Embed Size (px)
Citation preview
Cartografia
Digital
2.1 Cartografia Digital
Relações interdisciplinares
Sensoriamento
Remoto
SGBD SIG
Cartografia
CAD
2.2 Dados Espaciais
Dados são observações que fazemos
quando monitoramos o mundo real
Dados são coletados como fatos que viram
informação
Dados tornam-se informação quando
colocamos um contexto,
Exemplo: numa imagem de satélite
precisamos saber a semântica dos dados,
escala ou medida de unidade
2.2 Dados Espaciais
Dados podem ser classificados como
primário:
registros diáriosde tipos de skis usados
número de tickets de teleférico vendidos (permite
monitorar a demanda em diferente dias das semana)
número de esquiadores usando um de terminado
teleférico num determinado dia
número de avalanches registradas
2.2 Dados Espaciais
Dados podem ser classificados como
secundário:
mapas metereológicos da área de esqui (ajuda na
previsão de avalanches)
mapas topográficos locais
pesquisa sobre estilo de vida dos esquiadores
2.2 Dados Espaciais
Dados têm três dimensões:
temporal:
registra quando aconteceu
Ex.: 14 de fevereiro de 1995
temático:
registra o quê aconteceu
Ex.: acidente de vazamento de petróleo
espacial:
registra onde aconteceu
Ex. Bacia de Campos - RJ
Mapas
São métodos tradicionais de
armazenamento, análise e apresentação de
dados espaciais
São as formas que usamos para representar
a forma que pensamos o espaço em duas
dimensões.
Têm diferentes formatos e escalas
Mapas
Podem ser classificados como
temático
mostram dados relativos a uma tema particular
Ex.: solo, geologia, uso da terra, população,
transporte
topográfico
contêm um conjunto de dados diversos em diferentes
temas.
Mapas
Mapas têm uma orientação (por default o
Norte).
Utiliza-se da rosa dos ventos para indicar
esta orientação
Processo de Geração de
Mapas
Estabelecer o propósito do mapa
Definir a escala que será usada
Selecionar as feições (entidades espaciais) do
mundo real que serão colocadas no mapa
Escolher um método para a representação destas
feições (pontos, linhas, áreas)
Generalizar estas feições para representação em
2-D
Processo de Geração de
Mapas
Adotar uma projeção de mapa para colocar as
feições no plano.
Aplicar um sistema de referência espacial para
localizar as feições com relação as outras
Anotar o mapa com chaves, legendas e texto
para facilitar o uso do mapa
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.
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
Entidades espaciais (feições)
Tradicionalmente, mapas são usados para representar elementos do mundo real
Símbolos espaciais básicos são: ponto, linha e poligono (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
Generalização
Dados espaciais são uma generalização ou
especialização das feições do mundo real
Dependendo da escala generalização é
necessária para mostrar as feições que
podem aparecer naquela escala
Em outros casos, generalização é usada
para melhorar a qualidade de uma imagem
A idéia básica é representar as feições
mantendo a claridade.
Cartografia básica
Motivação
Sempre na história o espaço teve um destaque
especial:
Passado: As grandes navegações (Cabral e
Colombo), a ida do homem à Lua
Presente: A descoberta do espaço (teve vida em
Marte? Robôs em Marte coletando informações)
Futuro: A conquista do espaço (ida de humanos à
Marte, previsto pela NASA para 2035)
Cartografia básica A forma da Terra
Na antiga Grécia já se pensava que a Terra era esférica e se tentava calcular sua circunferência
Por volta de 200 a.C., Eratóstenes conseguiu precisão no cálculo: Percebeu que num dia de verão no Hemisfério norte, em Siena ao meio-
dia os raios do sol iluminavam todo o fundo de um poço vertical. Nesta mesma data em Alexandria (cidade mais ao norte), viu que os raios solares estavam inclinados no fundo de outro poço.
Então ele realizou um experimento com uma estaca nas duas cidades ao mesmo tempo e percebeu que uma não tinha sombra (meio-dia) e que a outra apresentava uma sombra no terreno (com ângulo de 7º12’)
Então ele calculou a distância entre as duas cidades e conseguiu através de regra de três a circunferência da Terra (com erro de 10%)
Cartografia básica
A forma da Terra
Posteriormente houve um retrocesso na Cartografia pois
chegou-se a imaginar que a terra era um disco.
Alguns indícios retomaram a idéia da esfera:
Um navio parece perder suas partes ao afastar-se no
horizonte
A Estrela Polar aparentemente move-se em relação ao
observador conforme deslocamento norte-sul deste
A projeção da sombra da Terra na Lua no decorrer dos
eclipses
Cartografia básica
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 a 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.
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
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
Em outras,a 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
Projeções
Distorção de projeção ocorre em:
Forma, área, distância ou direção
Projeções diferentes produzem distorções
diferentes.
As características de cada projeção torna-
as úteis para algumas aplicações e não-
úteis para outras.
Projeções
Tipos:
Conformal: preservam a forma de regiões
pequenas (nenhuma projeção consegue
preservar formas de regiões grandes)
Equal-area: preserva a área das feições
(forma, ângulo e escala podem estar
distorcidos)
Equidistant: preserva distâncias entre certos
pontos.
True-directions: preserva a direção entre
objetos.
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.
Projeção Cilíndrica
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
Projeção Azimuthal
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
Projeção Cônica
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)
Sistema de Coordenadas
Divide-se a terra em hemisférios: norte e sul (acima e abaixo da linha do Equador)
Ocidental e oriental (à esquerda e à direita do Meridiano de Greenwich)
Meridiano é cada um dos círculos máximos que cortam a Terra em duas partes iguais e passam pelos pólos Norte e Sul e cruzam-se entre si nestes pontos (semelhante aos gomos de uma laranja)
Paralelo representa cada círculo que corta a Terra perpendicularmente em relação aos meridianos. Semelhante a corte horizontais feitos numa laranja.
Obs: o Equador é o único paralelo tido como círculo máximo.
Sistema de Coordenadas
Coordenadas geográficas
latitude e longitude
longitude: (ou meridianos) começam num pólo e
vão em direção ao outro pólo formando semi-
círculos.
O meridiano de Greenwich na Inglaterra é o
centro e é conhecido como meridiano de
Greenwich ou Meridiano Primo.
Linhas de longitude estão mais afastadas na linha
do equador e mais próximas nos pólos
Sistema de coordenadas
A distância relativa entre linhas de longitude onde
elas interceptam com linhas de latitude é sempre
igual.
Entretanto, a distância real variará dependendo
da linha de latitude que é interceptada.
Exemplo: a distância entre linhas de longitude
crescerá a medida que se aproxima-se do
equador
Sistema de Coordenadas
Latitude: são linhas perpendiculares às linhas
de longitude, paralelas uma das outras
Cada linha representa um círculo ao redor do
globo
Cada círculo terá uma circunferência e área
diferentes dependendo da distância com
relação aos pólos
O círculo com maior circunferência é
conhecido como linha do equador (ou paralelo
central) e está equidistante dos dois pólos.
Nos dois pólos as linhas de latitude são
representadas por um único ponto - o pólo
Sistema de Coordenadas
Usando latitude e longitude qualquer ponto na
superfície terrestre pode ser localizado por
meio de graus, minutos e segundos (visto que
latitude e longitude são medidos em ângulos)
Latitude varia de -90 º a + 90 º ( ou 90 º N e
90 ºS (usa-se a letra grega )
Longitude varia de -180 º a +180 º (ou 180 ºW
(oeste) e 180 ºE (leste) (usa-se a letra grega
)
Exemplo: Moscou (55º37’N, 36 º0’E)
latitude: 55 graus e 37 minutos ao Norte do
Equador
longitude: 36 graus à leste (East) de Greenwich
Sistema de Coordenadas
Latitude de um ponto é a distância angular
entre o plano de Equador e um ponto na
superfície da terra unido perpendicularmente
ao centro do planeta.
Latitude é representada pela letra grega fi ()
É dado em grau, minuto e segundo
Sistema de Coordenadas
Longitude é o ângulo formado entre o ponto
considerado e o meridiano de Greenwich.
Longitude é representada pela letra grega
lambda ()
É dado em grau, minuto e segundo
Latitude e Longitude
Latitude e Longitude
Dois pontos numa mesma linha de longitude
e separados por um grau de latitude estão
distantes:
1 grau de latitude representa 1/360 da
circunferência da terra = cerca de 111km
1 minuto de latitude corresponde a 1,86 KM que
também define 1 milha náutica
1 segundo de latitude corresponde a 30 metros
Latitude e Longitude
Distância entre dois pontos
É dada como a menor distância entre dois
grandes círculos que passam pelos pontos a
serem medidos
Um grande círculo é um círculo que passa pelo
centro da terra (o meridiano de Greenwich e linha
do Equador são grandes círculos, linhas de
latitude, exceto o Equador não são grandes
círculos (são conhecidos como pequenos
círculos)
Latitude e Longitude
Distância entre dois pontos
Desta forma o comprimento deste arco entre
dois pontos de dois grandes círculos numa terra
de raio R é dado por:
R*cos-1[sen1*sen2 + cos 1*cos 2*cos(1 - 2)]
Ex.: A distância de um ponto no Equador a longitude
90E (no oceano índico entre Sri Lanka e Sumatra) e
o Pólo Norte é aplicar a esta equação acima os
valores 1=0, 1=90; 2=90, 2=90, com raio
R=6378Km é 10.018Km (ou perto de 10.000km).
Obs.: A França originalmente definiu o sistema métrico no
século 18 como 1/10.000.000 da distância do Equador ao
Pólo Norte.
Projeção Mercator
Transforma latitude/longitude em coordenadas (x,y) no sistema cartesiano
Trabalha com meridianos retos e equidistantes e paralelos retos.
Cada projeção de mapa pode ser representada como um par de função matemática: x = f( ,), e y=g( ,)
A projeção Mercator usa as funções:
x = e y = ln tan[/2 + /4]
Para inverter para lat/long: = x e = 2 tan-1 e y - /2
Referência Espacial
Sistema de coordenadas geográficas assume
que a terra é uma perfeita esfera, o que é
incorreto.
Para projetar a esferóide que representa a
terra podemos usar um sistema de
coordenadas cartesiano
Para tanto, criamos um grid que é colocado
sobre o mapa.
O grid é obtido da projeção das linhas de
latitude e longitude da representação global
sobre uma superfície plana, usando uma
projeção de mapa
Referência Espacial - UTM
O exemplo UTM - Universal Transverse Mercator grid system que 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.
Referência Espacial - 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.
UTM
Referência Espacial
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.
Referência Espacial: Exemplo de
Projeções
UTM
Datum
translada esferóide (origem) para obter a melhor precisão para um determinada área a origem da esferóide nem sempre é a origem da terra
um bom match num lugar = mal match em outro lugar
Datum é um conjunto de parâmetros definindo um sistema de coordenadas e um conjunto de pontos de controle cujos relacionamentos geográficos são conhecidos através de medidas ou cálculos.
Existem muitos Datums em uso hoje, para uma lista de alguns veja http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/datum/edlist.html
Referência Espacial
Georeferenciamento: é usado para localizar uma feição na superfície da terra ou num mapa.
Ex.: Av. Aprigio Veloso, 882, Bodocongó, Campina Grande, PB, Brasil.
Problemas:
Existem um mesmo nome para diferentes locais (London UK e London, Canada), nos EUA existem 18 cidades chamadas Springfield, no UK há 9 cidades Whitchurches)
Existem diferentes nomes para um mesmo local: Pequim e Beijing na China
Ver artigo de Luis Fernando Veríssimo
Referência Espacial
Formas de georeferenciamento:
Nomes de lugares
Ex.: London, Ontario, Canadá
Endereços Postais
Ex.: Rua das Flores, Cidade Nova, Brasil
Códigos Postais
Ex.: CEP 58.109-970
Área de telefone
Ex.: 083
Sistema de Referência Linear
Ex.: KM 80 da BR 230
Latitude/longitude
Ex.: 80E, 78N
Universal Transverse Mercator
Ex.: 55086.34E e 75210.76N
