V Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas ISSN 1981-6251, p. 210-215
EXPERIÊNCIA DE GENERALIZAÇÃO CARTOGRÁFICA EM
EDIFICAÇÕES
TATIANA AYAKO TAURA MÔNICA DOS SANTOS PIRES
CLOVIS GABOARDI
MARCIO AUGUSTO REOLON SCHMIDT LEONARDO MOLINA PINO
ALUÍZIO CARLOS WANDERLEY GROCHOCKI HENRIQUE FIRKOWSKI
Universidade Federal do Paraná - UFPR
Curso de Pós Graduação em Ciências Geodésicas - CPGCG Departamento de Geomática, Curitiba - PR
monicaisp@terra.com.br; firk@ufpr.br;
{tatianataura; cgaboardi; marcio.schmidt; lmolinapino; aluiziowg }@gmail.com
RESUMO - O presente trabalho trata da realização da generalização cartográfica em edificações de uma base cartográfica pertencente ao acervo digital do Paranacidade, da escala 1:2000 para a escala 1:5000. O estudo consistiu da comparação da generalização cartográfica realizada por três grupos de estudantes de pós graduação em Ciências Geodésicas, sem experiência no processo, sendo que cada grupo realizou a generalização de uma mesma base através da aplicação de critérios e ordem de operadores de generalização próprios. Os diferentes critérios e ordem de operadores aplicados para a generalização conduziram a diferentes resultados, o que confirma a subjetividade envolvida nesse processo.
ABSTRACT – The current paper deals with carrying out cartographic generalization of buildings using cartographic data of the Paranacidade's digital database, from 1:2000 to 1:5000. This study consisted of comparing the cartographic generalization carried out by 3 groups of Geodesic Science Master students with no experience, each group making the generalization of the same cartographic data using their own criteria and operators order. The differences in criteria and in operators order led to different results, demonstrating the subjectivity of the processes.
1 INTRODUÇÃO
Neste trabalho mostram-se os procedimentos e diferentes abordagens utilizados na generalização cartográfica da escala 1:2000 para a escala 1:5000, em edificações numa base cartográfica do acervo cartográfico digital do Paranacidade. O objetivo era estudar como o diferente entendimento pelo grupo de estudo, para qualquer tipo de usuário de mapa topográfico, afetaria os resultados finais da generalização em função do conhecimento adquirido. Adotaram-se como critérios comuns: o estabelecimento de um conjunto único de operadores e a acurácia posicional segundo PEC - Padrão de Exatidão Cartográfica, de modo a permitir a diminuição da subjetividade e até mesmo maximização do uso de procedimentos automatizados.
2 GENERALIZAÇÃO
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menor, ou seja, torna-se necessário escolher algumas informações, suprimindo-as na nova representação. Em outras palavras, uma das conseqüências da redução da escala é a necessidade de uma generalização cartográfica, que aumenta de forma progressiva. Quanto menor a escala de um mapa, maior será o grau de generalização.
T.A. Taura; M. S. Pires; C. Gaboardi ; M. A. R. Schmidt; L. M. Pino; A. C. W. Grochocki; H. Firkowski McMASTER & SHEA (1992), definem a
generalização cartográfica como os processos de derivar um conjunto de dados cartográficos simbolicamente ou digitalmente codificados pela aplicação de transformações espaciais e de atributos a uma fonte de dados. Esse conceito é realizado com base em operações de transformações que manipulam a geometria e a semântica dos objetos.
Segundo esses mesmos autores, a Generalização Geográfica é o processo que envolve a manipulação geométrica das informações espaciais dos objetos, considerando a estrutura de dados utilizada, ou seja, está ligada às transformações espaciais, que tratam de operadores geométricos, ou ainda àqueles operadores que realizam mudanças a partir de perspectiva geográfica e topológica. Enfocam-se primeiramente os aspectos posicionais. A Generalização Estatística envolve os processos de manipulação das informações conceituais dos objetos, ou seja, está ligada às transformações de atributo, que tratam de operadores semânticos, ou ainda àqueles que realizam a mudança nos atributos semânticos ou conceituais dos objetos.
Os operadores envolvidos na representação de derivação de bases já existentes segundo KEATES (1973) são:
- Simplificação: remoção de detalhes desnecessários como curvas e flutuações de uma linha ou um limite de área sem destruir sua forma essencial;
Figura 1: Exemplo de Simplificação.
- Combinação: combinação de características com íntima proximidade ou características adjacentes formando uma nova área.
Figura 2: Exemplo de Combinação.
- Exagero: aumento da extensão de espaço de uma característica com o propósito de dar ênfase e legibilidade.
Figura 3: Exemplo de Exagero.
- Deslocamento: detecção de características que se conflitam e afastamento das feições.
Figura 4: Exemplo de Deslocamento.
- Classificação: agrupamento de características com semelhança geográfica criando um novo atributo e simbologia.
Figura 5: Exemplo de Classificação.
3 METODOLOGIA EMPREGADA
Do arquivo original (escala 1:2.000) foi extraída as informações sobre a classe Edificações. Esta classe é constituída por edificações residenciais, comerciais, públicas, em construção ou ruína, escolas públicas e privadas, igrejas, hospitais, postos de saúde e clínicas, clubes e associações recreativas. Cada grupo aplicou a generalização semântica e geométrica baseada nos conceitos de Generalização Cartográfica apresentados acima.
Foi utilizado o software ArcView© para a visualização e aplicação dos procedimentos de generalização efetuadas de forma manual ou através da implementação de rotinas.
3.1 Grupo 01:
O grupo iniciou o trabalho com a generalização semântica a partir do estudo dos tipos e classes de objetos a serem considerados na generalização de edificações. As informações foram: vegetação, quadras, clubes, hidrografia.
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Tabela 1 – Operadores utilizados para cada tipo de feição Tipo de
feição Operador Parâmetros
Agregação Simplificação por
lateral mínima < 2m do terreno
Eliminação por lateral
mínima < 2m do terreno Edificações Deslocamento de quadras alternativas estudadas: 3mm (1,5m) 5mm (2,5m) 10mm (5m) Quadras afastamento 5mm (2,5m) 10mm (5m) Simplificação Vegetação
Eliminação de feições comprimento ≥ que 2m do terreno Análise global
Deslocamento Análise
Estética
Suavização
T.A. Taura; M. S. Pires; C. Gaboardi ; M. A. R. Schmidt; L. M. Pino; A. C. W. Grochocki; H. Firkowski Adotou-se uma abordagem sistemática que
iniciasse pela região central de cada quadra caminhando-se para as edificações que ocupavam as bordas da quadra. Nesse sentido, evidenciou-se a necessidade de se separar algumas categorias de edificações que não poderiam perder suas identidades se operadores fossem empregados de forma indiscriminada. Registram-se as seguintes categorias principais: edificações públicas, escolas, residências e clubes.
Detectaram-se problemas geométricos na base cartográfica que prejudica a aplicação dos critérios definidos pelo grupo.
• feições com problemas geométricos (polígonos abertos, ângulos com formação não-naturais, curvas de nível com falhas, entre outros);
• excessos de pontos ou pontos duplos em feições lineares ou nos contornos de feições de superfície; • traçados de curvas de nível de modo inadequado
(trechos com segmentos menores que 50cm do terreno);
• edificações fora do contexto ou classificadas de forma errada como edificações fora da área urbana sem vias de acesso, por exemplo, coxos classificados como residências;
• classificações equivocadas de edificações na região urbana, por exemplo, ruínas juntamente com construções e fundações.
3.2 Grupo 02:
Foi aplicado o processo manual de generalização cartográfica onde inicialmente realizou-se a generalização semântica da classe edificação resultando nas seguintes classes: Edificação Residencial; Edificação Comercial; Edificação Pública; Construções e Ruínas; Escolas: Públicas, Privadas e Creches; Igrejas; Hospitais, Postos de Saúde e Clínicas; Clubes e Associações. Posteriormente,
aplicou-se a generalização geométrica conforme exemplos apresentados na Figura 6.
Arquivo Original Arquivo generalizado
Figura 6: Generalização Geométrica das classes de Edificação.
Para o auxílio da etapa de generalização geométrica das edificações foi adotada a distância de 1m (“buffer”) em torno de sua área para a realização dos operadores, adotada com base no capítulo 02 de KEATES (1973). A distância adotada preserva a acuidade visual que considera a diferença entre legibilidade e visibilidade de um símbolo e mantém a acuracidade posicional. Segundo o PEC, o valor máximo é 2,5m para a escala 1:5.000.
Foram selecionadas as edificações a serem mantidas na escala generalizada e conseqüentemente omitidas as construções com áreas inferiores a 4 m2. Essa medida foi adotada conforme os autores da SWISS
SOCIETY CATOGRAPHY (1977), que considera como
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A. C. W. Grochocki; H. Firkowski A decisão quanto aos procedimentos de
generalização para cada feição da classe edificações resultou em casos particulares de generalização.
Algumas classes não sofreram processos de generalização cartográfica, devido ao seu significado e sua dimensão na escala 1:5.000. Foram os casos dos Hospitais; Clinicas e Postos de Saúde; Construções e Ruínas; Cemitérios; Clubes e Associações e Administração Pública.
T.A. Taura; M. S. Pires; C. Gaboardi ; M. A. R. Schmidt; L. M. Pino;
Figura 9 – A superposição do “buffer” de 1,5m com a edificação adjacente indica a necessidade de deslocamento. A edificação central é mantida inalterada. As demais são deslocadas nas direções indicadas pelas setas.
Figura 7 - Deslocamento e combinação. Após o deslocamento, a distância entre a posição da feição no mapa generalizado e a posição “real” não deverá ser maior que aquela admitida pelo PEC na escala considerada.
3.3 Grupo 03:
O terceiro grupo realizou a generalização de modo predominantemente automatizado. A automatização foi realizada por meio da criação de “buffers” para os procedimentos de combinação e deslocamento, e pela criação de algoritmos para simplificação e eliminação automática das edificações.
3.3.1 Combinação e deslocamento
Para as combinações e deslocamentos foi estabelecida a separação mínima de 0,3mm na escala da carta, a fim de garantir a separação visual entre as feições generalizadas. Deste modo, ficou garantido que, no pior caso, o deslocamento de uma feição não pode exceder a distância de 1,5m na carta generalizada (1:5000). A partir disso, foram estabelecidos os seguintes critérios operacionais:
- distância menor ou igual a 60cm: combinação - distância entre 60cm e 1,5m: deslocamento até uma distância de 0,9m.
- distância maior que 1,5m: mantém a posição inalterada.
Uma vez estabelecidos estes critérios, foram criados os “buffers” ao redor dos polígonos de acordo
com as distâncias estabelecidas. Os critérios adotados podem ser vistos esquematicamente fazendo-se, na figura 7, a=b=0,6m e c=0,9m. Por estes critérios são garantidos um deslocamento máximo (no pior caso) de 90cm, equivalente a 0,18mm na escala 1:5000. Na figura 7 são mostradas duas feições (círculo e triângulo) com suas posições no mapa e a posição “real” no caso limite do erro máximo admitido. Se as feições estiverem a uma distância menor ou igual a 60cm (no interior da circunferência menor), ocorrerá combinação. Se a distância for maior que 60cm e menor que 90cm (posicionadas entre a circunferência menor e a maior), ocorrerá o deslocamento. A nova posição da feição deslocada será a 1,5m de distância da feição fixa.
Nas figuras 8 e 9 mostram-se, respectivamente, exemplos de operações de combinação e de deslocamento, nas quais são utilizados os “buffers” indicados. LEGENDA Posição real de Pos. no mapa de Posição real de Pos. no mapa de Pos. deslocada de a b c d
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3.3.2 Simplificação e eliminação de polígonos
A simplificação foi automatizada por algoritmos implementados na linguagem Avenue, do ArcView©. A eliminação foi realizada para os objetos de dimensão menor que 0,3mm na escala final (1,5m).
Estes algoritmos realizam a simplificação de polígonos por meio de:
a) eliminação de vértices não significativos: os vértices que não são perceptíveis na escala final da generalização são eliminados. Os critérios para a eliminação são: a distância do vértice considerado à linha que une os vértices mais próximos ou o ângulo formado pelo vértice considerado com os vértices mais próximos.
T.A. Taura; M. S. Pires; C. Gaboardi ; M. A. R. Schmidt; L. M. Pino; A. C. W. Grochocki; H. Firkowski b) eliminação de vértices redundantes: os vértices
cujas distâncias ao vértice mais próximo forem menores que o erro padrão na escala original são eliminados.
c) acréscimo/subtração de polígonos: as reen-trâncias e apêndices existentes nos polígonos com lados menores que o mínimo discernível na escala final são acrescidas/subtraídos, de modo a tornar a forma da figura o mais regular possível.
Figura 10 - Deslocamento do vértice em relação à linha que une os vértices imediatamente próximos.
3.3.2.1 Algoritmo para eliminação de vértices não significativos para a figura
Vértices não significativos para a figura são aqueles que não são perceptíveis na escala de representação final, ou aqueles que quando são eliminados a figura do polígono mantém a sua aparência geral.
Os critérios de avaliação foram: deslocamento do vértice em relação à linha que une os vértices imediatamente próximos e ângulo formado nas direções dos vértices imediatamente próximos.
a) Deslocamento do vértice em relação à linha que une os vértices imediatamente próximos
Neste caso são eliminados todos os vértices onde o valor de deslocamento em relação à linha que une os
vértices próximos é inferior a um dado valor. O valor dado está em função do valor mínimo discernível na escala final (Figura 10)
b) Ângulo formado nas direções dos vértices imediatamente próximos
Neste caso são eliminados todos os vértices onde o valor de ângulo entre as duas direções dos vértices próximos é inferior a um dado valor. O valor dado está em função do valor angular mínimo discernível na mudança de direção de uma linha no contexto do polígono avaliado (Figura 11).
Figura 11 - Ângulo formado nas direções dos vértices imediatamente próximos.
3.3.2.2 Algoritmo para ampliação/subtração de zonas exteriores/interiores da figura
Zonas exteriores são os paralelogramos exteriores ao polígono formado por dois lados consecutivos do polígono. Zonas interiores são os paralelogramos interiores ao polígono formado por dois lados consecutivos do mesmo.
Zonas exteriores/interiores não significativas para a figura são aquelas zonas exteriores/interiores que estão limitadas por um segmento de comprimento inferior ao mínimo discernível na escala final do produto. Assim, quando a zona é ampliada/subtraída, a figura do polígono ainda mantém a sua aparência geral.
Pode-se aplicar em duas formas: ampliar polígono ou subtrair polígono.
a) Ampliação do polígono
Neste caso a zona exterior é coberta pelo polígono generalizado (Figura 12). Vértice avaliado Vértice próximo posterior d Vértice próximo anterior
V Colóquio Brasileiro de Ciências Geodésicas d Polígono reduzido Zona no interior do polígono
d = comprimento do segmento menor da zona interior Figura 12 – Ampliação do polígono
b) Redução do polígono
Neste caso a zona interior é subtraída do polígono generalizado (Figura 13).
Figura 13 – Redução do polígono
4 CONCLUSÃO
O presente trabalho enfatizou as dificuldades que um projeto de generalização cartográfica impõe, desde a concepção conceitual do propósito do mapa e das informações que este deve conter, até a etapa de execução dos operadores sobre uma base cartográfica.
A definição dos operadores bem como os critérios utilizados dependeram da experiência do executor, demonstrando a subjetividade a que esse processo ainda é exposto. Tal subjetividade pode ser vista na definição das transformações espaciais e semânticas em diferentes ordens de operadores, na execução da generalização cartográfica, e na ausência de um formalismo dos processos de Generalização.
A generalização manual possui uma abordagem diferente da generalização semi-automática e automática onde devem ser construídas regras a partir de algoritmos que geralmente são difíceis de formalização quanto à manutenção da estrutura topológica e do caráter da feição.
Baseado na experiência que possui sobre o processo manual, cada executor decidiu o procedimento mais adequado para a realização da generalização cartográfica. Entretanto, um dos grupos realizou procedimentos semi-automatizados a fim de minimizar essa subjetividade.
Polígono ampliado
Zona no exterior
do polígono Os operadores de generalização implicaram na
alteração da forma e posição dos objetos, sem influenciar na acurácia posicional, pois todos grupos adotaram parâmetros para a realização dos processos dentro da precisão segundo PEC para classe A.
d
d = comprimento do segmento menor da zona exterior
5 REFERÊNCIAS
JONES, C. B. Geographical Information Systems and Computer Cartography. 1 ed. New York, Longman, 1997. KEATES, J. S. Cartographic design and production. Harlow, Grã-Bretanha: Longman, 1973.
MCMASTER, R. B., SHEA, K. S. Generalization in Digital Cartography. Washington: Association of American Geographers, 1992.
SESTER, M. Notas de aula do curso Automatic Data
Generalization, UFPR, 2006.
SWISS SOCIETY OF CARTOGRAPHY. Cartographic
Generalization. Catographic Publications Series, nº 2, 1977.
