Renato Corrêa Taques Eng. Agrimensor - Incaper Geoprocessamento Tecnologia Transdisciplinar Page 1 1
2 Geoprocessamento Se onde é importante para o seu negócio, então Geoprocessamento é a ferramenta de trabalho. Introdução à ciência da geoinformação (Câmara e Davis, 2001) O papel da Cartografia no Geoprocessamento A cartografia tem papel fundamental no geoprocessamento, pois o mapa é o principal meio de apresentação dos resultados. Cartografia é a ciência e a arte de expressar graficamente, por meio de mapas e cartas, o conhecimento humano da superfície da Terra. Page 2
3 Geodésia É a ciência que determina, através de observações, a forma e o tamanho da Terra, as coordenadas dos pontos, comprimento e direção de linha da superfície terrestre. Forma da Terra Superfície física (Topográfica) superfície ao longo da qual são realizadas operações geodésicas, topográficas, etc. Elipsóide superfície ao longo da qual são realizados os cálculos geodésicos e corresponde a um modelo matemático. Geóide é a superfície que mais se aproxima do nível médio dos mares. Page 3
4 Forma da Terra Elipsóide de revolução Corresponde a uma superfície gerada pela rotação de uma elipse em torno do seu eixo menor. É mais usado na geodésia devido ao fato de ter tratamento matemático menos sofisticado. É definido pelo seu parâmetros: semi-eixo maior (a) e o semi-eixo menor (b) ou o achatamento (α). Page 4
5 Elipsóide Elipsóide Ano a (m) α Adotado Bessel 1841 6.377.397 1/299,15 Alemanha Clarke 1866 6.378.206 1/294,98 EUA Krassowski 1940 6.378.245 1/298,30 Rússia Hayford 1909 6.378.388 1/298,00 Brasil (até 1979) ERI67 (SAD69) 1967 6.378.160 1/298,25 Brasil WGS84 1984 6.378.137 1/298,257 GPS Referencial e Datum 1. Escolha de um sólido geométrico (elipsóide de revolução) 2. Definição do posicionamento e orientação do elipsóide Datum - posicionar o elipsóide de referência em relação à superfície física da Terra. É definido por 5 parâmetros: semi-eixo maior e achatamento do elipsóide e os componentes de um vetor de translação entre o centro da Terra e o do elipsóide ( X, Y, Z). Page 5
-42 00' -41 30' -41 00' -40 30' -40 00' -39 30' -17 30' -17 30' CARLOS CHAGAS NANUQUE Cartas na Escala 1:100.000 Curvas de nível de 50m Datum SAD 69-18 00' -18 30' -19 00' -19 30' -20 00' -20 30' -21 00' -21 30' -42 00' SANTANA DO MANHUAÇÚ LAJINHA MANHUMIRIM IÚNA BOM JESUS DO ITABAPOANA ATALÉIA ECOPORANGA MONTANHA MUCURI ITABIRINHA DE MANTENA MANTENA NOVA VENÉCIA SÃO MATEUS CONSELHEIRO PENA SÃO GABRIEL DA PALHA LINHARES RIO DOCE BAIXO GUANDU COLATINA ARACRUZ REGÊNCIA OCIDENTE MUNIZ FREIRE AFONSO CLÁUDIO CONCEIÇÃO DO CASTELO BARRA SECA GARRAFÃO ARAGUAIA VARRE-SAI GUAÇUÍ MUQUI CACHOEIRO DE RIO NOVO ITAPEMIRIM MIMOSO DO SULPRES. KENNEDY ITAPEMIRIM ITABAPOANA S. LEOPOLDINA SERRA DOMINGOS MARTINS ESPERA FELIZ DIVINO DE SÃOANUTIBA CASTELO MATILDE ALFREDO GUARAPARI LOURENÇO CHAVES -41 30' -41 00' PIÚMA -40 30' VITÓRIA NOVA ALMEIDA Cartas na escala 1:50.000 Curvas de Nível de 20m Datum Córrego Alegre -40 00' -39 30' -18 00' -18 30' -19 00' -19 30' -20 00' -20 30' -21 00' -21 30' Referenciais usados no Brasil Datum Córrego Alegre SAD69 (South American Datum 1969) WGS84 (World Geodetic System 1984) SIRGAS2000 - Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas 2000 (período de transição até 2014) Cartas do IBGE ESTADO DO ESPÍRITO SANTO DISTRIBUIÇÃO DAS CARTAS DO IBGE Page 6 6
7 Referenciais diferentes Sistema de coordenadas Coordenadas São grandezas lineares ou angulares que indicam a posição ocupada por um ponto em um sistema de referência. Coordenadas Geográficas ou Geodésicas Coordenadas Cartesianas Geocêntricas Coordenadas Planas Page 7
Coordenadas Geográficas Latitude (ϕ): ângulo que a normal ao elipsóide forma com sua projeção sobre o plano do equador. Varia de 0 (Equador) a ± 90 + hemisfério norte - hemisfério sul Coordenadas Geográficas Longitude (λ): ângulo que mede o diedro formado pelos meridianos de Greenwich e pelo meridiano do ponto. Varia de 0 (Greenwich) a ± 180 + leste - oeste Page 8 8
9 Coordenadas Geográficas Altura geométrica ou elipsoidal (h): é o segmento da normal compreendida entre o ponto P e o elipsóide Pode ser positiva ou negativa. Altura elipsoidal Altitude MAPGEO Latitude X Longitude Page 9
Coordenada Cartesianas Geocêntricas Um sistema no espaço 3D que é caracterizado por um conjunto de três retas (x, y e z), denominados de eixos coordenados, mutuamente perpendiculares. - O eixo X coincidente ao plano equatorial, positivo na direção de longitude 0 ; - O eixo Y coincidente ao plano equatorial, positivo na direção de longitude 90 ; - O eixo Z é paralelo ao eixo de rotação da Terra e positivo na direção norte. Coordenadas Planas As coordenadas referidas a um determinado Sistema de Referência, podem ser representadas no plano através nas componentes X, Y ou N, E (Norte, Este) e são o tipo de coordenadas regularmente encontrado em mapas e plantas. Page 10 10
11 Projeções Cartográficas Para representar as feições de uma superfície curva em plana são necessárias formulações matemáticas chamadas de Projeções. (Geográficas) ϕ, λ N, E (Plana) Diferentes projeções poderão ser utilizadas na confecção de mapas. No Brasil a projeção mais utilizada é a Universal Transversa de Mercator (UTM). Classificação das Projeções Quanto ao tipo de deformação: Projeções Equidistantes - conservam a proporção entre as distâncias, em determinadas direções, na superfície representada; Projeções Equivalentes - conservam as áreas, porém os ângulos sofrem deformações; Projeções Conformes - mantêm os ângulos ou formas de pequenas feições. As projeção UTM é conformes. Page 11
Classificação das Projeções Quanto ao tipo de superfície de projeção: Cilíndrica Cônica Azimutal ou Plana Projeção Cilíndrica - projeta uma superfície esférica em um cilindro Page 12 12
Projeção Cônica - projeta uma superfície esférica em um cone Projeção Cônica - projeta uma superfície esférica em um cone Page 13 13
14 Projeção Universal Transversa de Mercato (UTM) Seu princípio básico é a Terra dividida em 60 fusos (zonas) de 6 graus de longitude, tendo início no anti-meridiano de Greenwich (180 ), seguindo numa ordem de oeste para leste. Quanto à latitude, a divisão consiste em zonas de 4 graus, enquanto que os paralelos-limites são os de 80 sul e 84 norte. UTM - Cilindro Secante Page 14
Coordenadas UTM Coordenadas métricas Coordenada Norte (N): - Eixos referencial é o Equador - Crescente de Sul para Norte - No Equador seu valor é 10.000.000 Coordenada Este (E): - Eixos referencial é o Meridiano Central (MC) de cada zona - Crescente de Oeste para Leste - No MC seu valor é 500.000 Sistemas de Informação Geográfica (SIG) Conjunto e ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real. Page 15 15
Componentes do SIG Arquitetura SIG Page 16 16
17 Software (aplicativos computacionais) ArcGIS [www.esri.com] gvsig [www.gvsig.org/] Kosmo [www.opengis.es/] Quantum GIS [www.qgis.org/] Banco de dados Devemos evitar confundir o BD propriamente dito (conjunto de tabelas relacionadas entre si), com o programa que o gerenciará, o Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD). Softwares como MicroSoft Access, MySQL, Oracle, PostgreSQL, não são BD, mas sim SGBD Page 17
18 Banco de Dados Geográfico (BDG) O BDG, também chamado de Banco de Dados Espacial (BDE), é semelhante ao BD (relacional), com a grande e importante diferença de suportar feições geométricas em suas tabelas e operações espaciais sobre elas. Estrutura de dados SIG Existem basicamente 2 formas distintas de representar dados em um SIG: Vetorial (vetor) ou Matricial (raster) Page 18
Modelo Vetorial x Modelo Matricial Formato Vantagem Desvantagem Raster Vetor - Estrutura de dados simples; - Compatível com obtidos por scanner e sensores remotos; - Procedimento mais rápido e eficiente; - Requer pouco espaço de armazenamento; - Transformação de sistema de projeção mais simples e precisa; - Facilidade na representação das relações topológicas; - Requer grande espaço de armazenamento; -Transformação de sistema de projeção mais complexa; - Maior dificuldade para representar relações topológicas; - Estrutura de dados mais complexa; -Análise espacial mais complexa; O que é shape? É um tipo de arquivo digital que representa uma feição ou elemento gráfico, seja ela em formato de ponto, linha ou polígono e que contém uma referência espacial. O shape é na verdade um conjunto de vários arquivos. Três arquivos individuais são obrigatórios para armazenar os dados do núcleo que compreende um shapefile. São eles o.shp,.shx e.dbf. Outros arquivos podem ser gerados juntamente com os três anteriores: o.prj, o.sbn e o.sbx. Page 19 19
Shapefiles (formato vetorial) Desenvolvendo um SIG Page 20 20
1 - Mundo Real Processo de compreensão da realidade que será o foco do SIG (problemas e demandas a ser atendidas) Desenvolvendo um SIG Page 21 21
22 2 Aquisição de dados Obtenção dos dados através de várias técnicas que podem envolver coleta em campo, adquirir dados tabulares, etc. Etapa de maior custo na implementação de um SIG. Posicionamento por satélite GNSS/GPS Fornece posições geográficas com diferentes níveis de precisão Page 22
Receptores, softwares, metodologias, algoritmos e aplicações para posição, velocidade e tempo Sensoriamento Remoto (SR) Fornece informações (imagens) sobre objetos ou fenômenos na superfície da Terra em várias faixas do espectro eletromagnético. Page 23 23
Espectro eletromagnético Assinatura Espectral Page 24 24
25 Características das imagens Resolução espacial tamanho do pixel Resolução espectral número de bandas Resolução radiométrica poder de contraste (bits) Resolução temporal frequência de revisita Largura da faixa imageada faixa de varredura Comparativo de imagens Satélite Landsat 5 TM CBERS 2B CCD Sport 5 Ikonos II Resolução espacial 30 m 20m 2,5 m 1 m Quickbird II 0,61m Workview 2 0,50 m Resolução espectral 6 bandas + 1 termal 4 bandas + pan 4 bandas + pan 4 bandas + pan 4 bandas + pan 8 bandas + pan Resolução Radiométri ca Resolução Temporal Tamanho da cena 8 bits 16 dias 185 x185km 8 bits 26 dias 113x113km 10 bits 26 dias 60x60km 11 bits 3 dias 11x11km 11 bits 3,7 dias 16,5x16,5km 11 bits 3,7 dias 16,4x16,4 km Page 25
Ortorretificação de imagem Tem como finalidade corrigir geometricamente a imagem, pixel por pixel, das distorções decorrentes do relevo mantendo a constância da escala em toda a imagem ortoretificada. Para o procedimento de ortorretificação, é necessário dispor de informações sobre o relevo da área imageada. Tais informações podem ser obtidas através de um Modelo Digital de Elevação (MDE). RADAR SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) MDE com resolução espacial de 90m ASTER (Advanced Spacebone Thermal Emission Radiometer) MDE com resolução espacial de 30m Page 26 26
Aerofotogrametria Fornece medidas confiáveis, mapeamento preciso e modelos digitais através de fotografias métricas Aerolevantamento a laser (perfilamento a laser) A tecnologia permite gerar Modelos Digitais de Elevação (MDE) e Modelos Digitais de Terreno (MDT). Page 27 27
Vant Veiculo Aéreo Não Tribulado Equipamentos com baixíssimo custo, em relação à aerofotogrametria, que geram produtos muito próximos dos obtidos com o uso dos métodos clássicos de levantamentos. Importância dos metadados Metadados são dados sobre dados ou dados que descrevem outros dados. No shapefile, o arquivo com extensão ".prj" guarda um metadado muito importante: sistema de referência/projeção cartográfica do shapefile. Page 28 28
29 Desenvolvendo um SIG 3 Manipulação dos dados Envolve a edição, tratamento e integração dos dados coletados na etapa anterior. Também, em geral, é nesta nova etapa que ocorrerá o estabelecimento de um sistema de coordenadas para registrar e especificar as localizações dos objetos dentro de uma base de dados. Dados obtidos das mais diversas fontes e em variados formatos, isso resultará muitas vezes na necessidade de conversão dos mesmos para novos formatos. Page 29
30 Desenvolvendo um SIG 4 Análises Principais características que diferenciam os SIG dos Sistemas de Informação convencionais é a capacidade de realizar essas análises geoespaciais. Análise espacial é a compreensão da distribuição dos dados originados de fenômenos ocorridos no espaço geográfico. Page 30
31 Classificação de imagens - Classificação Pixel a Pixel Não-supervisionada Supervisionada - Classificação por Região (segmentação) Orientada a objeto Classificação Pixel a Pixel Page 31
32 Classificação por Região (segmentação) Alguns softwares de processamento de imagem Idrisi [www.idrisi.com.br] Spring [www.dpi.inpe.br/spring/] Erdas [www.geospatial.intergraph.com] ArcGIS [www.esri.com] ENVI [www.envi.com.br] Definiens/eCognition [www.ecognition.com] Page 32
33 Desenvolvendo um SIG 5 Gerencia de Produtos Elaboração de mapas, cartas relatórios, laudos e outros documentos resultantes do projeto desenvolvido. A qualidade de como estes são apresentados é muito importante. Atenção as componentes cartográficos básicos do mapa (legenda, grande de coordenadas, etc) Page 33
Desenvolvendo um SIG 6 Tomada de decisão Após todo o processo de análise, o sistema é utilizado como suporte para tomada de decisão de forma mais eficiente SIG é um sistema que atua no suporte à tomada de decisão, integrando dados espacialmente referenciados em um ambiente de respostas a problemas. Page 34 34
35 Webmapping (webgis) Disponibilização e interligação via internet, de dados das mais diversas fontes, através de mapas digitais interativos. Google Earth [www.earth.google.com] Google Maps [www.maps.google.com.br] Geobases Online [www.geobases.es.gov.br] Page 35