Sistemasdeinformaogeogrfica 130702102214-phpapp01

Universidade de Coimbra

Faculdade de Letras

Curso de Geografia

Ano Lectivo: 2012-2013

Docente: José Gomes dos Santos 2º Ano – 1º Semestre

“O mundo é um belo livro, mas pouco útil para quem não sabe ler." - Carlo

Goldoni

Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia

Página 2

1. INTRODUÇÃO AOS SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA

Cinco questões chave a que se deve responder1:

-» SIG – O que são?

-» SIG – Como surgiram (evolução)?

-» SIG - Para que servem2 (capacidades e componentes)?

-» SIG – Que instituições produzem informação geográfica oficial/não oficial?

ENQUADRAMENTO TERMINOLÓGICO E CONCEPTUAL: SISTEMAS E CIÊNCIA DA INFORMAÇÃO;

INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA (SIG); SIG E CARTOGRAFIA; REPRESENTAÇÃO CARTOGRÁFICA DA

INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA

Sistema -» uma operação ilimitada que vincula a informação à sua localização geográfica, por

meio de hardware, redes software, dados e procedimentos operacionais.

Informação -» atributos ou características (dados) podem ser usados para melhor descrever

uma localização espacial.

Geográfica -» localização espacial – 80% dos dados do governo dos EUA estão associados a

alguma localização espacial.

… não é simplesmente um software.

… não é usado somente para fazer mapas.

1 Nunca se vai conseguir responder na totalidade a estas questões. 2 Dados da realidade geográfica à sua representação.

GIS Components

Pessoas Software (em muitos casos caro)

Hardware

Approaches

(metodologias)

Dados (custam dinheiro)

-» Fotos Aéreas

-» Fotos Satélite

-» Dados vectoriais (muito caros)


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Mais de 7 000 universidades ensinam SIG no mundo (Angela Lee ESRI Educaion Program).

Trabalhar com SIG’s serve sempre para resolver problemas.

O SIG armazena informações sobre a superfície terrestre em uma colecção de camadas

(Layers). Essas ligam-se a um banco de dados descritivos e se relacionam umas com as outras por

meio de sua localização espacial. -» Informação sobre lugares na superfície terrestre (informação

geográfica/geoespacial.

Conhecimento sobre “o que está onde e quando” (não esquecer o tempo). Os fenómenos geográficos

acontecem no espaço/implicações no espaço e posteriormente para outras áreas.

Layers (rios, estradas, altimetria, etc.)

O SIG permite a integração de dados:

SIG

Mundo Real

Aquisição de Dados

Manipulação dos Dados Análises

Gerência de Produtos

Tomada de decisão

Informações Numéricas Informação/representação gráfica

Atributos alfanuméricos em

Tabela

Mexer aqui, altera os elementos gráficos


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Estradas

Uso da Terra

População

Serviços

Nascentes

Topologia; Vetores; Dimensão; Medições; Imagens; Redes; Trajetos ; Desenhos; CAD; Anotações;

Objetos 3D; Endereços; Terreno; Atributos

SIG – do que se trata?

A resposta não é simples!

Informação Geográfica / Geoespacial.

Informação sobre lugares na superfície terrestre.

Conhecimento sobre o que está, onde e quando – não esquecer o tempo!

Tecnologias de informação geográfica/geoespacial:

Tecnologias para adquirir e processar esta informação

o Sistemas de posicionamento global (GPS, Glonass, Galileu)

o Detecção Remota

o Sistemas de informação geográfica (SIG/GIS).

SIG/GIS – o que está implícito no “S”?

Systems: a tecnologia (é um tipo específico de sistema de informação). Tecnologia para a

aquisição e gestão de informação espacial.

Science: os conceitos e teoria. Teoria, termos e conceitos por trás da tecnologia. Introdução à

ciência é sempre necessária…

Studies: o contexto social

Escolas

Hospitais

Campo de refugiados

Saneamento.


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Dados SIG revestem dois modelos:

3

Overlay (sobreposição) -» dados sobre recursos podiam ser combinados (1969).

Symap -» primeiro programa cartográfico.

Open Source -» Quatum GIS

3 Formato de imagem é raster, sem dúvida!

Sistemas

Ciência

Sociedade

Raster

(GRID)/matricial

“Pixels” -» célula unitária que dá resolução/ localização e

valor/ imagens de satélite e fotografia aérea são formato

raster.

Vetorial/Vetor -» Pontos, linhas e polígonos;

-» ”Feições” (casa, lago, rede de transmissão, etc.);

-» Atributos (tamanho, tipo, comprimento, etc.).

Figuras geométricas que dão forma – três primitivas geométricas, é

editável

Nas duas a

informação está

projetada, por isso

ambas precisam de

um sistema de

projeção


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As questões sociais, legais e éticas associadas à actividade em SIG assumem cada vez

maior relevância.

Existe já um código de ética em Sig: GIS Certification Institute -» registar a informação

(meta-dados); saber quem produziu, quando, onde, software, objectivos -» protecção contra

plágio.

Obrigações para com a sociedade

Obrigações para com os empregadores

Obrigações para com colegas e para com a profissão

Há uma linguagem própria e legal para os SIG’s.

Informação SIG precisa ser registada, oficializada e autenticada.

-» Sistematizando definições «-

Caixa de ferramentas:

SIG Ciência dos

Computadores

-» Gráfico

-» Visualização

-» Base de dados

-» Administração de

Sistema

-» Segurança

Área de Aplicações

-» Admin. Pública

-» Planeamento

-» Geologia

-» Exploração mineira

-» Florestas

-» Site Selection

-» Marketing

-» Eng. Civil

-» Justiça criminal

-» Topografia

Geografia e relacionados

-» Cartografia

-» Geodesia

-» Fotogrametria

-» Detecção Remota

-» Estatísticas Espaciais


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“um conjunto de ferramentas para recolher, armazenar, transformar e visualizar dados

espaciais sobre o mundo real;

Uma tecnologia de informação que armazena, analisa e apresenta dados espaciais e não

espaciais.

Base de dados:

Um sistema de gestão de base de dados computorizada para a captura, armazenamento,

acesso, análise e visualização de dados espaciais;

Qualquer tipo de procedimentos manuais ou computorizados.

Sistema de informação geográfica: descrição intuitiva.

“Um mapa como uma base de dados por trás”

“Uma representação virtual e consistente de fenómenos do mundo real”

Em termos:

a) Da sua posição relativamente a um sistema de coordenadas;

b) dos seus atributos não espaciais.

SIG – ENTÃO COMO DEFINIR?

-» Definições incompletas e inacabadas.

-» Nenhuma definição é consensual.

-» Devem-se ler as várias definições e criar a nossa própria definição.

Um conjunto automatizado de funções que proporciona a profissionais capacidades avançadas para o

armazenamento, acesso, manipulação e visualização de dados localizados geograficamente.


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Um sistema de suporte à decisão envolvendo a integração de dados referenciados espacialmente

num ambiente de resolução de problemas.

Um sistema de ferramentas integradas e computorizadas para processamento (captura,

armazenamento, acesso, análise, visualização) de dados usando a localização na superfície terrestre

para inter-relações em suporte de gestão de operações, tomada de decisões, e ciência.

Inclui: conjunto de ferramentas integradas para análise espacial; processamento exaustivo de dados –

captura, armazenamento, acesso, análise, modificação, visualização4.

Como os SIG diferem de sistemas relacionados (SIG vs. DBMS vs. AM vs. CAD/CAM):

DBMS: os sistemas típicos de bases de dados contêm informação locacional implícita mas não

explícita.

Automated Mapping: maioritariamente instrumentos de visualização bidimensional.

Facility Management (FM) Systems: maioritariamente instrumentos de gestão de redes.

CAD/CAM…

ENQUADRAMENTO HISTÓRICO DOS SIG E RELAÇÃO COM AS NOVAS TECNOLOGIAS DE

INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA (TIG)

Registos/desenhos pré-históricos representam dois elementos estruturais dos SIG: um arquivo ligado.

Assim que se desenvolveram noções básicas de contagem e aritmética, estas foram também aplicadas na

mensuração de elementos espaciais…

As unidades básicas de informação geográfica foram estabelecidas muito cedo, com o desenvolvimento

das ciências cartográficas.

O glorioso séc. XX:

4 O professor aconselhou o seguinte livro: Projeto em Sistemas de Informação Geográfica de António Cosme.


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o Os anos 30 e 40: primeiros desenvolvimentos matemáticos apropriados para problemas espaciais, com

métodos estatísticos e análise de séries temporais, mas progresso limitado por falta de

ferramentas computacionais.

o Anos 50: meios insuficientes para lidar com grande volume de dados diferentes (contemporânea das

teorias psicológicas de conjunto – “gestalt”).

o Anos 60: emergência dos SIG. Disponibilidade do computador digital + procura acrescida de dados

sobre o território = emergência dos SIG.

o Problema: como classificar e cartografar os recursos naturais do Canadá? Solução: Canada

Geographic Information System (CGIS) por Roger Tomlindson.

PRINCIPAIS PROTAGONISTAS NO SOFTWARE SIG PROPRIETÁRIO:

ESRI, inc. – Empresa privada, líder de mercado, origem comercial em 1981 (com o Arcinfo):

Arcgis/Arcview.

Mapinfo (Troy; NY).

Intergraph – Geomedia: grandes concorrentes da ESRI.

Autodesk – Mapguide: início no CAD. AUTOCAD MAP em 1996.

Outras: Bentley Systems, IDRISI, etc.

Anos 2000: ânsia de liberdade

O opensource: software livre, o código-fonte é disponibilizado sem restrições, código aberto não

significa sem custos.

SIG: QGIS; GRASS; GVSIG; VDIG; TERRAVIEW; SPRING; KOSMO.

WebSIG: Google Earth; Mapserver; Geoserver; Open Layers.

-» Era moderna do SIG e das TIG (tecnologia da informação geográfica/geoespacial):


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Desenvolvimento dos softwares SIG (proprietário e livre) direcionados para partilha online (Arcgis

server online, Geoserver, mapserver…).

Desenvolvimento de sistemas de posicionamento global (GPS; Glonass; Galileu); deteção remota.

Novas tecnologias de aquisição de informação geoespacial: a era dos vant.

GRANDES DOMÍNIOS DE APLICAÇÃO DAS FERRAMENTAS E TECNOLOGIAS SIG – SIG, PARA QUE

SERVEM?

-» Servem para gerir, comunicar, etc.

-» Ler artigos disponíveis no site da pós-graduação em TIG5.

INSTITUIÇÕES, ORGANISMOS E EMPRESAS QUE PRODUZEM/TRABALHAM COM SIG; EVENTOS

SIG6

É importante saber onde se podem arranjar dados fiáveis: nem todos os dados são bons ou então podem

ser muito caros. Importância da aquisição de dados7;8.

www.iegeo.pt – Instituto Geográfico Português (Carta Administrativa Oficial de Portugal disponível para

download – dados vetoriais ou em raster).

o Site dentro do IGP – ambiente SIG de nível 19, pois só permite a visualização da informação (não

permite a manipulação e interatividade10).

o O IGP providencia as URL para acedermos aos mapas sem os ter de descarregar – vantagens em

adquirir dados desta forma.

http://www.igeoe.pt/ - Instituto Geográfico do Exército.

5 http://www.uc.pt/fluc/depgeo/posgraduacao/tig/jgs9705 6 Quase de certeza que vai sair uma pergunta sobre isto no exame. 7 A partir do Google Earth podem-se extrair curvas de nível. 8 Ver Inspire – norma europeia sobre aspetos cartográficos (adotada em Portugal). 9 É um SIG, mas ao mesmo tempo não o é. 10 Um SIG de nível 2 já permite interatividade, etc. (isto não está escrito em livro nenhum, mas o professor definiu

assim).

http://www.iegeo.pt/

http://www.igeoe.pt/

http://www.uc.pt/fluc/depgeo/posgraduacao/tig/jgs9705


Página 11

www.apambiente.pt – Agência Portuguesa do Ambiente.

www.proteccaocivil.pt – Proteção Civil (apresenta conceitos importantes no glossário.

www.geoportal.lneg.pt – Laboratório Nacional de Energia e Geologia.

www.icnf.pt

www.snirh.pt

www.meteo.pt - Instituto de Meteorologia.

www.cm-mirandela.pt – Câmara Municipal de Mirandela. Hoje em dia, todos os municípios são obrigados a

disponibilizar informação, mas poucos disponibilizam esta informação como o município de Mirandela o

faz11.

Esri Portugal – pode ter alguma informação importante.

www.mundogeo.com – disponibiliza centenas de empregos por dia.

www.ccdrc.pt – outro link de interesse.

www.osgeo.org – organismo que coordena a informação espacial relativa aos opensource.

www.opengeospatial.org

www.gisday.com

O EDIFÍCIO SIG; ARQUITETURA E COMPONENTES DE UM SIG

-» O modelo de dados SIG; modelo de dados raster e modelo de dados vetorial

-» Modelos, estruturas e formatos de dados utilizados em software proprietário e em software

livre; Arcgis (Esri) vs. GVSIG, standards, serviços e protocolos websig.

-» Dados espaciais e organização de temas na base de dados.

-» Análise espacial e elementos para a estrutura de um Projeto SIG.

11 O professor aconselhou a consulta do Guia Metodológico para produção de cartografia municipal de risco.

http://www.apambiente.pt/

http://www.proteccaocivil.pt/

http://www.geoportal.lneg.pt/

http://www.icnf.pt/

http://www.snirh.pt/

http://www.meteo.pt/

http://www.cm-mirandela.pt/

http://www.mundogeo.com/

http://www.ccdrc.pt/

http://www.osgeo.org/

http://www.opengeospatial.org/

http://www.gisday.com/


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Software (o arcgis por si só não é um SIG) – proprietário/opensource (inclui cinco grupos

funcionais);

Metodologias (desde a recolha ao processamento e Output dos dados que normalmente vem

sob a forma de cartografia) – processos, métodos e técnicas – observação, análise e

interpretação, programação (linguagem de programação) (SIG, web, bases de dados, etc.) –

Geoprocessamento da Informação - IDE;

Hardware – grande operabilidade, basta ter imaginação e otimizar as soluções –

equipamentos diversos: informática, GPS, telecomunicações móveis, etc.;

Dados (dataware) – vetor/imagens (raster);

Recursos Humanos (liveware) – contexto individual/contexto empresarial ou organizacional –

níveis de licenças12 (lógica de níveis de segurança);

a) Aquisição e INPUT de dados;

b) Armazenamento e gestão de dados (DBMS);

c) Transformação de dados (análise e conversão) – pode ser mais intuitivo ou menos;

d) Interação com utilizador (interface);

e) OUTPUT de dados e apresentação de resultados, normalmente associado à construção de

cartografia ou gráficos.

Os SIG’S têm vários níveis, consoante as tarefas que permitem. O mais básico é aquele que apenas

permite a visualização dos dados.

12 Podem nos pedir para trabalhar num projeto, mas a partir de determinado ponto já não temos mais acesso aos dados.

Componentes de um SIG:


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O(s) modelo(s) SIG: representação digital e abstrata do mundo real, onde os dados são

armazenados numa base de dados e sobrepostos em camadas, de forma a serem usados para a

resolução de problemas. Cada camada, se estivermos a tratar de modelo de dados vetorial, representa

apenas elementos com um tipo de geometria (e. g. pontos, linhas, áreas).

Modelo Vetorial Modelo Raster (matricial)

O que podemos saber sobre estes elementos com representação espacial?

-» Pontos -» Linhas

-» Polígonos (áreas)

Que fenómenos podem ocorrer neste local? Pixels (ou célula) – tem uma resolução, quanto maior esta for, maior será a qualidade da informação que

estamos a representar.

Estamos sempre a tratar dados espaciais num software SIG (se for uma tabela, esta tem de ser

convertida para dados espaciais)

Pontos (nodes): árvores, postes, cotas, cidades – 0D.

Linhas (arcs): rios, ruas, esgotos, condutas de gás… - 1D

Polígonos: parcelas, concelhos, uso do solo, cidades – 2D.

Modelos Digitais de Terreno (MDT) – informação da altitude do relevo ao nível do solo – e Modelos

Digitais de Elevação (MDE) – modelação da cidade consoante a altura, edifícios de uma cidade –

volumes – 3D.

Shapefiles: ficheiro simples que representa um determinado fenómeno através de um elemento

(pontos ou linhas ou polígonos). No mínimo uma shape é constituída por três ficheiros – têm sempre de

existir os três (.dbf – atributos; .shp – geometria; .shx – indexação). Contudo, pode haver outros

Relações entre os aspetos espaciais – destaque para as Relações Topológicas (conetividade

topológica, sem isto o GPS não funciona)

Vetorial Formatos ESRI – shapefile, coverage, geodatabase, TN.

Raster Formato ESRI – GRID. Pixels: valores de altitude, valores de

temperatura, uso do solo – 2D


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ficheiros relacionados com sistemas de coordenadas; metadados – aqui identificam-se os autores do

trabalho -, etc.).

Coverages (cobertura): conjunto de elementos geográficos que representam um determinado

fenómeno. Cada coverage é uma diretoria que contém os vários elementos (pontos, linhas, polígonos, nós,

rotas… etc. e respetivas relações topológicas13).

Personal Geodatabase (.MDB): (ficheiro do Microsoft Access) desenhada para um utilizador e para

manipular conjuntos de dados geográficos de pequenas dimensões. O limite máximo da base de

dados é de 2 GB. Atenção: PODE INCLUIR DADOS MATRICIAIS (dados em formato de imagem ou

raster).

File Geodatabase (.GDB): é uma geodatabase que não usa o motor do Microsoft Access, não tem limite

de 2 GB14 e tem melhor performance na manipulação de grandes conjuntos de dados, comparativamente

a todos os outros formatos ESRI15.

Família ARCGIS:

13 Maior complexidade em termos de relações topológicas. 14 Mas o professor não sabe o limite exato. 15 Pode incluir shapefile, raster, tabelas,.dxf, dgn, dwg, (estes últimos três não são nativos da ESRI, por isso

podem dar erros, mas é permitido converte-los para shapefile) vpf, coverage.

Geodatabase Model (funciona como uma floresta, em que a geodatabase corresponde à

floresta, a feature a uma árvore)

GEODATABASE

FEATURE DATASET

FEATURE CLASS

FEATURE

Collection of feature data sets like workspace

Collection of feature classes maintains spatial reference

Collection of features like a coverage or shapefile

Geographic object row in DBMS table


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DESKTOP GIS;

SERVER GIS;

MOBILE GIS;

ONLINE GIS;

ESRI DATA.

Níveis de licença em ARCGIS: de forma esquemática

ARCVIEW: visualização, consulta de dados, integração e criação e edição de elementos

geográficos simples.

ARCEDITOR: contém todas as funcionalidades anteriores e reúne ainda ferramentas de criação,

edição e assegura a qualidade dos dados.

ARCINFO: contem todas as funcionalidades anteriores e acrescenta

ferramentas avançadas de análises espaciais e cartografia.

GNU General Public License, GNU GAL ou simplesmente GPL, é a designação da licença para software

livre idealizada por Richard Stalmann no final da década de 1980 no âmbito do projeto GNU da Free

Software Foudantion16.

Quatro Liberdades:

A liberdade de executar o programa para qualquer propósito

Liberdade de estudar como o programa funciona e adaptá-lo para as suas necessidades. O acesso

ao código-fonte é um pré-requisito para esta liberdade

Liberdade de redistribuir cópias de modo a ajudar o próximo

Liberdade de aperfeiçoar o programa, e disponibilizar os seus aperfeiçoamentos, de modo a que

toda a comunidade beneficie deles. O acesso ao código-fonte é um pré-requisito para esta

liberdade.

16 Apareceu associado à adoção do Linux.

-» Análise espacial

-» Visualização e cartografar

-» Gestão de dados espaciais

ARCINFO

ARCEDITOR

ARCVIEW

Modelos e formatos de dados com software opensource


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Contudo, não é necessariamente gratuito.

Os dados:

-» vetor: a importância dos standards (.shp, .dxf, .dgn…) e dos open standards (.kml, .kmz – kml

zipados). Interoperabilidade com outros softwares (e.g. CAD): .dxf, .dwg, .dgn.

-» matricial: formatos comuns aos restantes softwares (tiff, gif, jpg, sid, geotiff, etc.).

Organização de dados espaciais e fluxo de temas numa base de dados conceptual

Parte-se sempre de um problema inicial

Para resolver o problema da melhor maneira possível tem de se recolher os dados adequados.

É preciso saber o que se está a fazer. Há muito ‘lixo’ em projetos SIG (por exemplo, quando

se utiliza ficheiros CAD em SIG, vêm vários elementos que não são necessários)

Temos de ser muito críticos em relação aos dados utilizados

Mundo Real

Modelos de dados (gráficos e alfanuméricos)

Componente espacial

(localização, topologia)

Componente alfanumérica

Retificação de dados

Seleção de dados

Manipulação Exploração Confirmação

Entrada de dados

Armazenamento

Recuperação

Gestão

Análise


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-» Um organograma tipo de um modelo de dados espaciais em SIG «-

Estes modelos são utilizados para nos auxiliar no entendimento e localização de um problema específico.

Isto pode ser tão simples como na escolha do caminho mais rápido para ir de A para B ou tão complexo…

-» Modelos e Sistemas «-

-» Entradas17 ------------» Sistema ----------» Saídas

-» Variáveis de entrada ------------» Modelo ------------» Variáveis de Saída18

17 Não se pode deixar de incluir variáveis. Se definirmos uma variável como pouco importante, mesmo esta sendo

importante, as variáveis de saída podem não ser as mais corretas. 18 Não se modela a realidade, mas sim um sistema.

Visualização

Utilizadores

Se a visualização não agradar

deve-se repetir o processo vezes

sem conta até se chegar ao

resultado pretendido

Saída de dados

Tomada de decisão

Figura 1 - Exemplo simplificado de modelo espacial

A escolha das “variáveis de entrada” é uma operação muito delicada


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Figura 2

O esquema geográfico como entidade:

Mundo é concebido como espaço aberto ocupado por objetos, cada um tendo uma séria de

atributos. Cada ponto do espaço pode situar-se em qualquer número de objetos.

Os objetos são homogéneos e podem:

Sobrepor-se

Ser contados

Ser manipulados (mantêm integridade).

Lugar é essencial e é a base de muitos dos benefícios dos SIG: relacionar espacialmente informação.

Tempo é um elemento opcional, cuja inclusão depende do fenómeno em estudo ou aplicação de atributos.

É a informação que descreve caraterísticas dos elementos geográficos.

Imagens “burras” (raster ‘burras’ – pode até ter bom aspeto, mas como é uma imagem, é estática,

não tem valores associados à célula) e dados SIG inteligentes (dados ligados à célula, maior

operabilidade)

Os dados geográficos ligam lugares, tempo e atributos:


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Tipos de Atributos:

Escalas de medição de atributos – usadas para representar atributos dos objetos.

Categorias:

o Nominal 19

o Ordinal

Numéricos:

o Intervalo

o Razão (rácio)

o Cíclicos (azimute numa bússola, etc.)

Por tipo de elementos:

Pontos;

Linhas;

Polígonos.

Análise espacial: Inclui técnicas para examinar e explorar dados numa perspetiva geográfica, para

desenvolver e testar modelos, e apresentar dados de forma a levarem a maior esclarecimento e

compreensão.

Mas, explorar dados geográficos tem os seus perigos:

Problema da qualidade dos dados – erro; incerteza; lixo entra, lixo sai.

Pode-se introduzir bons dados, mas deliberadamente ou inadvertidamente produzir lixo.

Correlação dos dados espaciais (cuidado na seleção de variáveis para análise.

Importância dos METADADOS – dados sobre dados

19 Hidrantes: pontos de água a que bombeiros recorrem em caso de incêndio – podem estar em vários locais.

Dados espaciais – A geometria (onde): Especificam forma e localização

Por grupos temáticos:

Estradas (Linhas)

Ocupação do solo (Polígonos)

Tipo de Solo (Polígonos)

Hidrantes (Pontos)

Por tipos de dados:

Raster (para um lado)

Vetorial (para outro).


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Descrição de uma base de dados, que permite conhecer as suas caraterísticas, origem, processo

de produção, qualidade e linhagem (transformações sofridas), autor, data de criação, etc.

Importância dos sistemas de posicionamentos e de georreferenciação.

Projeção, escala, exatidão e resolução. As propriedades – chave dos dados espaciais.

Posicional: quão perto estão as entidades da sua localização verdadeira?

Consistência: grau em que as caraterísticas das entidades na base de dados

equivalem às caraterísticas reais (será um pinhal na base de dados um pinhal no

mundo real?).

Exaustividade: todas as ocorrências das entidades no mundo real estão

presentes na base de dados? Estão todos os pinhais incluídos?20

Fases Típicas:

20 Quanto mais exigentes as especificações, mais elevado o custo!

Projeção: Método pelo qual a superfície curva 3D da terra é representada num mapa 2D

por coordenadas X, Y.

Alguma distorção é inevitável.

Escala: O rácio entre a distância no mapa e distância correspondente no mundo real.

Em teoria, os SIG são independentes de escala, mas na prática existem

limites de escala na análise e output de dados em qualquer projeto!

Exatidão Realismo com que a base de dados representa a realidade

Exatidão Tamanho do menor elemento passível de ser reconhecido (em dados raster

data, trata-se do tamanho do pixel

Um projeto SIG:


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1. Identificar objetivos;

2. Criar base de dados (gratuitos ou não – se não houver dados, podemos nós mesmo criar);

3. Realizar/examinar análise;

4. Apresentar resultados.

-» Análise (o que não se deve fazer!): não se deve desenvolver uma teia muito complexa de

informação.

-» O que se deve fazer21! – lógica simplificada de processos22.

21 Manipulações; transformações; funções; processamento. 22 Deve-se construir uma tabela onde se diz o modelo de dados, estrutura dos dados, escala, ano, fonte.


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CARTOGRAFIA, PROJEÇÕES E SISTEMAS DE COORDENADAS

SUMÁRIO – DA REALIDADE GEOGRÁFICA À REPRESENTAÇÃO CARTOGRÁFICA

O mapa – atributos, tipos e elementos

Cartografia e geodesia – definição e evolução

Superfícies de referência

Projeções e sistemas de coordenadas

Representações cartográficas

INTRODUÇÃO AOS MAPAS E NOÇÕES ELEMENTARES DE CARTOGRAFIA

Carta ou mapa é uma representação geométrica plana, simplificada, de toda ou parte da superfície

terrestre, por meio de uma relação de semelhança denominada escala.

Em suma, é a representação gráfica do ambiente geográfico.

Cartografia como a arte, ciência e técnica de elaborar cartas (mapas) e o seu estudo. Disciplina que

lida com a conceção, a produção, a disseminação e o estudo dos mapas.

Como se faz um Mapa?

Atributos básicos que descrevem a essência das possibilidades e limitações: escala; projeção e

simbolização.

Cada componente é uma fonte de distorção

ou simplificação da realidade…

Elementos do mapa, enquanto meio de

comunicar informação, um mapa de incluir:

título, escala, orientação (rosa dos ventos,

Norte) e legenda.

Escala e MMU: MMU na cartografia

temática c/ polígonos. Ex: Carta de Ocupação

do Solo – COS’90 (1:25 000); Carta CORINE

Land Cover – CLC 100K = (1:1 000 000).

Figura 3 - Elementos do mapa - escala


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A cartografia temática com polígonos, além de escala de referência, carateriza-se por possuir uma Área

Mínima Cartográfica (MMU – AMC), inversamente relacionada com aquela23.

Classificação das Cartas – segundo a escala, assunto ou função:

Gerais ou de Base: o objetivo é a

representação espacial de informação

geográfica de caráter genérico. A

cartografia de base constitui o suporte da

restante cartografia. Produzida a partir de

fotografia aérea ou imagem de satélite

(exemplo: mapa topográfico).

Especiais ou Temáticas: o objetivo é

representar informação de caráter

especializado – cartas físicas, cartas

políticas, cartas náuticas, cartas itinerárias,

etc. (carta de precipitação ou de intensidade

sísmica; CORINE Land Cover).

Mapas – preocupação com dois elementos da realidade:

-» Localizações (absoluta ou relativa – está próxima de… a sul de…);

-» Atributos.

E as relações que se formam:

Entre locais, sem intervenção de atributos

Entre vários atributos num local

Entre localizações dos atributos de uma distribuição

Entre localizações de atributos combinados ou derivados

23 Ver diapositivo 9 do módulo de projeções cartográficas.

Figura 4 - Classificação com base na escala


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O paradoxo cartográfico: para comunicar uma imagem útil e verdadeira da realidade, um bom

mapa tem de distorcer essa realidade.

Assim, todos os mapas:

São reduções da realidade (escala)

Envolvem transformações geométricas (projeções)

São abstrações simbólicas da realidade (simbolização)

Generalizam e simplificam a realidade (generalização)

Os mapas têm tido duas funções importantes: armazenar informação e ilustrar e facilitar a

compreensão de padrões e relações espaciais, bem como a complexidade do ambiente.

Assim, o objetivo do mapa é comunicar de modo eficiente relações espaciais e formas. O grande desafio

é representar um objeto 3D numa superfície plana (aqui entra a geodesia).

Desta forma, a produção cartográfica envolve a determinação de localizações de elementos (na terra), a

transformação dessas localizações em mapas planos e a simbolização desses elementos.

Produção cartográfica – desafios:

Definição exata da forma e dimensão da Terra (Geodesia) > Posicionamento > Localização

(Georreferenciação).

Passagem das grandezas medidas e calculadas

pela Geodesia ao plano da superfície de

representação (projeções cartográficas que

têm por detrás de si complexos cálculos

matemáticos).

GEODESIA24: FORMA, DIMENSÃO DA TERRA E

POSICIONAMENTO; SUPERFÍCIES DE

REFERÊNCIA. CARTOGRAFIA: DATUM E

SISTEMA DE COORDENADAS

24 Estão por detrás de toda a cartografia. Nunca

deixar de relacionar estes aspetos ao longo da nossa

aprendizagem. Figura 5- A determinação do geóide é feita por gravimetria,

por métodos astro-geodésicos e, mais recentemente, com

recurso a tecnologias espaciais


Página 25

Resumo Histórico…

As primeiras congeminações sobre a

forma e tamanho da Terra (séc. IX a.

C.) indicavam que a Terra era um disco

achatado no qual se apoiava um céu

esférico.

Pitágoras sugeriu ser esférica a

forma da Terra. Esta sugestão não se

apoiava em qualquer tipo de observação

Aristóteles apresentou argumentos

que justificavam a forma esférica da

Terra.

A 1ª tentativa de determinação rigorosa (para a época) do tamanho da esfera terrestre é atribuída a

Eratóstenes. No ano de 250 a. C. levou a cabo a famosa experiência de medição do arco de meridiano

entre Alexandria e Siena.

Ele sabia que durante o solstício de Junho, os raios solares atingiam perpendicularmente a superfície

de Siena (Egito) ao meio-dia. Neste mesmo instante, a inclinação dos raios solares era de 7,2º em

Alexandria. Sabendo que a distância entre Siena e Alexandrina é cerca de 925 km, Eratóstenes usou

uma regra de três simples para calcular o perímetro da terra. Isto é 7,2/360 = 925/X.

Portanto, a circunferência da terra seria 46 250 km. Para se calcular o raio da terra, basta resolver X

= 2πR. O erro foi apenas de cerca de 15%.

Figura 6

Figura 7 - Forma e dimensão da Terra


Página 26

Nos séculos seguintes muito poucos estudos foram efetuados. No séc. IX, Caliph-al-Mamum efetuou uma

medição de comprimento de um arco de meridiano, perto de Bagdad.

No séc. XVII, Snelius efetuou medições ao longo de um meridiano na Holanda.

Newton, com base na sua teoria da atração, postulava que a Terra devia ser achatada nas regiões

polares.

Com vista à resolução deste conflito foram organizadas campanhas geodésicas. Os resultados

confirmavam as teorias de Newton e implicavam que a Terra podia ser representada por um elipsoide

ligeiramente achatado nos pólos.

À medida que aparecem técnicas de medição mais precisas torna-se mais importante definir o que se

entende por forma da Terra.

No séc. XIX (1872) foi introduzido um novo conceito, o de geóide, como sendo a superfície de todos os

mares continuada através dos continentes.

Em 1884, Helmet definiu mais precisamente o geóide25. Este era imaginado como superfície

equipotencial do campo gravítico terrestre26.

Séc. XX: satélites permitiram determinar

1 elipsoide com rigor. WGS84 está-se a

tornar um standard global.

Superfície Topográfica: é a superfície

real da Terra com a sua diversidade de

formas.

Geóide: é uma superfície teórica;

superfície equipotencial; corresponde à

25 A terra pode ser representada por um Geóide, mas não é um. Este último depende do campo gravítico e das fases

geológicas que se sucederam.

-» O que acontece com o ‘peão’ (maior e menor velocidade) também acontece com a terra. O eixo da terra não

manteve sempre a mesma inclinação (66º33’), evidente que isto teve consequências climáticas por causa da exposição

aos raios solares.

-» Correlação entre os fenómenos naturais e os sistemas de projeção. Os fenómenos naturais podem implicar

movimentações no eixo da terra. Importância da tectónica de placas. 26 Este não é um assunto nuclear para os geógrafos, contudo é um conhecimento de base que pode permitir a resolução

de alguns problemas relacionados com os SIG. Para se trabalhar com mapas temos de saber o que significa uma

alteração de projeção, etc.

Superfícies de Referência

Figura 8 - Superfícies de Referência


Página 27

superfície de equilíbrio dos oceanos.

Elipsoide: superfície matemática que melhor se aproxima do geoide (= esferoide27).

Trata-se da superfície equipotencial

gravítica28 correspondente ao nível médio

do mar.

Grande parte das determinações de

campo são feitas relativamente a

equipotenciais gravíticas.

O geoide apresenta irregularidades

que tornam os cálculos sobre a sua superfície extremamente difíceis.

Estes cálculos são facilitados se forem efetuados sobre superfícies simples (caso das esferas e dos

elipsoides).

Figura 10 - Geoide e Elipsoide

27 Normalmente, os SIG não reconhecem a palavra elipsoide, referem antes o termo esferoide. 28 Não há valores homogéneos na questão da gravidade, fala-se em potencial gravimétrico. Maiores altitudes, maior

potencial gravimétrico e vice-versa.

Figura 9


Página 28

O Geoide é a superfície de referência para levantamentos topográficos de posições horizontais

e verticais.

No entanto, estas posições são ajustadas ao elipsoide para tornar mais fácil efetuar projeções e

cálculos.

Atração Newtoniana (gravidade);

Atração de outros corpos celestes;

Forças produzidas pelos seus movimentos (forças centrífugas, etc.);

Fenómenos físico-químicos;

Dinâmica das Placas Tectónicas (Orogénese e Epirogénese).

Figura 11 – Elipsoide

Forças responsáveis pela modelação da forma da Terra:


Página 29

Por minimizar o erro, um elipsoide é sempre a superfície de referência para mapas a escalas 1:1

000 000 ou maiores.

Um elipsoide de revolução fica definido por qualquer dos seguintes parâmetros:

Semieixos maior e menor;

Semieixo maior e excentricidade;

Semieixo maior e achatamento.

Figura 12 - Elipsoides mais usados em Portugal

Elipsoide ou Esferoide (Spheroid)?

Ambos os termos são considerados corretos.

Definição de Esferoide:

Um elipsoide que se aproxima da forma de uma esfera;

Um elipsoide criado a partir da rotação de uma elipse sobre o seu eixo maior ou menor

(esferoide oblado).

-» Por considerar o termo Esferoide mais descritivo que Elipsoide, o software e documentação ESRI

adotaram esse termo.

Esfera Autálica (pode ser considerada outra superfície de referência – 3+1)


Página 30

Tratar a Terra como esfera facilita cálculos matemáticos. A escalas pequenas (inferiores a :1:5 000

000), as diferenças entre usar elipsoide e esfera são negligenciáveis. Cartografia de pequena escala utiliza

a esfera Autálica, que tem a mesma superfície que o elipsoide (logo o raio não corresponde ao semieixo).

A mais comum tem 12.741.994 m de diâmetro.

A esfera Autálica é, assim, a superfície de referência para mapas de pequena escala porque as

diferenças de posicionamento entre a esfera e o elipsoide é insignificante.

WGS84 e Clarke são superfícies de referência que usam a forma de uma esfera Autálica cujas dimensões

são: raio-6731 km e um perímetro de 40030,2 km.

Latitude Autálica: medida sobre uma superfície de referência que é uma esfera Autálica.

A Latitude Autálica define-se como o ângulo formado por: linha entre o centro da terra e o equador e a

linha entre o centro da terra e a posição a medir. Este ângulo varia entre 90º N e 90º S ou +90º e -90º.

Na latitude Autálica, a distância entre cada grau é idêntica. Para a esfera Autálica de WGS84, o

perímetro é de 40,030.2 Km e cada grau de latitude é de 111.20 km. Na maioria das esferas autálicas, estas

medidas são idênticas (Clarke 1866 e outras).

Latitude Geodésica (Geodética): a latitude medida sobre o elipsoide denomina-se geodética.

A medida de este ângulo ao largo da linha norte-sul é similar, mas não idêntica. É maior em áreas

próximas dos pólos e menor perto do equador.

As distâncias sobre o elipsoide WGS84 variam entre 110.57 km no equador e 11.69 km nos polos. Esta

diferença é pouco significativa para mapas de pequena escala, mas deixa de o ser para mapas de grande

escala.

Datum De modo a estabelecer um elipsoide como superfície de referência, temos de

especificar o seu tamanho, forma e posição relativamente à Terra

Um elipsoide posicionado em relação à Terra recebe o nome de Datum

Utiliza sempre um ponto referência (origem do datum), e pode ser usado para calcular localizações

absolutas na superfície da terra.


Página 31

Um datum fica, assim, completamente especificado atribuindo valores numéricos a 8 parâmetros – o

tamanho e a forma do elipsoide + 6 parâmetros de posição do datum (3 coordenadas e 3 ângulos de rotação).

O elipsoide é escolhido de modo a que, numa dada zona, as deformações causadas pela diferença entre o

geoide e o elipsoide sejam tão pequenas quanto possível – DATUM LOCAL29.

Existe recentemente um objetivo mais completo que amplia este conceito a uma área mais extensa, por

exemplo a Europa – datum regional, ou até o mundo inteiro – DATUM GLOBAL30.

Figura 13 - Datum Local e Datum Global

Datum Local e Datum Global – enquanto no 1º (esquerda) se procura fazer coincidir o geoide com o

elipsoide nas vizinhanças do ponto de fixação, no 2º (direita) procura-se minimizar as diferenças entre

ambos, em todo o globo, tendo o seu centro no centro de massa da Terra.

Figura 14 - Datum Local e Datum Global (2)

29 Exemplos: Datum Lisboa; Datum 73. 30 Exemplos: GRS80; WGS84.


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Figura 15 - Origem dos "data" locais utilizados em Portugal

31

Figura 16 - O mesmo ponto em dois data diferentes

COORDENADAS

31 A esfera autálica serve para escalas muito pequenas, por isso em vez de um elipsoide global, pode-se também utilizar

a esfera autálica… Quase de certeza que esta esfera sai no exame… 3+1 = justificação…


Página 33

Independentemente da forma como a informação geográfica é estruturada ou apresentada, a atribuição

de coordenadas a pontos é indissociável do processo de representação geográfica.

Os sistemas de coordenadas utilizados para georreferenciação podem classificar-se em quatro classes:

referenciais astronómicos, cartesianos tridimensionais, elipsoidais e cartográficos.

As coordenadas geodésicas (latitude, longitude, altitude elipsoidal) são obtidas através de cálculos

sobre o elipsoide escolhido.

= coordenadas geográficas ou coordenadas esféricas

-» Este sistema de coordenadas remonta ao séc. 2 a. C., ao geógrafo Hipparchus de Rhodes.

-» É o principal sistema de referência para a Terra.

Figura 17


Página 34

Figura 18 – Latitude

Figura 19 – Longitude

Figura 20 - Latitude e Longitude no computador?


Página 35

Sendo o ponto de interseção do Meridiano de Referência com o Equador a origem do referencial

(ponto 0,0), as Latitudes a Sul do Equador e as Longitudes a Oeste de Greenwich têm valores negativos.

Figura 22

Devido ao facto de Latitude e Longitude não se prestarem a medições

de áreas e distâncias, em Cartografia desenvolveram-se Sistemas de

coordenadas projetadas ou cartesianas.

As coordenadas planimétricas ou cartesianas são obtidas por uma

transformação matemática das coordenadas geodésicas (i.e., projeção).

Permitem a simplificação dos cálculos, usando trigonometria plana e

geometria analítica.

Algumas caraterísticas:

As coordenadas têm valores positivos ou negativos em função dos quadrantes em que se

localizam as features.

As coordenadas planimétricas e os cálculos em que são envolvidas continuam a estar relacionadas

com o elipsoide de referência, pois as fórmulas de transformação da projeção utilizada envolvem

parâmetros dependentes desse elipsoide.

Figura 21


Página 36

Não é, pois, estranho que para um mesmo ponto encontremos coordenadas diferentes; basta que

se tenham considerado diferentes elipsoides de referência.

Conclui-se, assim, que a indicação das coordenadas de um ponto deve vir sempre acompanhada,

dado o seu caráter relativo, dos seguintes elementos identificadores:

Sistema de projeção cartográfico (para coordenadas planas ou cartesianas).

Datum planimétrico (horizontal)

Datum altimétrico (vertical)

Alterar sistema de coordenadas: E se os meus dados não estão no mesmo sistema de

coordenadas ou naquele que eu quero usar?

Duas soluções:

Projeção On-the-fly em ArcMap/No gvSIG a projeção automática da VISTA.

Re-projetar ou transformar coordenadas no ArcToolbox ou no Sextante (gvSIG).

Re-projetar ou Transformar coordenadas?

Re-projetar: quanto o datum é o mesmo

Transformar: necessário quando sistema de coordenadas geográficas (datum) é

diferente.

Figura 23 - Transformações de

coordenadas entre "data"


Página 37

Figura 24 - Transformação de coordenadas entre "data"

1. Definir sistema de coordenadas: a definição do sistema de coordenadas não altera a

geometria da shape.

2. Transformação/Projeção de sistemas de coordenadas: permite criar a partir da shape

original, dados em diferentes sistemas de coordenadas32.

PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS33

A produção de uma carta apresenta duas dificuldades:

32 http://www.gsd.harvard.edu/gis/manual/projections/index.htm 33 Nenhuma projeção conserva todos os elementos da figura. Ao se preservar um elemento (ângulos; áreas; distâncias),

os outros são naturalmente deformados.

Sistemas de coordenadas em ArcMap ou em gvSig


Página 38

A superfície da Terra é curva;

Essa superfície encontra-se deformada pelos acidentes do terreno.

Estas dificuldades são resolvidas:

Projetando os pormenores do terreno segundo normais ao elipsoide e sobre este;

Transformando a figura curva numa superfície plana.

A passagem do elipsoide ao plano é realizada por meio de

uma projeção.

Estabelece-se uma correspondência pontual biunívoca entre

os pontos do elipsoide e os pontos do plano.

Nalguns sistemas, a correspondência é estabelecida por uma

projeção geométrica, noutros, estabelece-se analiticamente.

Como o elipsoide não é planificável, é impossível assegurar essa

correspondência sem aceitar deformações nos elementos da

figura:

Ângulos (formas)

Áreas

Distâncias

Direções

Toda a projeção é uma solução de compromisso, distorcendo

toda ou parte da realidade.

Cada projeção foi desenvolvida com objetivos específicos, e a sua escolha é função da utilização

dar ao mapa.

Figura 25

Figura 26


Página 39

Figura 27 - Classificação das projeções

Principais famílias (ou tipos) de projeções:

1) Quanto às propriedades que preservam (distorção que minimizam):

Conformes ou Ortomórficas – preservam as formas e os ângulos;

Equivalentes – preservam as áreas;

Equidistantes – preservam as distâncias;

Afiláticas – não preservam nem as formas nem as áreas34.

2) Quanto à superfície de desenvolvimento/forma da malha:

34 NOTA: Nenhuma projeção consegue ser simultaneamente Conforme e Equivalente.


Página 40

Figura 28 - Quanto à superfície de desenvolvimento/forma da malha

Figura 29 - Projeção Cilíndrica Equivalente


Página 41

Figura 30 - Projeção Cónica Equivalente

Figura 31- Projeção Azimutal Equivalente

3) Quanto à orientação da malha:


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Figura 32 - Quanto à orientação da malha

Figura 33 - Projeção de Mercator


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Figura 34 - Projeção Transversa de Mercator

Figura 35 - Projeção Oblíqua de Mercator

Superfície de desenvolvimento/forma da

malha:

O primeiro passo a projetar de uma

superfície para outra é criar um ou mais pontos

de contato.

Relativamente ao contato com a superfície do

globo terrestre, as superfícies de

desenvolvimento podem ainda ser.

Figura 36


Página 44

Os pontos ou linhas de contato definem locais de distorção zero, ou com escala verdadeira.

Linhas de escala verdadeira designam-se por linhas standard.

Em geral, a distorção aumenta com a distância ao ponto de contato, i. e., às linhas standard.

Quanto à adequação da superfície de desenvolvimento usada nas projeções:

Figura 37

-» ver imagens dos diapositivos 82 a 85.

Três fatores influenciam o valor e a distribuição espacial das deformações que afetam a

representação cartográfica de uma determinada região, condicionando a escolha da respetiva

projeção cartográfica:

Extensão da área a representar;

Geometria;

Localização geográfica.


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Visto que os sistemas cartográficos estabelecem uma correspondência ponto a ponto entre o elipsoide e

o plano, ocorre efetuar os cálculos sobre o plano da carta usando as fórmulas de geometria plana.

Aos ângulos sobre o elipsoide aplicar-se-ão correções para atender às deformações.

As deformações angulares são muito trabalhosas de calcular, exceto nas projeções conformes, em que

são nulas.

Compreende-se, assim, que os geodesistas prefiram, em geral, os sistemas conformes.

Figura 38 - Esquema de representação da Terra no plano


Página 46

Figura 39


Página 47

Figura 40 - Comparação entre as caraterísticas do Datum Lisboa, datum 73 e HGMilitar

Sistemas Hayford – Gauss (Lisboa)

A versão mais antiga do sistema Hayford-Gauss usa o elispoide de Hayford (Internacional 1924).


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A origem do datum é o vértice Castelo de S. Jorge (datum Lisboa) que tem como coordenadas: Φ =

38º42’43’’.631 N; λ = 9º7’54’’.862 W.

A origem das coordenadas retangulares (utiliza a projeção de Gauss) é o Ponto Central (situado na zona

do baricentro da superfície territorial; próximo do vértice geodésico Melriça) que tem de coordenadas: Φ =

39º40’N; λ = 8º7’54’’.862W (o 1º quadrante é o NE).

Não se introduziu o artifício de redução de escala no meridiano central porque as deformações lineares

no território nacional não o justificam.

Sistemas Hayford – Gauss (Melriça)

O sistema Hayford-Gauss mais recente adota igualmente o elipsoide de Hayford, mas toma como origem

do datum o vértice geodésico Melriça (datum 73) de coordenadas: Φ = 39º41’37.30’’ N; λ = 8º7’53.31’’ W.

Origem das coordenadas retangulares: Φ = 39º40’00’’ N; λ = 8º 07’ 54.862’’ W. Falsa origem: M: + 180,598

m; P: - 86,990 m.

Sistemas Hayford - Gauss (Militar)

Para evitar ter coordenadas negativas, recorreu-se ao artifício de translaccionar o sistema de eixos, no

plano da representação, de 300 Km segundo a meridiana no sentido S e 200 km segundo a perpendicular no

sentido W, de forma a que todo o território continental fique situado no 1º quadrante.

São as chamadas Coordenadas Militares e relacionam-se com as coordenadas Hayford-Gauss por: XM =

MHG + 200 KM; YM = PHG + 300 Km.

O Ponto Central, a Meridiana e a Perpendicular

O posicionamento relativo da superfície de referência geodésica (esfera ou elipsoide) e da

superfície cartográfica (a superfície plana onde a superfície de referência é projetada) é definido

por um ponto, pertencente à primeira superfície, denominado ponto central da projeção. É

conveniente que este ponto, cujas coordenadas geodésicas serão designadas por Φ0 e λ0, seja

central relativamente à região a cartografar.

O ponto central tem por imagem, em regra, a origem do plano cartográfico. A imagem do meridiano

central (λ = λ0) é denominada meridiana. A meridiana é usualmente uma reta que é adotada para eixo das


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ordenadas. A reta, pertencente ao plano cartográfico, perpendicular à meridiana na origem deste plano, é

denominada perpendicular e adotada para eixo das abcissas.

As Coordenadas Cartográficas e a Escala

As abcissas cartográficas, denominadas distâncias à meridiana, são simbolizadas por M. As

ordenadas cartográficas, denominadas distâncias à perpendicular, são simbolizadas por P. Nos

países anglo-saxónicos, as correspondentes denominações são respetivamente, “Eastings” e

“Northings”, simbolizadas por E e N.

Por vezes as coordenadas apresentadas nas cartas não representam distâncias à meridiana ou à

perpendicular, mas sim as coordenadas num outro referencial cuja origem, denominada falsa

origem, é fixada relativamente ao referencial definido pela meridiana e pela perpendicular. Quando

tal acontece, é porque após a projeção a origem das coordenadas cartográficas sofreu uma

translação. Uma possível razão para esta prática é a de evitar coordenadas negativas; outra razão

poderá ser o de procurar aproximar as novas coordenadas cartográficas de outras cuja utilização

esteja generalizada. Para evitar confusões, as coordenadas obtidas após a translação não deverão

ser designadas por M e P. Nos países anglo-saxónicos utilizam-se as designações “False Northings”

e “False Eastings”: neste texto as coordenadas após aplicação de uma fala origem serão designadas

por X e Y.

Exemplo: a cartografia militar portuguesa utiliza um referencial cuja origem se situa no ponto

de coordenadas, relativas à meridiana e à perpendicular, M = -200 km e P = -300 km. As

coordenadas de um qualquer ponto do plano cartográfico, relativas ao referencial militar, serão

pois X = M + 200 Km e Y = P + 300 km.


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Sistema de coordenadas UTM

São universalmente conhecidas as vantagens resultantes da adoção duma cartografia mundial

única e uniforme. No entanto, a resolução completa desta cartografia única, implica a

coordenação dos três fatores seguintes, de certo modo independentes entre si:

Adoção de um elipsoide internacional, que melhor se adapte às necessidades de todos

os países;

Escolha dum ponto fundamental ou “Datum”, comum para todas as triangulações;

Escolha dum sistema comum de representação plana conforme.


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Assim, de 1946 a 1950, procedeu-se à compensação do conjunto de redes geodésicas

europeias, do qual resultou que todas as redes europeias foram reduzidas a um sistema único,

baseado no Elipsoide Internacional, com o “Datum” em Potsdam (Alemanha), ficando as

coordenadas retangulares designadas por U.T.M. – ED 1950 (Universal Transverse Mercator –

European Datum 1950).

Do exposto resultou que, as cartas 1:50 000, 1:100 000, 1:200 000 e 1:500 000 do IPCC

apresentem, em sobrecarga, as coordenadas UTM dos cantos da folha, ou referências da

quadrícula UTM conjugadas com os resultados do ajustamento efetuado. Relativamente às

cartas militares, a quadrícula UTM passou, a partir de 1965, a figurar como quadrícula principal

nas cartas 1:25 000, 1:50 000 e 1:250 000 (pese embora a projeção adotada seja a de Gauss).

O sistema UTM (Universal Transverse Mercator) é um sistema de representação que

abrange toda a Terra, com exceção das zonas polares. Estas zonas estão mais

convenientemente representadas através de uma projeção estereográfica, que integra o

chamado sistema UPS (Universal Polar Stereographic).

No sistema UTM, a superfície da Terra compreendida entre os paralelos 84º N e 80º S é

dividida por uma série de meridianos, regularmente intervalados de 6º em 6º. Este valor de

amplitude em longitude foi calculada por forma a serem desprezadas as deformações

provenientes do sistema de projeção (para evitar lacunas entre cada dois fusos vizinhos, há

uma faixa de sobreposição de 30º). Portanto, para cada fuso, utiliza-se um cilindro secante para

que se reduzam as deformações, nas linhas de secância não existem deformações. Constituem-

se assim 60 fusos, cada um deles identificado por um número, de 1 a 60, a partir do anti-

meridiano de Greenwich (longitude 180º) e crescendo para Leste.

A partir do paralelo 80º S, considera-se ainda uma série de paralelos regularmente

intervalados de 8º em 8º (exceto o último compreendido entre a latitude 72º N e 84º N, cujo

intervalo é de 12º). Constitui-se assim uma série de 20 linhas de zonas, cada uma delas

identificada por uma letra, desde C a X, com exceção do I e do O, a partir do Sul (as letras A,

B, Y e Z foram reservadas para os calotes polares representados no sistema (U.P.S.).

Entre os paralelos, de latitude, 84º N e 80º S fica assim constituída uma rede geográfica de

meridianos e paralelos definindo 60*20=1200 zonas, cada uma delas com 6º de amplitude e 8º

em latitude (exceto a linha de zonas compreendida entre os paralelos 72º N e 84º N que tem 6º

por 12º).

Cada fuso possui os seus eixos de referências próprios, que são constituídos pelo meridiano

central do fuso, ao qual se atribuiu, por convenção, uma distância fictícia à meridiana de 500

000 metros, a fim de evitar coordenadas negativas para os pontos situados a oeste do

meridiano central; e pelo equador, ao qual se atribuiu, por razões semelhantes, uma distância


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fictícia à perpendicular de 0 ou 10 000 000 metros, conforme se referir às zonas situadas nos

hemisférios Norte ou Sul.

Com tais convenções, todos os pontos dum dado fuso situado a leste do seu meridiano

central terão uma distância à meridiana superior a 500 000 metros. Analogamente, se uma zona

está situada no hemisfério Norte, a distância fictícia à perpendicular de qualquer dos seus

pontos é superior a 0 metros, enquanto se estiver no hemisfério Sul é inferior a 10 000 000

metros35.

Figura 41

Os meridianos e paralelos são representados por retas perpendiculares entre si, os meridianos

a distâncias constantes, os paralelos a distâncias variáveis;

As curvas loxodrómicas (linhas que unem dois pontos quaisquer da superfície da Terra

cortando todos os meridianos sempre com o mesmo ângulo – a designada casca de laranja)

são representadas por linhas retas;

Mantém os comprimentos no Equador (FE = 1.0);

35 Leitura de apoio: diapositivo 104.


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As deformações em área são grandes (muito elevadas para grandes latitudes); não aplicadas a

latitudes superiores a 84º N e 80º S.

A escala cresce com a distância ao Equador, pelo que está indicada para ser aplicada a zonas

equatoriais alongadas na direção E-W.

Projeção de Gauss (ou Gauss-Krϋger)

-» Suponhamos que queremos representar uma

zona alongada na direção N-S.

-» Ocorre considerar o meridiano central da

zona a representar como o “equador” e usar a

projeção de Mercator.

-» Surge assim uma projeção Mercator Transversa, também conhecida por projeção de Gauss

(Gauss/Kruger).

Principais caraterísticas:

A projeção de Gauss é uma projeção convencional conforme,

cilíndrica transversa;

Na posição transversa, a projeção perde a propriedade dos

meridianos serem representados por linhas retas. Na

verdade, são representados por linhas curvas com a

concavidade voltada para o meridiano central da projeção;

As deformações aumentam com a distância ao meridiano central.

Imagine-se o elipsoide (~=360º9 divido em fusos iguais.

Projeta-se cada fuso segundo a projeção de Gauss.

Toma-se para meridiano central da projeção de fuso, o meridiano médio desse fuso.

Figura 42

Figura 43


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Foi segundo este princípio que se concebeu a projeção UTM. Neste sistema, o elipsoide é

dividido em 60 fusos, cada um tendo, portanto, uma amplitude de 6º.

Figura 44 - UTM

Teoricamente, pode usar-se qualquer meridiano

central. Na prática adotam-se os meridianos 3º,

9º, 15º, 21º, 27,… W ou E.

Tratando-se de uma projeção conforme, as

deformações angulares numa zona infinitesimal

em torno de um ponto, são nulas;

A escala da projeção aumenta com a distância

desse ponto ao meridiano central. Para

compensar parcialmente esta variação, aplica-se

uma redução de escala (FE = 0,9996) a toda a

projeção. Portanto, junto ao meridiano central a escala é <1 e, para pontos afastados, a escala é >1, de

modo a ter em toda a zona, deformações pequenas.

O território de Portugal continental fica situado no fuso 29, meridiano central 9ºW.

A referenciação das posições é feita pelas coordenadas retangulares X e Y e pela designação do fuso a

que pertencem.

Figura 45


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Uma nota para reflexão:

Este sistema apresenta no território continental, deformações superiores ao sistema Hayford-

Gauss e por isso, não tem sido adotado na cartografia geral.

No entanto, algumas cartas apresentam, em sobrecarga, as coordenadas UTM referidas ao datum ED50.

As coordenadas retangulares das ilhas adjacentes (Arquipélago dos Açores e Madeira) são coordenadas

UTM referidas aos data locais.

-» O sistema UTM só está disponível para lugares abaixo dos 84 graus. Por isso, utilizam-se

projeções estereográficas para representar os polos.

Figura 46

Nota interessante: quando um raster está georreferenciado não quer dizer que ele tenha um

sistema de referência espacial, quer apenas dizer que esse raster vai assumir a posição correta.


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ANÁLISE ESPACIAL VETORIAL – OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL

Onde efetuar a promoção de determinado recurso turístico?

Quais as praias com bandeira azul?

Quais os restaurantes que estão a 50 m da praia?

Qual o horário de visita ao museu Machado de Castro?

Onde está a estação dos CTT mais próxima do hotel Bela Vista?

-» Deve-se procurar perceber para que servem os SIG’S ou o tratamento de dados através dos

mesmos.

CRIAÇÃO DE DADOS36

– ANÁLISE ESPACIAL: TAREFAS ELEMENTARES DE GEOPROCESSAMENTO DE

DADOS

Tarefas de “seleção por…” – select by

Tarefas de sobreposição topológica (union, intersect, clip – só funciona com temas poligonais) –

agrega tabelas de atributos.

Tarefas de análise de proximidade (Buffer simples e Buffer Múltiplo, polígono de Thiessen).

36 Criar ficheiros, editar uns, remover outros.

Tarefas de “seleção por…” – select by… (tarefas mais recorrentes, mais intuitivas)

Análise Espacial

Selecionar dados e exportá-los

para shapefile, por exemplo

Criar


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37

Select no Arcmap: tipos de seleção disponíveis:

Seleção by clicking or dragging a box (o utilizador define um retângulo ou um ponto).

Seleção por atributos – todas as freguesias com o nome Eiras, por exemplo.

Seleção por localização – todas as freguesias que estão dentro do limite do distrito de Coimbra.

Seleção através de elementos gráficos – selecionar todas as freguesias que se encontrem em contato

com um elemento gráfico.

No gvSIG:

Selecionar por ponto/retângulo ou polígono.

Comandos para inverter seleção e limpar seleção.

Selecionar por área de influência (o arcgis não tem esta função).

Também tem um localizador por atributos.

Navtable – aceder à informação de um label e definir o que queremos selecionar.

Permite exportar para shapefile apenas os dados selecionados.

37 Qualquer tipo de SIG permite a utilização de gráficos.

Selecionar

Select by clicking or dragging a box

Select by attributes

Select by location

Select by graphics Existe um painel para a

selection


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Seleciona registos nas layers ativadas.

-» Seleção por atributos: orientado para objetos na tabela de atributos – ex. expressões

utilizadas/expressões lógicas ou strings, tipo “FREGUESIA” = ‘NOGUEIRA’ ou “FREGUESIA” like

‘NOGUEIRA’, etc…

-» Seleção por localização: a seleção feita a elementos do mapa aparece comum rebordo azul.

38

Extrair: geometria e atributos de uma layer para uma nova shapefile (data > export data); extrair

apenas atributos (tabela de atributos), neste caso cria-se apenas uma tabela com dados atributivos.

Agregar: dissolve (arctoolbox – data management tools – generalization); merge (os campos têm de

estar em edição); sumarize.

Desagregar: explode (editor – advanced editing); multi-part feature (arctoolbox – management tools

– features – multi-part to single part.

38 O importante desta aula é saber classificar estas ferramentas (como utilizá-las já pertence à componente

prática). Esta informação permite saber quando se devem utilizar determinadas tarefas.

Criação de dados -» ao estar a selecionar, pode-se ter o propósito de criar novos dados. (só

análise ou então criação tendo por base a seleção)

Criar

Modificar Sobreposição Topológica Análise de proximidade

Modificar dados

Extrair

Agregar

Desagregar

Converter


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Converter: só com licença arcinfo. Feature to line; feature to point; feature to polygon; polygon to line;

feature vertices to point39.

40 41

42

-» o conceito de topologia é muito importante. A topologia é uma área da matemática que trata as

relações espaciais entre dois elementos (contiguidade; descontinuidade; adjacência; inclusão; conetividade).

(Um ponto contido num polígono – inclusão). Duas linhas de água: uma tem de ir dar à outra; quando se faz

zoom e se verifica que as duas não estão ligadas, percebe-se que não há conetividade topológica. Esta

questão suscita muitos erros. Deve-se sempre garantir a manutenção das relações topológicas.

União de polígonos: combina elementos de layers diferentes, mantendo por opção os atributos

originais. Escolhe-se a opção union em analysis tools > overlay do arctoolbox.

Intersect de linhas e polígonos: cria um layer novo a partir de áreas partilhadas por elementos

sobrepostos. Escolhe-se a opção intersect na ferramenta analysis tools > overlay do arctoolbox.

Criam features na layer alvo; não apaga as features originais.

Merge de pontos, linhas, polígonos e tabelas: combina elementos do mesmo tipo e de layers

diferentes num único layer. Existe a opção de escolha dos atributos a manter (apenas os não comuns

aos layers). Escolhe-se a opção merge em data management tools > general do arctoolbox43.

Clip (recorte de polígonos): corta os elementos de uma layer baseada noutra layer, mantendo os

seus atributos. A layer que é utilizada para fazer a operação de clip pode ser de linhas ou

polígonos. Escolhe-se a opção clip na ferramenta analysis tools > extract do arctoolbox. Cria na prática

uma nova shapefile.

39 Arctoolbox – data management tool – features. 40 Mais que um layer. 41 Mesmo layer. 42 Uso do solo com o limite do concelho de Coimbra. 43 Substitui a feature existente pela nova feature – apaga as features originais. Atenção ao apagar uma layer multipart

derivada de um merge.

Sobreposição Topológica

Union Clip

Merge

Split

Intersect


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Split de linhas e polígonos44: separa elementos da mesma layer em elementos de várias layers baseada

na outra layer. Escolhe-se a opção split em analysis tools – extract do arctoolbox.

-» Buffer simples e Buffer Múltiplo, Polígono de Thiessen.

Cria uma área de distância específica à volta das features selecionadas.

Análise de proximidade: proximidade «- envolvente (buffer) «- buffer multiple ring buffer «-

arctoolbox – geoprocessos no gvSIG.

Buffer Lateral: cria uma envolvente apenas para um dos lados selecionados.

Buffer por seleção/por área de influência (no gvSIG): cria uma envolvente apenas para as features

selecionadas.

Os Polígonos de Thiessen (Voronoi), servem para determinar para cada ponto os seus vizinhos mais

próximos (arctoolbox). Só é possível criar para temas pontuais.

Todas as funções de edição são controladas através da barra de ferramentas.

Move: mover objetos de x e y.

44 Só com licença arcinfo. Cria na prática uma nova shapefile, em função do campo escolhido para split field. Ex. tema

concelhos; quero todas as freguesias do concelho de Coimbra; cada freguesia é uma nova shapefile com as mesmas

caraterísticas do tema de entrada, incluindo o sistema de coordenadas.

Clip/Feature OUTPUT

Não é recomendável efetuar operações de Geoprocessamento sem

atribuir sistema de coordenadas para o dataframe e layers

Tarefas de análise de proximidade

A ferramenta do editor:


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Split (corta linhas).

Divide – cria pontos ou insere vértices em linhas seguindo uma determinada distância.

Buffer – cria um novo elemento…

-» Estando a linha a 3 metros do ponto, o snapping conecta diretamente a linha ao ponto em questão.

Stetch Tool: ferramenta usada para criar pontos, linhas ou polígonos

-» www.edugvsig.blogspot.pt/p/gvsig.html

DADOS TABULARES

-» Tabelas de atributos (dados alfanuméricos); estrutura, leitura, criação e integração de dados.

-» Manipulação de dados atributivos; adicionar, apagar e editar campos e registos.

-» Seleção de dados

Função Snapping Disponível quando abrimos o editor. Precisamos de ter sistema de

coordenadas e projeção definido.

O Snapping garante rigor quando queremos que uma linha que parte de um ponto culmine noutro

ponto. Sem esta função podia acontecer que a uma escala pequena não se percebesse que a linha

na realidade não une os pontos.

O Snapping evita erros de conetividade topológica.

http://www.edugvsig.blogspot.pt/p/gvsig.html


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-» OPERAÇÕES TABULARES; INQUIRIR, SUMARIAR, STATISTICS, FIELD CALCULATOR, ETC.

-» DEFINIR RELAÇÕES ENTRE TABELAS (JOINS AND RELATES DE TABELAS)

-» GERAR GRÁFICOS A PARTIR DE DADOS TABULARES (NÃO VAMOS DESENVOLVER ESTE PONTO)

Figura 47 - Arquitetura de uma tabela de dados alfanuméricos


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Figura 48 - Tipos de tabelas

Figura 49 - Adicionar tabelas no gvSIG


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Figura 50 - Adicionar tabelas no gvSIG (2)

Figura 51 - Adicionar tabelas no gvSIG (3)


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Figura 52 - Botões/comandos associados a tabelas no gvSIG

Figura 53 - Botões/comandos associados a tabelas no gvSIG (2) - algumas da funções listadas no menu TABELA só ficam

disponíveis se a Camada/Tabela estiver em edição!


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Figura 54 - Botões/comandos associados a tabelas no gvSIG (3)

TRABALHAR COM TABELAS

Figura 55 - Trabalhar com tabelas

Relações entre tabelas:


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É frequente termos de aceder a informação existente em várias tabelas. Em GIS pode associar-se a

tabela de um tema com a tabela de outro tema ou tabela importada.

A associação entre tabelas é feita com join (junção) ou relate (vínculo).

A operação escolhida depende do tipo de relações entre os registos das duas tabelas; no Arcgis, o Relate

é uma associação temporária; no gvSIG ambas (Join e Relate) são temporárias, por razões diferentes.

É sempre necessário que exista um CAMPO COMUM entre as tabelas (Tabela de Origem e Tabela de

Destino).

Construir relações entre tabelas – na prática, em ambos casos se recorre:

Uma BD relacional que guarda informação de campos e registos e efetua procuras utilizando os

dados de uma tabela para encontrar os dados relacionados na outra tabela.

Operação que faz a junção de duas tabelas que tenham uma relação do tipo “um para um” ou “muitos

para um”.

Escolher o campo comum

Selecionar o campo na tabela de origem

Selecionar o mesmo campo na tabela de destino

Join.

Os registos da tabela de origem são adicionados à tabela de destino com base no campo comum. Podem-

se fazer seleções apenas na tabela de destino.

Os registos da tabela de origem não são adicionados à tabela de destino. As seleções na tabela destino

são resultado das seleções na tabela de origem.

Quando se juntam duas tabelas, os nomes dos campos não necessitam de ser idênticos, mas os

campos devem ser do mesmo tipo (e. g. Texto, Data, Float, etc.).

No diálogo “join Data”, fica especificado quais as tabelas que vão ser utilizadas e quais os campos com

valores idênticos.

Join

Relate


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Figura 56

Figura 57 - Relações entre tabelas

O relate é uma operação que faz a junção de duas tabelas que tenham uma relação do tipo “um

para muitos”: escolher o campo comum; selecionar o campo na tabela de origem; selecionar o mesmo campo

na tabela de destino; relate.

Os registos da tabela de origem não são adicionados à tabela de destino. A ligação é temporária e

visível com as duas tabelas abertas em paralelo.

Ao contrário do “Join”, o “relate” não “cola” os campos das duas tabelas numa única tabela

-» Ao serem selecionados dados de uma das tabelas são automaticamente selecionados os dados

que se relacionam na outra tabela

-» É utilizado o “relate” entre tabelas quando existem relações do tipo um-para-muitos e muitos-

para-muitos


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Figura 58 - Relações entre tabelas (2)



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Se os dados que estamos a analisar tiverem relações de tipo join e relate, a ordem pela qual se criam os

joins e relate é significativa.

Se para uma tabela para a qual foi criada um relate e adicionarmos um join, a relate é removida.


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Se adicionarmos um relate a uma tabela onde foi previamente efetuado um join, o relate é removido

quando o join for removido.

Como regra geral é melhor criar joins e depois adicionar relates.

Figura 64 - Gráficos no Arcmap

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