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Descomplique datum e projeção cartográfica no ambiente GIS José Augusto Sapienza Ramos 20/03/2013

Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

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Page 1: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Descomplique datum e projeção cartográfica no ambiente GIS

José Augusto Sapienza Ramos

20/03/2013

Page 2: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Download desta apresentação, dos dados e do

Quantum GIS: http://www.labgis.uerj.br/webinar/cartografia/downloads/dados.zip http://www.labgis.uerj.br/webinar/cartografia/downloads/apresentacao.pdf http://www.labgis.uerj.br/webinar/cartografia/downloads/QGIS_180.zip

o Acesso posterior a gravação do Webinar: http://www.youtube.com/user/SistemaLABGIS

Material para acesso posterior

Page 3: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Relação através do espaço geográfico;

o Cartografia representa o espaço geográfico;

o Geoprocessamento trata e analisa o espaço geográfico;

o Todo o dado geográfico possui por trás conceitos da Cartografia!

Cartografia e Geoprocessamento – qual a relação?

Page 4: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Mas a falta de conhecimento em cartografia...

Cuidado, o mau uso desses elementos pode gerar

problemas no seu projeto!

?

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Page 5: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Seu projeto pode dar errado!

Page 6: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Como representar o espaço geográfico?

Determinar a forma da Terra

(Geoide)

Constituir um modelo matemático

aplicável (datum)

Definir um sistema de coordenadas (ex. Lat/Long)

Projetar o modelo da Terra

num plano (ex. UTM) Opcionalmente

Page 7: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Não é uma tarefa fácil - inviável por medição direta;

o Utiliza-se duas informações: o O campo gravitacional da Terra; o O nível médio da água dos mares.

o Gera-se então a superfície equipotencial gravitacional

mais próxima ao nível médio de água dos mares – o geoide.

Como determinar a forma da Terra?

Page 8: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Exemplo de geoide

Page 9: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Diversas versões...

o Conhecimento do campo gravitacional limitado – instrumentos e tecnologia.

o Técnicas e instrumentos se apuram com a evolução da ciência;

o Com o passar do tempo, foram desenvolvidos diversos geoides para representar a forma da Terra;

Page 10: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Como representar o espaço geográfico?

Determinar a forma da Terra

(Geoide)

Constituir um modelo matemático

aplicável (datum)

Definir um sistema de coordenadas (ex. Lat/Long)

Projetar o modelo da Terra

num plano (ex. UTM) Opcionalmente

Page 11: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Modelo matemático aplicável da Terra - por que precisamos?

o Geoide é matematicamente intrincado - distância do uso prático;

o Gera-se então uma aproximação do geoide, uma forma elipsoidal;

o O elipsoide contém essencialmente dois parâmetros: o Raio equatorial; o Grau de achatamento dos polos;

Exemplo de elipsoide

Page 12: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

É uma superfície elipsoidal referenciada sobre a Terra – além do elipsoide, temos também a “amarração” entre o geoide e o elipsoide;

Datum Planimétrico

?

Elipsoide

Geoide

Elipsoide “amarrado” = datum planimétrico

Page 13: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Datum Planimétrico

o Possui cinco parâmetros, dois para definir o elipsoide e três para definir a “amarração” (X, Y e Z) entre o elipsoide e o geoide;

o Utilizado como referência X,Y – não para Z.

Geoide Elipsoide

Altitude Elipsoidal (H) Altitude

Ortométrica (h) Superfície Terrestre

Ondulação geoidal (N)

Page 14: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Datum Planimétrico – é uma aproximação

o Por se uma aproximação da superfície da Terra, comumente se criam versões que melhor representam determinadas partes da mesma;

Geoide

Datum p/ América do Sul

Datum p/ América do Norte América do Norte

América do Sul

Page 15: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Datum Planimétrico – é uma aproximação

o Por serem aproximações muitas vezes elevadas, é

pertinente constituir um datum que melhor represente um país ou continente em detrimento ao resto da superfície da Terra;

o Há dois tipos de datum planimétricos: o Geocêntricos – passíveis de uso global, referência no centro de

massa da Terra; o Topocêntricos – uso local, referência na superfície da Terra.

Page 16: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Define a altura zero;

o Coincide com a superfície equipotencial que contém o nível médio dos mares;

o Só necessário em dados com altimetria associada;

Datum Altimétrico

Page 17: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Datum Horizontal

Para X e Y Elipsoide + Referência ao

geoide

Datum Vertical

Para Z Nível 0 – nível do mar

Page 18: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Outras características sobre data

o Os data contêm parâmetros medidos;

o Técnicas e instrumentos destas medições se apuram com o tempo;

o Possibilidade de diversos geoides como base de data;

o Pertinência de data para melhor representação local;

o Resultado: muitos data possíveis;

Page 19: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Datum oficial nos países

o Países adotam data oficiais que melhor representam seu território;

o Comumente essa definição faz parte do Sistema de Referência Geodésico de um país;

o Como as inferências se aperfeiçoam, países podem mudar ou ajustar seus data oficiais com o passar do tempo;

Page 20: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Definido pelo IBGE;

o Já houve dois data planimétricos topocêntricos oficiais: o Córrego Alegre; o South American Datum 1969 – SAD69.

o Estamos em transição até 2014 para o novo Sistema de

Referência Geocêntrico para as Américas - SIRGAS 2000;

o O datum altimétrico oficial do Brasil é o Imbituba – SC;

Sistema de Referência Geodésico Brasileiro

Page 21: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

WGS 84 - World Geodetic System

o O datum planimétrico World Geodetic System 1984 -

WGS84 é comumente encontrado;

o Constituído para validade global – pode ser utilizado no mundo todo – datum geocêntrico;

o Ele é utilizado, por exemplo, no Global Positioning System – GPS e no Google Earth;

Page 22: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

WGS 84

Se o WGS tem validade global, por que o Brasil não o adota como oficial? Muitas pessoas dizem: “Já ouvi dizer que WGS 84 e SIRGAS 2000 são iguais”.

SIRGAS 2000

WGS 84 e SIRGAS 2000 são geocêntricos, método que permite a validade global. Entretanto, o SIRGAS 2000 foi constituído para representar mais precisamente a América do Sul - como uma roupa feita sob medida... Eles não são iguais, a diferença entre pontos na superfície utilizando esses dois data é na grandeza de poucas unidades de metro.

Page 23: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Exemplo de diferenças – WGS 84 e SAD 69

o As diferenças entre data na superfície da Terra não são

constantes, depende da posição.

Y (WGS84)

X (WGS84)

Z (WGS84)

SAD-69 >> WGS-84 (IBGE): TX= -66,87 m TY= 4,37 m TZ= -38,52 m

X (SAD69)

Z (SAD69)

Y (SAD69)

Page 24: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Todas as geoinformações estão representadas sobre um datum planimétrico e, quando houver informações de altitude (Z), um datum altimétrico;

o Geoinformações em data planimétricos diferentes não podem ser trabalhadas geograficamente juntas;

o É preciso então padronizar o datum;

o Para isto, o correto é utilizar a metodologia indicada pelo IBGE: http://www6.ufrgs.br/engcart/Teste/refer_exp.html

Alteração entre data das geoinformações

Page 25: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Como representar o espaço geográfico?

Determinar a forma da Terra

(Geoide)

Constituir um modelo matemático

aplicável (datum)

Definir um sistema de coordenadas (ex. Lat/Long)

Projetar o modelo da Terra

num plano (ex. UTM) Opcionalmente

Page 26: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Depois de definido a forma de representação da Terra (datum), é necessário definir um sistema de coordenadas para referenciar posições sobre a superfície;

o A matemática oferece alguns sistemas;

o Utiliza-se comumente (99,99% das vezes) o Sistema de Coordenadas Geográficas;

Sistemas de coordenadas – por que?

Page 27: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Sistema de Coordenadas Geográficas – como referenciar pontos?

o Define-se as coordenadas por um par de ângulos: o Latitudinal: referência à linha do Equador; o Longitudinal: referência ao meridiano de Greenwich;

Page 28: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Chefe, veja bem...

Acidente em São Paulo por problema no levantamento topográfico, um duto da Petrobras foi perfurado numa construção de rodovia em 2001 – apuração indicava a

inferência incorreta do datum utilizado.

Page 29: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Como representar o espaço geográfico?

Determinar a forma da Terra

(Geoide)

Constituir um modelo matemático

aplicável (datum)

Definir um sistema de coordenadas (ex. Lat/Long)

Projetar o modelo da Terra

num plano (ex. UTM) Opcionalmente

Page 30: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Datum planimétrico - forma elipsoidal;

o Forma de representação dos dados geográficos geralmente é planar: papel, tela do computador, entre outros;

o É necessário transformar o elipsoide num plano;

o Utiliza-se então uma função matemática de projeção - passa-se a ter unidades de distância como metros e não mais em graus nas coordenadas geográficas.

Projeção Cartográfica – Por que usar?

Page 31: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

o Problema: não é possível projetar um elipsoide num plano sem deformar sua superfície;

o Logo, deforma-se também dos dados representados nela;

o Observe a figura ao lado, há geometrias diferentes em projeções diferentes como, por exemplo, no Brasil e Antártida.

Projeção Cartográfica – Qual o problema em usar?

O mundo em duas projeções diferentes: Policônica (acima) e Robinson (abaixo).

Page 32: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Classificando as projeções cartográficas

o Há inúmeras projeções, cada uma com características que as fazem pertinentes a uma dada aplicação;

o A página abaixo contém uma aplicação que ilustra os efeitos de distorção das projeções:

http://www.uff.br/mapprojections/mp_br.html

o Vejamos a seguir ver algumas das principais classificações das projeções em relação às suas características;

Page 33: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Quanto a superfície de projeção

Cilíndrica Cônica Plana

Page 34: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Quanto a superfície de projeção

o Há também as poli-superficiais, que utilizam mais de uma superfície de projeção de mesmo tipo;

o Exemplo, projeção policônica;

o A utilização de múltiplas superfícies muitas vezes diminui a distorção da projeção e/ou garantem características pertinentes.

Page 35: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Quanto ao contato da superfície projetiva com a superfície do datum

Page 36: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Quanto as propriedades preservadas

o Equidistantes – não apresentam deformações em algumas linhas particulares;

o Conformes – sem deformações em ângulos em torno de qualquer ponto e assim não deformam pequenas regiões;

o Equivalente – mantém uma relação constante com as áreas originais na superfície da Terra. As áreas tendem a sofrer pouca deformação, sendo esta constante;

o Afiláticas – Não preserva nenhuma das propriedades anteriores;

Page 37: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Quanto ao ponto de vista

Page 38: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Tabela das principais projeções

Page 39: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Tabela das principais projeções (continuação)

Page 40: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Quais as principais projeções utilizadas no Brasil?

o Depende da área de aplicação – por exemplo, a área de

navegação utiliza projeções específicas.

o Em linhas gerais são: o UTM – Universal Transversa de Mercator; o Cônica Conforme de Lambert; o Cônica Equivalente de Albers; o Policônica.

Page 41: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Datum Planimétrico

É um elipsoide referenciado sobre um geoide, provendo uma superfície de representação da forma da Terra.

Projeção Cartográfica

É uma função matemática que transporta coordenadas sobre o datum planimétrico (3D) para um plano (2D).

Page 42: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Atenção!

Uma projeção cartográfica pode ser aplicada sobre qualquer datum planimétrico. Um datum planimétrico não determina quais projeções utilizar ou vice-versa. É possível aplicarmos a projeção Cônica Conforme de Lambert tanto sobre o datum SAD69 tanto o SIRGAS 2000. O datum altimétrico é apenas uma referência do nível zero. Ele por si só não é afetado pela projeção cartográfica adotada.

Page 43: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Exemplos

o Vejamos agora alguns exemplos de projeção...

Page 44: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção Cônica Equivalente de Albers

Page 45: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção Equivalente Cilíndrica

Page 46: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção Azimutal Equivalente de Lambert

Page 47: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção Cônica Conforme de Lambert

Page 48: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção Equidistante Azimutal

Page 49: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção Equidistante Cilíndrica

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Projeção de Robinson

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Projeção de Mercator

Page 52: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção Transversa de Mercator

Page 53: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção Ortográfica

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Projeção Gnomônica

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Projeção Sinusoidal

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Projeção Estereográfica

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Projeção UTM - Universal Transverse Mercator - Vantagens

o Muito utilizado em escalas 1:250.000 e maiores;

o Preserva ângulos e a distorção de áreas é menor do que 0,5%;

o As características preservadas a tornam atraente em relação às outras projeções cartográficas.

Page 58: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Projeção UTM - Universal Transverse Mercator - Desvantagens

o Divide a terra em 60 fusos com 6º de largura;

o Não é possível representar um fuso separadamente. Em linhas bem gerais, não devemos representar uma área de estudo nesta projeção se a mesma abrange mais de um fuso UTM;

o Referencia separadamente os hemisférios de cada fuso (norte e sul);

o Distorção no fuso se eleva conforme aumenta a latitude.

Page 59: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Divisão de fusos no Brasil

Page 60: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

O Estado do RJ não pode ser representado diretamente em UTM, pois é abrangido por dois fusos. Se representássemos o RJ todo no fuso 23, por exemplo, sua porção no fuso 24 não teria mais garantida as propriedades de ângulos preservados e área com distorção < 0,5% – essas propriedades são o que justificam o uso desta projeção.

Exemplo...

Page 61: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Concluindo

Há uma grande diversidade de data e projeções cartográficas, onde estas podem ser combinadas livremente; Ter ciência de quando utilizar esses recursos é de suma importância para manter a melhor fidelidade geográfica da sua informação e garantir o sucesso do seu projeto.

Page 62: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

E o seu projeto de errado...

Page 63: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

...poderá ter sucesso!

Page 64: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Leitura complementar

o A página do Projeto SIRGAS – Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas:

http://www.ibge.gov.br/sirgas/ o Capítulo 6 - Cartografia para Geoprocessamento do livro

Introdução à Ciência da Geoinformação, disponível no DVD deste curso ou na página:

http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/introd/cap6-cartografia.pdf

o Transformações entre referenciais geodésicos, disponível

na página: http://www6.ufrgs.br/engcart/Teste/refer_exp.html

Page 65: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

CON

CEPÇÃO

DO

SISTEMA

LABG

IS

Page 66: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Análise Espacial 2D e 3D com ArcGIS

Análise Espacial de Bacias Hidrográficas

Controle de Qualidade de Dados Geográficos

Estatística Espacial e Geoestatística

Geotecnologias Aplicados ao Setor de Petróleo e Gás

Modelagem Conceitual de Bancos de Dados Geográficos

PostgreSQL e PostGIS

Programação em Python no ArcGIS for Desktop

Sensoriamento Remoto e Processamento Digital de Imagens

Sistemas de Informações Geográficas Aplicados ao Licenciamento Ambiental

Sistemas de Informações Geográficas com ArcGIS for Desktop 10.1 - Módulo I

Sistemas de Informações Geográficas com ArcGIS for Desktop 10.1 - Módulo II

Sistemas de Informações Geográficas com Quantum GIS

Sistemas de Informações Geográficas com SPRING

Sistemas de Posicionamento Global

Menu de Cursos

Geomarketing

Global Mapper

Geodatabases

GISWeb com i3Geo

Page 67: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

PÚBLICO EM 2012

Webinars: 2.827; Evento GGP 2012: 1.492; Cursos de Extensão: 616.

Page 68: Descomplique Datum e Projeção Cartográfica No Ambiente GIS

Obrigado

José Augusto Sapienza Ramos [email protected]