Entrada, Saída e Pré-Processamento de Dados para a Base Cartográfica

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1 Entrada, Saída e Pré-Processamento de Dados para a Base Cartográfica Maria Cecilia Brandalize Dezembro, 2011 Tópicos Coleta e Entrada de Dados Qualidade das Informações Pré-processamento Manipulação das Informações Saída de Dados Geração da Base Cartográfica para o SIG 1

2 Coleta e Entrada de Dados Toda entrada de dados em um sistema, seja ele de CAC ou de SIG exige: A coleta de dados existentes e/ou disponibilizados, preferencialmente, com um custo baixo ou de forma gratuita As instituições que disponibilizam dados ou informações geoespaciais nos mais variados formatos no Brasil são: IBGE / DSG cartas topográficas nas escalas 1: à 1: nos mais variados formatos ITCG cartas, mapas e imagens aéreas em diversas escalas e nos mais variados formatos INPE imagens de satélite nas mais diversas resoluções espaciais, espectrais, radiométricas e temporais EMBRAPA mapas diversos, entre eles, o da Cobertura Vegetal do Brasil e o do Brasil em Relevo, além de Mapas do Pantanal e Mosaicos SPOT PARANACIDADE / SANEPAR / COPEL informações cadastrais dos municípios paranaense, inclusive da capital (IPPUC) 2

3 3

4 Dispositivos de Entrada de Dados Teclado É uma das formas mais rápidas de entrada de dados descritivos Permite validar dados entrados a partir de campos (tabelas) ou formulários No caso de dados espaciais, a entrada se dá através da digitação de coordenadas planas ou geográficas ou ainda de dados topográficos Dispositivos de Entrada de Dados Arquivos Importação de dados armazenados em arquivos gerados por outros sistemas ou programas, em diferentes épocas e com diferentes qualidades geométricas Conversores de formatos são necessários a fim de adequar os dados ao formato do sistema ou programa utilizado Dispositivos Rede 4

5 Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Manual mais utilizado na conversão de mapas analógicos para digitais Dispositivo: mesa digitalizadora e cursor com botões de funções (mínimo 4) conectada a um computador e controlada por um sistema (CAC) O cursor possui um visor com pontaria para seguir as feições a serem digitalizadas Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Manual A estrutura plana de digitalização é constituída, internamente, por uma malha fina de fios que é capaz de criar um campo eletromagnético O cursor da mesa também produz um campo eletromagnético e a interação entre estes campos permite determinar a posição do cursor a cada instante, que se traduz em termos de coordenadas retangulares A precisão com que estas coordenadas são obtidas depende do espaçamento entre os fios da referida malha A estrutura plana de digitalização pode ser encontrada nos tamanhos da ABNT (A0, A1, A2 e A3) 5

6 Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Manual O processo manual de digitalização opera em dois modos distintos: pontual (ou ponto a ponto) e contínuo. No modo pontual o operador digitaliza segmentos com o registro de cada ponto definidor destes segmentos (ponto de início, pontos de mudança de direção e ponto final) Para linhas complexas, onde a mudança de direção também indica uma mudança de curvatura da linha, uma quantidade muito maior de pontos é necessária para defini-la, então, o modo contínuo deve ser utilizado Assim, o cursor é acionado apenas nos pontos inicial e final da linha, pois o restante da mesma é registrado ao percorrê-la com o cursor, sem necessidade de acioná-lo a cada ponto de mudança de direção Os pontos captados entre o ponto inicial e final da linha são registrados no computador segundo um intervalo de distância preestabelecido Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Manual Exige a fixação do mapa analógico sobre a mesa, sua orientação e seu georreferenciamento A orientação estabelece os parâmetros (ou coeficientes) que transformam as posições obtidas com a mesa digitalizadora, que estão no sistema de coordenadas planas da mesa, para posições referidas a um sistema de coordenadas terrestres Pontos de Orientação: P1, P2, P3 e P4 6

7 Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Manual A partir da orientação e georreferenciamento, a toda posição ocupada pelo cursor sobre a carta corresponderá uma posição no referencial terrestre Todas as feições digitalizadas são armazenadas sob a forma de pontos, linhas e áreas Os pontos recebem um símbolo próprio, de modo a identificá-los com a feição correspondente no mundo real, como postes, árvores, marcos, etc. As feições lineares são representadas por seqüências de pontos que se conectam, com uma cor específica, espessura e tipo de traço, em função dos critérios estabelecidos para a camada ou nível correspondente As áreas são definidas por um polígono fechado com ou sem preenchimento simbólico e textura própria Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Semi-autom automáticatica Utiliza algoritmos para identificar, automaticamente, feições topográficas, em particular, as feições lineares Todo o processo de tomada de decisão é realizado por um operador Por exemplo, as tomadas de decisão são para informar ao programa o ponto de partida e a direção para iniciar a digitalização, ou então, para informar qual a direção a ser seguida num caso de bifurcação do elemento digitalizado, ou seja, numa situação de ambigüidade Este processo compreende três etapas: 7

8 Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Semi-autom automáticatica A primeira etapa consiste na digitalização mecânica (por scanner) de todo o produto cartográfico gerando, assim, uma imagem (estrutura matricial ou raster) O equipamento utilizado é um scanner de resolução compatível com a precisão geométrica da carta (escala) Este dispositivo faz a varredura do produto gerando uma matriz de valores, representada através de uma estrutura matricial, armazenando-a na memória do computador Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Semi-autom automáticatica Na segunda etapa, a imagem gerada é importada e visualizada em um monitor com o auxílio de um programa específico que tem como função seguir linhas sobre a imagem Para cada linha digitalizada é gerada uma representação vetorial semelhante à digitalização manual Em função disto é comum se denominar esta etapa de vetorização A última etapa consiste em fazer o georreferenciamento dos elementos vetorizados, usando-se, para tanto, pontos de controle (mínimo quatro) A eficiência deste método é inversamente proporcional à freqüência com que o operador tem que interagir com o programa de digitalização 8

9 Dispositivos de Entrada de Dados Digitalização Automática tica Nesta, a vetorização não sofre a interferência de um operador, ou seja, é completamente conduzida por um software V8 V9 V10 Qualidade das Informações Fontes de Erros Para o efetivo uso de um SIG é importante que o usuário conheça os erros associados com a informação espacial Estes podem ser divididos em três grupos: Erros comuns: associados ao controle do usuário, sendo os mais fáceis de detectar e compreendendo: idade dos dados, cobertura areal (parcial ou total), escala do mapa/carta, densidade de observação, relevância, formato, acessibilidade e custo Erros resultantes de variações naturais ou de medidas originais: relacionados com a variabilidade da informação espacial e a correspondente acurácia com que foram adquiridos, compreendendo acurácia posicional, acurácia do conteúdo e fontes de variações nos dados Erros de processamento: inerentes às técnicas de entrada, acesso e manipulação da informação espacial, sendo os mais difíceis de serem detectados 9

10 Slide 18 V8 Idade dos dados: são raras as vezes em que todos os dados são coletados ao mesmo tempo, para uso em um determinado projeto. Muitos planejadores e agências ambientais são forçados a usar dados publicados na forma de mapas e/ou relatórios, os quais não necessariamente são os mais recentes. Como exemplo podemos citar os produtos obtidos por sensores remotos (fotografias aéreas e imagens de satélite), as quais estão quase sempre desatualizadas quando chegam à mão do usuário. Cobertura areal: é desejável que, quando se estuda uma determinada área (bacia hidrográfica, distrito, município, estado, país, etc.), se tenha uma cobertura uniforme de informações. Freqüentemente isto não acontece. Em muitas regiões, para cobrir toda a área a ser estudada, o pesquisador tem que recorrer a dados obtidos em diferentes datas e até mesmo em escalas diferentes. Escala do mapa/carta: muitos dados geográficos têm sido gerados e armazenados na forma de mapas temáticos e somente nos últimos anos o desenvolvimento dos sistemas de informação digital tornaram possível colocar à disposição dos usuários as observações de campo originais, para futuros processamentos (principalmente nos países mais desenvolvidos). Mapas de grande escala não somente mostram mais detalhes topológicos (resolução espacial), como normalmente possuem a legenda mais detalhada. Por exemplo, um mapa de solos na escala de 1: apresenta mais detalhes (tanto topológicos quanto de legenda) do que um na escala de 1: Densidade de observações: a densidade de observações na elaboração de um mapa pode fornecer o grau de confiabilidade dos dados. Resultados de pesquisa demonstram que aumenta a confiabilidade e a precisão dos dados utilizando-se técnicas geoestatísticas para se estimar o número de amostras, por área, necessárias para a elaboração do mapa em função da escala desejada. Relevância: nem todos os dados usados para o processamento da informação geográfica desejada são diretamente relevantes para o propósito com que eles são usados. No entanto, eles foram usados porque os dados desejados não existem ou porque a coleta dos mesmos é muito cara. Formato: três aspectos no formato dos dados são importantes. O primeiro está relacionado com os aspectos técnicos de como os dados serão gravados (CD-ROM, disco rígido, etc.) para serem transferidos para o computador. Isto inclui considerações como: tamanho dos blocos, número de trilhas, bits por polegada, tipo de caracteres usados, tamanho dos registros, etc. O segundo aspecto está relacionado à forma com que os dados estão arranjados ou, em outras palavras à estrutura dos dados. Por exemplo, se os dados estão na estrutura raster ou vetorial. O terceiro aspecto está mais relacionado aos dados e refere-se a escala, projeção e classificação. Acessibilidade: nem todos os dados são igualmente acessíveis. Por exemplo, em função de problemas militares, dados sobre recursos do solo e subsolo, especialmente em escalas grandes, não são disponíveis em alguns países. Outros problemas de acessibilidade referem-se ao custo e ao formato dos dados. V9 Custo: a coleta e entrada de dados novos ou a conversão e reformatação de dados antigos pode custar muito dinheiro. Custos de digitalização (entrada) assim como de impressão (saída), em equipamentos de alta qualidade, são extremamente altos. Vaio; 12/12/2011 Acurácia posicional: a importância da acurácia posicional nos dados geográficos depende fundamentalmente do tipo de dado. As folhas topográficas são normalmente levantadas com alto grau de acurácia posicional, que é apropriada para uma boa definição de objetos tais como estradas, casas, limites de parcela de solo, e outras feições que são registradas. Com as modernas técnicas de levantamento eletrônico, a posição dos objetos na superfície da Terra pode agora ser registrada com acurácia de centímetros ou milímetros. Em contraste, a posição dos limites de vegetação, por exemplo, é variável, pois estes dependem muito do microclima e dos regimes hídricos. Erros posicionais podem

11 Slide 18 (Continuado) também ser resultados do processo de digitalização. Acurácia do conteúdo: a acurácia do conteúdo pode estar ligada aos atributos dos pontos, linhas e área na base de dados geográfica, a qual pode ou não estar correta. Nós podemos fazer uma distinção entre uma acurácia qualitativa, a qual se refere às variáveis nominais ou rótulos (por exemplo, a área em um mapa de uso do solo pode estar codificada erradamente, onde era milho, temos soja) e a acurácia quantitativa, que se refere a um erro na estimação do valor assinalado (por exemplo, um erro na calibração de um planímetro pode estimar erroneamente o valor da área). Fontes de variações nos dados: variações podem ocorrer nos dados geográficos devido a vários fatores. Podemos ter diversos tipos de erros: erros resultantes de enganos na entrada de dados, erros de medida, erros na coleta dos dados no campo, erros de laboratório e erros devido a variações espaciais e qualidade do mapa. - Erros resultante de enganos na entrada de dados são os mais comuns, embora nas fontes originais estes possam estar corretos. - Erros de medida referem-se a poucos dados, que podem resultar em dados sem confiança, sem exatidão ou observações tendenciosas. - Erros na coleta dos dados no campo estão relacionados a um mau ou bom procedimento de coleta dos dados no campo, pois uma padronização adequada dos mesmos ajudam a reduzir observações incorretas. - Erros de laboratório estão associados principalmente à qualidade e precisão dos equipamentos usados, bem como dos procedimentos de análise empregados. V10 - Erros devido a variações espaciais e qualidade do mapa: muitos mapas temáticos, principalmente os que representam fenômenos ou feições naturais como solo ou vegetação, não mostram fontes de variações localizadas (específicas). Consideram as diversas categorias homogêneas, quando na maioria das vezes isto não acontece. Vaio; 12/12/2011 Os erros de processamento podem ser subdivididos em: erros numéricos no computador, falhas associadas com análises topológicas e problemas de classificação e generalização. Erros numéricos no computador: referem-se às limitações do computador na representação de números. A habilidade do computador em processar e armazenar as informações com o nível de precisão requerido ainda é um aspecto crítico na maioria dos computadores. A precisão tem importantes consequências no registro de números, operações aritméticas e armazenamento de dados e depende basicamente do computador que se está usando. Números pequenos e/ou com muitas casas decimais podem apresentar diferentes resultados em diferentes computadores. Além do mais, muitos sistemas usam o formato raster para processamento. Isto causa problemas de acurácia na estimativa de áreas, perímetros e distâncias. Falhas associadas com análises topológicas: muitos procedimentos comumente usados no processamento da informação geográfica assumem implicitamente que: as fontes de dados são uniformes; os procedimentos de digitalização são infalíveis; sobreposição de mapas é meramente uma questão de interseção de limites e reconexão de linhas e/ou redes; os limites podem ser facilmente definidos e desenhados; qualquer algoritmo pode ser aplicado; e os intervalos de classe definidos por uma ou outra razão natural necessariamente são os melhores para todos os atributos mapeados. Essas idéias nem sempre são verdadeiras ou corretas. Isto tem apresentado grandes dificuldades técnicas para os projetistas do SIG, mas raramente estes problemas têm sido resolvidos.

12 Slide 18 (Continuado) Problemas de classificação e generalização: muitas irregularidade na entrada de dados em um SIG são também atribuídas aos métodos usados para classificação e interpolação de dados, ou seja, aos procedimentos usados para transformar um dado pontual em areal. A generalização cartográfica é o processo de transformação dos dados geográficos em uma representação gráfica em determinada escala com um propósito particular mantendo a clareza, simplicidade e a confiabilidade nos dados. É uma componente essencial na criação de representações cartográficas. Quando produzimos um mapa em pequena escala a partir de um mapa gerado com uma base cartográfica de grande escala ou, quando mudamos o propósito do mapa enfatizando diferentes conteúdos, necessita-se tomar a decisão de que feições deverão ser mantidas e que feições serão suprimidas. A regra mais importante no processo de generalização é a que preserva a estrutura básica e características dos dados geográficos mantendo sua legitimidade. A generalização é necessária quando o conteúdo do mapa excede a capacidade de representação gráfica, isto envolve uma série de operações desde a escolha do conteúdo apropriado do mapa até um reagrupamento ou rearranjo das feições do mapa em relação as possibilidades da apresentação gráfica. Vaio; 12/12/2011

13 Qualidade das Informações Erros Comuns da Digitalização Digitalização duplicada da mesma feição Qualidade das Informações Erros Comuns da Digitalização Interseção/ligação incorreta de feições lineares 10

14 Qualidade das Informações Erros Comuns da Digitalização Feições lineares contínuas registradas segmentadas Qualidade das Informações Erros Comuns da Digitalização Feições que não se conectam 11

15 Pré-processamento Compreende a manipulação de dados adquiridos recentemente a fim de estabelecer associações entre objetos cartográficos e seus atributos nãoespaciais (descritivos) ou ainda para descobrir uma ordem ou hierarquia de valores de um atributo Alguns operadores de pré-processamento auxiliam na organização dos dados, estruturando-os, enquanto outros facilitam a execução de funções subseqüentes Entre os operadores de pré-processamento encontram-se: Busca: por objetos que satisfaçam um determinado critério (valor mínimo ou máximo, de localização ou temático) Classificação ão: em uma ou duas dimensões, é realizado a fim de determinar a ordem existente entre pontos, para tanto, existem inúmeras estratégias disponíveis (ascendente, descendente, lista de Peano, etc.) Teste do ponto no polígono gono: cujo propósito é identificar em qual polígono reside um determinado ponto, muito útil na rotulação de polígonos (cadastro) Saída de Dados Layout de Mapas O que é um bom mapa? Qual é o propósito, intenção ou objetivo do mapa? Quem irá ler o mapa? Onde o mapa será utilizado? Quais são os dados disponíveis para compor o mapa? Que recursos estão disponíveis em termos de tempo e equipamentos? 12

16 Saída de Dados Layout de Mapas Elementos de um mapa Escala Legenda Norte Fonte dos dados Título Projeção, DATUM e sistema de coordenadas Data de obtenção dos dados e de execução Saída de Dados Layout de Mapas Elementos de um mapa Responsáveis pela elaboração e pela publicação Malha ou grade de coordenadas Mapa de localização Mapa de detalhes 13

17 Título Data Saída de Dados Grade Responsável Layout de Mapas Elementos de um mapa Legenda Escala Saída de Dados Layout de Mapas Projeto de um mapa Definição do tamanho do mapa: exige o conhecimento das necessidades do usuário; o conhecimento das limitações do dispositivo de saída (é possível produzir o mapa conforme desejado?); e o conhecimento do menor elemento a ser representado na escala e formato de saída desejados (os dados serão visíveis neste tamanho?) Definição dos elementos que irão compor o mapa: por exemplo, a grade de coordenadas será incluída somente se a localização for imprescindível ao propósito do mapa, devendo ser tratada como informação de segundo plano Organização visual dos elementos: é intuitiva e complexa, exigindo equilíbrio entre os elementos do mapa considerados pesados (maiores, mais escuros, coloridos brilhantes, compactos e simples na forma, próximos à borda superior do mapa) e leves (menores, coloridos sóbrios, mais complexos na forma, centralizados no mapa) 14

18 Saída de Dados Tamanho do Mapa Retrato Paisagem Saída de Dados Tamanho do Mapa Escolha da Escala Determinada por três fatores: Finalidade da Carta: se mapa básico ou temático; no caso de mapa básico permite a adoção de escalas padrão, por exemplo, 1:2.000 e 1:5.000 para mapeamento urbano no Estado do Paraná Menor Elemento: a escolha da escala segundo o menor elemento exige o conhecimento do erro gráfico (1/5mm = 0,2mm). Assim, adota-se a expressão: Tamanho do Menor Elemento = 0,0002m x M Elementos do terreno cujas dimensões forem inferiores ao tamanho do menor elemento para a escala desejada não deverão ser representados no mapa Tamanho do Papel Tamanho do Papel: neste caso deve-se considerar a escala compatível para ambos os eixos (X, Y) ou seja, para a largura e altura da área útil do papel 15

19 Saída de Dados Tamanho do Mapa Escolha da Escala 1) Determinar, para uma área mapeada de 1250m x 1140m, a escala ideal de representação sabendo-se que o tamanho do papel a ser utilizado é o A4. Considere que deverão ser deixadas margens de 10mm para cada lado da folha e que a folha deverá ser impressa na orientação Retrato 2) Para o exercício anterior, determinar a escala ideal de representação utilizando a orientação Paisagem 3) Qual a escala de representação de um mapa sabendo-se que o tamanho do menor elemento a ser impresso é 0,25m? 4) Se a área do mapa do exercício anterior é de 1000m x 1000m, qual o tamanho da folha a ser utilizada para sua impressão? Saída de Dados Layout Ruim Organização Visual Layout Bom X 16

20 Saída de Dados Organização Visual Título: na parte superior do mapa; letra com tamanho 2 a 3 vezes maior que o restante do mapa; subtítulo é adequado quando o título é muito longo Layout Bom Legenda: guia gráfico para o leitor do mapa; é subordinada ao título do mapa e a chave para sua leitura; localizada na parte inferior do mapa Saída de Dados Organização Visual Mapa Detalhe: utiliza uma escala maior que a do mapa a fim de auxiliar o leitor a entender regiões muito densas ou detalhadas do mapa Layout Bom Mapa Localização ão: utiliza uma escala menor que a do mapa a fim de auxiliar o leitor a entender o contexto geográfico do mapa Escala: pode ser numérica/nominal ou gráfica; é elemento essencial a qualquer mapa; localizada normalmente na parte inferior do mapa 17

21 Saída de Dados Organização Visual Foco da Atenção Os olhos do leitor normalmente seguem um caminho do canto superior esquerdo para o centro da imagem e para o canto inferior direito É importante posicionar os elementos que devem ser visualizados primeiro na parte superior esquerda do mapa Saída de Dados Organização Visual Centro Visual Os dois centros de uma imagem O criador do mapa deve arranjar os elementos importantes do mapa próximo do centro ótico, prioritariamente ao centro geométrico 18

22 Saída de Dados Organização Visual Centro Visual Saída de Dados Organização Visual Equilíbrio Resulta de dois fatores principais: peso e direção O peso visual depende da localização na composição Elementos no centro têm menos peso Elementos na parte superior têm peso maior que os elementos na parte inferior Elementos à direita têm peso maior que os elementos à esquerda O peso de um elemento aumenta na proporção de sua distância ao centro de composição (centro ótico) 19

23 Saída de Dados Organização Visual Equilíbrio Saída de Dados Organização Visual Simetria Origem nos ideais arquitetônicos egípcios e gregos A simetria é definida no entorno de um eixo vertical central Da mesma forma, a assimetria tem origem nos ideais arquitetônicos orientais Sendo a assimetria dependente de pesos e equilíbrios off-center Simetria implica em: tradição, visual conservador, simplicidade e seguimento de regras Assimetria implica em: modernidade, visual progressivo, complexidade, criatividade 20

24 Saída de Dados Organização Visual Simetria Saída de Dados Organização Visual Linhas Guias São linhas verticais e horizontais invisíveis que tocam o topo, a base e os lados dos elementos do mapa A complexidade do mapa é reduzida quanto menor for o número de linhas guias utilizadas Desta forma o leitor do mapa consegue focar no objetivo do mapa 21

25 Saída de Dados Organização Visual Linhas Guias Saída de Dados Apresentação Após o arquivo digital estar pronto, o que significa que foram verificados e corrigidos os possíveis erros de digitalização, deve-se prepará-lo para impressão A impressão pode ser executada diretamente a partir do próprio programa CAC/SIG por meio de um plotter ou de uma impressora Devido ao alto custo dos plotters é comum utilizar os serviços de empresas especializadas na impressão de produtos cartográficos Para isto, gera-se um arquivo com a extensão PLT, que permite que se faça a impressão do arquivo gráfico a partir de um computador que tenha um plotter associado, mas que não possua o programa CAC específico utilizado para gerar a saída gráfica Neste caso, no momento da geração do arquivo PLT devem ser especificadas todas a características da impressão, por exemplo, cores dos níveis e espessuras dos traços, além do tipo de plotter a ser utilizado 22

26 Saída de Dados Apresentação Dispositivos mais comuns Geração de Base Cartográfica para SIG Considerações Finais Para a criação de uma Base Cartográfica para SIG é necessário: Coleta de dados nos mais variados formatos (raster, vetor, descritivo) Transformação destes formatos para o formato padrão utilizado sem perda da qualidade geométrica ou temática e de sua consistência ou completude Importação dos dados transformados para o banco de dados padrão utilizado (associado a um software CAC / SIG) Verificação do sistema de referência (DATUM, Projeção Cartográfica, Elipsóide, Sistema de Coordenadas) e adoção / transformação para um quando necessário Edição das feições para adequação da geometria Edição dos atributos para adequação às análises necessárias 23

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