O documento discute conceitos de sistemas de informações geográficas e geoprocessamento, incluindo definições, modelagem de dados espaciais, projeções cartográficas e representações computacionais de mapas. Aborda também os diferentes universos de dados espaciais e como eles são representados em sistemas de geoprocessamento.

1. Sistemas de Informações Geográficas e Geoprocessamento Parte 1- Conceitos Parte 2- Recursos de Análise e Aplicações EYMAR S.S. LOPES - [email_address]

2. PARTE 1 Definições Modelagem de dados espaciais Modelagem cartográfica

3. Introdução Por que Geoprocessamento ? Porque trabalha-se com informações que possuem uma componente geográfica, ou seja, estão localizadas em algum ponto da superfícies terrestre “ Se ONDE é importante para seu negócio, Geoprocessamento é sua ferramenta de trabalho ”

4. Introdução Um sociólogo deseja entender e quantificar o fenômeno da exclusão social numa grande cidade brasileira Um ecólogo deseja compreender os remanescentes florestais da Mata Atlântica, através do conceito de fragmento típico de Ecologia da Paisagem Um geólogo pretende determinar a distribuição de um mineral numa área de prospecção, a partir de um conjunto de amostras de campo

5. Geoprocessamento * Uma Definição: Um conjunto de ferramentas voltadas a coleta, manipulação, armazenamento e recuperação de dados espaciais para um objetivo específico . * Como Sistema : Sistema destinado ao processamento de dados referenciados geograficamente, envolvendo desde a sua coleta até a geração de saídas na forma de mapas convencionais, relatórios, arquivos digitais, etc; devendo prever recursos para sua estocagem, gerenciamento, manipulação e análise.

6. Geoprocessamento Três visões como sistema Produção de mapas - Geração e visualização de dados espaciais Banco de dados espaciais - Armazenamento e recuperação de informação espacial e tabular. Análise espacial - Combinação de informações espaciais.

7. Geoprocessamento TECNOLOGIAS RELACIONADAS CARTOGRAFIA COMPUTAÇÃO GRÁFICA (cad) DBMS OU SGBD SENSORIAMENTO REMOTO INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL ESTATÍSTICA INFORMÁTICA

8. Geoprocessamento O que há de especial com dados espaciais ? Localização geográfica representar a superfície terrestre relação espacial com outros dados Armazenada em Sistema de arq. Convencionais Bancos de dados objeto-relacionais Atributos descritivo descrevem o fenômeno representados num banco de dados convencional

9. Geoprocessamento O que há de especial com dados espaciais ? Correlação espacial vizinhança - esperamos encontrar semelhantes Correlação entre variáveis processos de formação e ocupação do espaço Correlação temporal evolução dos dados espaciais Correlação topológica relações espaciais entre dados

10. Geoprocessamento X SIG SIG é o sistema computacional que materializa os conceitos do geoprocessamento - capaz de processar dados gráficos e não gráficos (alfanuméricos), com ferramentas de análises espaciais e modelagens de superfícies. Outros sistemas de geoprocessamento: AM (Automated Mapping) CAM (Computer Assisted Mapping)

11. Sistemas de Informação Geográfica Ambiente computacional para Geoprocessamento Integrar dados cartográficos, cadastrais, de sensores remotos, redes e modelos numéricos de terreno. Consultar, recuperar, visualizar, manipular e plotar o conteúdo de um banco de dados georeferenciado.

12. Estrutura de um SIG Interface Consulta e Análise Espacial Entrada e Integr. Dados Visualização Plotagem Gerência Dados Espaciais Banco de Dados Geográfico

13. Componentes de um SIG Hardware Software (programas aplicativos) Dados geográficos (mapas) Atributos descritivos Pessoas

14. SIG x CAD CAD: captura dados analógicos em formato digital coordenadas de papel regularidades nos objetos desenhos sem atributos SIG: captura dados localizados na superfície da terra projeções cartográficas topologia do espaço atributos descritivos Angola África do Sul

15. PARTE 1 Definições Modelagem de dados espaciais Modelagem cartográfica

16. O que é um mapa ? Mapa: modelos simplificados da realidade 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

17. Representações Computacionais do Espaço Objetos Regiões poligonais “ Topografias” Superfícies Imagens

18. Percepções do Espaço Espaço como uma subdivisão planar Espaço como uma superfície contínua

19. Percepções do Espaço Espaço como uma superfície de decisão

20. Percepções do Espaço Espaço como Clusters de Eventos

21. Percepções do Espaço Espaço como um conjunto de células em evolução

22. Modelagem em Geoprocessamento Níveis de abstração Mundo real: lotes, rios, terreno, precipitação Conceitual: campos e objetos Representação: matrizes x vetores Implementação: R-trees, quad-trees Mundo real Universo Universo Conceitual Represent. Implement. Universo Universo interface usuário

23. Universo do Mundo Real Mapas Temáticos Distribuição espacial qualitativa de grandeza Domínio do atributo: nominal: lista de valores mapa pedológico: {Ls, Li, Aq, Le} ordinal: escala de medida mapa de classes de declividade: {0-5%, 5-10%, >30%}

24. Universo do Mundo Real Mapas Numéricos (MNT) Distribuição espacial quantitativa da grandeza em estudo Domínio do atributo intervalo: referência arbitrária altimetria, batimetria temperatura em graus Celsius razão: referência natural peso, distância temperatura em graus Kelvin

25. Universo do Mundo Real Mapas Cadastrais Mapa contendo objetos geográficos individuais Ex: mapas de países, lotes, propriedades rurais País PIB (Us$ bn) Pop (milhões) Argentina Brasil 350 295 34 159 Chile 45 14

26. Universo do Mundo Real Mapas de Rede Mapas de objetos com topologia arco-nó utilizado para redes conectadas Hospital p. 92-17-63 tr. 1567 primária Sub-estação p 92-17-64 secun. cons. 019351

27. Universo do Mundo Real Imagens de Sensores Remotos Fontes: satélites, fotografias aéreas, radar Elemento de imagem (“pixel”) proporcional à energia eletromagnética refletida ou emitida por área da superfície terrestre CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES resolução espectral ; resolução espacial ; resolução temporal; resolução radiométrica .

28. Imagens - Aquisição de Informação Radiação eletro-magnética

29. Espectro eletromagnético

30. Comportamento Espectral de Alvos e Sensores

31. Universo Conceitual Campos (variáveis geográficas continuas) Mapa temático Modelo numérico terreno Imagem Objetos (variáveis geográficas discretas) Mapa Cadastral Mapa de Redes 22 Lotes geoid dono cadas IPTU 22 Guimaraes C Bevilacqua 768 endereco 250186 Mapa Lotes

32. Universo de representação Plano de Informação Represent. Geom. Matricial Vetorial é-um is-represented-by é-um

33. Universo de Representação Estruturas de Dados Vetoriais ponto, arco, ilha, arco-nó-polígono arco orientado-nó grades triangulares isolinhas, pontos cotados Matriciais matrizes de inteiros matrizes de ponto flutuante matrizes de caracteres (bytes) Le Li Aq Ls

34. Representações Computacionais de Mapas Mapas temáticos Arco-nó-polígono Matriz de índices Mapas Cadastrais Arco-nó-polígono Mapas de Rede Arco-nó Modelos numéricos de terreno Grades triangulares e Isolinhas / pontos Matriz de reais Imagens Matriz de bytes Vetorial Matricial

35. Universo da Implementação Estruturas de Dados utilizadas para construir um sistema de Geoprocessamento Envolvem decisões concretas no nível da programação Estrutura de dados e algoritmos de pesquisa e recuperação mais adequados com vistas a melhorar desempenho do sistema Pontos - árvores K-D Linhas e Polígonos - árvores R e R+ Imagens - árvores quaternárias

36. Organização de dados em um SIG Organização por níveis (ou planos) de informação cada nível = tipo específico de dado Atributos de mapas armazenados em tabelas div.política elevação rios

37. Problema Prático Alocação de um depósito de resíduos sólidos Classe de dados geográficos Geologia : permeabilidade do solo a partir do grau de fraturamento Rede de drenagem : escoamento superficial Lençol freático : escoamento sub-superficial Declividade : inclinação do terreno a partir da altimetria Uso da Terra : áreas de uso para residência, produção e ocupação clandestina – área com uso atual Rede viária : escoamento, logística Solos : análise de permeabilidade Cadastro de lotes : indica ocupação Setores censitários : indica distribuição socioeconômica

38. Correspondência entre Universos * T= temático, N= numérico, I= imagem, C= cadastral, R= rede Mundo Real Conceitual * Representação Implementação Geologia Geo-campo - T Vetor e Matriz de inteiros Polígonos 2D (R-Tree) Grid ret. (Quad-tree) Rede de Drenagem Geo-campo - T Vetor Linhas 2D (R-Tree) Lençol freático Geo-campo – N e T Matriz de reais e inteiros Grid ret. (Quad-tree) Altimetria Geo-campo - N Vetor e Matriz de reais Linhas 2D (R-Tree) Grid triang. (R-Tree) Grid ret. (Quad-tree) Declividade Geo-campo – N e T Matriz de reais e inteiros Grid ret. (Quad-tree) Imagem satélite Geo-campo - I Matriz de bytes Grid ret. (Quad-tree) Uso da Terra Geo-campo - T Matriz de inteiros Grid ret. (Quad-tree) Rede viária Geo-objeto - R Vetor Linhas 2D (R-Tree) Solos Geo-campo - T Vetor e Matriz de inteiros Polígonos 2D (R-Tree) Grid ret. (Quad-tree) Cadastro de lotes Geo-objeto - C Vetor Linhas 2D (com R-Tree) Setores censitário Geo-objeto - C Vetor Linhas 2D (com R-Tree)

39. Alocação de Resíduos Sólidos Como serão definidas as áreas de possível alocação de depósitos de resíduos sólidos? Por restrições sobre as diferentes classes de dados Geologia: pouco fraturada Solo: mais espesso Lencol freático: mais profundo Declividade: baixa Acesso: próximo de estrada, distante de rios Longe de zonas ocupadas Como essas restrições são expressas num modelo de dados ?

40. Evolução da GeoInformação Mapear Localizar Modelar Gerenciar Prever

41. Evolução da Geoinformação Mapear Novos dispositivos de captura de dados (GPS) Imagens de alta resolução Gerenciar Bancos de dados geográficos Modelos semânticos e interoperabilidade Localizar Sistemas baseados em localização (LBS) Gerência da informação distribuída

42. Evolução da Geoinformação Modelar Construir descrições da realidade Modelos semânticos, matemáticos, lógicos Prever Incorporar a dimensão temporal Construir cenários de mudança Mudanças de uso do solo, população, hidrologia, clima, agricultura

43. PARTE 1 Definições Modelagem de dados espaciais Modelagem cartográfica

44. Processo de criação de um mapa

45. Conceitos de Geodésia Datum planimétrico ou horizontal é composto por uma superfície de referência posicionada em relação à Terra real; O procedimento prático de estabelecer uma referência geodésica começa com a seleção arbitrária de um ponto c onveniente para o datum e de sua representação na superfície de um elipsóide escolhido

46. Conceitos de Geodésia Datum planimétrico local SAD-69, Córrego Alegre, NAD-83, NAD-27 Datum planimétrico global WGS-84 As coordenadas geográficas, na verdade, geodésicas, variam: menos que 60m entre SAD-69 e Córrego Alegre menos que 100m entre SAD-69 e WGS-84, no território brasileiro Córrego Alegre SAD-69 Exemplo: Cicatrizes de escorregamentos em São Paulo (lat. 24 o )

47. Conceitos de Geodésia Conclusões: lembre que a variação das coordenadas geográficas pode afetar a exatidão de sua base de dados use um SIG que saiba levar em conta essa variação de coordenadas saiba o que está medindo com um receptor GPS tenha cuidado com a documentação de dados compartilhados (importação e exportação)

48. Conceitos de Geodésia Datum altimétrico ou vertical superfície de referência para a contagem das altitudes (geóide) rede de marégrafos faz medições contínuas para a determinação do nível médio dos mares adota-se um dos marégrafos como ponto de referência do datum vertical No Brasil usa-se o marégrafo de Imbituba, em Santa Catarina

49. Projeções Cartográficas Impossível representar uma superfície curva num plano sem deformação, por isso apareceu o conceito de Superfície de Projeção Superfície de Projeção é uma superfície desenvolvível no plano, capaz de representar um sistema plano de meridianos e paralelos sobre o qual pode ser desenhada uma representação cartográfica (carta, mapa, planta)

50. Projeções Cartográficas Uma projeção cartográfica determina a correspondência matemática biunívoca entre os pontos da esfera (ou elipsóide) e sua transformação num plano Sistemas de projeção resolvem as equações: x = f 1 (  ,  )  y = f 2 (  ,  )  = g 1 (x,y)  = g 2 (x,y)

51. Classes de Projeção Projetada no Plano Projetada no Cone Projetada no Cilindro

52. Projeções Cartográficas Sistema UTM – Universal Transversa de Mercator

53. Projeções Cartográficas O sistema UTM é Universal, pois é aplicável em toda a extensão do globo terrestre São 60 fusos de 6º de longitude (3º para cada lado do meridiano central) Em latitude os fusos são limitados ao paralelo 80º N e S. O cruzamento de equador com cada MC inicia-se a origem com 10.000.000 metros no eixo das ordenadas (NS) e de + 500.000 metros no eixo das abcissas (EW)

54. Carta Topográfica

55. Projeções Cartográficas Principais projeções no Brasil UTM (Universal Transverse Mercator) cartas topográficas Mercator cartas náuticas Cônica conforme de Lambert cartas ao milionésimo cartas aeronáuticas Policônica mapas temáticos mapas políticos

56. Integração de dados em SIG’s Sistemas de referência fusos ou zonas UTM criação de vários projetos extensão de uma zona UTM faixas da cônica de Lambert 1:1.000.000 criação de vários projetos extensão de uma faixa Lambert como proceder no SIG? (fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)

57. Cobertura dos dados divisão por folhas do mapeamento divisão por distrito, município ou estado divisão por imagem de satélite SIG deve ser flexível e permitir várias opções Integração de dados em SIG’s (fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)

58. Integração com SR Sensoriamento Remoto representa uma fonte única de informação atualizada para um SIG? A união da tecnologia e dos conceitos e teorias de Sensoriamento Remoto e SIG possibilita a criação de sistemas de informação mais sofisticados A integração de imagens de satélite ou fotografias digitais à base de dados de um SIG depende fundamentalmente de uma etapa de correção geométrica.

59. Correção geométrica de imagens Importância eliminação de distorções sistemáticas estudos multi-temporais integração de dados em SIG Requerimentos conhecimento das distorções existentes escolha do modelo matemático adequado avaliação e validação de resultados

60. Registro de Imagens O que é Registro (geo-referenciamento)? Transformação (Lin x Col) Imagem  (X, Y) sistema referência Importância eliminação de distorções sistemáticas análise de dados multi-temporais integração de imagens de diferentes sensores integração de dados em SIG

61. Registro: Qual o problema? Identificar a transformação espacial T que modela a distorção entre os dados