Este documento fornece uma introdução aos conceitos de cartografia e geoprocessamento. Em três frases ou menos, resume: O documento discute os conceitos básicos de geoprocessamento, SIGs e cartografia, incluindo projeções, sistemas de coordenadas e representações espaciais. É apresentado o software ArcGIS e discutida a importância do geoprocessamento para recursos hídricos.

1. Introdução à Cartografia e
Geoprocessamento
Carlos Ruberto Fragoso Jr.
CTEC – UFAL

2. Tópicos
O que é Geoprocessamento
 O que é um SIG
 Importância do Geoprocessamento em
Recursos Hídricos
 Noções de cartografia
 Introdução ao ArcGIS

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. 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. 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. 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. 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. 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 especializado
5. 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. Estrutura de um SIG
Interface
Entrada e Integr. Consulta e Análise Visualização
Dados Espacial Plotagem
Gerência Dados
Espaciais
BANCO DE DADOS
GEOGRÁFICO

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. 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. 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. 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. 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. Importância do geoprocessamento em
Recursos 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. 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
pontuais
SIG
Distribuição
do uso do solo
E Modelo
HSPF HSPF
Dados
do rio
F Pos-Processamento

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. 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. 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. 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. Noções de Cartografia
 Escalas
 Entidades espaciais
 Sistema de coordenadas
 Formas de representar a superfície da Terra
 Sistema Geográfico de Coordenadas
 Projeções
 Projeção UTM

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. 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. Escala do Mapa e Resolução da Grade

25. Escala
 Não confunda escala numérica com escala
gráfica!!!

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. 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. Sistema de coordenadas cartesiano
 Qualquer ponto em um plano é definido pelas
suas coordenadas x e y.
y
x,y
x

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. 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. Sistema de coordenadas polar
 Qualquer ponto no
plano pode ser
definido pelas suas
coordenadas r, θ

32. Sistema de coordenadas esférico
 Qualquer ponto no
espaço pode ser definido
pelas suas coordenadas
r, θ e ϕ.

33. Conversões entre sistemas

34. Exemplo de utilidade dos sistema de
coordenadas
Cálculo de distâncias entre pontos

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. 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. Formas de representar a superfície da Terra

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. Longitude

40. Latitude

41. Problemas do Sistema de Coordenadas
Geográficas
 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. Solução: Projeção para sistema de
coordenadas cartesianas
x,y

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. 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. 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. 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. Projeção Cilíndrica

49. 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

50. Projeção Azimuthal

51. Referência Espacial: Exemplo de Projeções
– Lamberth
Azimuthal

52. 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

53. Projeção Cônica

54. Referência Espacial: Exemplo de
Projeções
– Lamberth Azimuthal Cônica

55. Referência Espacial: Exemplo de
Projeções
– Comparando Projeções

56. Mundo visto em diferentes projeções
 Figura do livro
Getting to know
ArcGIS de Ormsby
et al. 2004

57. 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)

58. 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.

59. 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.

60. 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.

61. Projeção UTM
Referência Espacial: Exemplo de Projeções

62. Projeção UTM

63. Introdução ao ArcGIS
http://www.esri.com/software/arcgis/index.html

64. 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

65. ArcGIS

66. 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

67. Obrigado!
Carlos Ruberto Fragoso Jr.
crubertofj@hotmail.com
http://www.ctec.ufal.br/professor/crfj