FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFIA PARA GEOPROCESSAMENTO
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FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFIA PARA GEOPROCESSAMENTO
Julio Cesar Lima d’Alge
Cartografia 2
IntroduçãoConceitos de Geodésia
Sistemas de coordenadasprojeções cartográficas
transformações geométricas
Incerteza e integração de dados
Integração com Sensoriamento Remotocorreção geométrica de imagens
Generalização cartográfica
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Introdução
Geoprocessamento é a área do conhecimento que usa técnicas matemáticas e computacionais para tratar os processos que ocorrem no espaço geográfico.
Cartografia apresenta um modelo de representação de dados para os processos que ocorrem no espaço geográfico.
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Introdução
Londres … 1854
(fonte: John Snow, 1855)
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Introdução
Características dos dados espaciaislocalização: onde está…?
condição: como está…?
tendência: o que mudou…?
roteamento: por onde deve passar…?
padrões: qual é a distribuição…?
modelos: o que acontece se…?
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Conceitos de Geodésia
Determinação da forma e das dimensões da TerraGeóide
campo da gravidadenível médio dos mares
Terra cartográfica ou superfície de referência
elipsóide de revoluçãoesfera
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Conceitos de Geodésia
Datum planimétrico ou horizontalsuperfície de referência posicionada em relação à Terra realconceito mal entendido pela comunidade de usuários de SIGcausa a variação das coordenadas geodésicas
E o que são coordenadas geodésicas?geodésicas ou geográficas?
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Conceitos de Geodésia
Latitude geodésicaângulo entre a normal à superfície de referência (elipsóide ou esfera), no ponto em questão, e o plano do equador.
Longitude geodésicaângulo entre o meridiano que passa pelo ponto e o meridiano origem (Greenwich, por convenção).
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Conceitos de Geodésia
SAD-69atual datum planimétrico brasileiro6.378.160m de semi-eixo maior1/298,25 de achatamento
Córrego Alegreantigo datum planimétrico brasileiro6.378.388m de semi-eixo maior1/297 de achatamento
Na prática ambos são atuais!
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Conceitos de Geodésia
Datum planimétrico localSAD-69, Córrego Alegre, NAD-83, Indian
Datum planimétrico globalWGS-84, SIRGAS
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.
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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 dados compartilhados (importação e exportação).
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Conceitos de Geodésia
Datum altimétrico ou verticalsuperfície 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.
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Sistemas de coordenadas
O apontamento de um pixel na tela do computador devolve ao usuário do SIG as coordenadas geográficas do ponto.A entrada de um mapa via mesa digitalizadora requer uma relação entre coordenadas de mesa e de mapa.Uma imagem georreferenciada tem coordenadas geográficas associadas às coordenadas de imagem.
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Sistemas de coordenadas
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Sistemas de coordenadas
Coordenadas geodésicas (geográficas)figura de referência: esfera ou elipsóide
Coordenadas geocêntricas terrestres
X = R.cosφ.cosλ φ = arcsen(Z/R)Y = R.cosφ.senλ λ = arctg(Y/X)Z = R.senφ
(válido para o modelo esférico)
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Sistemas de coordenadas
Coordenadas planas polaresdesenvolvimento de projeções cônicas
Coordenadas planas cartesianascoordenadas de projeção
x = ρ.cosθ θ = arctg (y/x)y = ρ.senθ ρ = (x2 + y2) 0.5
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Projeções cartográficas
Sistemas de projeção
x = f1(φ,λ) y = f2 (φ,λ)
λ = g1(x,y) φ = g2(x,y)
Propriedadesconformidade e equivalência
Escolha da projeçãolocalização, tamanho, forma
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Projeções cartográficas
Superfície ou figura de referênciaesfera, elipsóide
Superfície de projeçãoplano, cone, cilindro, poliedro
Posição da superfície de projeçãonormal ou equatorial, oblíqua, transversa
Método de construçãoprojetivo, analítico, convencional
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Projeções cartográficas
(fonte: Johann Heinrich Lambert, 1772)
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Projeções cartográficas
Projeções planas ou azimutaisplano tangente ou secante
estereográfica polar, azimutal de Lambert
Projeções cônicascone tangente ou secante
cônica de Lambert, cônica de Albers
Projeções cilíndricascilindro tangente ou secante
UTM, Mercator, Miller
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Projeções cartográficas
Projeções conformes ou isogonaispreservam ângulos
UTM, Mercator, cônica conforme de Lambert
Projeções equivalentes ou isométricaspreservam áreas
cônica equivalente de Albers
Projeções equidistantesrepresentam distâncias em verdadeiragrandeza ao longo de certas direções
cilíndrica equidistante
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Projeções cartográficas
Parâmetros das projeçõesfigura de referência (elipsóide ou esfera)
datum planimétrico
paralelo padrão (latitude reduzida)deformações nulas … verdadeira grandeza
longitude origem (meridiano central)posição do eixo Y das coordenadas planas
latitude origemposição do eixo X das coordenadas planas
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Projeções cartográficas
Principais projeções no BrasilUTM (“Universal Transverse Mercator”)
cartas topográficas
Mercatorcartas náuticas
Cônica conforme de Lambertcartas ao milionésimocartas aeronáuticas
Policônicamapas temáticosmapas políticos
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Projeções cartográficas
Outras projeções importantesCilíndrica equidistante
apresentação de dados em SIGmapas mundi
Estereográfica polarsubstitui a UTM nas regiões polares
Cônica conforme bipolar oblíquamapa político das Américas
Cônica equivalente de Alberscálculo de área em SIG
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Projeções cartográficasCilíndrica equidistante
paralelos e meridianos igualmente espaçadosx = R(λ - λ0), y = Rφcoordenadas planas armazenadas em metrosdados matriciais com resolução em metros
LatLong ... geográfica projetadaparalelos e meridianos igualmente espaçadosx = (λ - λ0), y = φcoordenadas planas armazenadas em grausdados matriciais com resolução em graus
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Transformações geométricas
Importância em Geoprocessamentorelações entre os diversos sistemas de coordenadas
calibração da mesa digitalizadora
registro de imagens
registro de dados vetoriais
suporte geométrico básico às questõesde modelagem matemática em SIG
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Transformações geométricas
identidade escalas
rotação
cisalhamento
quebra do paralelismo
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Transformações geométricas
Ortogonal - 3 parâmetros1 rotação, 2 translações
Similaridade - 4 parâmetros1 rotação, 1 escala, 2 translações
Afim ortogonal - 5 parâmetros1 rotação, 2 escalas, 2 translações
Afinidade - 6 parâmetros1 rotação, 1 cisalhamento, 2 escalas, 2 translações
Polinomiais - ≥ 6 parâmetros
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Transformações geométricas
Transformações geométricas complexassó fazem sentido quando cada um dos seus parâmetros desempenha um certopapel em termos de modelagem.
Conhecer o que se pretende modelar é fundamental para a escolha adequadade uma transformação geométrica.
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Conhecimento da Incerteza
Exatidão de posicionamentoerro na posição de pontos bem definidos
Exatidão de atributoscampos (relevo) … valor numérico
categorias (solo) … certo ou errado
Consistência lógica e completezalinhas omitidas ou polígonos não rotulados
base de dados contém o que deve?
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Integração de dados
Sistemas de referênciafusos ou zonas UTM
criação de vários projetosextensão de uma zona UTM
faixas da cônica de Lambert 1:1.000.000
criação de vários projetosextensão de uma faixaLambert
como proceder no SIG?(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Integração de dados
Cobertura dos dadosdivisão por folhas do mapeamento
divisão por distrito, município ou estado
divisão por imagem de satélite
SIG deve ser flexível e permitir várias opções(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Integração de dados
Erros inerentes aospróprios dados
polígonos espúriosoperação de “overlay”detecção automática?
ajuste de linhaserros de digitalizaçãocomo a digitalização é sempretediosa, a importacão de dados digitais sempre é bem-vinda?(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Integração com SR
Sensoriamento Remoto representauma fonte única de informaçãoatualizada para um SIG.
A união da tecnologia e dos conceitose teorias de Sensoriamento Remotoe SIG tem possibilitado a criação de sistemas de informação mais ricos e sofisticados.
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Integração com SR
A não ser em atividades de carátereminentemente emergencial, o usoefetivo de imagens de SensoriamentoRemoto requer integração com outrostipos de dados.A integração de imagens de satélite oufotografias digitais à base de dados de um SIG depende fundamentalmente de uma etapa de correção geométrica.
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Correção geométrica
Importânciaeliminação de distorções sistemáticas
estudos multi-temporais
integração de dados em SIG
Requisitosconhecimento das distorções existentes
escolha do modelo matemático adequado
avaliação e validação de resultados
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Correção geométrica
Fontes de distorções geométricas(MSS, TM, HRV, AVHRR, IRMSS, WFI)
rotação da Terra (skew)distorções panorâmicas (compressão)curvatura da Terra (compressão)arrastamento da imagem durante umavarreduravariações de altitude, atitude e velocidadedo satélite
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Correção geométrica
Transformação geométrica (T)modelo orbital (fotogramétrico)modelo polinomial (registro de imagens)
Mapeamento inverso (T-1)Reamostragem (interpolação)
vizinho mais próximobilinearconvolução cúbica
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Mapeamento inverso
l
p
T
T-1
?
X
Y
I
J
pixel
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Registro de imagens
Acredita-se que uma transformaçãogeométrica simples possa resolver a questão de se vincular uma imagemao sistema de referência da base de dados do SIG.Os parâmetros da transformaçãogeométrica são calculados a partir damedição das coordenadas de pontosde controle.
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Registro de imagens
A escolha da transformação geométricaapropriada depende basicamente do conhecimento que o usuário tem sobreo nível de correção geométrica da suaimagem.A quantidade e a distribuição dos pontos de controle sobre a imagempodem ser fatores preponderantespara um bom registro.
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Generalização Cartográfica
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Generalização Cartográfica
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Generalização Cartográfica
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Generalização Cartográfica
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Generalização
Universalização do conteúdo de umabase de dados espaciais com uma certafinalidade
redução da complexidaderetenção da exatidão espacial e de atributosfunção da escala ou da resolução espacial?modelagem em níveis de abstraçãodiferentescomunicação mais eficiente
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Motivações da generalização
Seleção e representação simplificadade objetos através de transformaçõesespaciais e de atributos
construção de bases de dados
otimização computacional
aumento de robustez
derivação de bases de dados
otimização da comunicação visual
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Tipos de generalização
Sequência de operações de modelagemgeneralização de objetos
seleção de objetos
conteúdo da base de dados
generalização orientada à modelagemsimplificação da base de dados
generalização cartográficarepresentação gráfica da base de dados simplificada
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Estratégias de generalização
Orientação por processosdeduções a partir de uma base de dados detalhada
explicitação de semântica e contexto
Orientação por representaçõesrepresentações múltiplas, multi-escala
ênfase na eficiência da extração de informação
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Generalização
Visualização ou modelagem?Emulação do processo analógico?Análise espacial?
(fonte: Muehrcke, Muehrcke, 1992)