UC: Geoprocessamento e Análise de Dados Ambientais

UC: Geoprocessamento e Análise de Dados Ambientais Prof. Dr. Adilson Soares Profa. Dra. Ana Luisa Bitencourt Profa. Dra. Elisa Hardt Prof. Dr. Fabiano Pupim

Aula 1: História da representação espacial Introdução ao Sistema de Informação Geográfica: Evolução da Ciência Geográfica e base de dados cartográficos. Exercícios com mapas, simbologias, sistemas de coordenadas.

Cartografia Cartografia: conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que orienta os trabalhos de elaboração de cartas geográficas.

Breve Histórico

Cartografia O mapa mais antigo do mundo é atribuído a uma descoberta feita em 1966 na Ucrânia. O mapa data de 11 a 12.000 anos AC, desenhado em uma presa de mamute. Representa um rio com casas na margem Fonte: http://www.ancient-wisdom.com/cartography.htm

Cartografia Um dos mapas mais antigos do mundo data de 6.000 AC e foi escavado em 1963 na Turquia. Pintado em uma parede, mostra ruas e casas (em planta) sob o perfil da Montanha de Hazan Dag, com seu vulcão em erupção. Fonte: http://www.ancient-wisdom.com/cartography.htm

Cartografia O Vale Volcamonica (Camonica), nos Alpes no norte da Itália, possui mais de 300.000 petroglifos reconhecidos de vários tipos, incluindo mapas. Datam de 4.000 a 3.000 anos AC Fonte: http://www.ancient-wisdom.com/cartography.htm

Cartografia O Mapa-múndi babilônico. Datado do século V AC. Fonte: http://www.ancient-wisdom.com/cartography.htm

Cartografia O Mapa-múndi babilônico. Representação de: Oceano, Rio Eufrates, cidade, montanhas, canal, pântano etc. Fonte: Eckhard Unger. Cosmos Picture to the World Map. (Volume 2, Pages 1-7) 1937. Imago Mundi.

Cartografia Esfericidade da Terra Erastóstenes, Astrônomo, filósofo geógrafo, matemático (276-194 DC, século II), sabia que durante o solstício do verão, os raios solares atingiam perpendicularmente a superfície de Siena (Egito) ao meio-dia. Neste mesmo instante, a inclinação dos raios solares era de 7,2 em Alexandria. Sabendo que os raios solares chegam à terra paralelamente, e que a distância entre Siena e Alexandria é 925 km, Erastóstenes usou uma simples regra de três para calcular o perímetro da terra. Isto é: 7,2 792,28 km 360 X X = Circunferência = 39.614,4 km. Para se calcular o raio da terra, basta fazer X=2pR

Cartografia Vídeo: história da representação da Terra (em francês). https://www.youtube.com/watch?v=hlsdzyojojq

Cartografia Outros vídeos: A GRANDE HISTÓRIA DOS MAPAS (DOCUMENTÁRIO) https://www.youtube.com/watch?v=mfhiolbljhc A Brief History of Cartography and Maps https://www.youtube.com/watch?v=fldvindrq2c

Sistema de Informações Geográficas

Sistema de Informações Geográficas É um sistema para capturar, armazenar, manipular, analizar, gerenciar e apresentar dados espaciais ou geográficos.

Sistema de Informações Geográficas CAD (computer aided design). SIG (Sistemas de Informação Geográfica). Objetos Arquitetura Mapas

Sistema de Informações Geográficas CAD (computer aided design) já foi utilizado no passado para mapeamento.. Mapas

Sistema de Informações Geográficas Geoprocessamento é a área do conhecimento que usa técnicas matemáticas e computacionais para tratar os processos que ocorrem no espaço.

Sistema de Informações Geográficas Como começou? Londres 1854 Epidemia de cólera em Londres, século XIX, Doutor John Snow

Sistema de Informações Geográficas Como começou? Londres 1854 Epidemia de cólera em Londres, século XIX, Doutor John Snow. John Snow (York, 15 de março de 1813 Londres, 16 de junho de 1858) foi um médico inglês, considerado pai da epidemiologia moderna. Em 1853 receberia o título de sir, após ter anestesiado a rainha Vitória no parto sem dor de seu oitavo filho, Leopoldo de Albany, fato que ajudou a divulgar a técnica entre os médicos da época. Demonstrou que o cólera era causado pelo consumo de águas contaminadas com matérias fecais, ao comprovar que os casos dessa doença se agrupavam nas zonas onde a água consumida estava contaminada com fezes, na cidade de Londres no ano de 1854.

Sistema de Informações Geográficas Como começou? Londres 1854 Epidemia de cólera em Londres, século XIX, Doutor John Snow Motivador: Evento de saúde: mortes por cólera Dados utilizados: Mapa de ruas vs. Pontos de ocorrência de casos de cólera vs. Ocorrência de água contaminada. (fonte: John Snow, 1855) Resultados visão espacial da concentração de casos; situação geral na cidade: contexto.

Sistema de Informações Geográficas Como começou? Londres 1854 Representação cartográfica de ruas e quadras. Aplicação da quantidade de mortes por residência. Conclusão do John Snow: " I found that nearly all the deaths had taken place within a short distance of the pump." Legenda Poço Morte (fonte: John Snow, 1855) http://www.ph.ucla.edu/epi/snow/snowpart2_files/frame.htm

Sistema de Informações Geográficas Exemplo atual variação no tempo

Sistema de Informações Geográficas Geodados X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z X,Y,Z Eventos / Amostras X,Y,Z Superfícies / Grades Regulares Dados de Área- Polígonos Redes e Dados de Fluxo

Sistema de Informações Geográficas Geodados Categorias representacionais mais comuns em SIG polígonos amostras superfície rede

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados Vetorial Ponto Linha Polígono Raster (matricial) Imagens

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Vetorial Um elemento vetorial tem sua forma representada usando uma geometria. A geometria é constituída por um ou mais vértices interligados. Um vértice descreve uma posição no espaço utilizando um X, Y e opcionalmente um eixo Z. https://docs.qgis.org/2.14/pt_br/docs/gentle_gis_introduction/vector_data.html

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Vetorial Quando a geometria de uma feição consistem em um único vértice, esta é referida como uma feição de ponto. Geometria ponto: Indica a posição X, Y e Z da feição Eixo X Eixo Y 1, árvore do lado de fora da sala de aula 2, poste de luz na entrada da escola

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Vetorial Quando a geometria consiste em dois um mais vértices e o primeiro e último vértice não são iguais, uma feição de linha é formada. Geometria linha: uma série de vértices conectados que não formam uma figura fechada 1, caminho da sala de aula até o parque 2, caminho do portão até a biblioteca

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Vetorial Quando a geometria consiste em dois um mais vértices e o primeiro e último vértice não são iguais, uma feição de linha é formada. Geometria linha: uma série de vértices conectados que formam uma figura fechada 1, limite (muro) da escola 2, campo de futebol

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Vetorial

Sistema de Informações Geográficas Vetores vs Banco de Dados

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Raster Dados raster são formados por uma matriz de pixels (também chamados de células), cada pixel contem um valor que representa uma condição da área coberta por essa célula

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Raster Imagens de satélite, radar etc. Satélite óptico Modelo de elevação

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Raster Imagens de satélite, radar etc.

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Raster

Sistema de Informações Geográficas Tipos de Dados: Raster Limite de aproximação

Sistema de Informações Geográficas Componentes de um SIG

Elementos de Cartografia

Cartografia: A Forma da Terra A superfície terrestre é totalmente irregular, não existindo, até o momento, definições matemáticas capazes de representá-la sem deformá-la. Existem várias formas de se representá-la.

Cartografia: Geodésia A Geodésia, é uma ciência que se dedica ao estudo das formas e das dimensões da Terra. Para fazer isto, a Geodésia divide a Terra em três superfícies: a superfície física terrestre, o elipsoide, o geoide.

Cartografia: Geodésia A forma da Terra se assemelha a um elipsoide, onde o raio equatorial é aproximadamente 23 km maior do que o raio polar, causado pelo movimento de rotação do planeta.

Cartografia: Geodésia Elipsóide Esferóide Dimensões do Elipsóide Internacional de 1967 a = semi-eixo maior = 6.378.160,00 m b = semi-eixo menor = 6.356.774,72 m α = achatamento (a-b)/a = 1/298,25

Cartografia: Geodésia ELIPSÓIDE ELIPSÓIDE TERRA TERRA REGIÃO MAPEADA DATUM GLOBAL (WGS-84) GEOCÊNTRICO DATUM LOCAL (SAD-69) NÃO GEOCÊNTRICO

Cartografia: Geodésia Elipsoides históricos da Terra Nome do elipsóide de referência Raio Equatorial (m) Raio Polar (m) Achatamento inverso Onde é usado Everest Modificado (Malasia) Revisto por Kertau 6,377,304.063 6,356,103.038993 300.801699969 Timbalai 6,377,298.56 6,356,097.55 300.801639166 Esferóide Everest 6,377,301.243 6,356,100.228 300.801694993 Maupertuis (1738) 6,397,300 6,363,806.283 191 França Everest (1830) 6,377,276.345 6,356,075.413 300.801697979 Índia Airy (1830) 6,377,563.396 6,356,256.909 299.3249646 Grã-Bretanha Bessel (1841) 6,377,397.155 6,356,078.963 299.1528128 Europa, Japão Clarke (1866) 6,378,206.4 6,356,583.8 294.9786982 América do Norte Clarke (1880) 6,378,249.145 6,356,514.870 293.465 França, África Helmert (1906) 6,378,200 6,356,818.17 298.3 Hayford (1910) 6,378,388 6,356,911.946 297 Estados Unidos Internacional (1924) 6,378,388 6,356,911.946 297 Europa NAD 27 6,378,206.4 6,356,583.800 294.978698208 América do Norte Krassovsky (1940) 6,378,245 6,356,863.019 298.3 Rússia WGS66 (1966) 6,378,145 6,356,759.769 298.25 EUA/DoD Australian National (1966) 6,378,160 6,356,774.719 298.25 Austrália Novo Internacional (1967) 6,378,157.5 6,356,772.2 298.24961539 GRS-67 (1967) 6,378,160 6,356,774.516 298.247167427 SAD-69 (1969) 6,378,160 6,356,774.719 298.25 América do Sul WGS-72 (1972) 6,378,135 6,356,750.52 298.26 EUA/DoD Datum 73 Hayford-Gauss IGP 6,378,388 297 Portugal GRS-80 (1979) 6,378,137 6,356,752.3141 298.257222101 NAD 83 6,378,137 6,356,752.3 298.257024899 América do Norte WGS-84 (1984) 6,378,137 6,356,752.3142 298.257223563 IERS (1989) 6,378,136 6,356,751.302 298.257 Funções Gerais 6,378,135 6,356,750 298.25274725275 Global

Cartografia: Geodésia O geoide é um modelo físico da forma da Terra que acompanha as variações gravitacionais da Terra. No geoide o valor da aceleração da gravidade é igual em todos os pontos.

Cartografia: Geodésia Ondulações do geoide: - Máxima: +70 m (oceano Atlântico) - Mínima: -100 m (oceano Índico) Ondulações do Geoide, gerada pelas anomalias do campo de gravidade, configura uma superfície irregular de difícil equação matemática.

Cartografia: Geodésia Ondulações do Geoide, gerada pelas anomalias do campo de gravidade, configura uma superfície irregular de difícil equação matemática.

Cartografia: Sistema de Coordenadas Geográficas Sistema Latitude/Longitude é um sistema de coordenadas esféricas (=Coordenadas Geográficas) angulares, usadas para determinar posições na superfície da Terra. λ = Longitude φ = Latitude

Cartografia: Sistema de Coordenadas Geográficas Meridianos: linhas norte-sul conectando os polos e variam de 0 a 180 E e 0 a 180 W, totalizando 360 a partir do meridiano de referência Greenwich. Longitude

Cartografia: Sistema de Coordenadas Geográficas Latitude Paralelos: linhas leste-oeste paralelas ao equador e variam de 0 a 90 S e N

Cartografia: Sistema de Coordenadas Geográficas Paralelos: linhas leste-oeste paralelas ao equador e variam de 0 a 90 S e N Meridianos: linhas norte-sul conectando os pólos e variam de 0 a 180 E e 0 a 180 W, totalizando 360 a partir do meridiano de referência Greenwich.

Projeções Cartográficas Como transformar a superfície de uma esfera em um plano?

Projeções Cartográficas

Projeções Cartográficas Mas as projeções tem um custo: distorção Mercartor Ilustrações de distorções e deformações pode ser vista nas figuras. Um rosto foi desenhado sobre a projeção globular, sendo depois transportado para as projeções ortográfica, estereográfica e de Mercator.

Projeções Cartográficas Para representar a Terra ou parte da superfície um pedaço folha ou tela é necessário estabelecer um plano de projeção e tomá-la no seu formato original (o geóide) ao plano do papel (ou do meio que estiver sendo usado para a visualização, como um monitor de vídeo de computador).

Projeções Cartográficas Projeção Plana ou Azimutal Projeção cônica Projeção Cilíndrica

Projeções Cartográficas Nesta projeção os meridianos e os paralelos são linhas retas que se cortam em ângulos retos. Nela as regiões polares aparecem muito exageradas. Os mapas-múndi são feitos em projeções cilíndricas

Projeções Cartográficas Na projeção cônica, a superfície terrestre é projetada sobre um cone tangente ao elipsóide que então é longitudinalmente cortado e planificado.

Projeções Cartográficas São projeções sobre um plano tangente ao esferóide em um ponto. No tipo normal (ou polar), o ponto de tangência representa o pólo norte ou sul e os meridianos de longitude são linhas retas radiais que partem deste ponto enquanto paralelos de latitude aparecem como círculos concêntricos

Projeções Cartográficas https://thetruesize.com https://ncxiao.github.io/map-projections/ index.html

Sistema UTM O Sistema Universal Transverso de Mercator (UTM) é baseado na projeção cilíndrica transversa proposta nos EUA em 1950 com o objetivo de abranger todas as longitudes. As duas principais diferenças entre a projeção de Mercator e o sistema UTM é que, no primeiro, o cilindro é paralelo ao eixo de rotação da Terra esférica, enquanto que, no segundo, o cilindro é perpendicular ao eixo de rotação da Terra elipsoidal. O sistema UTM resulta na composição de 60 fusos distintos que representam a superfície da Terra. Cada fuso tem a amplitude de 6º de longitude. Em latititudes o sistema é limitado pelos paralelos 84º N e 80º S, onde as deformações ainda não são significativas. Para latitudes maiores, é utilizada a projeção Estereográfica Polar Universal (sigla em inglês UPS, de Universal Polar Stereographic). Em muitos aparelhos receptores de sinal do Sistemas de Posicionamento Global consta a opção de coordenadas UTM/UPS.

Sistema UTM Fuso UTM

Sistema UTM

Altitude Altitude de um ponto na Terra é a distância medida na vertical entre o nível médio das águas do mar e o ponto.

Representação Cartográfica: Relevo Modelo Topográfico ou Numérico do Terreno Carta Topográfica

Representação Cartográfica: Relevo

Articulação de folhas Carta do Brasil ao Milionésimo e Articulação das Folhas

Articulação de folhas Carta do Brasil ao Milionésimo e Articulação das Folhas As folhas da Carta do Brasil ao Milionésimo desdobram-se em outras escalas que também são consideradas oficiais. Uma folha na escala de 1:1.000.000, cujas dimensões são de 4 graus de latitude por 6 graus de longitude, desdobra-se em outras quatro folhas de 2 graus de latitude por 3 graus de longitude, denominadas V, X, Y e Z, na escala de 1:500.000.

Articulação de folhas Carta do Brasil ao Milionésimo e Articulação das Folhas Essas quatro folhas (V, X, Y e Z), desdobram-se em outras quatro de 1 grau de latitude por 1 grau e 30 minutos de longitude, na escala de 1:250.000, denominadas A, B, C e D.

Articulação de folhas Carta do Brasil ao Milionésimo e Articulação das Folhas As folhas A, B, C e D desdobram-se em outras seis folhas, em escala 1:100.000, denominadas pelos algarismos romanos I, II, III, IV, V e VI, tendo 30 minutos de latitude e longitude.

Articulação de folhas Carta do Brasil ao Milionésimo e Articulação das Folhas Folha teria a seguinte nomenclatura SF.22-Y-D-II-3-NE-F, na escala 1:10.000.

Exercício 1a Exercício de Coordenadas utilizando Google Earth 1 - Acessar o link para o aplicativo Google Earth 2 - Visualizar os fusos UTM Abrir menu Visualizar à Grade 3 - Pesquisar uma Localidade: São Paulo Ø Utilizar menu Ferramenta à Opções e verificar as possibilidades de obtenção de dados de coordenadas: Geográficas e UTM. Ø Localizar Unifesp Diadema : Qual das unidades está indicada?

Exercício 1b Análise de Cartas e Mapas Análise da Folhas Cartográficas Base de Dados Geográficos Datum Altimétrico, Datum Geodésico, Relevo, Curvas de Nível Sistemas de Projeção Coordenadas UTM e Geográficas