ISA 2011/2012 Unidades curriculares Geomática e SIGDR Aula prática: Sistemas cartográficos, georreferenciação e mosaicos de imagem

Transcrição

1 ISA 2011/2012 Unidades curriculares Geomática e SIGDR Aula prática: Sistemas cartográficos, georreferenciação e mosaicos de imagem Este exercício tem 2 partes. Parte 1 Objectivo: Definição da projecção cartográfica de um cdg e transformação de coordenadas para criação de um novo cdg em coordenadas diferentes. Dados: 1. Copie para a sua área de trabalho (C:\Users\aa*****) a pasta que contém os dados para o presente exercício (\\prunus\home\cadeiras\geomatica\geom1112\aula12_sistcartograficos_georreferenciacao); Procedimento: Observar mapas de freguesias do distrito de Portalegre projectados em diferentes sistemas cartográficos e utilizar as funções disponíveis no ArcGis para realizar transformações entre sistemas cartográficos. i. Em ArcMAP inicie um novo projecto. ii. iii. iv. Nas Properties do Data Frame ( Layers ) verifique que o Coordinate System aparece como No projection. Em General defina as unidades do Map e de Display como metros. O ArcGis define um sistema de referência ortogonal. Adicione o cdg sobre freguesias denominado Freguesias_HGLx na geodatabase Freguesias.mdb Este cdg tem um sistema de coordenadas definido como Lisboa_Hayford_Gauss_IPCC. O sistema de coordenadas do Data Frame aparece como Lisboa_Hayford_Gauss_IPCC. Altere a apresentação apenas para o contorno dos polígonos (defina uma cor). (Nota: o Data Frame adopta o sistema de coordenadas do 1º cdg adicionado). Adicione o cdg sobre freguesias denominado Freguesias_HGLx_militar, que não tem sistema de coordenadas definido. O que acontece? Faça um zoom para toda a extensão: Tools > Full extent. Verifica que os dois cdg, embora representando as mesmas freguesias, são representados em locais diferentes. A diferença de coordenadas X e Y entre as duas representações é, respectivamente, 200km e 300km. O sistema de coordenadas do Data Frame continua como Lisboa_Hayford_Gauss_IPCC. As coordenadas do 2º cdg adicionado estão a ser interpretadas como pertencendo a este sistema de projecção. v. DEFINIÇÃO DO SISTEMA DE COORDENADAS DE UM CDG. Sabe-se que informação do cdg Freguesias_HGLx_militar está no sistema cartográfico Lisboa_Hayford_Gauss_IGeoE, embora este cdg não tenha um sistema de coordenadas definido (ver Nota1). Defina então para este cdg o sistema de projecção correcto: ArcToolBox > Data Management Tools > Projections and Transformations > Define Projection. O ArcMap dispõe de informação para os sistemas portugueses. Seleccione o sistema Lisboa_Hayford_Gauss_IGeoE (prossiga no menu com Select > Projected Coordinate Systems > National Grids > Europe > Lisboa_Hayford_Gauss_IGeoE). As duas imagens sobrepõem-se exactamente, porque se trata de uma conversão entre os dois sistemas (neste caso apenas uma translação de coordenadas projectadas no plano). ISA, Maio de 2012, Geomática e SIGDR, aula prática 1

2 vi. vii. TRANSFORMAÇÃO DE COORDENADAS PARA VIZUALIZAÇÃO DE UM CDG. Adicione, um de cada vez, os cdg sobre freguesias denominados Freguesias_HG73 (informação no sistema cartográfico Hayford-Gauss-Datum 73) e Freguesias_ETRS (informação no sistema cartográfico PT-TM6 (ETRS89). Estes cdg têm diferentes valores para as coordenadas dos mesmos pontos. Para serem representados no mesmo local do mapa, é necessário fazer uma transformação de coordenadas (ver Nota2). Ao aviso sobre diferente sistema cartográfico, escolha uma equação de transformação. O objectivo é fazer uma transformação para o sistema cartográfico de Data Frame, que é neste caso Lisboa_Hayford_Gauss_IPCC. Para tal o ArcGIS faz uma transformação das coordenadas geográficas (GCS) associadas aos sistemas cartográficos: neste caso a transformação é de GCS Datum 73 para GCS Datum Lisboa Hayford. Este procedimento é apenas válido para a imagem no ecran, não alterando os valores das coordenadas associadas a cada vértice (transformação on the fly ). Altere a apresentação apenas para o contorno dos polígonos (defina uma cor). Amplie bastante a imagem e verifique que os limites das freguesias não são coincidentes (apenas Freguesias_HGLx_militar e Freguesias_HGLx são coincidentes). As equações de transformação não são soluções exactas e apresentam um erro residual, o qual pode ou não ser importante conforme a escala do trabalho. Nunca altere, em edição, as coordenadas de um vértice de um cdg que tenha um sistema de coordenadas diferente do Data Frame. TRANSFORMAÇÃO DE COORDENADAS PARA NOVO CDG. Para transformar o sistema de coordenadas dos temas Freguesias: ArcToolBox > Data Management Tools > Projections and Transformations > Feature > Project. É criado um novo cdg. Dê um nome ao novo cgd que identifique a transformação de sistemas realizada, e ampliando muito a imagem, verifique se há, para o mesmo sistema cartográfico, coincidência entre os cdg transformados e os cdg adicionados. 1º - Representar Freguesias_HGLx em HGD73. Seleccione o sistema de coordenadas do output escolhendo ; Select; Projected Coordinate Systems, National Grids, Datum 73 Hayford Gauss IPCC.prj. Escolha como transformação Datum_Lisboa_Hayford_to_Datum73 (aparecem duas funções de transformação, admitindo-se que a que tem índice 2 seja mais recente e portanto com melhor precisão). 2º - Representar Freguesias_HGLx em PT-TM06 (ETRS89). Seleccione para o output o sistema de coordenadas ETRS_1989_Portugal_TM06 e a transformação Datum_Lisboa_Hayford_to_ ETRS_1989_2009_7par., a qual tem maior precisão que a de 3 parâmetros. Se retirar a definição do sistema de coordenadas do Data Frame verifica que o tema de Freguesias em coordenadas HGLx-militares aparece muito deslocado dos outros temas. Nota1: Alguns sistemas de coordenadas utilizados em Portugal Continental: Sistema de projecção cartográfica HGA ( antigo ) ou HGLx HG IgeoE ou HG Militar Datum DLx DLx Ponto Central da quadrícula cartográfica Lat: 39,6667º Long: -8, º Lat: 39,6667º Long: -8, º Coordenadas planas X=M HGA Y=P HGA X=M HGA +200km Y=P HGA +300km Designação em ArcGIS Lisboa Hayford Gauss IPCC Lisboa Hayford Gauss IgeoE ISA, Maio de 2012, Geomática e SIGDR, aula prática 2

3 HG moderno ou HG73 D73 Lat: 39,6667º Long: -8, º X=M HG m Y=P HG m Datum 73 Hayford Gauss IPPC ou Datum 73 Modif Port Grid PT-TM06 (ETRS89) GRS89 Lat: 39, º Long: -8, º X=M PT-TM6 Y=P PT-TM6 ETRS 1989 Portugal TM6 Quando se recebe um cdg de Portugal continental sem conhecer o sistema de coordenadas, é fácil distinguir entre coordenadas HG_militar e coordenadas HGLx, dada a grande translação, respectivamente de 200 e 300 km do ponto fictício, origem das coordenadas, em relação à origem do sistema de projecção (ponto central da quadrícula topográfica). Também será fácil distinguir de HG73 ou PT-TM6, porque a origem destes dois sistemas de projecção é muito próxima da origem de HGLx. É difícil distinguir entre os sistemas HGlx, HG73 e PT-TM6, porque as origens destes sistemas de projecção são muito próximas. Se não é possível encontrar a informação sobre o sistema de projecção no produtor da cartografia, é necessário conhecer as coordenadas de pontos facilmente identificáveis na cartografia. As diferenças entre HGLx e HG73 são da ordem de 180 m para X e de 87 m para Y. As diferenças entre PT- TM6 e HD73 ou HGLx são menores, e são devidas à mudança de Datum. Quando se adquire informação geográfica é sempre importante conhecer o sistema de projecção. Nota2: o ArcMap permite fazer uma transformação on the fly com a qual um cdg definido num sistema cartográfico 1 pode ser visualizado num Data Frame definido para um outro sistema cartográfico 2. Esta funcionalidade não actua quando o Data Frame não tem definido um sistema cartográfico. A funcionalidade também não funciona quando faz Close sem definir a transformação. Tem que escolher uma equação de transformação de coordenadas. O ArcGis dispõe de algumas funções de transformação entre os sistemas utilizados em Portugal. As transformações não são exactas e a precisão do resultado depende dos valores atribuídos aos parâmetros de transformação. Existe sempre um erro residual. Geralmente as transformações com um índice maior ou com mais parâmetros, têm maior precisão. Podem suceder várias situações: i) o programa não reconhece o sistema cartográfico, porque ele não foi incluído no software; ii) o programa reconhece o sistema de coordenadas, mas não possui equação de transformação directa para o sistema pretendido; iii) existir uma ou mais equações de transformação entre dois sistemas. O sistema cartográfico do Data Frame é definido pelo sistema cartográfico do 1º cdg adicionado. Pode sempre ser modificado.) Parte 2 Objectivo: Integração de uma imagem de alta resolução no SIG por georreferenciação com pontos de controlo. Construção de um mosaico de imagens. Dados: Informação (desactualizada) vectorial em formato shapefile georreferenciada sobre rede viária no distrito de Portalegre e imagens de satélite recentes nessa região (mesmo conjunto de dados que copiou na Parte 1 do exercício). Parte 2.1: Georreferenciação O objectivo é georreferenciar uma imagem no SIG usando a ténica de georreferenciação com pontos de controlo. As imagens a georreferenciar são apartadura_norte.bmp e apartadura_leste.bmp. ISA, Maio de 2012, Geomática e SIGDR, aula prática 3

4 1. No ArcMap, adicionar ao projecto a shapefile rede_viaria e identificar as coordenadas cartográficas associadas. Considera que a localização desses dados na Data Frame é correcta? Justifique. 2. Adicionar ao projecto imagem_apartadura já georreferenciada. 3. Proceder à georeferenciação das imagens apartadura_norte.bmp e apartadura_leste.bmp. Para tal usar o menu georeferencing (a activar em Customize/Toolbars) escolher a imagem a georreferenciar em Layer (ver figura abaixo). Pode usar funções Scale e Shift para aproximar a imagem a georreferenciar dos dados de referência ( rede_viaria e imagem_apartadura ). Escolher pontos de controle da imagem de satélite correspondentes a pontos notáveis no layer rede_viaria ou imagem_apartadura. O número de pontos de controle aconselhado é 3 vezes o número de parâmetros do polinómio da transformação e os pontos devem estar bem distribuídos pela imagem a georreferenciar. 4. Para cada ponto de controlo usar a ferramenta de marcação de pontos para georreferenciação no respectivo menu para: (1) escolher ponto na imagem a georreferenciar; (2) escolher o ponto correspondente em rede_viaria. Nota: é possível com clique direito seguido da opção input X and Y escrever as coordenadas de referência do ponto (útil se as coordenadas foram obtidas por GPS por exemplo). Para cancelar um ponto de controlo no decorrer da operação fazer ESC. Se necessário, usar zoom para digitalizar melhor os pontos de controle. Depois de escolher cada ponto, a localização do tema imagem.jpg é alterada (se a opção auto adjust estiver ligada). 5. Observar a tabela de coordenadas de ponto de controlo na barra georeferencing em view link table. Aí pode eliminar pontos mal digitalizados aos quais deve estar associado um desvio elevado. 6. Verificar que depois de escolher 6 pontos de controlo, a opção de ajustar um polinómio de segunda ordem para realizar a correção das coordenadas passa a estar activa. Comentar. 7. Verificar o valor de RMS. Comentar. 8. Se a transformação for aceitável, salvar pontos de controle em view link table e salvar as novas coordenadas com update georeferencing no menu georeferencing (ver figura abaixo). NOTA: a outra opção -- rectify cria um novo tema com um novo nome com o resultado da transformação. Verificar que foi associado o sistema de coordenadas do mapa à imagem georreferenciada. Parte 2.2 (opcional): Obter uma imagem de alta resolução por captura de ecrã Aqui ilustra-se como usar uma captura do ecrã para obter uma imagem compatível com a aplicação SIG. Na Internet, abrir página e procurar apartadura. Em Road, escolher em alternativa a opção Bird s eye e desligar a opção show angle viewed. Escolher uma zona geográfica a oeste da zona coberta pela imagem imagem_apartadura.jpg em ArcMAP e parcialmente sobreposta a essa imagem. Ter em atenção que a imagem escolhida deve conter pontos de controlo suficientes (no layer rede_viaria ) para que a georreferenciação possa ser feita. Use a ferramenta do Windows snipping tool para copiar essa região e guardar a imagem resultante em formato JPEG na sua pasta de trabalho com o nome apartadura_oeste.jpg. Usando as técnicas descritas na parte 2.1, proceda à georreferenciação dessa imagem. ISA, Maio de 2012, Geomática e SIGDR, aula prática 4

5 Parte 2.3 (Mosaico de imagens) Construir um mosaico das imagens existentes no projecto. (A) Através da caixa de ferramentas Image Analysis que pode ser acedida em Windows/Image Analysis Essa caixa de ferramentas contém funções que permitem manipular imagens (alteração do brilho, contraste, etc) e criar mosaicos de imagens. Para criar um mosaico seleccionar na caixa superior (usando tecla CTRL) as imagens a incluir no mosaico. Nesse momento, o botão mosaic fica activo e pode ser escolhida a opção de combinação das imagens sobre as zonas sobrepostas. Experimente as opções blend e mean por exemplo. Depois de executar esse comando (em ) é criado um mosaico visível no projecto e gravado numa pasta auxiliar. Para guardar esse mosaico permanentemente na pasta ou numa geodatabase, fazer data/export data (clique direito junto ao tema). (B) Através das funções Create Mosaic Dataset e Add Rasters to Mosaic Dataset 1. Em ArcCatalog, criar uma geodatabase na pasta de trabalho designada mosaico ; Em ArcToolbox/Data Management Tools/Raster/Mosaic Dataset 2. Com Create Mosaic Dataset criar um mosaic dataset chamado mosaico_imgens na geodatabase mosaico. Atribua o sistema de coordenadas do mapa (Lisboa_Hayford_Gauss_IGeoE). 3. Com Add Rasters to Mosaic Dataset adicionar as imagens a inserir no mosaico. Em Advanced Options seleccione as opções Build Raster Pyramids e Calculate Statistics. Assim, a cor das imagens é homogeneizada em função do histograma de valores das mesmas. 4. Observar as propriedades da componente Image do mosaic dataset mosaico_imagens : Por exemplo, na opção Mosaic, em Mosaic Operator pode alterar a forma de combinação das zonas sobrepostas das imagens: compare as opções blend e mean. Na tabela Display pode alterar o método de reamostragem. Repare que a opção Nearest Neighbors origina imagens mais granulosas do que as opções de interpolação (linear ou cúbica). ISA, Maio de 2012, Geomática e SIGDR, aula prática 5

6 Figura: menu Georeferencing (ArcGIS) ISA, Maio de 2012, Geomática e SIGDR, aula prática 6