Sistemasdeinformaogeogrfica 130702102214-phpapp01
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  • 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)
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 3 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 DadosAnálises Gerência de Produtos Tomada de decisão Informações Numéricas Informação/representação gráfica Atributos alfanuméricos em Tabela Mexer aqui, altera os elementos gráficos
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 4  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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 5 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 6 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 7  “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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 8  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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 9 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):
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 10  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).
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 12  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:
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 13 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 14 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 15  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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 16  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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 17 -» 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 18 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:
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 19 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).
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 20  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:
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 21 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 22 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 23 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 24 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). GEODESIA 24 : 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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:
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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)
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 32 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…
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 34 Figura 18 – Latitude Figura 19 – Longitude Figura 20 - Latitude e Longitude no computador?
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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"
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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 CARTOGRÁFICAS 33 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 40 Figura 28 - Quanto à superfície de desenvolvimento/forma da malha Figura 29 - Projeção Cilíndrica Equivalente
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 41 Figura 30 - Projeção Cónica Equivalente Figura 31- Projeção Azimutal Equivalente 3) Quanto à orientação da malha:
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 42 Figura 32 - Quanto à orientação da malha Figura 33 - Projeção de Mercator
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 43 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 45 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 46 Figura 39
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia 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).
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 48 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 49 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 50 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 51 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 52 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 53  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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 54 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 55 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 56 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 DADOS 36 – 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 57 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 graphicsExiste um painel para a selection
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 58  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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 59  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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 60  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:
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 61  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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 62 -» 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 63 Figura 48 - Tipos de tabelas Figura 49 - Adicionar tabelas no gvSIG
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 64 Figura 50 - Adicionar tabelas no gvSIG (2) Figura 51 - Adicionar tabelas no gvSIG (3)
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 65 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!
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 66 Figura 54 - Botões/comandos associados a tabelas no gvSIG (3) TRABALHAR COM TABELAS Figura 55 - Trabalhar com tabelas Relações entre tabelas:
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 67 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 68 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
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 69 Figura 58 - Relações entre tabelas (2) Figura 59 - Relações entre tabelas (3)
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 70 Figura 60 - Relações entre tabelas (4) Figura 61 - Relações entre tabelas (5)
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 71 Figura 62 - Relações entre tabelas (6) Figura 63 - Relações entre tabelas (7) 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.
  • Sistemas de Informação Geográfica - JASP Geografia Página 72 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