Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto

(1)

Geoprocessamento

e Sensoriamento Remoto

Prof. Dr. Alzir Felippe Buffara Antunes

Geoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR

Primeira Parte

Conceito de SIG/Geoprocessamento

Elementos de um SIG

Noções básicas de Cartografia

Banco de Dados

Aplicações- Análise Espacial

Pratica: ARC-VIEW

Segunda Parte

Conceito de SR

Espectro eletromagnético

Interpretação de Imagens: sensores

Classificação Digital

Correção Geométrica : geo-referenciamento

CONCEITO

Geoprocessamento pode ser definido como o conjunto

de técnicas e metodologias que implicam na:

aquisição;

arquivamento;

processamento;

representação de dados geo-referenciados .

(2)

Aquisição

Fonte de dados

Processamento

Software

Geoprocessamento é a disciplina do

conhecimento que utiliza técnicas

matemáticas e computacionais para o

tratamento da informação geográfica.

O que é

INFORMAÇÃO

GEOGRÁFICA?

Y

X

Palavras Chaves do Conceito:

¾

Dado e Informação

¾

Dado Georreferenciado é aquele que possui

coordenadas Geográficas;

¾

Sistema de Coordenadas Geográficas:

Latitude

Longitude

UTM

(3)

Mundo real

Latitudes e

Longitudes de

pontos da Terra.

equador

polo norte

meridiano de Greenwich paralelos 90o 0 o

Geo-referência

P n Z X Y P s Q O Q'

A

A'

φ

λ

Greenwich

meridiano

do ponto A

coordenadas

(4)

A informação geográfica é tudo aquilo que se

refere a determinado objeto que pode ser

vinculado a superfície física da terra ou ao seu

modelo simplificado o mapa

.

Sistema de Informação Geográfica SIG ou GIS

é tecnologia baseada em Hardware e

Software utilizada para descrição e análise do

espaço geográfico.

Mais conceitos ...

Esta tecnologia integra operações de banco de

dados , análise estatística e mapeamento digital

espacialmente referenciado

.

BASE CARTOGRÁFICA Mapa digital + INFORMAÇÃO ₌ RESPOSTAS Onde? Como? Se...? Por que? O quê?

SIG =

Geoprocessamento + Análise Espacial

Pop: 100.000

Dp: 63 hab/ km

2

23 o

_{8,4’ S 53}

o

_40,8’W

(5)

SIG é o ambiente que permite a integração e a

interação de dados referenciados

espacialmente com vistas a produzir análises

espaciais de apoio à tomada de decisões

técnica e política.

Fonte: Esri, 1998

Aplicações :

Planejamento urbano e Regional

Meio Ambiente

Segurança

Controle de catástrofes

Distribuição de Energia

Saneamento

Transportes

Saúde

Etc...

(6)

Deslizamento

Informações para análise de

deslizamento

Mapa de Vegetação

Declividade

Solos

Pluviometria

Áreas

de

Risco

DADOS

RESULTADO

COMPONENTES DE

UM SIG

¾

Dado-Informação;

¾

Hardware/Software;

¾

Recursos Humanos;

¾

Metodologia de Desenvolvimento de

Aplicativos

O MUNDO REAL ABSTRAÇÃO OU SIMPLIFICAÇÃO

RECURSOS HUMANOS PROCEDIMENTOS/METODOLOGIAS

HARDWARE E SOFTWARE DADOS-INFORMAÇÃO

RESULTADOS

.

SIG

(7)

Funcionalidade do Sistema

Obter respostas:

Onde?

Como?

Se...?

Por que?

O que?

O DADO

Gráfico: Mapas

Alfa-numérico (atributo): Dados sobre os

mapas

Aquisição de dados gráficos

(Geotecnologias

)

Cartografia (mapas digitais ou papel);

Aerofotogrametria;

GPS;

Topografia Digital

Sensoriamento Remoto

Geomática

Grupo de geotecnologias que

permite a aquisição de dados

georreferenciados.

Geotecnologias

Topografia Digital

GPS

Aerofotogrametria

S. Remoto

(8)

topografia

Nos levantamentos topográficos, supõe-se que

uma pequena região da superfície terrestre

possa ser considerada como plana

.

Plano topográfico Nível tubular vertical

Fonte: NADAL, 2000

Objetivo:

Determinação de coordenadas (X,Y,Z), para pequenas

áreas da superfície terrestre.

CAMPO: Medidas de ângulos, distancias e desníveis para

determinação de:

COORDENADAS, ÁREAS, ALTITUDES e COTAS

ângulo vertical eixo secundário círculo vertical eixo óptico níveis tubulares círculo horizontal Fio de prumo ângulo horizontal eixo principal

Teodolito

Ângulos e

Distancias

α, d

Fonte: NADAL, 2000

α

Norte

A

d

A (α, d)

A (X,Y)

α= azimute

d = distância

(9)

PS

PN

PN-PS= Verdadeiro/Geográfico

PN-PS= Magnético

A

B

Nv

Az

δ

δ= declinação magnética

Dada as coordenadas ...

1

2 A

=

∑

(

x

_i

+

x

_i

₊

)(

y

_i

−

y

_i

₊

)

Formula de Gauss

∆Y

∆X

D

Az

Tang AZ= ∆X / ∆Y

XB= XA + D cos AZ

YB= YB + D sem AZ

A

B

Transporte de Coordenadas

Geóide

Ha

Hb

hi

α

∆h

∆h= hi - Dtag α

∆h= Hb - Ha

D

Desnível

(10)

N A B ∆h

∆h = Ré - Vante = R - V

nível mira mira eixo óptico Leitura de Ré Leitura de Vante Lance de nivelamento

Isolinhas

20 40 60 60 40 20 Representação do relevo

P

_{(X,Y, Z)}

“Fotogrametria

é a arte, ciência, e tecnologia de

obtenção de informações confiáveis sobre os

objetos físicos e o meio ambiente através de

processos de gravação, medição e interpretação

de imagens fotográficas e padrões da energia

eletromagnética radiante e outros fenômenos”

(ASPRS, 1980).

Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes

A fotografia aérea tem sido usada desde os

primórdios do Século XX como provedor de

dados espaciais em uma grande gama de

aplicações

.

Foto MAPA ( E, N)

Conceito

(11)

A fotografia aérea VERTICAL permite obter

medidas fidedignas de confiança da superfície

terrestre.

Na fotografia aérea vertical não há inclinação da

câmera aérea na tomada da cena

.

Inclinação

As fotografias podem ser classificadas de

acordo com a orientação da câmara e o tipo

de emulsão utilizada

.

f= distância focal H’= Altura de vôo A A’ Eixo óptico datum Hm

H’= Altura de vôo, centro perspectivo ao solo

H= Altitude de vôo, Altura de vôo + Altitude média do

terreno (Hm)

PP= ponto principal: pé da perpendicular baixada do

centro óptico ao plano da fotografia;

Nadir= vertical

f= distância focal: distancia ao longo do eixo óptico ao

plano da fotografia

Escala do MAPA: redução terreno/ representação E= Distância no terreno / distância no MAPA; 1: E

Escala na AEROFOTO: H’/ f; 1:E

f DATUM H’ Hm a b B A AB/ab assim como H’/f E= H’/f ou 1/ E= f/H’ Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes

(12)

ya xa cf A a XA YA ha xa/XA ; ya/YA; f/ H-ha XA= xa (H – ha)/ f YA= ya (H- hb)/f

Marcas Fiduciais PP

As fotografias de acordo com a orientação da

câmara digital pode ser classificadas em

verticais e inclinadas (ou oblíquas).

A fotografia vertical é aquela de o ângulo de

inclinação (α) é menor que 3

o

_.

Foto realmente vertical é aquela que o ângulo

de inclinação é NULO.

(13)

V

filme cena

V

α

V

α horizonte Vertical Inclinada

Fotografia aérea e imagem de satélite

quadro Projeção central Varredura Iinha (pixel) S. Física Sensor

RESTITUIÇÃO:

Procedimento pelo qual uma fotografia

aérea passa ser transformada em mapa,

em escala e sistema de projeção

apropriado.

A restituição digital é responsável pela

maior fonte de mapas em grandes escala

hoje disponível

(14)

Fotografia aérea

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA

A cartografia digital é a base de um SIG;

Cartografia é a arte de levantamento, construção

e edição de mapas e cartas de qualquer

natureza.

Carta e mapa - representação em escala

conveniente dos detalhes naturais e artificiais da

superfície terrestre;

Para representar um informação

geo-referenciada graficamente é necessário

determinar o modelo matemático da terra, e a

escala da representação .

Definições

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA

E você sabe qual e a figura

geométrica que mais se

aproxima da FORMA da terra?

( ) PLANO

( ) ESFERA

( ) ELIPSE

(15)

Breve história

Forma Esférica: Eratosthenes 230 a.c

Raio 6.100 km

No século XIX após expedições ao Pólo,

conclui-se que forma da Terra pode então

ser assimilada por um modelo matemático

definido como elipsóide de revolução.

PS

Diferença

22 km

PN

equador

6378.1 km

6356.7 km

Modelo Matemático

elipse

Sup. Elipse

Sup. Real

O modelo matemático é uma simplificação do modelo

real (geóide)

Elipse

(16)

EUA(GPS)

6.356.752

6.378.137 WGS 84

1984

Brasil

6 356 775

6 378 160

Sad 69

1967

Brasil(até

1985)

6 356 912

6 378 388

Hayford

1910

EUA

6 356 515

6 378 249

Clarke

1866

Uso

b

a

Elipsóide

Ano

Principais elipsóides

P n Z X Y P s Q O Q'

A

A'

φ

λ

Greenwich

Coordenadas geodésicas baseadas no

modelo matemático elipsóide

A terra e suas superfícies

Geóide

elipsóide

S. física

Geóide: forma real

ESCALA

Dentre os conceitos mais importantes que deveremos

abordar neste trabalho está o de ESCALA que é a relação

entre as dimensões dos objetos representados em um

mapa, carta ou planta e as correspondentes no mundo real

traduzidos por uma fração:

distância no mapa

d

E =

 ou E = 

Distância no terreno

D

(17)

As escalas são classificadas em numéricas

e gráficas. As numéricas são representadas

na forma 1:T onde T é geralmente, um

número inteiro múltiplo de 100.

Exemplo escala gráfica:

500 m

Se 1 cm vale 500m, logo a escala é:

50.000 cm/ 1cm = 50.000,

Logo 1: 50.000

Bases cartográficas com escalas

pequenas como 1:250.000,

1:100.000 representam grandes

extensões

.

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA: escala

Escalas grandes 1:2000 a 1:10000, onde

pequenas áreas são representadas com

detalhes possuem fins cadastrais, para

projetos, outros.

1: 2.500

1:1.000 1cm = 10m

1:1.0000 1cm = 100m

A informação de um SIG depende da

ESCALA. Por que?

(18)

Escala e informação 1:1.000.000

Escala e informação 1:200.000

Escala e informação 1:50.000

_{CLASSIFICAÇÃO}

Cadastrais - 1:1000 a 1:10.000

Topográficas - 1:25.000 a 1:250.000

Mapas regionais - 1:500.000 a 1:1.000.000

Mapas Geográficos: Menor 1.000.000

(19)

Topográfico

Temático

Exercício: Preencha o quadro

1: 250.000

1: 25.000

1: 5.000

1:2.500

Aplicação em

SIG

Equivalência

em metros no

Terreno de

1cm no mapa

ESCALA

Sistemas de Projeção Cartográfica

Cria-se assim os denominados Sistemas

de projeção cartográficos

que seriam

uma correspondência matemática entre

coordenadas plano-retangulares da carta

e as coordenadas geodésicas na Terra.

Alguns sistemas são combinações

geométricas simples, mas geralmente,

são expressões puramente abstratas.

(20)

Surge desta forma a terminologia

deformações, o que ocorre evidentemente

é que esta anamorfose não pode ocorrer

sem um deslocamento desigual dos pontos

da esfera sobre o plano.

Então? É a ANAMORFOSE um ERRO?

•A disposição de uma figura geométrica

não será, então, a mesma na carta ou na

superfície da Terra, em outras palavras,

a imagem de um contorno será uma

imagem deformada.

•Este defeito (não pode ser encarado

como erro) é inevitável e o problema

essencial das projeções será o de

apreciar as deformações de modo a

reduzir, ao mínimo os defeitos

incômodos.

exemplo

Fonte: ROBINSON, 1995

Cabe ao usuário da cartografia e SIG, o

conhecimento e a identificação destes

problemas para que conheça o grau de

erro cometido a partir de determinações

e posicionamento a partir da carta.

Cabe julgar o que é aceitável ou não!

(21)

Modelo da Terra Superfície de

Projeção

Deve ser salientado que o termo

desenvolver

com referência a

projeções, significa executar o

desdobramento de uma superfície em

outra sem deformá-la.

As figuras mais utilizadas que são

desenvolvíveis no plano são cilindro e

o cone.

Superfície de Projeção

Cilindro

Cone

Plano

Exemplos de projeções

Pn A A’ paralelo meridian o

Superfície esférica

mapa

(22)

Reticulado da Projeção Conforme de Lambert.

Conforme ao

longo dos

Paralelos

Padrões

Zonas de

Deformações

Escalas

Médias

, útil em áreas que se estendem longitudinalmente

PROJEÇÃO CONICA

Reticulado: Paralelos e Meridianos

Projeção de Mercator

Deformação

acentuada

próximo aos

pólos

Reticulado

SISTEMA TRANSVERSO DE MERCATOR

UTM

Cilindro

Fuso UTM

Linha de

secância

Eixo do

cilindro

(23)

Características do

Sistema UTM

Sistema Conforme;

Eqüidistante no Meridiano Central;

Boa precisão em escalas grandes nas zonas

intertropicais;

O mais usado no mundo no que se refere a

cartas topográficas.

Deformações

Os fusos existem para que as

deformações sejam aceitáveis: minimizar

erros

M C

+3

o

₊₃

o

Os FUSOS são divididos de 6

o

_{em 6}

o

4 N 4 S 12 S 20 S 28 S meridiano central 72 66 60 54 48 42 36

Em que fuso UTM se encontra TOLEDO?

4 N

4 S

12 S

20 S

28 S

72

66

60

54

48

42

36

(24)

A origem do sistema de coordenadas UTM

encontra-se para cada fuso na intersecção do

meridiano central do fuso com o equador

terrestre.

As coordenadas cartesianas ortogonais são

denominadas de N (norte) e E (leste).

M C

Equador

3

0 _{Leste 3}

0 _Oeste

10.000.000 HN

E

N

500.000

0 HS

Guaratuba

Ex:

( E= 744.109,75m; N= 7.1334424.25m )

(ϕ= 25

0

_{53’ 18”S λ= 48}

o

_{33’ 49” W)}

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA 800.000 500.000 MC 200.000

¾

Os meridianos e Paralelos são próximos

a linhas Retas na Região do Equador

¾

O fuso UTM cobre portanto uma região

de 350 km para cada lado do meridiano

central, existindo linhas onde não

ocorrerão deformações linerares.

Deformações no Sistema U.T.M.

reduçao

ampliação

k= 1,001

_{k= 1}

_{k= 0,9996}

_k=1

k=1,001

m

er

idi

a

no

c

en

tr

a

l

linha de secância

500000m 834000 166000

680000 320000

(25)

Azimute de quadrícula em verdadeiro. N _Nq c a o Aq A oa oa A = Aq + c_oa_oa c = Convergência meridiana. c = ∆λ" sen ϕ

Como o meridiano "converge" para o pólo, acontece está

inclinação à qual é denominada convergência dos

meridianos. A convergência dos meridianos pode então ser

definida como o ângulo formado entre a linha norte-sul

verdadeira e a linha norte-sul do reticulado(grid ou canevá)

N-S verdadeiro

N-S mapa

Altimetria: a coordenada H

Denomina-se de curva de nível as isocurvas

que unem pontos de iguais altitudes, alturas ou

cotas do terreno

Datum Vertical

Imbituba-SC

H

Curvas de Nível

0 5 10 15 20 5 10 15 20 Escala 1: 1000

O conceito de MDT (modelo digital do terreno) que

significa reproduzir a forma do terreno, modelar

utilizando meios digitais, geralmente com a sigla na

língua inglesa DTM (“Digital Terrain Model”), é

complexo e de difícil concretização.

É mais simples, a obtenção do denominado DEM

(modelo digital de elevações), quando diz respeito

somente a altimetria. O DTM tem a característica de

representar tridimensionalmente todas as feições do

terreno.

(26)

Sobreposição imagem de Satélite e

Modelo Digital do Terreno

HARDWARE E SOFTWARES

Os softwares permitem processar e

analisar a informação geográfica.

Um software de SIG efetua: ligação de

dados gráficos (mapas) a banco de

dados.

COMPONENTES DE

UM SIG

COMPONENTES DE

UM SIG

Principais Softwares de SIG (análise):

ARCGIS(Arc-info, ESRI, EUA)

ERDAS Imagine (EUA)

VISION (EUA)

IDRISI (EUA)

SPRING (BRASIL)

APPIC (FRANÇA)

SPANS (CANADA)

Principais Softwares de

Geoprocessamento (CAD-Computer

Aided Design)

Autocad (EUA)

Maxicad (BRASIL)

Microstation(EUA)

(27)

Responder

Existe alguma diferença entre softwares de

SIG e CAD?

Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto