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Desenvolvimento de Rotina de Obtenção de

Observações em Superfície Real: Uma Aplicação em Análises Geoecológicas

MANOEL DO COUTO FERNANDES

RIO DE JANEIRO

MARÇO 2004

Superfície Real Áreas e Distâncias

Superfície Planimétrica (projetada) Áreas e Distâncias

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

ii

DESENVOLVIMENTO DE ROTINA DE OBTENÇÃO DE

OBSERVAÇÕES EM SUPERFÍCIE REAL: UMA APLICAÇÃO EM

ANÁLISES GEOECOLÓGICAS


PROGRAMA DE PÓS–GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA

DOUTORADO

ORIENTADOR

PROF. DR. PAULO MÁRCIO LEAL DE MENEZES

Rio de Janeiro

2004

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM GEOGRAFIA DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS

iii

DESENVOLVIMENTO DE ROTINA DE OBTENÇÃO DE

OBSERVAÇÕES EM SUPERFÍCIE REAL: UMA APLICAÇÃO EM



Tese submetida ao corpo docente do Programa de Pós–graduação em Geografia da

Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários para a

obtenção do Grau de Doutor em Ciências (D.Sc).

Aprovada por:

Prof Dr __________________________________________ – Orientador Paulo Márcio Leal de Menezes Depto. Geografia/ UFRJ Profa Dra _________________________________________ Ana Luiza Coelho Netto Depto. Geografia/ UFRJ Prof Dr __________________________________________ André de Souza Avelar Depto. Geografia/ UFRJ Prof Dr __________________________________________ Renato Fontes Guimarães Depto. Geografia/ UNB Profa Dra _________________________________________ Carla Bernadete Madureira Cruz Dep Geografia/ UFRJ Profa Dra _________________________________________ Júlia Célia Mercedes Strauch ENCE/ IBGE

iv

FICHA CATALOGRÁFICA

Fernandes, Manoel do Couto

Desenvolvimento de Rotina de Obtenção de Observações

em superfície Real: Uma Aplicação em Análises

Geoecológicas [Rio de Janeiro], 2004

xxvii, 263 p. (IGEO/ UFRJ, D.Sc., GEOGRAFIA, 2004)

Tese – Universidade Federal do Rio de Janeiro, IGEO

1. Geoprocessamento 2. Geoecologia 3. MDE

4. Superfície Real 5. Tese

v

“Manoel o audaz, Manoel o audaz.

Vamos lá viajar,

e no ar livre corpo livre,

aprender ou mais tentar.

Manoel o audaz”.

“Manoel o audaz” – Toninho Horta.

vi

Aos meus pais

À minha filha Anabela

vii

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Paulo Márcio Leal de Menezes, pela orientação, confiança, apoio,

incentivo durante a execução deste trabalho, e principalmente, pela amizade e o carinho que

transcende o tempo de tese e as paredes da UFRJ.

Ao IBGE/DGC/DERNA que me incentivou e liberou para o desenvolvimento desse

trabalho.

A Professora Ana Luiza Coelho Netto, incentivadora, amiga e responsável pela minha

formação acadêmica e pelo jeito de pensar a geografia como uma ciência una que congrega a

interpretação física e humana.

Ao professor André Avelar, um grande amigo e incentivador, que depois de

exaustivos dias de trabalho participou de papos informais decisivos para o início e

desenvolvimento da tese.

A professora Carla Madureira e todos os amigos do Laboratório Espaço, que se

demonstraram mais do que decisivos colaboradores, mas como grandes amigos sempre

prontos no auxilio nas horas de sufoco acadêmico e pessoal.

Ao professor Renato Guimarães e ao amigo Roberto Gomes (Beto). Dupla que

sempre participou e fomentou várias discussões que me fizeram evoluir sobre o jeito de

pensar os diferentes métodos de geração de modelos digitais de elevação.

A todos os amigos do GeoCart que sempre me apoiaram no desenvolvimento desse

trabalho, trocando experiências acadêmicas e fomentando o espírito de grupo que sempre foi

à marca registrada do nosso Laboratório de Cartografia: Carol, Mônica, Danielle, Alline,

Érika, Alcinda, Rodrigo (Bunitão), Bruno, Tata, Verônica, Tathi, Bruna, Adeline, Sampaio,

Adriany, Bussunda, André, Sirius, e todos os outros integrantes. Em especial ao meu “truta”

Leonardo, que mesmo nas suas raras fases de “passionalidade” sempre se mostrou como um

amigo pronto em qualquer momento.

Aos amigos do IBGE, Tia Inês, Rico, Babi, Rosi, Miriam, Collares, José Scarcello e

todos os outros que me deram bastante força e incentivo para a realização desse trabalho. Em

especial, Paulo Alves e Luciana Temponi, amigos sempre presentes nas conquistas e

solidários nos momentos de dificuldades.

viii

A Regina Cohen, colega de lutas antigas que sempre participa dos partos das teses.

Aos amigos do GEOHECO, principalmente Andresa e Nando, sempre prontos e

prestativos para qualquer tipo de ajuda.

Ao PPGG, IGEO, e ao Departamento de Geografia, agradecendo em especial a

Ildione e Nildete que sempre procuraram me auxiliar da melhor maneira possível em todos os

sentidos.

Aos amigos da Universidade Estácio de Sá – Petrópolis (funcionários, professores e

alunos) que sempre me apoiaram.

Aos meus pais que sempre se mostraram compreensíveis e dispostos a me incentivar e

estimular frente a todas as adversidades da minha vida acadêmica e confecção desse trabalho.

E a minha filhotinha Anabela, um estímulo para tudo na minha vida.

ix

RESUMO

As análises geoecológicas pautadas em geoprocessamento vêm sendo cada vez mais

utilizadas na busca da resolução das necessidades complexas e integrativas assumidas pelos

estudos ambientais. Entretanto, a partir do processo de elaboração de modelos conceituais

representativos da realidade, inerente a utilização do geoprocessamento, alguns

questionamentos surgem e necessitam de investigações científicas para serem solucionados.

Um destes é a não consideração da dimensionalidade dos dados e informações a serem

trabalhados, os quais não são avaliados a partir de observações em superfície real, podendo

mascarar a interpretação da estrutura, funcionalidade e dinâmica dos elementos geoecológicos

de uma paisagem.

Face ao exposto, o presente trabalho tem como finalidade desenvolver uma rotina de

obtenção de observações em superfície real de elementos planares e lineares, e aplicá–la em

estudos geoecológicos, criando condições para a realização de análises que levem em

consideração a superfície como um contínuo dotado de relevo. A rotina é definida a partir da

escolha do melhor método de geração de MDE (Modelo Digital de Elevação) para áreas de

relevo acidentado e de testes em formas geometricamente conhecidas. Após analisar o

comportamento desta rotina utilizando bases cartográficas de diferentes fontes e escalas, esta

foi aplicada na avaliação e/ou elaboração dos mapeamentos dos elementos estruturais e

funcionais, e nas resultantes analítica–integrativas do maciço da Tijuca – RJ na escala de

1:10.000.

Os resultados apontam para a definição da rotina de obtenção de observações em

superfície real a partir da geração de MDE baseados em grade irregular triangular através do

método de Delaunay com restrições, e utilização da extensão Surface Tools do software

ARCVIEW. A escala e qualidade das bases cartográficas a serem utilizadas também se

mostram como elementos de grande importância no estudo proposto. As diferenças obtidas

nas leituras geoecológicas em superfície real e planimétrica são bastante relevantes e permitem

a elaboração de distintos diagnósticos e prognósticos, que seguramente se apresentam mais

próximo da realidade se levado em consideração às observações em superfície real.

x

ABSTRACT

The geoecological analysis are based on geoprocessing have been used more

often to obtain resolutions of complex and integrative needs, concerning the environmental

studies. However, from the elaboration process of accepted models representatives of reality,

together with the application of geoprocessing, some doubts come up and they need to be

resolved through scientific investigations. One of these doubts is not to consider the dimension

of data and information to be used, which are not valuated from observations on real surface,

thus it can not interpret the structure, function and dynamics of geoecological elements of a

landscape correctly.

According to what was exposed, this paper has the purpose of developing a

routine to obtain observations on real surface of linear and plain elements and apply them to

geoecological studies, making it possible the accomplishment of analysis, considering the

surface as an unique relief. The routine is established from the choice of the best method of

development of DEM (Digital Elevation Model) in areas of irregular relief and also in tests of

geometrically known shapes. After analyzing the procedure of this routine using cartographic

basis of different sources and scales, it was applied to the valuation and/ or elaboration of

mapping of the structural and functional elements, and in analytic and integrative resultants of

massif of Tijuca – RJ on scale of 1: 10.000.

The results show a definition of a routine to obtain observations on real surface

from developing of DEM based on triangulated irregular network through Delaunay’s method

with restriction and using the extension Surface Tools of software ARCVIEW. The scale and

quality of cartographic basis are also important elements on this study. The differences noticed

on geoecological readings on real and plain surface are too relevant and allow the elaboration

of distinct diagnosis and prognosis, which are certainly more truthful, considering the

observations on real surface.

xi

SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO 1

1.1 – POSICIONAMENTO DO TRABALHO 1

1.2 – QUESTIONAMENTO DA PESQUISA 4

1.3 – OBJETIVOS 5

1.3.1 – OBJETIVO GERAL 6

1.3.2 – OBJETIVOS ESPECÍFICOS 6

1.4 – ESTRUTURAÇÃO DO TRABALHO 7

2 – PERSPECTIVAS ATUAIS DOS ESTUDOS AMBIENTAIS 9

2.1 – O GEOPROCESSAMENTO COMO FERRAMENTA EM ESTUDOS

GEOECOLÓGICOS: BASE TEÓRICA E CONCEITUAL

11

2.1.1 – GEOECOLOGIA 11

2.1.2 – GEOPROCESSAMENTO 15

3 – SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICA E MODELOS

DIGITAIS DE ELEVAÇÃO

21

3.1 – SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICA 21

3.1.1 – DEFINIÇÃO DE UM SIG 21

3.1.1.1 – ESTRUTURA E COMPONENTES DE UM SIG 25

3.2 – MODELOS DIGITAIS DE ELEVAÇÃO 30

3.2.1 – DEFINIÇÃO DE UM MDE 30

3.2.2 – BREVE HISTÓRICO 34

3.2.3 – OS MDE NOS SIG 34

3.2.4 – O PROCESSO DE MODELAGEM 36

3.2.4.1 – AMOSTRAGEM 37

3.2.4.2 – MODELAGEM 38

3.2.4.2.1 – MODELOS DE GRADE REGULAR 40

3.2.4.2.2 – MODELOS DE GRADE IRREGULAR TRIANGULAR 43

xii

3.2.4.3 – APLICAÇÕES

49

4 – POTENCIALIDADES E LIMITAÇÕES NO USO DE

GEOPROCESSAMENTO EM ESTUDOS GEOECOLÓGICOS

51

4.1 – A NATUREZA DOS DADOS GEOGRÁFICOS 52

4.1.1 – CARACTERÍSTICAS E TIPOS DE DADOS GEOGRÁFICOS 54

4.1.2 – REPRESENTAÇÃ DO RELEVO 59

4.1.2.1 – FORMAS DE REPRESENTAÇÃO DO RELEVO 60

4.2 – AVALIAÇÃO DE ALGUNS MÉTODOS DE ANÁLISE E

INTEGRAÇÃO

66

4.3 – UNIDADE SISTÊMICA DE ANÁLISE E INTEGRAÇÃO DOS DADOS

GEOGRÁFICOS

70

4.3.1 – A BACIA DE DRENAGEM COMO SISTEMA DE ANÁLISE

GEOECOLÓGICA

75

4.4 – MULTIESCALARIDADE DOS DADOS EM ESTUDOS

GEOECOLÓGICOS

81

5 – ÁREA DE ESTUDO 84

5.1 – LOCALIZAÇÃO E ASPECTOS GERAIS 85

5.2 – ELEMENTOS GEOBIOFÍSICOS 88

5.2.1 – CLIMA 88

5.2.2 – GEOLOGIA 89

5.2.3 – VEGETAÇÃO 90

5.3 – ELEMENTOS SÓCIO–CULTURAIS: HISTÓRICO DA OCUPAÇÃO 91

5.4 – DINÂMICA DA PAISAGEM 92

6 – MATERIAS E MÉTODOS 99

6.1 – LEVANTAMENTO E ELABORAÇÃO DOS ELEMENTOS BÁSICOS 99

6.2 – DEFINIÇÃO DA ROTINA DE OBTENÇÃO DE OBSERVAÇÕES EM

SUPERFÍCIE REAL

107

xiii

6.2.1 – AVALIAÇÃO DE MÉTODOS DE GERAÇÃO DE MDE 107

6.2.2 – VERIFICAÇÃO DO MELHOR MÉTODO DE GERAÇÃO DE MDE

PARA A REALIZAÇÃO DE OBSERVAÇÕES EM SUPERFÍCIE REAL

110

6.3 – ANÁLISE DA RELAÇÃO SUPERFÍCIE REAL X SUPERFÍCIE

PLANIMÉTRICA EM DIFERENTES ESCALAS

116

6.4 – AVALIAÇÃO DE OBSERVAÇÕES EM SUPERFÍCIE REAL PARA


117

6.4.1 – ELABORAÇÃO DOS ELEMENTOS PARA AS ANÁLISES

GEOECOLÓGICAS

117

6.4.1.1 – BASE CARTOGRÁFICA 117

6.4.1.2 – MODELO DIGITAL DE ELEVAÇÃO 119

6.4.1.3 – MAPAS DOS ELEMENTOS ESTRUTURAIS E FUNCIONAIS

119

6.4.1.4 – MAPAS DE RESULTANTES ANALÍTICA–INTEGRATIVAS

121

6.4.2 – APLICAÇÃO DA ROTINA DE OBTENÇÃO DE OBSERVAÇÕES

EM SUPERFÍCIE REAL

122

6.4.3 – AVALIAÇÃO FINAL DO TRABALHO 122

7 – DEFINIÇÃO DA ROTINA DE OBTENÇÃO DE OBSERVAÇÕES EM

SUPERFÍCIE REAL

123

7.1 – AVALIAÇÃO DE MÉTODOS DE GERAÇÃO DE MDE 124

7.2 – VERIFICAÇÃO DO MELHOR MÉTODO DE GERAÇÃO DE MDE

PARA A REALIZAÇÃO DE OBSERVAÇÕES EM SUPERFÍCIE REAL 139

7.2.1 – CÁLCULO DE ÁREA EM SUPERFÍCIE REAL 148

7.2.2 – CÁLCULO DE COMPRIMENTO EM SUPERFÍCIE REAL 171

xiv

8 – ANÁLISE DA RELAÇÃO SUPERFÍCIE REAL X SUPERFÍCIE

PLANIMÉTRICA EM DIFERENTES ESCALAS

182

8.1 – RELAÇÃO SUPERFÍCIE REAL X PLANIMÉTRICA EM ELEMENTOS

PLANARES

186

8.2 – RELAÇÃO SUPERFÍCIE REAL X PLANIMÉTRICA EM ELEMENTOS

LINEARES

197

9 – AVALIAÇÃO DE OBSERVAÇÕES EM SUPERFÍCIE REAL PARA


206

9.1 – RESULTANTE ANALÍTICA INTEGRATIVA DE ÍNDICE DE

EFICIÊNCIA DE DRENAGEM (IED)

207

9.2 – RESULTANTE ANALÍTICA INTEGRATIVA DE DINÂMICA DA

PAISAGEM

230

10 – CONCLUSÕES 244

10.1 – CONSIDERAÇÕES INICIAIS 244

10.2 – CONSIDERAÇÕES SOBRE A ROTINA PROPOSTA 245

10.3 – CONSIDERAÇÕES SOBRE A APLICAÇÃO DE OBSERVAÇÕES EM

SUPERFÍCIE REAL PARA ANÁLISE GEOECOLÓGICAS

247

10.4 – RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 249

11 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 252

xv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Representação da superfície real em cartas topográficas por curvas de nível

(Modificado de IBGE, 1997)

3

Figura 2 – Diferenciação de área e distância em superfície real e planimétrica na bacia

do alto rio Cachoeira – maciço da Tijuca/RJ

3

Figura 3 – Inter–relações assumidas em estudos geoecológicos 14

Figura 4 – Visualização tridimensional da vertente norte do maciço da Tijuca/RJ 17

Figura 5 – Imagem SPOT XS (1996) sobreposta a um MDE (FERNANDES, 1998) 17

Figura 6 – Composição colorida da Baía de Guanabara/RJ (imagem LANDSAT 7

ETM+, 2000)

18

Figura 7 – Inter–relacionamento das tecnologias envolvidas no geoprocessamento 19

Figura 8 – Estrutura básica de um SIG (Modificado de MARTIN, 1996) 26

Figura 9 – Componentes de um hardware 27

Figura 10 – Grupos funcionais que constituem o software de um SIG (Modificado de

BURROUGH & MCDONNELL, 1998)

28

Figura 11 – Componentes de software de um SIG (MENEZES, 2000) 28

Figura 12 – Relacionamento existente em um ambiente organizacional (Modificado de

MEDYCKYJ–SCOTT & HEARNSHAW, 1993)

30

Figura 13 – Representação de um MDE no sistema de coordenadas x, y e z 31

Figura 14 – Representações computacionais para um MDE 33

Figura 15 – Utilização isolada e combinada de um MDE em um SIG 35

Figura 16 – Etapas do processo de modelagem digital de elevação 36

Figura 17 – Super e sub–amostragem de dados para a construção de um MDE 37

Figura 18 – Tipos de grades para a construção de MDE 39

Figura 19 – Representação matricial de uma grade regular quadrado (a) e sua

superfície tridimensional (b)

40

Figura 20 – Curva polinomial ajustada para representar a variação de um conjunto de

amostras: (a) linear e (b) ordem maior (FELGUEIRAS, 1999)

41

Figura 21 – Representação matricial de um TIN (a) e sua superfície tridimensional (b) 43

xvi

Figura 22 – Estrutura dual por meio de polígonos de Voronoi 45

Figura 23 – Critério do circuncírculo para a geração da triangulação de Delaunay 45

Figura 24 – Eliminação de triângulos horizontais (Modificado de FELGUEIRAS,

1999)

47

Figura 25 – Transformação da triangulação de Delaunay de (a) para (b) para manter

as características topográficas

47

Figura 26 – Diferentes triangulações utilizando diferentes linhas de quebra (Modificado

de BERG et al., 2000)

48

Figura 27 – Esquema de um modelo conceitual de análise (Modificado de

BERNHARDSEN, 1999)

52

Figura 28 – Diferença entre dado e informação 53

Figura 29 – Classes e dimensionalidades dos objetos espaciais 54

Figura 30 – Propriedades dos objetos geográficos (MENEZES, 2000) 55

Figura 31 – Estruturas de representação em um SIG 56

Figura 32 – Delimitação de uma bacia de drenagem, alguns divisores de água e

drenagem (modificado de Fernandes, 1995)

59

Figura 33 – Representações qualitativas do relevo 61

Figura 34 – Representações quantitativa do relevo 62

Figura 35 – Representação de feições topográficas (metros) em uma carta na escala

de 1:50.000

63

Figura 36 – feições pontuais de representação do relevo 63

Figura 37 – Planos de construção de curva de nível 64

Figura 38 – Representação do desnível geoidal (Modificado de MENEZES, 1996)

64

Figura 39 – Visão do usuário para o mapa (MENEZES, 1996) 65

Figura 40 – Vistas de formas topográficas e suas representações por curvas de nível

(Modificado de IBGE, 1997)

67

Figura 41 – Modelo de estrutura de operacionalização de análise geoecológica 69

xvii

Figura 42 – Bacias de drenagem como unidades sistêmicas no maciço da Tijuca/RJ 73

Figura 43 – Diferentes recorte de unidades sistêmicas no maciço da Tijuca/RJ: bacias

de drenagem e bairros

74

Figura 44 – Exemplo de bacia principal (paisagem) e suas sub–bacias (subsistemas)

interconectadas

76

Figura 45 – Modelo de sistema fluvial – modificado de CHORLEY & SCHUMM

(1984)

77

Figura 46 – Exemplo de ocupação em encostas modificando o comportamento

hidrológico

80

Figura 47 – Movimentos de massa ocorridos em 1996 na vertente de Jacarepaguá 80

Figura 48 – Atuação de fenômenos externos em uma paisagem 82

Figura 49 – Fenômenos geográficos operantes em diferentes escalas de percepção 83

Figura 50 – Visão em perspectiva do maciço da Tijuca 84

Figura 51 – Mapa de localização da cidade do Rio de Janeiro e seus compartimentos

geomorfológicos

85

Figura 52 – Mapa hipsométrico do maciço da Tijuca e adjacências (FERNANDES,

1998)

86

Figura 53 – Localização dos subsistemas hidrográficos do maciço da Tijuca 87

Figura 54 – Histograma de total médio mensal da estação Capela Mayrink (1976–

1989) (FERNANDES, 1998)

88

Figura 55 – Perfil geológico ao longo da serra da Carioca (Modificado de PIRES et

al.,1989)

89

Figura 56 – Mapa de localização dos setores do PARNA Tijuca/IBAMA–RJ 90

Figura 57 – Mapa de atuação dos vetores de transformação sobre o maciço da Tijuca

(Modificado de FERNANDES & COELHO NETTO, 1999)

93

Figura 58 – Mapa da distribuição média anual de precipitação no maciço da Tijuca

(Modificado de FERNANDES, 1998)

94

Figura 59 – Mapa qualitativo da poluição do ar no maciço da Tijuca e adjacências

(Modificado de FERNANDES & COELHO NETTO, 1999)

95

xviii

Figura 60 – Mapa da Potencialidade de ocorrência de queimadas no maciço da

Tijuca (Modificado de FERNANDES, 1998)

96

Figura 61 – Mapa de evolução da ocupação por favelas no maciço da Tijuca e

adjacências

97

Figura 62 – Mapa de transformação do uso e cobertura do solo no maciço da Tijuca

(1966–1990) (Modificado de FERNANDES, 1998)

98

Figura 63 – Articulação das folhas utilizadas no trabalho 101

Figura 64 – Georreferenciamento dos arquivos raster 103

Figura 65 – Vetorização semi–automática dos arquivos raster 103

Figura 66 – Processos de edição gráfica utilizados 104

Figura 67 – Ligação das feições criadas com seus atributos 104

Figura 68 – Procedimentos utilizados na confecção das bases 105

Figura 69 – Problemas detectados nas bases fontes 106

Figura 70 – Feições relevantes utilizadas no processo de modelagem da bacia do

Quitite/Papagaio

109

Figura 71 – Feições relevantes utilizadas no processo de modelagem da bacia do rio

Carioca

110

Figura 72 – Modelos utilizados para a verificação das observações em superfície real 111

Figura 73 – Representação planimétrica dos modelos em diferentes escalas 112

Figura 74 – Observações comparadas em superfície real e planimétrica 113

Figura 75 – Observações comparadas em superfície real e planimétrica 115

Figura 76 – Fluxograma da metodologia para a avaliação de observações em

superfície real para análises geoecológicas

118

Figura 77 – Gráfico dos erros médios dos métodos de modelagem 127

Figura 78 – Localização dos pontos de controle na bacia do Quitite/Papagaio e

adjacências

127

Figura 79 – Gráfico das diferenças (erros) em metros dos pontos de controle para os

pontos obtidos através dos métodos de modelagem

128

xix

Figura 80 – Gráfico das diferenças (erros) em metros dos pontos de controle para os

pontos obtidos através dos métodos de Delaunay com restrições e TOPOGRID

129

Figura 81 – Identificação dos desempenhos dos pontos de controle da bacia do

Quitite/Papagaio

131

Figura 82 – Gráfico de erro médio na conversão de grades de MDE 132

Figura 83 – Localização dos pontos de controle na bacia do rio Carioca 133

Figura 84 – Vista tri–dimensional da bacia do rio Carioca 134

Figura 85 – Gráfico de erro médio percentual dos métodos de interpolação 135

Figura 86 – Gráfico de erro médio em metros dos métodos de interpolação 135

Figura 87 – Gráfico de ineficácia de cada método de interpolação para os pontos de

controle

136

Figura 88 – Gráfico do percentual de erro por classe de cada método de interpolação

137

Figura 89 – Gráfico de erro em metros de cada método de interpolação 138

Figura 90 – Diferentes representações de dados gráficos: matricial e vetorial 140

Figura 91 – Diferença de valores de áreas utilizando diferentes representações de

dados

140

Figura 92 – Gráficos do percentual de erro no cálculo de área planimétrica para cada

estrutura de dados utilizados

142

Figura 93 – Conversão de MDE baseados em GRID para TIN (JENNESS, 2001b)

143

Figura 94 – Corte dos triângulos gerados pela área da célula (JENNESS, 2001b) 144

Figura 95 – Cálculo de distância (comprimento) em superfície real 145

Figura 96 – Fórmula derivada de cálculo de área em superfície real (JENNESS,

2001b)

145

Figura 97 – Perdas em área de borda na conversão de MDE baseados em GRID

para TIN

146

Figura 98 – Gráfico de comparação de área planimétrica x área de superfície

calculado geometricamente

148

xx

Figura 99 – Área planimétrica e de superfície das formas geométricas utilizadas 149

Figura 100 – Gráficos de erro percentual de área de superfície real obtida pela rotina

proposta e geometricamente calculada (área total)

151

Figura 101 – Gráficos da relação área de superfície x área planimétrica obtidas pela

rotina proposta

152

Figura 102 – Erros em m2 de área de superfície obtida pela rotina proposta e

geometricamente calculada para a área total

153

Figura 103 – Exemplo de corte de MDE para polígono definido por linha de quebra

154

Figura 104 – Representações planimétricas e tridimensionais dos polígonos definidos

por linhas de quebra

155


proposta e geometricamente calculada (polígonos definidos por linhas de quebra)

157

Figura 106 – Erros em m2 da área de superfície obtida pela soma dos polígonos

definidos por linhas de quebra através da rotina proposta em relação à área

geometricamente calculada

158

Figura 107 – Gráficos de razão das áreas de superfície totais e soma das áreas dos

polígonos formados por linhas de quebra (calculadas pela rotina proposta)

159

Figura 108 – Exemplo de polígonos definidos ou não por linhas de quebra 160

Figura 109 – Re–triangulação assumida para cálculo de área de superfície de

polígonos não definidos por linhas de quebra

161

Figura 110 – Representações planimétricas e tridimensionais dos polígonos não

definidos por linhas de quebra

162


proposta e geometricamente calculada (polígonos não definidos por linhas de quebra)

163

Figura 112 – Gráficos de comparação da razão da soma da área de superfície dos

polígonos definidos ou não por linhas de quebra com a área de superfície total

165

Figura 113 – Figura esquemática do funcionamento do algoritmo de Monte Carlo

(PAES et al., 2002)

166

xxi

Figura 114 – Esquema do funcionamento do cálculo de área de superfície utilizando a

rotina TINxGRID

167

Figura 115 – Representação planimétrica e de superfície dos polígonos analisados na

bacia do alto rio da Cachoeira

168

Figura 116 – Gráfico comparativo das diferentes rotinas para cálculo de área de

superfície de polígonos não definidos por linhas de quebra

169

Figura 117 – Erros em m2 da área de superfície obtida pela soma dos polígonos não

definidos por linhas de quebra através da rotina proposta em relação à área

geometricamente calculada

170

Figura 118 – Representação planimétrica e de superfície das feições lineares utilizadas

que caracterizam linhas de quebra

172

Figura 119 – Gráfico de comparação comprimento planimétrico x comprimento de

superfície calculada geometricamente

173

Figura 120 – Gráficos de erro percentual de comprimento de superfície obtido pela

rotina proposta e geometricamente calculada (feições lineares que caracterizam linhas

de quebra)

175

Figura 121 – Erros em m do comprimento de superfície obtido de feições lineares que

caracterizam linhas de quebra através da rotina proposta em relação ao comprimento

geometricamente calculado

176

Figura 122 – Gráficos de comparação comprimento planimétrico x comprimento de

superfície calculado pela rotina proposta para feições lineares que caracterizam linhas

de quebra

177

Figura 123 – Gráficos de comparação comprimento planimétrico x comprimento de

superfície calculado pela rotina proposta para feições lineares que não caracterizam

linhas de quebra

179

Figura 124 – Representação planimétrica e de superfície das feições lineares utilizadas

que não caracterizam linhas de quebra

180

Figura 125 – Valores de elevação em vértices de diferentes modelos TIN baseados

em diferentes escalas de amostragem de dados

181

xxii

Figura 126 – Estruturação de alguns elementos planares e lineares em superfície real 182

Figura 127 – Diferentes características das bases cartográficas utilizadas em uma

mesma área

183

Figura 128 – Diferentes disposições espaciais dos elementos utilizados nas diferentes

bases cartográficas

185

Figura 129 – Representação planimétrica e tridimensional da bacia do rio Carioca 187

Figura 130 – Gráfico da diferença da relação área de superfície real e planimétrica da

área da bacia do rio Carioca

187

Figura 131 – Distribuição dos pontos cotados e drenagem nas bases MT_1:50.000 e

MT_1:10.000_GEOHECO

189

Figura 132 – Gráfico da diferença da relação área de superfície real e planimétrica da

área do maciço da Tijuca

190

Figura 133 – Representação planimétrica e tridimensional de favelas na bacia do rio

Carioca

191

Figura 134 – Gráfico da diferença da relação área de superfície real e planimétrica das

favelas da bacia do rio Carioca

191

Figura 135 – Favelas da bacia do rio Carioca utilizadas para a análise 192

Figura 136 – Gráfico da diferença da relação área de superfície real e planimétrica

para cada favela da bacia do rio Carioca analisada

192

Figura 137 – Gráfico da diferença da relação área de superfície real e planimétrica das

favelas do maciço da Tijuca

193

Figura 138 – Representação planimétrica e tridimensional da favela Morro da Formiga

195

Figura 139 – Gráfico da diferença da relação densidade demográfica da favela Morro

da Formiga calculada com área de superfície e planimétrica

195

Figura 140 – Gráfico da diferença da relação densidade demográfica de algumas

favelas calculada com área de superfície real e planimétrica

196

Figura 141 – Representação planimétrica e tridimensional da drenagem na bacia do

rio Carioca

198

xxiii

Figura 142 – Gráfico da diferença da relação comprimento de superfície real e

planimétrica da drenagem na bacia do rio Carioca

198


planimétrica da drenagem no maciço da Tijuca .

199

Figura 144 – Visualização de alguns trechos de drenagem analisados 200

Figura 145 – Gráfico das diferenças de comprimento em superfície real de segmentos

de drenagem obtidas pelas bases BC_1:2.000 e MT_1:10.000_IPP

200

Figura 146 – Representação planimétrica e tridimensional do sistema viário na bacia

do rio Carioca

201


planimétrica da drenagem na bacia do rio Carioca

202


planimétrica da drenagem no maciço da Tijuca

202

Figura 149 – Diferentes representações planimétricas do sistema viário em diferentes

bases cartográficas

203

Figura 150 – Diferentes representações tridimensionais do sistema viário e cortes de

encostas utilizando diferentes bases cartográficas

204

Figura 151 – Gráfico das diferenças de comprimento em superfície real de segmentos

de sistema viário obtidas pelas bases BC_1:2.000 e MT_1:10.000_IPP

205

Figura 152 – Diferença de observações utilizando superfície real e planimétrica na

bacia do alto rio Cachoeira, maciço da Tijuca – RJ

208

Figura 153 – Mapa de localização das bacias de 2ª ordem do maciço da Tijuca 210

Figura 154 – Mapa de gradiente topográfico das bacias de 2ª ordem do maciço da

Tijuca

211

Figura 155 – Mapa de compartimentos topográficos das bacias de 2ª ordem do

maciço da Tijuca

212

Figura 156 – Outlet e ponto de maior altitude não contemplados por valores

altimétricos

213

xxiv

Figura 157 – Gráfico dos valores de comprimento total da drenagem em superfície

real e planimétrica

215

Figura 158 – Gráfico da diferença percentual dos valores de comprimento da

drenagem em superfície real e planimétrica por bacia de 2ª ordem

215

Figura 159 – Mapa de diferença percentual dos valores de comprimento da drenagem

em superfície real e planimétrica por bacia de 2ª ordem do maciço da Tijuca

216

Figura 160 – Gráfico dos valores de área total das bacias de 2ª ordem em superfície

real e planimétrica

217

Figura 161 – Gráfico da diferença percentual dos valores de área em superfície real e

planimétrica por bacia de 2ª ordem

217

Figura 162 – Mapa de diferença percentual dos valores de área em superfície real e

planimétrica por bacia de 2ª ordem do maciço da Tijuca

218

Figura 163 – Gráfico dos valores médios de densidade de drenagem das bacias de 2ª

ordem em superfície real e planimétrica

220

Figura 164 – Gráfico da diferença percentual dos valores de densidade de drenagem

em superfície real e planimétrica por bacia de 2ª ordem

220

Figura 165 – Mapa de diferença percentual dos valores de densidade de drenagem

em superfície real e planimétrica por bacia de 2ª ordemdo maciço da Tijuca

221

Figura 166 – Mapa de densidade de drenagem em superfície planimétrica por bacia

de 2ª ordem do maciço da Tijuca

222

Figura 167 – Mapa de densidade de drenagem em superfície real por bacia de 2ª

ordem do maciço da Tijuca

223

Figura 168 – Gráfico da distribuição de classes de densidade de drenagem em

superfície real e planimétrica

224

Figura 169 – Gráfico dos valores médios de índice de eficiência de drenagem das

bacias de 2ª ordem em superfície real e planimétrica

226

xxv

Figura 170 – Gráfico da diferença percentual dos valores de densidade de drenagem

em superfície real e planimétrica por bacia de 2ª ordem

226

Figura 171 – Mapa de diferença percentual dos valores índice de eficiência de

drenagem superfície real e planimétrica por bacia de 2ª ordem do maciço da Tijuca

227

Figura 172 – Mapa de índice de eficiência de drenagem em superfície planimétrica por

bacia de 2ª ordem do maciço da Tijuca

228

Figura 173 – Mapa de índice de eficiência de drenagem em superfície real por bacia

de 2ª ordem do maciço da Tijuca

229

Figura 174 – Gráfico da distribuição de classes de índice de eficiência de drenagem

em superfície real e planimétrica

230

Figura 175 – Leitura de uma área de afloramento rochoso em superfície real e

planimétrica

231

Figura 176 – Aglutinação de classes realizadas nos mapas de uso e cobertura do solo

(1972 – 1996)

232

Figura 177 – Mapa de uso e cobertura do solo do maciço da Tijuca em 1972 233

Figura 178 – Mapa de uso e cobertura do solo do maciço da Tijuca em 1996 234

Figura 179 – Gráfico da distribuição das classes de uso e cobertura do solo em

superfície real e planimétrica e suas diferenças em km2 (1972)

235

Figura 180 – Gráfico da distribuição das classes de uso e cobertura do solo em

superfície real e planimétrica e suas diferenças em km2 (1996)

235

Figura 181 – Gráfico de distribuição da variação percentual das observações em

superfície real e planimétrica das classes de uso e cobertura do solo (1972)

237


superfície real e planimétrica das classes de uso e cobertura do solo (1996)

237

Figura 183 – Aglutinação de classes realizadas no mapa de dinâmica da paisagem

para gerar o mapa de dinâmica florestal

240

Figura 184 – Gráfico da distribuição das classes de dinâmica florestal em superfície

real e planimétrica e suas diferenças em km2

241

xxvi


superfície real e planimétrica das classes d dinâmica florestal

241

Figura 186 – Mapa de dinâmica florestal do maciço da Tijuca 242

Figura 187 – Taxa de retração florestal no maciço da Tijuca em superfície real e

planimétrica

243

xxvii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Algumas definições de SIG existente na literatura 22

Tabela 2 – Vantagens e desvantagens das estruturas matricial e vetorial (Modificado

de BURROUGH & MCDONNELL, 1998)

57

Tabela 3 – Aspectos referentes a qualidade dos dados (Modificado de PINA, 1994)

58

Tabela 4 – Padrão de eqüidistância de curvas de nível por escala 65

Tabela 5 – Características das bases cartográficas utilizadas 100

Tabela 6 – Tamanhos de grid considerados para cada escala 115

Tabela 7 – Áreas, elementos e bases cartográficas utilizadas para a análise da relação

superfície real x superfície planimétrica

116

Tabela 8 – Características das fotografias aéreas utilizadas por GEOHECO (2000)

120

Tabela 9 – Comparação de modelos de grade para a geração de MDE 125

Tabela 10 – Diferenças (erros) em metros dos pontos de controle para os pontos

obtidos através dos métodos de modelagem

129

Tabela 11 – Diferenças das mensurações dos MDE gerados pelo TOPOGRID e

Delaunay com restrições

131

Tabela 12 – Sigla empregadas para identificar cada MDE 148

Tabela 13 – Valores de população, área e densidade populacional de algumas favelas

do maciço da Tijuca e diferenças a partir de observações em superfície real e

planimétrica

196

Tabela 14 – Classes de dinâmica de uso e cobertura do solo e seus totais de área em

superfície planimétrica, real e diferenças entre essas observações

238

xxviii

LISTA DE FÓRMULAS

Fórmula 1 – Formulação geral de média móvel 42

Fórmula 2 – Formulação geral da krigagem 42

Fórmula 3 – Fórmula de ajuste linear 49

Fórmula 4 – Fórmula de ajuste quíntico 49

Fórmula 5 – Fórmula de definição do espaçamento das curvas de nível na

representação planimétrica das formas geométricas

113

Fórmula 6 – Fórmula para o cálculo do gradiente topográfico 119

Fórmula 7 – Fórmula para o cálculo da densidade de drenagem 120

Fórmula 8 – Fórmula para o cálculo do índice de eficiência de drenagem 121

Fórmula 9 – Fórmula do teorema de Pitágoras 145

Fórmula 10 – Fórmula derivada de cálculo de área em superfície real (JENNESS,

2001b)

145

Fórmula 11 – Fórmula derivada do método de Monte Carlo para cálculo de área em

superfície real (PAES et al., 2002)

166

Fórmula 12 – Fórmula de cálculo de área de superfície real para cada célula através

da rotina TINxGRID

167

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