Geoprocessamento Aula Teorica

GEOPROCESSAMENTO: TEORIAGEOPROCESSAMENTO: TEORIA

PGTPGT--042 042 –– Tópicos Especiais II Tópicos Especiais II GeoprocessamentoGeoprocessamento

Profa. Simone R. Freitas

Email: [email protected]

Aula TeóricaAula Teórica

Sistemas de informações geográficas Sistemas de informações geográficas (SIG): (SIG): o que é, imagens vetoriais e o que é, imagens vetoriais e rasterraster

Conceitos básicos de cartografia: Conceitos básicos de cartografia: geóide, geóide, elipsóide, elipsóide, datumdatum e sistema de coordenadas e sistema de coordenadas ((latlonglatlong e UTM); escala; sistemas de e UTM); escala; sistemas de projeção; representação cartográfica; fonte de projeção; representação cartográfica; fonte de informações cartográficas; as informações informações cartográficas; as informações que não podem deixar de entrar em um que não podem deixar de entrar em um mapa.mapa.

IntroduçãoIntrodução CartografiaCartografia Sensoriamento RemotoSensoriamento RemotoSIGSIG GPSGPS

Sistemas de Informações Sistemas de Informações Geográficas (SIG ou GIS)Geográficas (SIG ou GIS)

SIG são ferramentas usadas para visualizarpadrões espaciais, organizar e integrar

informações sobre uma área, e analisar dados para responder questões que dependem da

localização e distribuição dos dados no espaço.


Gergel & Turner. 2002. Learning Landscape Ecology. Springer

SIGSIG


190000 195000 200000 205000 210000 215000 220000 225000 230000 235000 240000 245000

75

85

00

07

59

00

00

75

95

00

076

00

00

07

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500

07

61

000

07

61

50

00

76

20

00

07

62

50

00

Mapeamento realizado em escala 1:30.000

−

Mapeamento baseado em fotografias aéreas em escala 1:20.000obtidas em 2001

Projeção Universal Tranversa

de MercatorDatum SAD69

Quilômetros

0 5

Produzido por:

Agosto/2006

Legenda

P. E. Vassununga

Cultura de cana-de-açúcar

Área natural alagável

Pequenas propriedades rurais

Instalações industriais

Áreas de mineraçãoDepósitos de lixo

Silvicultura

Cultura de laranja

Pastagem

Corpos d'água

Área urbanizada

Vegetação naturalherbácea

Floresta ribeirinha

Solo exposto

Vegetação natural arbórea

E. E. Luís Antonio

Limite da área de estudo

RodoviasHidrografia

E. Ec. Jataí

E. E. Santa Rita

ribei

rão

das

Cab

ece

iras

SP

- 3

18

rib

eir

ão

da

s A

rara

s

rio d

o Q

uilo

mbo

rio MogiGuaçú

SP - 330

SP

- 3

28

rio Claro

córrego das Pedras

ribeirão das Pombas

SP - 253

SP

- 330

SP - 253

SP

- 2

55

rio Mogi Guaçú

SIGSIG


Rio Mogi Guaçú

Rio

Be

bedo

uro

Rio ClaroRio do Quilombo

Ribeirão Vaçununga

Córrego Cafundó

Córre

go S

ão Jo

ão

Córrego das Pedras

Ribeirão das Pombas

Córrego do Ja

taí

Ribeirão do Pântano

Cór

rego

Pau

licéi

a

Ribeirão da Onça

210000 215000 220000 225000 230000 235000 240000 245000

75

85

00

07

59

00

00

75

95

00

07

60

00

00

76

05

00

07

61

00

00

76

15

00

0

Rodovia asfaltada

Estrada de terra

Linhão de transmissãode energia elétrica

Estrada de terra(caminho IBGE)

Limite de 10 Km a partir do P. E. VassunungaE. E. Luis Antônio

E. E. Santa Rita

E. Ec. Jataí

P. E. Vassununga

−Mapeamento baseado em fotografias aéreas em escala 1:20.000obtidas em 2001

Projeção Universal Tranversa

de MercatorDatum SAD69

Quilômetros

0 5

Altitude

920 - 940

900 - 920

880 - 900

860 - 880

840 - 860

820 - 840

800 - 820

780 - 800

760 - 780

740 - 760

720 - 740

700 - 720

680 - 700

660 - 680

640 - 660

620 - 640

600 - 620

580 - 600

560 - 580

540 - 560

520 - 540

500 - 520

480 - 500

460 - 480

440 - 460

Produzido por:

Setembro/2006

Vários planos de informação – UC, relevo, hidrografia, estradas, linhão

SIG pode ser usado para questões como...SIG pode ser usado para questões como...

1. Qual a área total das UCs distantes 100 m dos rios?2. Qual o comprimento total das estradas que

interceptam a área de vida de certa espécie?3. Qual a área e a distância entre fragmentos florestais

de uma certa área?4. Qual a distância da área de mata contínua mais

próxima de certo fragmento florestal?5. Qual a área desmatada de Mata Atlântica entre 2000

e 2005?


Como fazer os mapasComo fazer os mapasCartografia Digital

• CADs: softwares para produção de desenhos técnicos e mapas. Ex.

AutoCAD, AutoCAD Map; gratuitos: GPS TrackMaker,

MapMaker.

• SIGs (Sistemas de Informações Geográficas): softwares

para produção de mapas e análise espacial. Ex. ArcGIS, MapInfo,

Maptitude, Idrisi; gratuitos: SPRING, TerraView, Quantum GIS.

• Específicos: softwares para produção de mapas de distribuição.

Ex. Fishmap, SURFER, DMAP, GARP (gratuito).


Tipos de dados: Vetor x Tipos de dados: Vetor x RasterRasterMAPA BASE

VETOR MATRIZ

CampoFloresta

Lago


Dado VetorialDado Vetorial


MAPA BASE

VETOR MATRIZ

CampoFloresta

Lago

Elementos vetoriais:- Pontos- Linhas- Polígonos

RasterRaster (ex. Imagem de Satélite)(ex. Imagem de Satélite)

Tons de cinza Níveis de cinza ou digital numbers


RasterRaster: Resolução : Resolução RadiométricaRadiométrica

Resolução = 2 bits



(ampliada)


(ampliada)


Fonte: SPACEIMAGING (2002)

4 tons de cinza 65.536tons de cinza

RasterRaster: Resolução Espacial: Resolução EspacialCBERS/WFICBERS/WFI09/04/2000

Resolução 260m

LandsatLandsat 7 ETM+7 ETM+05/08/1999Resol. 30m

IKONOSIKONOS20/08/2000

Resolução 4m


Resolução TemporalResolução Temporal


Raios-X

UltravioletaVisível

Micro-ondasOndas de Rádio

Comprimento de onda (em metros)

Raios Gama Infravermelho

RasterRaster: : Resolução Resolução EspectralEspectral

Faixas do espectro eletromagnéticoFaixas do espectro eletromagnético

Onde adquirir a base cartográfica?Onde adquirir a base cartográfica?• IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística): responsável pelo mapeamento sistemático de todo o território nacional em escalas pequenas (1:25.000 e menores)

• DSG (Diretoria de Serviço Geográfico do Exército): divide com o IBGE a responsabilidade pelo mapeamento sistemático

• DHN (Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha): responsável pela geração de cartas náuticas

• ICA (Instituto de Cartografia Aeronáutica): responsável pela geração de cartas aeronáuticas

• INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais): responsável pela aquisição e distribuição de imagens de satélite Landsat e CBERS

• Prefeituras: responsáveis pelo levantamento cadastral dos municípios (escalas maiores que 1:25.000).


Onde adquirir a base cartográfica?Onde adquirir a base cartográfica?

Mapoteca Topográfica Digital• Cartas topográficas escaneadas (escalas 1:50.000,

1:100.000, 1:250.000, 1:1.000.000 e 1:5.000.000): hipsografia, hidrografia, localidades, sistema viário, limites, obras e edificações, pontos de referência e vegetação.

• Os arquivos em formatos raster (formato RLE e TIFF) e vetorial (formatos DGN, DXF e ARC-INFO).

No site do IBGE é possível baixar mapas digitais!http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/default_prod.shtm#TOPO


Como construir ou atualizar a base Como construir ou atualizar a base cartográfica?cartográfica?

MAPEAMENTO DIGITAL:

• Sistemas de Informações Geográficas (SIG)

• Digitalização de dados (teclado, mesa digitalizadora ou scanner)

• Sensoriamento Remoto

• Sistema de Posicionamento Global (GPS)


Carta TopográficaCarta Topográfica

IntroduçãoIntrodução CartografiaCartografia Sensoriamento RemotoSensoriamento Remoto MapeamentoMapeamentoGPSGPS

O geóide e o elipsóideO geóide e o elipsóide

Superfície do Elipsóide

Superfície do Geóide

Superfície Topográfica

Superfícies Terrestres

GEÓIDE = superfície equipotencial do campo da gravidade terrestre que mais se aproxima do nível médio dos mares (Robinson et al., 1995)

ELIPSÓIDE DE REVOLUÇÃO = figura geométrica regular, matematicamente definida, semelhante ao geóide, gerada pela rotação de uma elipse em torno do eixo dos pólos (IBGE, 1999)


O geóide e o elipsóideO geóide e o elipsóide

IntroduçãoIntrodução CartografiaCartografia

Geóide

Elipsóide ajustado

localmente

Área de melhor ajuste

Sensoriamento RemotoSensoriamento RemotoSIGSIG GPSGPS

Sistema Geodésico e Sistema Geodésico e DatumDatum

Elipsóide com melhor ajuste regionalmente

Geóide

Elipsóide médio da Terra globalmente



• SISTEMA GEODÉSICO (ou datumgeodésico) = elipsóide de referência

definido pela forma e tamanho deste e sua

posição em relação ao geóide

• Brasil: SAD69

• Mundo: WGS84


Geóide

Elipsóide ajustado

localmente

Área de melhor ajuste


SAD69DATUM PLANIMÉTRICO = origem das coordenadas

horizontais, tendo como base o elipsóide.

• Brasil: Vértice Chuá (MG)

DATUM VERTICAL = origem das coordenadas verticais para todas as observações altimétricas, tendo como base o geóide.

• Brasil: Porto de Imbituba (SC), exceto Amapá; Porto de Santana (AP), para o Amapá.


Sistema GeodésicoSistema Geodésico

Elipsóide com melhor ajuste regionalmente

Geóide

Elipsóide médio da Terra globalmente

SAD69SAD69

WGS84WGS84


A importância do A importância do datumdatum no no georrefereciamentogeorrefereciamento

• No GPS, o datum geodésico deve ser definido na configuração do sistema, para que as coordenadas obtidas sejam comparáveis às de cartas topográficas

• As cartas topográficas do IBGE e do Exército, dependendo do ano de sua produção, podem ter como datum SAD69 ou Córrego Alegre.

• Datum diferente � Elipsóides de referência diferentes � Coordenadas não comparáveis !

Ex. O mesmo ponto com coordenadas referenciadas pelos sistemas Córrego Alegre e SAD69 podem diferir cerca de 10 a 80 metros.


Sistema de coordenadasSistema de coordenadasExpressa a posição de pontos sobre uma

superfície.

1.1. Sistemas de Coordenadas GeográficasSistemas de Coordenadas Geográficas: considera-se que qualquer ponto na superfície terrestre dista igualmente do centro da esferaLatitude/LongitudeLatitude/Longitude: graus, minutos, segundos: graus, minutos, segundos

2.2. Sistemas de Coordenadas PlanasSistemas de Coordenadas Planas: a posição de um ponto qualquer é definida através de um par de coordenadas (x, y)UTMUTM: metros: metros


Sistema de coordenadas geográficasSistema de coordenadas geográficas

Meridiano Origem

Equador

φ +

λ +

φ −

λ −

φ −

λ +

φ +

λ −Paralelo

Origem (0o)

Greenwich (0o)

MERIDIANOS são círculos máximos que cortam a Terra em duas partes iguais de pólo a pólo

PARALELOSsão círculos que cruzam os meridianos perpendicularmente


http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Placa_aqui_passa_tropico_capricornio_REFON_.jpg

Indicação do Trópico de Capricórnio (latitude 23º26’16” S) na rodovia SP-255, próximo a Itaí, estado de São Paulo


Meridiano Origem

Equador

φ +

λ +

φ −

λ −

φ −

λ +

φ +

λ −Paralelo

Origem (0o)

Greenwich (0o)

LATITUDE GEOGRÁFICA (Ф): distância angular entre um ponto qualquer da superfície terrestre e a linha do Equador

LONGITUDE GEOGRÁFICA (λ): distância angular entre um ponto qualquer da superfície terrestre e o meridiano de origem (Greenwich)

Latitude + �� sentido do pólo Norte

Latitude - �� sentido do pólo Sul

Longitude +sentido Leste

Longitude –sentido Oeste

Ex. UFABCLat = 23°38’45”S

Long = 46°31’40”W


Ex. UFABCLat = -23,645782

Long = -46,527700


Latitude + �� sentido do pólo Norte

Latitude - �� sentido do pólo Sul

Longitude +sentido Leste

Longitude –sentido Oeste


Greenwich (0o)

Meridiano Origem

Paralelo Origem (0o)

Equador

Sistemas de Coordenadas Planas Sistemas de Coordenadas Planas ou Projetadas (p.ex. UTM)ou Projetadas (p.ex. UTM)

A posição de um ponto qualquer é definida através de um par de

coordenadas (x, y)

Estas coordenadas planas são relacionadas matematicamente às coordenadas geográficas,

assim podem ser convertidas entre si

Sistema 3D: z = componente perpendicular ao x e y. Ex.: cotas altimétricas, profundidades


Ex. UFABCx = 344.181m E y = 7.384.156m S

EscalaEscalaRelação entre a medida de um elemento representado no

mapa e sua medida no mundo real

E = d/Donde: d = um comprimento tomado no mapa

D = um comprimento tomado no terreno

1010.0001.000.00011:1.000.000

11.000100.00011:100.000

0,550050.00011:50.000

D (km)D (m)D (cm)d (cm)Escala


EscalaEscala

Escala gráfica

Escala numérica


EscalaEscalaEscala cartográfica: fração, quanto maior o denominador,

menor é a escala e menores são os detalhes contidos no mapa

Escalas ecológica ou geográfica: foca o objeto de estudo, quanto menor a escala, maiores são os detalhes

Menor detalhe (p.ex. 1:50.000)Escala cartográfica menor

Escala ecológica maior

Maior detalhe (p.ex. 1:20.000)Escala cartográfica maiorEscala ecológica menor

(modificado de MELHORAMENTOS, 1998)


EscalaEscalaGrande

Pequena

ESCALAECOLÓGICA

OUGEOGRÁFICA

ESCALACARTOGRÁFICA


Área que o mapa

engloba

detalhe, zoom

Erro e Precisão GráficaErro e Precisão Gráfica

ERRO GRÁFICO = menor unidade de percepção gráfica. Está associada a escala usada no mapa.

Olho humano pode distinguir:Medida linear ≅ 0,1mm

Ponto ≅ 0,2mm

Assim, ERRO GRÁFICO ADMISSÍVEL = 0,2mm

> Escala � < Erro Admissível no TerrenoOu seja, maior detalhe, menor erro admissível

Ex. 1:10.000 admite menor erro do que 1:50.000


Erro e Precisão GráficaErro e Precisão Gráfica

1:50.0000,210m = 10.000mmSPOT

1:5.0000,21m = 1.000mmIKONOS

Lembre-se que D = em/0,2 e E = 1/D

1:150.0000,230m = 30.000mmLandsat

Escala recomendada

EGM(mm)

Resolução espacial (em )

Satélite


GPS: erro médio = 20mEscala recomendada = 1:100.000 ou menor

Ampliação x ReduçãoAmpliação x Redução

Para unir mapas em escalas diferentes, indica-se

usar a menor escala (com menos detalhe)

Ampliação leva ao aumento no erro gráfico

em proporção quadrática e perda de

informação


Ampliação x ReduçãoAmpliação x Redução

Escala1:25.000+ detalhe

Escala1:50.000- detalhe

REDUÇÃOaceitável

AMPLIAÇÃOinaceitável

Escala1:25.000+ detalhe

Escala1:50.000- detalhe


A escolha da melhor EscalaA escolha da melhor Escala

Dependerá de:

• Extensão da área ou objeto de estudo

• Finalidade do mapa

• Tamanho do papel usado

• Erro gráfico e Precisão dos dados


A escolha da melhor EscalaA escolha da melhor EscalaExemplo 1

Área de estudo: Bacia hidrográfica de 60.000ha

Finalidade do mapa: Uso e cobertura do solo

Erro gráfico = 30m � Imagem Landsat, Georreferenciamentocom cartas topográficas 1:50.000 e/ou GPS

ESCALA RECOMENDÁVEL = 1:150.000


A escolha da melhor EscalaA escolha da melhor EscalaExemplo 2

Área de estudo: Fragmento florestal de 20ha

Finalidade do mapa: Fragmento e entorno de 1km

Erro gráfico: 3m � Diâmetro mínimo da copa das árvores

ESCALA RECOMENDÁVEL = 1:15.000

Material: fotos aéreas, imagem IKONOS, DGPS


Sistemas de Projeção CartográficaSistemas de Projeção Cartográfica

Globo geográfico ≅ Terra �escalas muito pequenas LIMITAÇÕES

SOLUÇÃO para escalas maiores � representação plana (mapa ou

carta) � Sistemas de Projeção Cartográfica (onde cada ponto da

superfície terrestre corresponde a apenas um ponto no mapa)


Superfícies de RevoluçãoSuperfícies de RevoluçãoTransformam-se em um plano sem qualquer deformação.

Ex. cone, cilindro e plano (perpendicular ao eixo z)

Dependendo da região da Terra,

uma superfície de revolução

será mais adequada do que

outra.

Pólos � CONE

Linha do Equador �

CILINDRO

Região pequena � PLANO c/

limites próximos do centro


Tipos de ProjeçõesTipos de ProjeçõesQuanto ao tipo de superfQuanto ao tipo de superfíície de revolucie de revoluçção usadaão usada

Projeção plana ou azimutal

Ex. Estereográfica polar, azimutal de

Lambert

Projeção cônicaEx. Cônica de Lambert, cônica de Albers

Projeção cilíndricaEx. UTM, Mercator, Miller



Todos os sistemas de projeção apresentam

deformações, já que não é possível “achatar” uma

superfície esférica em uma superfície plana sem a

deformar, sendo a área com menos distorção, o

centro da projeção.

Existem distorções na área, forma (ângulos), distância e/ou direção


Parâmetros das projeçõesParâmetros das projeções

• Figura de referência (elipsóide ou esfera):datum planimétrico (ex. SAD69)

• Paralelo padrão (latitude reduzida): linha de escala conservada de uma projeção, coincidente com os paralelos de tangência ou secância do modelo da Terra com a superfície de projeção

• Longitude origem (Meridiano central): posição do eixoY das coordenadas planas

• Latitude origem: posição do eixo X das coordenadas planas


Projeções mais comunsProjeções mais comuns• Cilíndrica Transversa de Mercator Secante (usada no

sistema UTM): cartas topográficas nas escalas de 1:25.000 a 1:250.000

• Mercator: cartas náuticas

• Cônica conforme de Lambert: cartas ao milionésimo, cartas aeronáuticas

• Policônica: mapas temáticos, mapas políticos

• Cilíndrica equidistante: apresentação de dados em SIG, mapas mundi

• Cônica equivalente de Albers: cálculo de área em SIG


Projeção Cilíndrica Transversa de Projeção Cilíndrica Transversa de MercatorMercatorSecante (usada no Sistema UTM)Secante (usada no Sistema UTM)


Sistema Universal Transverso de Sistema Universal Transverso de MercatorMercator(UTM)(UTM)


LESTE - OESTE• 60 fusos (zonas)• 1 zona = 6 graus = 680 km (Equador)• Centro do fuso = 500 km

NORTE - SUL•10.000 km do Equador aos Pólos

Sistema UTMSistema UTM


MC = 500500 – 340 = 160 500 + 340 = 840

680 Km

Sistema UTM: os 60 fusos no mundoSistema UTM: os 60 fusos no mundo

Sistema Universal Transverso de Sistema Universal Transverso de MercatorMercator (UTM)(UTM)

Sistema de grade onde o metro é a unidade básica de medida, que se baseia na Projeção Transversa de Mercator

Conforme de Gauss

Nesse Sistema, o mundo é dividido em 60 fusos, onde:

Cada fuso...... se estende por 6o de longitude, numerados a partir do

antimeridiano de Greenwich (180o), seguindo de oeste para leste;... possui um meridiano central que o divide ao meio;... possui a contagem de coordenadas idêntica, tendo sua origem a

partir do cruzamento entre a linha do Equador e o meridiano central do fuso, e a extensão em latitude vai até as calotas polares.


Sistema UTM: O FusoSistema UTM: O Fuso

Limite de Fuso

Limite de Fuso

0mEquador

10.000.000mE

MC500.000m

N

Quadrante 2E < 500kmN > 0km

Quadrante 1E > 500kmN > 0km

Quadrante 3E < 500km

N < 10.000km

Quadrante 4E > 500km

N < 10.000km

3o3o

Linha de secância Linha de secânciaMeridiano Central


BrasilBrasil


Acurácia geral de 1/2.500 para cálculos de distância e direção; e com distorções de até 0,5% para cálculos de

área.

Para o Brasil, quase totalmente inserido no Hemisfério Sul, considera-se as coordenadas acima do Equador,

crescendo seqüencialmente a partir dos 10.000.000m.

Já que as coordenadas se repetem em todos os fusos, éfundamental conhecer a numeração do fuso ou a

coordenada do Meridiano Central.



O Brasil é dividido em 8 fusos UTM

36oW - 30oW33oW25

42oW - 36oW39oW24

48oW - 42oW45oW23

54oW - 48oW51oW22

60oW - 54oW57oW21

66oW - 60oW63oW20

72oW - 66oW69oW19

78oW - 72oW75oW18

Limites do FusoMeridiano CentralFusos


As informações que não podem As informações que não podem deixar de entrar em um mapadeixar de entrar em um mapa

• Título (descreve o propósito da carta)• Norte• Escala (gráfica e/ou numérica)• Projeção e datum usados• Gratículas indicando as coordenadas• Legenda indicando os elementos do mapa• Localização da área em uma escala menor• Informações sobre a base cartográfica utilizada

Os elementos cartográficos impressindíveis para a produção de um mapa são:


ESCALA

PROJEÇÃO E DATUM

NORTE

LEGENDA

TÍTULO

LOCALI-ZAÇÃO

GRATÍCULA

BASE USADA


CONTATO:CONTATO:

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