua utilização HISTÓRIA DO MAPA A origem da palavra mapa, provavelmente, originou-se da palavra cartaginesa mappa que significa toalha de mesa. Os comerciantes da época desenhavam rotas e caminhos nas toalhas das enquanto conversavam. A história dos mapas funde-se com a própria história da humanidade: - O mapa é produto natural de cada povo; - anterior à escrita (babilônios, egípcios, maias, esquimós, astecas, chineses, etc.) a 2500 AC; - Anaximandro de Mileto primeiros mapas da Europa 611 a 547A.C. - Eratóstenes de Cirene calculou o perímetro da Terra 276 a 196 A. C. - Cláudio Ptolomeu escreveu sobre projeções e elaborou um mapa-múndi - 90 a 168 DC; - árabes tiveram grande influência a partir do séc XII, destaque para AL-IDRISI que elaborou Atlas e livro sobre viagens ( Livro sobre agradável excursão para quem deseja percorrer o mundo ) e foi usado como base para os grandes navegadores, no séc. XV; - Idade Média - retrocesso- mapas circulares Orbis Terrarum; - grande avanço com as viagens de exploração das novas terras e aparecimento de especialistas em confeccionar mapas a 1500; - Cartógrafo Gerhard Mercator - primeiro Atlas, reformulou todas as teorias e criou a projeção cartográfica com meridianos retos e eqüidistantes dos pólos, usada até hoje a 1594; 4

5 - Brasil 1o. Mapa da cidade do Rio de Janeiro CONCEITOS BÁSICOS Alguns conceitos básicos são necessários para o bom entendimento das cartas e mapas utilizados em geoprocessamento CARTA E MAPAS No Brasil, a ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - define: Mapa representação gráfica, em geral uma superfície plana e em uma escala determinada, com representação de acidentes físicos e culturais da superfície da Terra, ou de um planeta ou satélite. Carta representação dos aspectos naturais e artificiais da Terra, destinada a fins práticos da atividade humana, permitindo a avaliação precisa das distâncias, direções e a localização plana, geralmente em média ou grande escala, de uma superfície terrestre, subdivididas em folhas, de forma sistemática, obedecendo a um plano nacional ou internacional. Tipos de mapas/cartas quanto ao objetivo: - mapa genérico ou geral ex. mapa político; - mapa especial ou técnico ex. mapa meteorológico; - mapa temático mapa de solos; - mapa imagem mapa+imagem NORTE Tipos de norte (Figura 1): - norte geográfico ou verdadeiro - norte magnético; - norte da quadrícula. Norte Geográfico: é aquele indicado por qualquer meridiano geográfico, ou seja na direção da rotação da Terra. 5

6 Norte magnético: é a direção do pólo magnético e indicado pela agulha imantada de uma bússola. Norte da Quadrícula: é aquele representado nas cartas topográficas, no sentido nortesul. O ângulo formado entre o Norte Geográfico e o Magnético (Figura 2), expresso em graus, denomina-se de declinação magnética (δ). As cartas devem conter qual a variação da declinação por ano. Multiplica-se a diferença em anos da data atual e a data da carta pela declinação anual. A variação anual em Botucatu é de 9. Ao valor apontado pela bússola deve-se acrescentar o produto da multiplicação. Convergência Meridiana (γ) é a diferença angular entre o Norte Geográfico e o Norte da Quadricula. Como as quadrículas das cartas são planas, apenas no meridiano central de cada quadrícula, o Norte Geográfico coincide com o Norte da Quadrícula. Figura 1. Representação dos tipos de Norte (Fonte:Santos,1989). 6

7 Figura 2. Declinação magnética e meridiana (Fonte: Fitz, 2000) AZIMUTE E RUMO Azimute de um alinhamento é o ângulo formado no sentido horário, entre a linha Norte-Sul e um alinhamento qualquer, com variação entre 0 0 e Rumo de um alinhamento é o menor ângulo formado entre a linha Norte-Sul e um alinhamento qualquer, com variação de 0 0 a 90 0, devendo ser indicado o quadrante. Na Figura 3 estão expostos azimutes e rumos nos quatro quadrantes. Figura 3. Representação dos rumos e azimutes nos quatro quadrantes (Fonte: Fitz, 2000). 7

8 ESCALA É a relação entre as dimensões dos elementos representados em um mapa, foto ou imagem e a grandeza correspondente, medida sobre a superfície da Terra. A escala é uma informação obrigatória para qualquer mapa ou carta e pode ser numérica, gráfica e nominal. A Escala Numérica é representada por uma fração onde o numerador é sempre a unidade, designando a distância medida no mapa e o denominador representando a distância medida correspondente no terreno. Ex. 1: ou 1/50 000, onde 1 unidade de mapa representa unidades de terreno. Escala Gráfica é representada por uma linha ou barra graduada contendo subdivisões, denominada talões. O talão, preferencialmente, deve ser expresso por um valor inteiro. A escala gráfica consta de duas partes: a principal, desenhada do zero para a direita e a fracionária, do zero para a esquerda, que consta de subdivisões de dez partes (Figura 4). Figura 4. Escala gráfica (Fonte: Fitz, 2000). A Escala Nominal ou Equivalente é representada por extenso, como por exemplo, 1cm=10km (1cm de mapa representa 10km de terreno). A escala gráfica é a mais prática por que, além de poder ser utilizada como uma régua, nas ampliações ou reduções dos mapas, a escala também será ampliada ou reduzida. 2. A REPRESENTAÇÃO CARTOGRÁFICA 2.1. FORMAS DE REPRESENTAÇÃO DA SUPERFÍCIE DA TERRA A forma da Terra comumente utilizada nos meios acadêmica é o geóide, a figura que mais se aproxima da verdadeira forma terrestre. Geóide seria uma figura onde, em todos os pontos da superfície terrestre, a direção da gravidade é exatamente perpendicular a superfície determinada pelo nível médio e inalterado dos mares. 8

9 O elipsóide de revolução, uma figura matemática que se aproxima bastante da forma do geóide, é a superfície mais utilizada pela ciência geodésica para a realização dos levantamentos, representada na Figura 5 (Fitz, 2000). Superfície terrestre (geóide) superfície plana distorção. A projeção correta é aquela que possuir a mínima distorção. Para que uma representação cartográfica mostre o mais próximo a realidade é necessária que dois fatores sejam considerados: - a escala; - o sistema de coordenadas e a projeção cartográfica. Figura 5. Formas de representação da terra (Fonte: Fitz, 2000) PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS Quanto ao tipo de superfície de projeção, estas podem ser: planas, cônicas, cilíndricas, etc. (Figura 6). Quanto a posição da superfície de projeção, podem ser: equatorial, polar, transversa, oblíqua. A Projeção Cilíndrica Isógena é a projeção dos elementos feita a partir de um mesmo ponto. É uma projeção cilíndrica e proposta por Gerhard Kremer Mercator, considerado o pai da cartografia moderna. A Projeção Universal de Mercator, projeção proposta por Mercator (Figura 7) foi em 9

10 1947, modificada por Gauss e, em 1951, adotada pela Associação Geodésica Internacional e chamada de Universal Transversal de Mercator - UTM (Figura 8). Figura 6. Exemplos de sistemas de projeção (Fonte: Fitz, 2000). Figura 7. Projeção de Mercator (Fonte: Santos, 1989). Figura 8. Projeção Universal Transversal de Mercator (Fonte: Santos, 1989). 10

11 2.3. SISTEMAS DE COORDENADAS As coordenadas foram proposta para se determinar a localização precisa de pontos na superfície da Terra. São utilizados duas linhas imaginárias, o meridiano zero (Greenwich) e o Equador para dividir o globo em hemisférios: ocidental e oriental; norte e sul. Meridianos são as linhas que passam pelos pólos e ao redor da Terra. Ficou decidido, em 1962, que o meridiano que passa pelo Observatório de Greenwich, em Londres, é o Meridiano Principal (zero). A numeração cresce para oeste e leste até Paralelos são linhas paralelas ao Equador, dividindo o globo em círculos cada vez menores. O Equador possui valor zero, crescendo para norte e sul até o valor Latitude é a distância angular entre o plano do Equador e o ponto da superfície da Terra, unido perpendicularmente ao centro do planeta e representado pela letra φ. Longitude é o ângulo formado entre o ponto considerado e o meridiano zero, representado pela letra λ. Pelo entrelaçado dos meridianos e paralelos, pode-se determinar com precisão a localização de um ponto na superfície da Terra. Esta localização pode ser descrita por dois sistemas de coordenadas: - Sistema de Coordenadas Geográficas; - Sistema Universal Transversal de Mercator - UTM SISTEMA DE COORDENADAS GEOGRÁFICAS As coordenadas geográficas localizam, de forma direta, qualquer ponto sobre a superfície terrestre, sendo necessário apenas o hemisfério: N ou S; E ou W (Figura 9). Ex. λ ou longitude = WGR e φ ou latitude = N. 11

12 Figura 9. Representação das coordenadas geográficas (Fonte: Santos, 1989) SISTEMA UNIVERSAL TRANSVERSA DE MERCATOR UTM - A terra é representada por um elipsóide de revolução; - dividido em 60 fusos de 6 o de longitude, numeradas de 1 a 60; - com origem no antimeridiano de Greenwich; - em sentido anti-horário para observador situado no Pólo Norte (Figura 10); - (Paralelos horizontais; Meridianos verticais); - os meridianos e paralelos interceptam-se em ângulos retos; - os pontos possuem propriedade de conformidade (conservam a forma para áreas não muito extensas); - os limites são os paralelos 80 0 S e 84 0 N; - não é apropriada para representar os Pólos da Terra onde se deve utilizar a projeção estereográfica polar. A determinação das coordenadas UTM obedece as seguintes normas estabelecidas, expostas na Figura 11: - para a obtenção da latitude, estabeleceu-se o valor de m para o Equador; - os valores crescem no sentido norte e decrescem para sul; 12

13 - para a obtenção da longitude, estabeleceu-se o valor de m para cada meridiano central (MC); - os valores crescem no sentido leste e decrescem no sentido oeste. Figura 10. Divisão do globo em zonas UTM (Fonte: Santos, 1989). 13

14 Figura 11. Divisão da zona de Mercator em quadrículas (Fonte: Santos, 1989). Por exemplo, um ponto com coordenadas de m S e m WGR, significa que o ponto esta: m m = m do Equador e; m m = m a oeste do MC. 14

15 Figura 12. A nomenclatura que define as zonas UTM. 15

16 2.4. DATUM Para caracterizar um datum utiliza-se uma superfície de referência e uma superfície de nível. Uma superfície de referência (datum horizontal) consiste em cinco valores: a latitude e longitude de um ponto inicial, o azimute de uma linha que parte deste ponto e duas constantes necessárias para definir o elipsóide de referência. Assim, forma-se a base para o cálculo dos levantamentos de controle horizontal no qual considera-se a curvatura da Terra. A superfície de nível (datum vertical) refere-se às altitudes. Para a definição do datum escolhe-se um ponto mais ou menos central em relação à área de abrangência do datum. Para o Brasil, nos mapas mais antigos adota-se o Datum de Córrego Alegre - MG, e mais recentemente, o Datum SAD 69 (Datum Sul Americano de 1969), porém existem mapas feitos em ambos e até mesmo com Datum locais. Córrego Alegre - MG - Latitude: 19 o 45' 41.34"S - Longitude: 48 o 06' 07.08"W SAD 69 - Latitude: 19 o 45' "S - Longitude: 48 o 06' "W - Azimute de Uberaba: 271 o 30' 04.05". O sistema de referência do GPS é o WGS 84. Como as cartas do território brasileiro são referenciadas ao SAD 69 (e em alguns casos são referenciadas ao sistema mais antigo Córrego Alegre), algumas normas devem ser adotadas para que os resultados obtidos com o GPS possam ser utilizados para fins de mapeamento, ou outras atividades que necessitem de informação georreferenciada. A rede de pontos levantados com GPS terá suas coordenadas referenciadas ao WGS 84, devendo sofrer uma transformação para o SAD 69. Assumindo-se que os dois sistemas são paralelos e com mesma escala, no Brasil, os parâmetros oficiais de transformação de WGS 84 para SAD 69 são os seguintes (Monico, 2000): Para x WGS ,87m = SAD 69; Para y WGS ,37m = SAD 69; Para z WGS ,52m = SAD

17 3. NOMENCLATURA DE REFERÊNCIA DAS CARTAS DO BRASIL O sistema de referência (nomenclatura) utilizado para as folhas topográficas e geográficas é baseado no sistema da Carta do Brasil ao Milionésimo CARTAS DO BRASIL AO MILIONÉSSIMO A Carta do Brasil ao Milionésimo faz parte da Carta Internacional do Mundo (CIM), na escala 1/ , abrangendo, em regra, uma área de 4 0 em latitude e 6 0 em longitude. Cada faixa ou zona de 4 0 é denominada, a partir do Equador em A, B, C,..., sendo a calota polar Z. Cada faixa de 6 0 utiliza a divisão de Mercator, a partir do antimeridiano de Greenwich, dividindo-se em fusos de 0, 1, 2,..., até 60. A Carta do Brasil ao Milionésimo é composta de 46 folhas, cuja articulação está apresentada na Figura DESDOBRAMENTO DAS FOLHAS A folha 1/ desdobra-se em outras escalas oficiais. A divisão ocorre da seguinte maneira: Folha Original Tamanho No. de folhas Escala de cada Nomenclatura divididas Folha 1/ X / V,X,Y,Z 1/ X / A, B, C, D 1/ X / I, II, III, IV, V, VI 1/ X / , 2, 3, 4 1/ X / NO, NE, SO, SE 1/ X / A, B, C, D, E, F 17

18 Figura 13. As 46 folhas da Carta do Brasil ao Milionésimo (Fonte: Santos, 1989) A nomenclatura das cartas está presente, na maior parte das vezes, na parte superior direita da folha. Como exemplo a carta SF.23-Z-D-VI-4-SE-F significa: S - Sul VI 1/ F - faixa F 4 1/ fuso 23 SE 1/ Z 1/ F 1/ D 1/

19 Figura 14. Divisão das Cartas do Brasil ao Milionésimo (Fonte: Santos, 1989). 19

20 4. CARTOGRAFIA TEMÁTICA A cartografia topográfica trata de um produto cartográfico de forma geométrica e descritiva e a cartografia temática apresenta uma solução analítica ou explicativa. De maneira geral, a cartografia temática preocupa-se com o planejamento, execução e impressão final, ou plotagem de mapas temáticos. Mapa temático representa certo número de conjuntos espaciais resultantes da classificação dos fenômenos que integram o objetivo de estudo de determinado ramo específico, fruto da divisão do trabalho científico. É um veículo de comunicação. Tem a função de registrar, tratar e comunicar informação. As características ou atributos (Z) são resultantes de classificações específicas. X e Y são representados no plano do papel e Z é o TEMA (solos, nutrientes, erosão, etc). Representação Gráfica é a linguagem gráfica, bidimensional, atemporal e com destinação visual, expressando mediante construção da imagem. Imagem refere-se a forma de conjunto captada num mínimo de percepção. Tem dimensão X e Y do papel e representações ou manchas, na dimensão Z. A representação gráfica pode ser através de mapas, gráficos e redes (organogramas, dendrogramas, cronogramas e fluxogramas). Para se obter um bom resultado em um mapa temático, alguns preceitos devem ser respeitados e, como estes mapas baseiam-se em mapas pré-existentes, deve-se ter um conhecimento preciso das características da base de origem. O mapa temático não será exato se o mapa-base também não for exato. Um mapa temático, assim como qualquer outro tipo de mapa, deve possuir alguns elementos de fundamental importância para o fácil entendimento do usuário em geral. O mapa temático deve ser composto: - Título - realçado, preciso e conciso; - Legenda - com as convenções utilizadas; - A base de origem -Mapa-base, dados; - Norte; - Escala. Pode-se, ainda, acrescentar: - Sistema de projeção utilizado; - Sistema de Coordenadas. 20

21 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CASTRO, J. F. M. Princípios de cartografia sistemática, cartografia temática e sistema de informação geográfica. Rio Claro, IGC/UNESP, p. DUARTE, P. A. Fundamentos de cartografia. Florianópolis, UFSC, p. FITZ, P. R. Cartografia básica. Canoas-RS, UNILASALLE, p. MARTINELLI, M. Curso de cartografia temática. São Paulo, Ed. Contexto, p. MONICO, J. F. G. Posicionamento pelo NAVSTAR-GPS descrição, fundamentos e aplicações. São Paulo, Ed. UNESP, p. SANTOS, M. C. S. R. M. Manual de fundamentos cartográficos e diretrizes gerais para elaboração de mapas geológicos, geomorfológicos e geotécnicos. IPT, São Paulo, p. 6. VOCÊ SABIA? Foi pensando no titã grego condenado por Zeus a carregar a abóbada celeste nas costas que Gerhard Kremer, o Mercator, chamou de atlas o conjunto de lâminas cartográficas que fez editar em Depois de ler a Geografia de Ptolomeu (séc. II), se dedicou a projetar um supermapa que abarcasse tudo o que se sabia do mundo, bem mais do que conhecia Ptolomeu. Amsterdã, o maior ancoradouro da Holanda, era um notável centro de impressão de mapas e Mercator viria a dar forma cartográfica aos mapas. Filho de pais pobres (o pai era granjeiro), aproximou-se de um tio acadêmico e, com o nome latino de Gerardus Mercator Rupelmundanus, graduou-se na Universidade de Lovaine. Hábil em lidar e construir compassos, réguas e esquadros, Mercator logo se tornou assistente do grande matemático Gemma Frisius. Nessa época forneceu um conjunto de mapas terrestres e celestes ao imperador Carlos V, rei da Espanha e de grande parte da Europa. Em 1544 foi preso, acusado de simpatizante do protestantismo, retirou-se para Duisburg, na Alemanha, em 1552, onde levou adiante o que chamou de Projeção de Mercator (publicada em 1569). A projeção realizada nada menos que a quadratura do círculo, isto é, transformava a esfera terrestre num plano retangular. No mapa-múndi, todos os oceanos e continentes se alinhavam, a partir do Equador, divididos em quadrantes com 24 traçados verticais e 12 paralelos. Hoje parece óbvio: nossos mapas são retangulares. Mas, na época, imagine a dificuldade de navegar num planeta esférico tendo como guia um mapa plano. Esse erro 21

22 crescia nas proximidades dos pólos, pois as distorções são inevitáveis quando se converte uma esfera em retângulo (no mapa-múndi, a Groelândia parece maior que o Brasil, o que não é verdade). O cartógrafo morreu em 1594, sem usufruir os lucros do seu trabalho. Jodocus Hondius adquiriu as lâminas dos herdeiros do autor e publicou 30 edições de entre 1606 a MERCATOR (Super Interessante, outubro, 2002). 22