COLETA DE DADOS ESPACIAIS A PARTIR DE CARTAS NÁUTICAS

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1 p COLETA DE DADOS ESPACIAIS A PARTIR DE CARTAS NÁUTICAS DIEGO DA SILVA VALDEVINO 1 CAIO CÉSAR DE ARAÚJO BARBOSA 2 THATIANA LIMA VASCONCELOS 3 LUCILENE ANTUNES CORREIA MARQUES DE SÁ 4 1, 2, 3 Universidade Federal de Pernambuco - UFPE Centro de Tecnologia e Geociências - CTG Departamento de Engenharia Cartográfica DECart Programa de Pós-Graduação em Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação PPGCGTG 1 Mestrado em Ciências Geodésicas e Tecnologias da Geoinformação {Diego.valdevino 1, tlvasconcelos 3 }@gmail.com {caio.barbosa 2, lacms 4 }@ufpe.br RESUMO - Cartas náuticas são documentos fundamentais para a navegação por apresentar, além de elementos físicos visíveis presentes acima e abaixo do mar, informações importantes a navegação como direção de ventos e correntes marinhas. Com o avanço das Tecnologias da Geoinformação, cartas em papel estão cada vez mais em desuso. Com o advento do SIG, analises espaciais são cada vez mais rápidas e precisas, mas para que isto ocorra os dados tem que estar em um formato compatível com os padrões deste. Neste trabalho é apresentada uma avaliação de sete cartas náuticas em formato matricial, utilizando como referência o estado de Pernambuco, estas são georreferenciadas e vetorizadas criando dados náuticos em formato vetorial capazes de realizar consultas e análises espaciais, bem como ser integradas a outras bases de dados espaciais. ABSTRACT - Nautical Charts are basic documents for the navigation because they show, beyond visible physical elements present above and below the sea, important information for navigation like direction of winds and ocean currents. With the advancement of Geoinformation Technologies, paper charts are increasingly out of favor. With the advent of GIS, spatial analysis are becoming faster and more accurate, but for this to occur the data has to be in a format compatible with the standards of the GIS. This paper presents an evaluation of seven charts in raster format, using as reference the state of Pernambuco, they are georreferenced and vectorized creating navigation data in vector format capable of perform spatial analysis and query, and be integrated with other spatial databases. 1 INTRODUÇÃO Uma carta pode ser considerada como uma representação dos aspectos artificiais e naturais da Terra, feita para fins práticos da atividade humana sendo capaz de permitir avaliações precisas de distâncias, direções, áreas, detalhes e localizações (OLIVEIRA 1996). (IBGE 1999) Deve-se diferenciar dois conceitos distintos dentro da representação da superfície da Terra, os conceitos de Mapa e Carta, as diferenças entre eles residem na natureza do que está sendo representado e na escala. Os mapas possuem escalas pequenas e representam feições geográficas como um todo. As cartas são apresentadas em escalas médias ou grandes e são criadas seguindo uma articulação própria, de acordo com o tipo de informação que se deseja representar. As Cartas Náuticas são documentos cartográficos resultantes de levantamentos de áreas oceânicas, mares, baías, rios, canais, lagos, lagoas ou qualquer outra massa d água navegável e sua finalidade é a de servir de base a Navegação (MARINHA 2009). Quando lida-se com cartas digitais, pode-se reduzir a duas formas básicas de representação, a representação matricial e vetorial. A representação matricial definda como estrutura raster, é caracterizada por uma matriz de células de igual tamanho onde a cada célula é associado a valores representando as características da região (BORGES 2002), dois exemplos de informações espaciais em formato matricial são imagens de satélite e cartas em papel que foram digitalizadas por um scanner. Na estrutura vetorial a localização e a aparência de cada objeto é representado por pares de coordenadas, utilizando basicamente três formas básicas para representar a geometria dos elementos, o ponto a linha e o polígono redes de trafego (BORGES 2002). A vetorização permite converter os dados na estrutura matricial para a estrutura vetorial. Este processo consiste no redesenho da estrutura matricial em um

2 p ambiente vetorial obedecendo suas características espaciais (unidade de medida, escala e diagramação). Existem três técnicas distintas de vetorização (ESTEIO 2007), a manual, a semi-automática e a automática. A vetorização manual envolve a utilização de uma carta raster, onde esta serve de pano de fundo em programas de tratamento de feições vetoriais e então o operador obtém os vetores. O processo semi-automático é um misto do processo automático e do manual, onde o usuário realiza intervenções na maneira e nas feições que o programa irá vetorizar. Na vetorização automática o programa computacional empregado realiza a vetorização sem auxilio do operador, a acurácia deste método depende muito do tipo de feição a ser vetorizada, sendo recomendado para feições continuas como isobatas de uma carta náutica. 2 METODOLOGIA 2.1 Levantamento e Análise A área de estudo foi o litoral do estado de Pernambuco, Nordeste do Brasil. A primeira etapa para vetorização de cartas náuticas foi a escolha das cartas. No portal, < da Marinha do Brasil estão disponibilizas versões atualizadas em formato raster de todas as cartas que abrangem a costa brasileira. É possível identificar as cartas que abrangem a área desejada através do índice da articulação das cartas náuticas presente na Figura 1. Algumas cartas não estão presentes na articulação, porém fazem parte da área de estudo e estão disponíveis no portal. As cartas selecionadas para este trabalho foram a 902, 903, 905, 906, 910, 930 e Uma análise das Especificações destas cartas é apresentada adiante nas Tabela 1 a Tabela 8 utilizando os seguintes critérios: Carta,, Escala, Sistema Geodésico de Referência -, Sistema de Coordenadas,, Formado do arquivo, Primeira edição, Ultima Atualização e Coordenadas dos Cantos. Figura 1 Articulação das Cartas Náuticas Fonte Marinha do Brasil (2009) Tabela 1 Características da Carta 902 Carta 902 Porto do Recife Escala 1: Primeira Edição 1989 Canto Inferior Esquerdo 08 07,099 S 34 48,201 W Canto Superior Direito 07 59,400 S 34 53,600 W Tabela 2 Características da Carta 903 Carta 903 Porto de Itapessoca Escala 1: TIF Primeira Edição 1962 Ultima Atualização 2006 Canto Inferior Esquerdo 07 45,000 S 34 48,201 W Canto Superior Direito 07 36,150 S 34 53,000 W

3 p Tabela 3 Características da Carta 905 Tabela 7 Características da Carta Carta 905 Carta Baía de Tamandaré De Cabedelo a Maceió Escala 1: Escala 1: WGS84 TIF Primeira Edição 1962 Primeira Edição 2005 Ultima Atualização 1997 Canto Inferior Esquerdo 08 44,400 S 35 02,500 W Canto Inferior Esquerdo 09 54,975 S 33 55,013 W Canto Superior Direito 08 47,700 S 35 07,500 W Canto Superior Direito 06 55,005 S 35 59,991 W Tabela 4 Características da Carta 906 Carta 906 Porto de Suape Escala 1: WGS84 Primeira Edição 2003 Canto Inferior Esquerdo 08 25,499 S 34 52,000 W Canto Superior Direito 08 19,499 S 34 59,999 W Tabela 5 Características da Carta 910 Carta 910 Proximidades de Itapessoca Escala 1: Primeira Edição 1963 Canto Inferior Esquerdo 07 30,000 S 34 34,000 W Canto Superior Direito 07 58,000 S 34 54,000 W Depois de feita a análise sobre o conteúdo e as especificações, foi necessário definir quais tipos de dados seriam vetorizados. Uma peculiaridade das cartas náuticas é a falta de legenda na própria carta, isso acontece por existir uma uniformização dos elementos destas a nível internacional definida pela Convenção das Nações Unidas Sobre o Direito do Mar. Deve-se destacar o Capítulo V, Regra 9, Tópico 4 onde os países se comprometem a ter a maior uniformidade possível nas cartas e publicações náuticas, levando em conta sempre que possível as recomendações e resoluções internacionais pertinentes, sendo estas as adotadas pela Organização Hidrográfica Internacional OHI. Para informar sobre os elementos presentes nas cartas existe uma publicação uniformizada internacionalmente, a carta Nesta é apresentado um glossário de símbolos, formas e cores que devem ser utilizados nas cartas náuticas. A publicação pode ser encontrada em português no portal da Marinha do Brasil e a sua capa é mostrada na Figura 2. As informações contidas na publicação foram utilizadas como referência, e definiu-se que seriam vetorizados os elementos presentes na Tabela 8: Tabela 6 Características da Carta 930 Carta 930 Proximidades do Porto do Recife Escala 1: WGS84 Primeira Edição 2004 Canto Inferior Esquerdo 08 24,994 S 34 57,643 W Canto Superior Direito 07 35,000 S 35 00,000 W Figura 2 Capa da Publicação Carta Fonte: Marinha do Brasil (2009)

4 p Tabela 8 Representação dos Elementos a Vetorizar outros. Como as cartas náuticas são documentos Elemento Representação cartográficos com sistema de coordenadas definidos, o Bancos de Lama Georreferenciamento apresentado aqui tem como ser feito empregando as coordenadas da própria carta. A Figura 4 Bancos de Areia apresenta a carta 903, sem um sistema de coordenadas espaciais reconhecido pelo SIG. Conforme apresentado na Tabela 2, a carta 903 apresenta como Corrego Cabos Subaquáticos Alegre e é apresentado em um sistema de coordenadas geográficas. Estas são as primeiras configurações que Estruturas Artificiais devem ser feitas no projeto, conforme ilustrado na Figura 5. Isóbatas Recifes Areníticos Recifes de Coral A Figura 3 apresenta os arquivos vetoriais, shapefile, criados para receber a vetorização dos elementos das cartas náuticas. Figura 4 Carta 903 Figura 3 Arquivos Vetoriais Criados 2.2 Georreferenciamento O georreferenciamento é o processo pelo qual são determinadas coordenadas conhecidas em um sistema de referência a imagens de satélite, cartas rasterizadas, entre Figura 5 Seleção do

5 p Para georreferenciar um documento cartográfico, é preciso definir pontos de controle nela e atribuir as coordenadas equivalentes a estes para que seja calculado o valor das coordenadas em todo documento. Por se tratar de uma carta com malha de coordenadas própria, conforme apresentado na Figura 6, optou-se por utilizar esta malha como pontos de controle da latitude e longitude conecida. Outro procedimento que poderia ser adotado é o da coleta de dados em campos com GPS ou em outros documentos cartográficos equivalentes. A Figura 7 apresenta a distribuição destes pontos na carta (destaque em vermelho), também é possível visualizar a entrada das coordenadas destes pontos (destaque preto). No ambiente do ArcGIS pode-se Figura 6 Malha de Coordenadas utilizar múltiplos de modo que nenhuma conversão foi necessária. A Figura 8 apresenta a carta 903 georreferenciada, em sobreposição a carta 22200, provando que o procedimento foi executado corretamente. Figura 7 - Georreferenciamento

6 p A Figura 11 apresenta um recife de coral vetorizado, o método empregado foi o da vetorização manual, este procedimento deve ser repetido com todos os elementos para todos os tipos diferentes de dados. 2.3 Vetorização Figura 8 Carta 903 Georreferenciada Para começar o processo de vetorização, é necessário que a carta e os shapefiles estejam aberto. Primeiro os shapes devem estar em modo de edição. Seleciona-se o shape qual irá executar o procedimento, conforme a Figura 9. Figura 11 Elemento Vetorizado 2.4 Problemas Enfrentados Durante a execução desta pesquisa, a primeira dificuldade enfrentada foi a falta dos elementos temáticos na legenda, por mais que seus elementos estejam definidos na carta 12000, leigos em cartas náuticas em um primeiro momentos desconhecem esta publicação. Outra dificuldade encontrada foi a quanto a atualização dos dados, em seu portal a Marinha publica semestralmente um relatório de atualizações nas cartas Náuticas e a indicação da última atualização na própria carta seria útil para os usuários. 2.5 Resultados Figura 9 Inicio da Vetorização Como resultado, todas as feições selecionadas foram vetorizadas, conforme ilustrado na Figura 12 que apresenta as cartas com o vetores sobrepondo elas (esquerda) e os vetores sozinhos (direita). Em seguida utiliza-se a ferramenta de desenho e vai-se contornando as feições de interesse ponto a ponto, conforme Figura 10. Figura 12 Resultado da Vetorização 3 RECURSOS TECNOLÓGICOS Figura 10 Contorno da Feição Os recursos tecnológicos utilizados para esta pesquisa se dividem em duas categorias: programas computacionais e Hardware. Em se tratando de programas computacionais, foram utilizados um Browser

7 p (Firefox versão 3.6.2) e um Sistema de Informações Geográficas (ArcGIS versão 9.2). O computador utilizados apresentava um processador Intel dual core (2 GHz) T4200 com 3Gb de memória RAM e também foi utilizada um mesa digitalizadora (Slim tablet TB012). 4 Conclusões e Recomendações Nesta pesquisa foi possível testar o método de vetorização manual aplicado as cartas Náuticas. O método apresentou resultados satisfatórios para o que se propõe. para todo o litoral de Pernambuco foi necessário um tempo total de 2 meses. Recomenda-se a utilização dos métodos semi-automático e automático para comparação de precisão dos resultados, bem como de tempo empregado. Agradecimentos Os autores agradecem ao Departamento de Oceanografia da UFPE por ceder cartas que não foram encontradas junto ao portal da marinha, bem como ao Departamento de Engenharia Cartográfica da UFPE pelo espaço para realização desta pesquisa. Referências Bibliográficas BORGES, K. A. V. Modelagem de Dados Geográficos: Curso de especialização em geoprocessamento. Belo Horizonte, Disponível em: < os/apostila/modelagem%20de%20dados%20geografico.p df>. Acesso em: ago ESTEIO ENGENHARIA E AEROLEVANTAMENTOS S. A. Conversão de Dados. Disponível em: < >. Acesso em: 20. mar IBGE. Noções Básicas de Cartografia.Manual Técnico em Geociências, N. 8. RIO DE JANEIRO, IBGE MARINHA. As Cartas Náuticas. Disponível em < acesso em 10 dez OLIVEIRA, Cleomar M. M., Cartas Náuticas Eletrônicas: Operações e Estruturas de Dados p. Dissertação (Mestrado em Ciências da Computação) - UNICAMP, Campinas, 1996.