Aula 01 noções de cartografia e geoprocessamento

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Aula 01 noções de cartografia e geoprocessamento

  1. 1. Introdução à Cartografia e GeoprocessamentoCarlos Ruberto Fragoso Jr.CTEC – UFAL
  2. 2. TópicosO que é Geoprocessamento O que é um SIG Importância do Geoprocessamento em Recursos Hídricos Noções de cartografia Introdução ao ArcGIS
  3. 3. Geoprocessamento Conjunto de ferramentas usadas para coleta e tratamento de informações espaciais, geração de saídas na forma de mapas, relatórios, arquivos digitais, etc; Deve prover recursos para sua estocagem, gerenciamento, manipulação e análise.
  4. 4. Geoprocessamento X SIGs Geoprocessamento representa qualquer tipo de processamento de dados georeferenciados (conceito muito mais abrangente). Um SIG é capaz de processar dados gráficos e não gráficos (alfanuméricos), com ferramentas de análises espaciais e modelagens de superfícies.
  5. 5. SIG’s - Definições Burrough “Conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real” Cowen “Um sistema de suporte à decisão que integra dados referenciados espacialmente num ambiente de respostas a problemas” Smith “Um banco de dados indexados espacialmente, sobre o qual opera um conjunto de procedimentos para responder a consultas sobre entidades espaciais”
  6. 6. SIG’s - Definições Oppenshaw “Sistema com um conjunto de métodos analíticos que permite o acesso a atributos e localização dos objetos geográficos em estudo”. Goodchild “O valor potencial maior de sistemas de informação geográfica está em sua capacidade de analisar dados espaciais. “ Dangerramond “Um SIG agrupa, unifica e integra a informação. Torna-a disponível de uma forma que ninguém teve acesso anteriormente, e coloca informação antiga num novo contexto.”
  7. 7. Software SIG Um programa de SIG é um programa de computador projetado para fazer o computador pensar que é um mapa.A diferença entre um mapa e um programa SIG é que o segundo é mais inteligente. Você pode perguntar e ele responde. adaptado de Kennedy, M. 2006 Introducing Geographic Information Systems with ArcGIS
  8. 8. Por que utilizar cartografia computadorizada?1. Fazer mapas mais rapidamente.2. Fazer mapas mais baratos.3. Fazer mapas para usos específicos.4. Fazer mapas em situações em que não há disponibilidade de pessoal especializado5. Permitir experimentos com representações espaciais diversas dos mesmos dados.6. Facilitar atualização de mapas.7. Facilitar análises de dados que exigem interação entre estatística e mapas.8. Minimizar a necessidade de mapas em papel.9. Fazer mapas que não podem ser representados em papel (3D, mapas estereoscópicos). Algumas razões apresentadas por Burrough e McDonnell
  9. 9. Estrutura de um SIG InterfaceEntrada e Integr. Consulta e Análise Visualização Dados Espacial Plotagem Gerência Dados Espaciais BANCO DE DADOS GEOGRÁFICO
  10. 10. O que deve existir num SIG? Mostrar localização de entidades específicas. Mostrar localização de entidade A em relação ao local B. Contar o número de ocorrências da entidade A dentro de uma região definida por uma distância máxima ou mínima da entidade B. Avaliar o valor da função f na posição x. Calcular o tamanho de B (área, perímetro, número de entidades A no interior). Permitir operações de união e intersecção. Permitir encontrar caminhos ótimos entre dois pontos. Listar os atributos das entidades localizadas em x.
  11. 11. O que deve existir num SIG? Determinar que entidades estão próximas às entidades que combinam certos atributos. Reclassificar entidades que apresentam certa combinação de atributos. Conhecendo o valor de uma variável z nos pontos x1, x2,... xn, definir o valor de z nos pontos y1, y2,... yn. Derivar novos atributos a partir de atributos existentes. Usando a base de dados como uma representação do mundo real, simular o efeito de um processo P ao longo de um período T num determinado cenário S.
  12. 12. O que é um mapa? Mapa: modelos simplificados da realidade – representa, normalmente em escala, uma seleção de entidades abstratas sobre ou relacionadas com a superfície da Terra (ICA).
  13. 13. Produção de um Mapa Definição de escala e projeção cartográfica Seleção dos elementos do mundo Classificação em grupos (e.g. tipos de solo) Simplificação de elementos gráficos Exagero de elementos importantes Simbologia para apresentar dados
  14. 14. Tipos de Mapas em Geoprocessamento Características dos mapas: diversidade de fontes geradoras e de formatos apresentados. O sistema se restringe a tratar os seguintes tipos de dados: – Mapas Temáticos: conceitos qualitativos (uso e cobertura do solo, clima); – Imagens; Imagens – Mapas Numéricos (representação de superfícies) – Mapas Cadastrais e Redes (localização de objetos do mundo - e.g. lotes)
  15. 15. Importância do geoprocessamento emRecursos Hídricos Recursos Hídricos – Bacia hidrográfica Bacia Hidrográfica é um integrador espacial de processos. Uso dos recursos hídricos – Cobertura e uso do solo (urbanizado, florestas, campos agrícolas) A cobertura e uso do solo se distribui no espaço de forma heterogênea e dinâmica. Cada elemento responde diferentemente em funções dos processos hidrológicos.
  16. 16. Modelos Complexos em Bacias B Dados específicos de uso do solo e poluição A Dados da bacia C Dados Meteorológicos Fontes D Interface em Windows pontuaisSIG Distribuição do uso do solo E Modelo HSPF HSPF Dados do rio F Pos-Processamento
  17. 17. Mas cuidado! Os SIG tem um impacto muito grande sobre qualquer área do conhecimento que está ligada ao manejo e análise de dados distribuídos no espaço. Algumas pessoas podem enxergar os SIG como uma mágica, como em: “…os dados foram inseridos no computador e a resposta é …”. A velocidade, consistência e precisão de um SIG são impressionantes, e as figuras podem ser bonitas. Com a experiência, no entanto, o SIG passa a ser uma mera extensão da capacidade de pensar do usuário. O SIG não tem respostas inerentes, somente o usuário. SIG é uma ferramenta, como a estatística e a modelagem hidrológica.
  18. 18. Bibliografia - Livros Fundamentos de Sistemas de Informações Geográficas; José Iguelmar Miranda (Embrapa) 2005. Análise espacial de dados geográficos; Vários autores (EMBRAPA) 2004. Geoprocessamento em Recursos Hídricos: Princípios, Integração e Aplicações. Carlos André Bulhões Mendes e José Almir Cirilo 2001. Fundamentos de informação geográfica. João Matos 2001 Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment. P. A. Bourrough
  19. 19. Bibliografia - Manuais Tutorial do Idrisi Tutorial e Help do SPRING Tutorial e Help do MapWindow Tutorial e Help do ArcGIS Manuais de outros programas
  20. 20. Bibliografia - Periódicos International Journal of Geographical Information Science Geographical Analysis Computers and Geosciences Photogrametric Engineering and Remote Sensing Remote Sensing and Environment Environment and Planning B: Planning and Design Periódicos da área de recursos hídricos (WRR; Journal of Hydrology; Environmental modeling and software; Journal of Hydrologic Engineering; HESS; IAHS; Hydrological Processes...)
  21. 21. Noções de Cartografia Escalas Entidades espaciais Sistema de coordenadas Formas de representar a superfície da Terra Sistema Geográfico de Coordenadas Projeções Projeção UTM
  22. 22. Escala Virtualmente todas as fontes de dados espaciais são menores do que a realidade que elas representam A escala indica quão menor que a realidade é um mapa é a razão entre a distância do mapa e a correspondente distância na terra.
  23. 23. EscalaÉ expressa de três formas – um quociente (1:5000; 1:5.000.000) – verbalmente (1 cm representa 50m) – graficamente (ícones usados em mapas computadorizados Terminologia – escala pequena (1:250.000, 1:1.000.000) cobrem áreas grandes – escala grande (1:10.000, 1:25.000) cobrem áreas pequenas com muito detalhes
  24. 24. Escala do Mapa e Resolução da Grade
  25. 25. Escala Não confunda escala numérica com escala gráfica!!!
  26. 26. Entidades espaciais (feições)  Tradicionalmente, mapas são usados para representar elementos do mundo real  Símbolos espaciais básicos são: ponto, linha e área.  A escolha de um destes símbolos para representar uma entidade espacial depende da escala.  Exemplo: cidades representadas num mapa  num mapa mundi pontos poderiam ser adotados  num mapa regional áreas seriam adotadas  num mapa local: pontos, linhas e áreas
  27. 27. Sistemas de coordenadas No século XVII Rene Descartes contribuiu para unir a álgebra e a geometria inventando o sistema de coordenadas y x,y que passou a ser chamado Sistema Cartesiano x
  28. 28. Sistema de coordenadas cartesiano Qualquer ponto em um plano é definido pelas suas coordenadas x e y. y x,y x
  29. 29. Sistema de coordenadas cartesiano Uma reta que passa pelos pontos x1 e y1 e x2 e y2 pode ser definida como uma equação algébrica em termos de y e x. y x,y x
  30. 30. Sistema de coordenadas cartesiano Qualquer ponto no espaço pode ser definido pelas suas coordenadas x, y e z. z x,y,z y x
  31. 31. Sistema de coordenadas polar Qualquer ponto no plano pode ser definido pelas suas coordenadas r, θ
  32. 32. Sistema de coordenadas esférico Qualquer ponto no espaço pode ser definido pelas suas coordenadas r, θ e ϕ.
  33. 33. Conversões entre sistemas
  34. 34. Exemplo de utilidade dos sistema decoordenadas Cálculo de distâncias entre pontos
  35. 35. Formas de representar a superfície da TerraA forma da Terra – No século XVII, o astrônomo francês Jean Richer observou na Guiana Francesa:  Um relógio com pêndulo de 1m, atrasava cerca de 2 minutos e meio por dia em relação à Paris.  Fazendo análise gravitacional, percebeu que na zona equatorial a distância entre a superfície e o centro da Terra deveria ser maior do que esta distância medida dos Pólos, conclusão:  A terra NÃO seria uma esfera perfeita e sim “achatada”. => Surge então o Elipsóide!!!  Diâmetro equatorial = 12.756Km e diâmetro do eixo de rotação = 12.714km, com diferença de 42km, o que representa um achatamento de perto de 1/300, por isso, a terra vista do espaço assemelha-se a uma esfera.
  36. 36. Formas de representar a superfície da Terra Esfera: definida pelo raio R = 6.370.997 m numa área de aproximadamente 520 M Km 2 Esferóide: definida por – semi-major axis (a) e semi-minor axis (b) – WGS 84 (padrão dos USA) a = 6.378.137 e b = 6.356.752,3142 – Clarke 1866 (padrão histórico no US) a = 6.378.205,4 e b = 6.356.583,8
  37. 37. Formas de representar a superfície da Terra
  38. 38. Sistema de Coordenadas Geográficas Baseadas numa simplificação da forma da terra (esfera ou elipsóide) Definem a posição de um ponto utilizando ângulos chamados latitude e longitude
  39. 39. Longitude
  40. 40. Latitude
  41. 41. Problemas do Sistema de CoordenadasGeográficas Qual é a distância entre o ponto A (56 W e 32 S) do ponto B (45 W e 31 S)? É possível calcular, considerando que a terra é uma esfera, ou um elipsóide, mas é difícil manualmente.
  42. 42. Solução: Projeção para sistema decoordenadas cartesianas x,y
  43. 43. Projeções Localizamos as feições da terra num plano 2- D (mapa) Mundo é esférico e mapa é 2-D Portanto, precisamos de uma projeção de mapa, que transfere a terra esférica no mapa num plano Este processo introduz erros nos dados espaciais
  44. 44. Projeções Existem várias projeções que são adotadas de acordo com o local e que minimizam estes erros Exemplo: Algumas projeções preservam as distâncias entre as entidades em detrimento da direção Outras, forma é preservada em detrimento da acurácia na área  Se colocarmos uma lâmpada dentro de uma bola que tem o desenho da terra, e projetarmos a luz numa parede, veremos que a parte central da imagem é melhor representada
  45. 45. Projeções Distorção de projeção ocorre em: – Forma, área, distância ou direção Projeções diferentes produzem distorções diferentes. As características de cada projeção definem sua utilidade para algumas aplicações e inutilidade para outras.
  46. 46. Projeções Cilíndrica – (mercator) a superfície da terra é projetada num cilindro que envolve o globo. – Imagem contínua da terra – Países perto do equador têm verdadeiras posições relativas – A visão dos pólos é bastante distorcida – Área é preservada em grande parte – Mantém escala, forma, área para pequenas áreas.
  47. 47. Projeção Cilíndrica
  48. 48. Projeções Azimuthal – Projeção num plano – Apenas parte da superfície da terra é visível – A visão será metade do globo ou menos – Distorção ocorre nos quatro cantos do plano – Distância é preservada na maior parte
  49. 49. Projeção Azimuthal
  50. 50. Referência Espacial: Exemplo de Projeções – Lamberth Azimuthal
  51. 51. Projeções Cônica – a superfície da terra é projetada num cone que envolve o globo. – Área é distorcida – Distância é muito distorcida quando se move para baixo da imagem – Escala é preservada na maior parte da imagem
  52. 52. Projeção Cônica
  53. 53. Referência Espacial: Exemplo deProjeções – Lamberth Azimuthal Cônica
  54. 54. Referência Espacial: Exemplo deProjeções – Comparando Projeções
  55. 55. Mundo visto em diferentes projeções  Figura do livro Getting to know ArcGIS de Ormsby et al. 2004
  56. 56. Projeções – Mapas usados em SIG têm uma projeção associada a eles – É importante usar uma determinada projeção de acordo com a localização e o propósito do mapa – Ex. se uma aplicação de SIG requer acurácia no cálculo das áreas, usando uma projeção que distorce áreas não é indicado – A maioria dos SIGs permite reprojetar um mapa em outra projeção (fazendo mapeamento entre as centenas de projeções existentes)
  57. 57. Projeção UTM  UTM - Universal Transverse Mercator grid system usa a projeção Mercator e divide a terra em 60 zonas verticais (fusos) que têm 6 º de longitude de largura.  UTM usa uma projeção cilíndrica, transversal e secante ao globo terrestre. (é transversal pois a projeção é análogo à colocar um cilindro envolvendo o globo secante aos polos ao invés do Equador.  Os limites de mapeamento são os paralelos 80S e 84N, a partir dos quais usa-se uma projeção estereográfica polar.  UTM adota coordenadas métricas (plano-retangulares) com informações específicas que aparecem nas margens das cartas (mapas) acompanhando um grid de quadrículas planas.  UTM é conformal de forma a preservar forma e escala.
  58. 58. Projeção UTM  O cruzamento do equador com o meridiano padrão específico, denominado Meridiano Central (MC) é a origem deste sistema de coordenadas.  Os paralelos e meridianos numa zona UTM são curvados com exceção do meridiano central e do equador que são retos.  As coordenadas UTM são definidas em metros e estão de acordo com o Meridiano central.  O valor do MC é sempre 500.000m (portanto Easting varia de 0 a 1.000.000m.  No hemisfério norte o Equador é a origem de Northing (0m). Então um ponto em Northing 5.000.000m está a 5.000Km do Equador.  No hemisfério sul o Equador tem um Northing de 10.000.000m, então todos os outros Northing neste hemisfério tem um valor menor que o Equador.
  59. 59. Projeção UTM  O fato das coordenadas UTM serem em metros facilita o cálculo preciso de distâncias (curtas) entre pontos e áreas.  Na verdade UTM é um conjunto de 60 projeções. Portanto, mapas de zonas diferentes tendem a não se encontrarem nas bordas das zonas.  Coordenadas UTM são fáceis de reconhecer pois consistem de 6 dígitos (inteiro) Easting e 7 dígitos inteiros Northing.
  60. 60. Projeção UTMReferência Espacial: Exemplo de Projeções
  61. 61. Projeção UTM
  62. 62. Introdução ao ArcGIS http://www.esri.com/software/arcgis/index.html
  63. 63. ArcGISO ArcGIS é um pacote de softwares da ESRI (Environmental Systems Research Institute) de elaboração e manipulação de informações vetoriais e matriciais para o uso e gerenciamento de bases temáticas. O ArcGIS disponibiliza em um ambiente de Sistema de Informação Geográfica (SIG) uma gama de ferramentas de forma integrada e de fácil utilização.• O ArcGIS integra na mesma base: → DADOS CARTOGRÁFICOS → DADOS DE CENSO → CADASTRO URBANO E RURAL → IMAGENS DE SATÉLITE → REDES → MODELOS NUMÉRICOS DE TERRENO
  64. 64. ArcGIS
  65. 65. ArcGIS Desktop  ArcMap – comumente chamado de ArcGIS, principal componente do ArcGIS Desktop, conjunto de programas de processamento geo-espaciais, usado principalmente para visualizar, editar, criar e analisar dados geoespaciais.  ArcCatalog- permite a visualização, gerenciamento e organização dos dados espaciais.  ArcToolbox– reúne uma abrangente coleção de funções para geoprocessamento.  ArcGlobe – Visualização 3D
  66. 66. Obrigado! Carlos Ruberto Fragoso Jr. crubertofj@hotmail.comhttp://www.ctec.ufal.br/professor/crfj

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