GEORREFERENCIAMENTO Organização e Elaboração: Profa. Dra. Andréia Medinilha Pancher Profa. Dra. Maria Isabel Castreghini de Freitas
CONHECIMENTO DA INCERTEZA = ERRO Tudo o que se mede ou se modela está sujeito a erros e esses erros respondem pela qualidade de um mapa ou da base de dados num SIG. A questão não é a busca da perfeição mas sim o conhecimento da incerteza. O usuário de SIG deve se preocupar com o ERRO DAS MEDIÇÕES das coordenadas dos pontos de controle com GPS (fornecido pelo fabricante) ou então com o ERRO PLANIMÉTRICO associado à escala dos mapas (PEC e EP).
Padrão de Exatidão Cartográfica PEC Padrão de Exatidão Cartográfica: indicador estatístico de dispersão, relativo a 90% de probabilidade, que define a exatidão dos trabalhos cartográficos Decreto n o 89817 de 20/06/1984 Instruções Reguladoras de Normas Técnicas da Cartografia Nacional - (artigo n o 8) PEC = 1,6449 x EP EP = Erro Padrão (ou Desvio Padrão)
PEC Artigo 8 Planimetria: 90% dos pontos bem definidos numa carta, quando testados no terreno, não deverão apresentar erro superior ao PEC estabelecido Altimetria: 90% dos pontos isolados de altitude, obtidos por interpolação de curvas de nível, quando testados no terreno, não deverão apresentar erro superior ao PEC Altimétrico estabelecido
Classificação das Cartas segundo sua Exatidão (Artigo n o 9) Classificação Exatidão Planimétrica Exatidão Altimétrica CLASSES PEC EP PEC EP A 0,5 mm x Den. Escala 0,3 mm x Den. Escala 1/2 Equidistância 1/3 Equidistância B 0,8 mm x Den. Escala 0,5 mm x Den. Escala 3/5 Equidistância 2/5 Equidistância C 1,0 mm x Den. Escala 0,6 mm x Den. Escala ¾ Equidistância ½ Equidistância
Exemplo PEC E EP Carta 1:10.000 (Equidistância entre Curvas de Nível = 5m) Classificação Exatidão Planimétrica Exatidão Altimétrica CLASSES PEC EP PEC EP A 5m 3m 2,5m 1,67m B 8m 5m 3m 2m C 10m 6m 3,75m 2,5m
Análise Estatística da Exatidão Cartográfica (Merchant, 1981) Análise de Tendências (erros sistemáticos) e Análise da Precisão baseiam-se em testes estatísticos de hipóteses sobre a média e desvio padrão amostral das discrepâncias observadas entre as coordenadas Discrepâncias são determinadas a partir de coordenadas extraídas do produto a ser avaliado (carta produzida) e das coordenadas dos mesmos pontos obtidas através de levantamentos confiáveis (levantamentos geodésicos, cartas em escalas maiores)
TRANSFORMAÇÕES GEOMÉTRICAS Um mapa no formato analógico (em papel) pode ser transformado para o meio digital via MESA DIGITALIZADORA ou por digitalização por SCANNER, para ser processado num PROGRAMA COMPUTACIONAL CAD (Computer Aided Design) ou SIG (Sistema de Informação Geográfica) Para que suas coordenadas sejam reconhecidas pelo sistema digital se impõe uma CALIBRAÇÃO entre os sistemas de coordenadas do MAPA e do PROGRAMA COMPUTACIONAL São selecionados pontos de controle no MAPA, que podem ser visivelmente reconhecidos na imagem em tela do COMPUTADOR (ou em MESA DIGITALIZADORA)
TRANSFORMAÇÕES GEOMÉTRICAS O CURSOR (ou mouse) vai permitir que sejam selecionados os pontos na tela do computador, dos quais se conhecem as coordenadas terrestres. Via de regra, o CURSOR indica a posição espacial do PONTO DE CONTROLE e, pelo teclado, se registram as COORDENADAS TERRESTRES correspondentes. O PROGRAMA COMPUTACIONAL calcula os parâmetros de uma TRANSFORMAÇÃO LINEAR, em geral de AFINIDADE, que guarda a relação entre as coordenadas de COMPUTADOR e as coordenadas do MAPA (coordenadas terrestres). A integração de IMAGENS ORBITAIS ou FOTOGRAFIAS AÉREAS à uma base de dados é feita por meio de FUNÇÕES POLINOMIAIS (não lineares) determinadas a partir das coordenadas de pontos de controle identificados nas imagens e no sistema de referência da base de dados.
TRANSFORMAÇÕES GEOMÉTRICAS
GEOREFERENCIAMENTO Transforma as coordenadas quaisquer de mapa ou imagem para um dado sistema de referência plana. Pontos de Controle são selecionados na imagem ou no mapa a ser georeferenciado (imagem ou carta produzida). As coordenadas reais dos pontos de controle (verdade terrestre) podem ser obtidas em trabalho de Campo (Lev. Topográfico, GPS, mapas em papel ou digitais georefenciados). Pontos de Controle são feições perfeitamente identificáveis como intersecções de estradas, pontes, cantos de pistas de aeroportos, etc. e devem ser bem distribuídos na imagem/mapa. Apoia-se em transformações geométricas: ortogonal (3p); similaridade (4p); afim ortogonal (5p); afinidade (6p) e transformações polinomiais (+6p).
GEORREFERENCIAMENTO Com o aparecimento do georreferenciamento, até um simples levantamento topográfico passou a se constituir em elemento fundamental para o estabelecimento da base de um sistema. O meio técnico e científico adotou a denominação de Sistema de Informação Geográfica (SIG) para indicar um sistema de informação georreferenciado cuja peça principal é o profissional da área de mensuração. (SILVA, 1995 apud SHUMACHER et al., 1995) Dados ou informações sobre um evento contém pouco significado se não for posicionado espacialmente na superfície terrestre global da área de interesse. (LOCH, 1994 apud SHUMACHER et al., 1995) A operação do registro geométrico tem como objetivo compatibilizar dados espaciais que se referem à mesma região geográfica. Com isto, os conjuntos de dados registrados estarão referenciados ao mesmo sistema de coordenadas. As operações de registro mais comuns são realizadas entre IMAGEM X MAPA e IMAGEM X IMAGEM (GUIMARÃES et al., 1998). O registro da imagem-mapa consiste em referenciar a base de dados a um sistema de projeção plana (UTM) ou geográfica (latitude/longitude). Tal operação é de suma importância quando se pretende trabalhar com dados espaciais em SIG. (VIADANA, 1998)
GEORREFERENCIAMENTO O Georreferenciamento consiste na localização de um layer ou coverage no espaço pelo sistema de coordenadas. Referenciamento espacial no terreno de uma entidade geográfica por meio da sua localização utiliza um sistema de coordenadas conhecido. Coordenadas grandezas lineares ou angulares que indicam a posição ocupada por um ponto numa estrutura ou sistema de referência. Qual o sistema de referência será utilizado para coordenadas planoretangulares ou esféricas? É necessário definir o Datum (ponto de origem de um sistema de referência) Fonte: Silva, p. 49, 2007
SISTEMAS DE REFERÊNCIA No Brasil, existem os seguintes Datums horizontais: Córrego Alegre Elipsóide de Hayford SAD69 (South American Datum) Elipsóide Internacional de 1967 WGS84 (World Geodesic System) - Elipsóide Internacional de 1980 (GRS-80) SIRGAS2000 (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas) - Elipsóide Internacional de 1980 (GRS-80) (Silva, 2007)
GPS PARA GEORREFERENCIAMENTO EM SIG Técnicas mais precisas, exatas e eficazes no posicionamento de pontos. Maior ferramenta para referência espacial para o SIG Permite a determinação de posições em coordenadas geográfica e UTM, e altura geométrica. Georreferenciamento de base cartográfica levantamento de campo, de pontos de controle, rastreados com GPS e bem identificáveis na carta e/ou no mapa, para que esses pontos sejam inseridos como coordenadas da carta e/ou do mapa não georreferenciado. Tais coordenadas devem ser convertidas antes de serem utilizadas para um sistema de referência compatível com o objetivo do trabalho. Uma das principais fontes de introdução de novos dados geográficos para os SIG s. Determinação de pontos de referência para o controle de qualidade de produtos cartográficos (cuidado quanto aos referenciais envolvidos)
GPS PARA GEORREFERENCIAMENTO EM SIG Em SIG, uma das maiores preocupações é a qualidade dos dados, erro, incerteza, escala, resolução e precisão em dados espaciais interferindo nos modos nos quais os dados poderão ser usados e interpretados. Exatidão: proximidade dos resultados, cálculo ou das estimativas para valores verdadeiros. Dados espaciais generalização do mundo real considera-se os valores aceitos como verdadeiros. Precisão: número de casas decimais ou dígitos significativos em uma medida. SIG trabalha com alta precisão.
GEOREFERENCIAMENTO DE MAPAS Transformação de Similaridade (4 parâmetros - 2 pontos de controle) http://www.ptr.poli.usp.br/labgeo/graduacao/ptr321/material2/registro.pdf
Transformação Afim (Afinidade) (6 parâmetros 3 pontos de controle) http://www.ptr.poli.usp.br/labgeo/graduacao/ptr321/material2/registro.pdf
ANÁLISE DA PRECISÃO NO GEOREFERENCIAMENTO Após a etapa do georreferenciamento, deve-se selecionar pontos de verificação em cada fotografia ou imagem para verificar o grau de precisão do georreferenciamento. Os pontos são localizados nas fotos e paralelamente medidos nas cartas, visando calcular as coordenadas x e y dos mesmos. Em seguida, utilizam-se as equações para calcular o EMQ das coordenadas x e y, respectivamente. Pontos de Verificação DIFERENTES dos Pontos CONTROLE EXEMPLO: Mapa na projeção UTM (Ei,Ni)= coordenadas UTM de imagem georeferenciada (Ec,Nc)= coordenadas UTM (MAPA em escala maior ou GPS) - corresponde à VERDADE TERRESTRE EMQ E = (E c E i ) 2 /n EMQ N = (N c N i ) 2 /n EMQ E,N = ((EMQ E ) 2 (EMQ N ) 2 )
Exemplo de Georefenciamento; Análise e Precisão de MAPA produzido com base em interpretação de Imagem SPOT - P
Viadana, MIC (1995)
Exemplo de Georeferenciamento Transformação Afim (6 pontos de controle) Viadana, MIC (1995)
Viadana, MIC (1995)
EMQ Imagem SPOT-P Georeferenciada EMQE = 15 metros EMQN = 11 metros EMQ(E,N) = 19 metros Observando-se os valores de de EMQ do PEC e EP para o Brasil constata-se que a imagem apresenta precisão para mapeamento em escala 1:50.000 e menores. 1:50.000 PEC PLAN = 25m e PEC ALT = 10m Viadana, MIC (1995)
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS GUIMARÃES, R. G. et al.. Sistema de atualização cartográfica apoiado por computador. In.: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO. Santos (SP). Cdroom.1998. SILVA, R. M. da. Introdução ao Geoprocessamento: conceitos, técnicas e aplicações. Novo Hamburgo: Feevale, 2007. SCHUMACHER, D. H.; LOCH, C. & LOCH, R. E. N. Metodologia para a produção de mapas a partir de fotografias aéreas de pequeno formato. In.: CONGRESSO BRASILEIRO DE CARTOGRAFIA, XVII. Anais. Bahia, pp. 1130-1138, 1995. VIADANA, M. I. C. de F.. A experiência de atualização da Carta Topográfica 1:50.000 através de imagens SPOT Folha Rio Claro (SP). In.: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO. Santos (SP). Cdroom. 1998. Site consultado: http://www.ptr.poli.usp.br/labgeo/graduacao/ptr321/material2/regi stro.pdf