Metadados

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Entendendo a cartografia nos sistemas de informações geográficas. Acesse o blog O topografo e encontre muito mais tutoriais e vídeo aulas.
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Metadados

  1. 1. ColégioPolitécnicodaUFSM ÁreadeGeoprocessamento AA ccaa SSiisstt MATERIAL DIDÁTICO MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA aarrttooggrraaffiiaa aapplliicc tteemmaass ddee IInnffoorrmm GGeeooggrrááffiiccaass MATERIAL DIDÁTICO MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA ccaaddaa nnooss mmaaççõõeess ss MATERIAL DIDÁTICO
  2. 2. Creditos: este material é uma adaptação elaborado com intuito de facilitar o estudo por parte dos profissionais que trabalham com Sistemas de Informações Geográficas, o mesmo é baseado na palestra de José Augusto Sapienza Ramos denominada Webinar Labgis UERJ - Descomplique datum e projeção cartográfica no ambiente GIS, proferida em 20/03/2013, os créditos devem ir ao autor da palestra.
  3. 3. Metadados Metadados são os dados existentes por traz dos dados, são dados que não percebemos quando estamos desenvolvendo uma aplicação, mas que são de suma importância, sendo que a má definição dos mesmos pode até mesmo provocar a perda de um projeto inteiro. Em ambiente SIG os metadados estão diretamente relacionados a geometria e a cartografia, porém os profissionais que lidam com aplicações de sistemas de informações geográficas encontram muita dificuldade de entender e definir corretamente os metadados, sendo que este material tem como objetivo sanar esta lacuna existente. Cartografia e Geoprocessamento A cartografia e o Geoprocessamento estão interligados pelo espaço geográfico uma vês que enquanto o Geoprocessamento se preocupa em tratar e analisar informações sobre o espaço geográfico, a cartografia representa este espaço. Logo para que exista um ambiente SIG, no qual sejam representados elementos sobre a superfície da terra é preciso que a forma da terra esteja determinada. Quando definimos os metadados na verdade estamos utilizando conceitos advindos da cartografia para definição da forma da terra que melhor se adéqua a aplicação que será realizada sobre a qual em um processo posterior os dados serão plotados, manipulados e analisados. A definição errônea dos metadados pode levar a inconsistências na precisão posicional dos dados, havendo a deterioração de características da base de dados devido a interpretação equivocada de conhecimentos inerentes a cartografia. Para o correto entendimento dos conceitos cartográficos necessários, os mesmos foram divididos em quatro etapas: 1- Determinação da forma da terra 2- Constituir um modelo matemático aplicável
  4. 4. 3- Definir um sistema de coordenadas 4- Projetar o modelo da terra num plano Determinação da forma da terra A determinação da forma da terra pode ser considerada uma tarefa complexa, uma vês que é impossível a realização de medidas diretas, logo através de medidas indiretas adotou-se o geoide, pelo fato do mesmo ser a superfície equipotencial gravitacional mais próxima do nível médio dos mares. Geoide: Nível médio dos mares suposto em equilíbrio e prolongado ao interior dos continentes. O Geoide é chamado de superfície equipotencial gravitacional pelo fato de todos os pontos da superfície medirem o mesmo valor de aceleração da gravidade. Na figura 1 aparece a figura matemática do geoide, na mesma exagerou-se um pouco com intuito de facilitar o entendimento do mesmo. Figura 1 – Geoide Foram construídos vários modelos diferentes de geoide, este fato se deve a evolução da ciência e tecnologia que possibilitou que com o passar do tempo houvesse um melhoramento na representação do mesmo. Constituir um modelo matemático aplicável O geoide embora seja o modelo que mais se aproxima da superfície real do planeta não é utilizado em ambiente SIG, isso se deve pelo fato da
  5. 5. necessidade de uma equação complexa para determinação do mesmo. A solução encontrada foi a determinação de uma aproximação, o elipsoide, que na pratica é uma elipse regular de três dimensões que possibilita a adoção de uma equação simples. O elipsoide possui dois parâmetros: o raio equatorial e o grau de achatamento dos polos. Na figura 2 pode ser visualizado o elipsoide. Figura 2 – Elipsoide A amarração do elipsoide com o geoide se dá através do datum planimétrico, que possui cinco parâmetros: raio equatorial e o grau de achatamento dos polos que definem o elipsoide e X, Y e Z do ponto de amarração. A superfície do elipsóide não representa bem a variação de relevo da terra logo para Z é utilizado um datum altimétrico, normalmente referido ao nível médio dos mares. A figura 3 possibilita um melhor entendimento da amarração entre elipsoide e Geoide. Figura 3 – Datum planimétrico
  6. 6. A existência de vários elipsoides faz-se necessária pelo fato do elipsoide ser uma aproximação e como tal nem sempre representar bem todo o planeta. A figura 4 possibilita um melhor entendimento, na mesma é possível verificar que um datum que representa bem a América do Sul possui elevadas distorções na América do Norte e Ásia. Figura 4 – Relação entre data e o geoide. Os data podem ser divididos em topocêntricos e geocêntricos, o Brasil já possuiu os data Córrego Alegre e SAD 69 que são topocêntricos, atualmente está em migração, até 2014 para o SIRGAS 2000 que é um datum Geocêntrico. A mudança entre data se deve a evolução cientifica que possibilitou com o passar do tempo uma melhor definição de parâmetros. O datum WGS 84 foi elaborado para ser global, logo tenta se aproximar ao máximo do geoide nos diversos países. Embora o WGS 84 e o SIRGAS 2000 possuam parâmetros muito próximos, na ordem submétrica, variando conforme a localização na superfície não são idênticos, logo dependendo da acurácia dos dados utilizados pelo usuário a diferença entre os mesmos deve ser considerada. Por outro lado não adianta o usuário utilizar instrumentos de altíssima precisão para obtenção de dados e no ambiente SIG referencia-los em um modelo da terra com dezenas ou centenas de metros de erro. Em um sistema de informações geográficas não adianta de nada dizer para o computador que a posição do ponto é por exemplo 10,10, pois 10,10 do
  7. 7. SIRGAS 2000 não é o mesmo 10,10 do SAD 69, o que provocará um erro posicional. Se tenho a posição mas não tenho o datum não vou ser exato com aquela informação da posição. O mesmo vale para arquivos shapefile, se não for informado o datum, não será possível definir exatamente a posição dos dados armazenados dentro do arquivo pois o shapefile armazena coordenadas, o datum virá como uma informação a mais (metadado), porém necessária. Uma das coisas mais comum que existe é ao buscar dados de fontes diferentes e cruza-los com dados obtidos diretamente, os mesmos estarem em diferentes data, logo é necessário fazer a transformação para um mesmo datum, pois não têm como trabalhar em um ambiente SIG com dados em diferentes formas da terra. Deve-se usar os parâmetros definidos pelo IBGE para transformação, o mesmo utiliza as formulas simplificadas de molodenski. Definir um sistema de coordenadas Com o advento da tecnologia que possibilita o trabalho em ambiente computacional, em 99 % das vezes ou mais os dados são trabalhados no sistema de coordenadas geográficas que é baseado no sistema de coordenadas esféricas. Defini-se as coordenadas por um par de ângulos, onde o cruzamento do meridiano de Greenwich com a linha do equador define o ponto 0,0. A partir do mesmo tem-se um par de ângulos que é utilizado para chegar em qualquer ponto da superfície do datum que está sendo utilizado, na imagem 5 é mostrado o resultado da adoção de uma longitude de 95 graus e uma latitude de 39 graus.
  8. 8. Figura 5 – Sistema de coordenadas As coordenadas geográficas possuem algumas características que nem sempre são atrativas em um ambiente SIG, como por exemplo ao medir a distancia entre dois pontos ou uma área terei a resposta em graus e não no sistema métrico sendo que para obtenção da distancia em metros é preciso usar um modelo de transformação ou uma projetação cartográfica. Projetar o modelo da terra num plano A projeção do modelo da terra em um plano na cartografia digital diferentemente da cartografia analógica não é algo obrigatório e sim uma opção do usuário pois na maioria das vezes não será feita a impressão de uma carta ou mapa. Na cartografia analógica algumas vezes, como no caso do Google earth ® é possível visualizar a figura do elipsoide e mexer no mesmo se deslocando entre estados, países e até continentes, porém em um ambiente SIG como o Arcgis® não é perceptível este fato, de forma que uma grande quantidade de usuários de plataformas SIGs faz a manipulação dos dados, porém não faz esta relação existente entre Geoprocessamento e cartografia, correndo o risco de cometer erros na escolha do datum. A figura 6 mostra um erro provocado pela falta de comunicação entre a empreiteira e a Petrobras que provocou o perfuramento de um duto de gás, entre uma das causas apontadas para o perfuramento está o conflito entre data, uma vês que a Petrobras tinha as informações em um datum e a empreiteira utilizou outro fazendo com que a posição do duto se deslocasse, dando a impressão que estava em uma outra posição.
  9. 9. Figura 6 – Erro provocado por conflitos entre data Projetar significa passar a forma elipsoidal para uma forma planar, a mesma possibilita obter coordenadas em metros e afins, a desvantagem é que ao projetar se está deformando a forma do que está representado na superfície terrestre, logo ao fazer uma projeção deve-se ter em mente o fato de quais propriedades é possível abrir mão e quais deve-se preservar. A figura 7 traz exemplos de projeções. Figura 7 – o mundo segundo as projeções Policônica (acima) e de Robinson (abaixo)
  10. 10. As projeções podem ser classificadas quanto a superfície em plana, cilíndrica, cônica e poli-superficiais, conforme é visto na figura 8, nas mesmas o cilindro e o cone são cortados para abrir como um plano. Figura 8 – Classificação das projeções quanto a superfície. Normalmente são utilizadas múltiplas superfícies para representação do datum, o uso das mesmas diminui o processo de deformação do ato projetivo. Outra forma de classificar as projeções é quanto a forma de contato com o datum, podendo ser classificadas em tangentes, quando tocam apenas um ponto ou secante quando corta o datum. Nas regiões da área de contato do datum com a superfície projetiva a deformação é nula, nas regiões próxima é pequena, crescendo gradativamente conforme se afasta da área de contato. Quanto as propriedades que são preservadas as projeções se classificam em quatro tipos: Equidistantes – Não apresentam deformação em algumas linhas particulares; Conformes – Sem deformação em ângulos em torno de qualquer ponto e assim não deformam pequenas regiões;
  11. 11. Equivalentes – Mantém uma relação constante com as áreas originais na superfície da terra. As áreas tendem a sofrer pouca deformação, sendo esta constante; Afiláticas – Não preserva nenhuma das propriedades anteriores. A aplicação prática destes conhecimentos em um SIG acontece quando ao termos como base o objetivo da elaboração do mesmo escolhemos a projeção mais adequada, por exemplo se o objetivo é o cálculo de áreas deve ser escolhida uma projeção equivalente, uma vez que a utilização de uma projeção não indicada deforma de 20 a 30% a área para mais ou para menos. A tabela 1 mostra as principais projeções. Tabela 1 – Principais projeções existentes. No Brasil as projeções UTM (universal transversa de Mercator), Cônica Conforme de Lambert, Cônica Equivalente de Albers e Policônica estão entre as mais utilizadas. A projeção UTM é amplamente utilizada pelo fato de possuir um grupo de características que quase nenhuma outra projeção possui, a mesma é conforme, logo preserva ângulos e não deforma pequenas regiões sendo quase equivalente, deformando menos de meio por cento da área, estas características se devem a forma como é realizada a projeção UTM, com um cilindro cortando o elipsoide em posição secante em 60 fusos de 6 graus de
  12. 12. amplitude cada um. A figura 9 mostra o cilindro em posição secante ao elipsoide Figura 9 – cilindro em posição secante Para que as características da projeção UTM sejam preservadas deve- se respeitar as características da mesma, representando separadamente cada fuso e repeitando os limites do mesmo, ao contrário, se os limites do fuso não forem respeitados a distorção máxima de 0,5 % de área não é mais garantida (por isso quando estamos trabalhando na obtenção e tratamento de dados devemos ter certeza que o trabalho está sendo realizado no fuso certo). A figura 10 mostra os fusos UTM que estão sobre o território Brasileiro. Figura10 – Fusos UTM no território brasileiro. Ao projetar-se para o plano sempre haverá distorção das áreas, para a projeção UTM adotou-se o fator K sendo que nas posições em que o plano é cortado o mesmo têm valor igual a 1 diminuindo até 0,9996 conforme chega-se
  13. 13. no centro e aumentando até 1,0010 conforme chega-se nos limites do fuso. A figura 11 esquematiza tal distorção. Figura 11 – Distorção de áreas na projeção UTM. Resumindo um SIG tem como base um datum planimétrico, os primeiros data foram topocêntricos, porém com o avanço da ciência adotou-se data geocêntricos, os data possuem coordenadas geográficas, porém dependendo da aplicação fica a critério do usuário escolher projetar o datum para um plano, onde a projeção UTM é a mais utilizada (normalmente quando o objetivo do trabalho é a obtenção da área transforma-se os dados para UTM ou local, a terceira edição da norma técnica de Georreferenciamento de imóveis rurais aceita apenas coordenadas locais, devido as distorções provocadas pelo fator k). Sempre ao inicio de um projeto deve ser feita a escolha do datum, o mesmo deve estar compatível com a acurácia dos dados e caso escolha-se projetar o datum para um plano, deve-se escolher uma projeção que não deforme as características prezadas no projeto (ângulo ou área). Informação do sistema de referência no arcgis Essa parte de sistemas de referência o Arcgis chama de sistemas de coordenadas. Para informação do sistema de referência no arcgis é necessário acessar o arc catalog, sendo que no mesmo só é informado o sistema de referência, não é feita a alteração de sistema de referência, a alteração é feita no arc toolbox. Uma vês no arc catalog, clique com o botão direito do mouse sobre o shape desejado e vá em propriedades conforme aparece na figura 12.
  14. 14. Figura 12 – Atribuição de um sistema de referência ao shapefile. A tela de propriedades do shapefile, figura 13 aparecerá, na mesma aparece o sistema de coordenadas do arquivo, que no caso está indicado como geográfico com o sistema de referência SIRGAS 2000 sendo o elipsoide. Figura 13 – Sistema de coordenadas do shapefile. O arc catalog permite as seguintes opções: Select: selecionar um sistema de referência pré definido; Import: Seleciona um sistema de coordenadas a partir de uma imagem ou arquivo antes definido; New/ modify: Criar ou modificar um sistema de referência a partir de parâmetros fornecidos pelo usuário. Alteração do sistema de referência no arcgis
  15. 15. È necessário acessar o “arctoobox”, ir em “data management tools”, “projections and transformations”, “feature”, “project”.

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