GA086: INTRODUÇÃO AO SIG Parte I

(1)

GA086: INTRODUÇÃO AO SIG

Parte I

Prof. Dr. Alzir Felippe Buffara Antunes

2018

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: Software Livre

(2)

Segunda Parte

Conceito de SR

Espectro eletromagnético

Interpretação de Imagens: sensores

Classificação Digital

Correção Geométrica : geo-referenciamento

“O fenômeno é tudo o que é objeto

de experiência possível, isto é ,

tudo o que aparece no tempo ou

no espaço”

Kant

Introdução

SIG

Um sistema de informação

aplicado à modelação

geográfica de fenômenos

(3)

Linha o Tempo...

INPE: SGI

ENGENHARIA

UFPR

(4)

Maxicad

USP:

Simpósio de

Geoprocessamento SAGA: UFRJ

(5)

Geoprocessamento : Conceito

Geoprocessamento pode ser definido como o conjunto

de técnicas e metodologias que implicam na:

aquisição;

arquivamento;

processamento;

representação de dados georreferenciados .

(6)

Aquisição

Fonte de dados

Processamento

Software

Geoprocessamento é a disciplina do

conhecimento

que

utiliza

técnicas

matemáticas e computacionais para o

tratamento da informação geográfica.

(7)

O que é

INFORMAÇÃO

GEOGRÁFICA?

Y

X

Palavras Chaves do Conceito:

Dado e Informação

Dado Georreferenciado é aquele que possui

coordenadas Geográficas;

Sistema de Coordenadas Geográficas:

Latitude

Longitude

UTM

(8)

Mundo real

Latitudes e Longitudes de pontos da Terra. equador equador polo norte meridiano de Greenwich paralelos 90 o 0 o Georreferência

(9)

(10)

P_n Z X Y P s Q O Q' A A' φ λ Greenwich meridiano do ponto A

coordenadas

Latitude Geodésica* (

_ᵠ

): de um ponto é o

ângulo entre o plano equatorial e a linha

perpendicular que cruza a linha normal no

ponto na superfície da Terra.

Longitude Geodésica* (λ): é o ângulo no

plano equatorial entre o meridiano padrão de

Greenwich e a meridiano passante pelo

ponto.

(11)

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 ...

(12)

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/ km2

(13)

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.

(14)

Fonte: Esri, 1998

Aplicações :

Planejamento urbano e Regional

Agricultura

Meio Ambiente

Segurança

Controle de catástrofes

Distribuição de Energia

Saneamento

Transportes

Saúde

(15)

Deslizamento

Informações para análise de

deslizamento

Mapa de Vegetação

Declividade

Solos

Pluviometria

Áreas

de

Risco

DADOS

RESULTADO

(16)

COMPONENTES DE

UM SIG

Dado-Informação;

Hardware/Software;

Recursos Humanos;

Metodologia de Desenvolvimento de

Aplicativos

O MUNDO REAL

ABSTRAÇÃO OU SIMPLIFICAÇÃO

RECURSOS HUMANOS PROCEDIMENTOS/METODOLOGIAS

HARDWARE E SOFTWARE DADOS-INFORMAÇÃO

RESULTADOS

(17)

Funcionalidade do Sistema

Obter respostas:

Onde?

Como?

Se...?

Por que?

O que?

O DADO

Gráfico: Mapas

Alfa-numérico (atributo): Dados sobre os

mapas

(18)

Aquisição de dados gráficos

(Geotecnologias

)

Cartografia (mapas digitais ou papel);

Sensoriamento Remoto: Aerofotogrametria;

GPS/GNSS;

Topografia Digital

Geomática

Grupo de geotecnologias que

permite a aquisição de dados

georreferenciados.

Geotecnologias

Topografia Digital

GPS

(19)

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

(20)

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

Principio

Ângulos e

Distancias

α, d

Fonte: NADAL, 2000

α

Norte

A

d

A (α, d)

A (X,Y)

α= azimute

d = distância

(21)

PS

PN

PN-PS= Verdadeiro/Geográfico

PN-PS= Magnético

A

B

Nv

Az

δ

δ= declinação magnética

Dada as coordenadas ...

1 1

2 A

=

∑

(

x

_i

+

x

_i₊

)(

y

_i

−

y

_i₊

)

(22)

∆ ∆ ∆ ∆Y ∆ ∆ ∆ ∆X 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

(23)

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)}

(24)

“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).

A fotografia aérea tem sido usada desde os

primórdios do Século XX como provedor de

dados espaciais em uma grande gama de

aplicações

.

Conceito

(25)

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

(26)

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’

(27)

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

(28)

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.

V filme cena V α V α horizonte Vertical Inclinada

(29)

Fotografia aérea e imagem de satélite

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

(30)

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

(31)

DADO DO SIG: NOÇÕES SOBRE A

BASE CARTOGRAFICA

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

(32)

E você sabe qual e a figura

geométrica que mais se

aproxima da FORMA da terra?

( ) PLANO

( ) ESFERA

( ) ELIPSE

Breve história

Forma Esférica: Eratosthenes 230 a.c

Raio 6.100 km

(33)

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)

(34)

Elipse

Ano Elipsóide

a

b

Uso

1866 Clarke

6 378 249 6 356 515 EUA

1910 Hayford 6 378 388 6 356 912 Brasil(até

1985)

1967 Sad 69

6 378 160 6 356 775 Brasil

1984 WGS 84 6.378.137 6.356.752 EUA(GPS)

Principais elipsóides

(35)

Sistema de Referência Geocêntrico

para as Américas (SIRGAS) é o novo

sistema de referência geodésico para

o Sistema Geodésico Brasileiro (SGB)

e para as atividades da Cartografia

Brasileira.

Resolução do Presidente do IBGE Nº

1/2005 estabeleceu o Sistema de

Referência Geocêntrico para as

Américas (SIRGAS) -(SIRGAS2000) –

P_n Z X Y P s Q O Q' A A' φ φ φ φ λ λ λ λ Greenwich

Coordenadas geodésicas baseadas no

modelo matemático elipsóide SIRGAS

(36)

(37)

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

(38)

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

.

(39)

Escalas grandes 1:2000 a 1:10000, onde

pequenas áreas são representadas com

detalhes possuem fins cadastrais, para

projetos, outros.

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA: escala

1: 2.500

1:1.000 1cm = 10m

1:10.000 1cm = 100m

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA: escala

A informação de um SIG depende da

ESCALA. Por que?

(40)

Escala e informação 1:1.000.000

(41)

Escala e informação 1:50.000

(42)

1: 10.000 , Cadastral

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

(43)

Topográfico

(44)

ESCALA Equivalência em metros no Terreno de 1cm no mapa Aplicação em SIG

1:2.500

1: 5.000

1: 25.000

1: 250.000

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.

(45)

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.

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA

(46)

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!

(47)

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.

(48)

Superfície de Projeção

Cilindro

Cone

Plano

Exemplos de projeções

Pn A A’ paralelo meridian o

(49)

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

(50)

Projeção de Mercator

Deformação

acentuada

próximo aos

pólos

Reticulado

SISTEMA TRANSVERSO DE MERCATOR

UTM

Cilindro Fuso UTM Linha de secância Eixo do cilindro

(51)

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 +3o ₊₃o

(52)

Os FUSOS são divididos de 6

o

_{em 6}

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

(53)

FUSOS do BRASIL

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

(54)

10.000.000

HN

E

500.000 0

HS

Guaratuba Ex: ( E= 744.109,75m; N= 7.1334424.25m ) (ϕϕϕϕ= 25 053’ 18”S λλλλ= 48 o33’ 49” W) 800.000 500.000 MC 200.000

Os meridianos e Paralelos são próximos

a linhas Retas na Região do Equador

O fuso UTM cobre portanto uma região

de 350 km para cada lado do meridiano

central, existindo linhas onde não

ocorrerão deformações linerares.

(55)

Deformações no Sistema U.T.M. reduçao _ampliação ampliação k= 1 ,0 01 k= 1 k= 0 ,9 99 6 k= 1 k= 1, 00 1 m er id ia no c en tr al lin ha d e se câ nc ia lin ha d e se câ nc ia 500000m 834000 166000 680000 320000 NOÇÕES DE CARTOGRAFIA

(56)

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

(57)

1: 25.000

(58)

O título da folha A escala A projeção cartográfica O datum horizontal O datum vertical O órgão responsável A data de publicação As coordenadas geodésicas Do canto superior esquerdo Do canto superior direito Do canto inferior esquerdo Do canto inferior direito

As coordenadas UTM (em km) próximas ao Canto superior esquerdo

Canto superior direito Canto inferior esquerdo Canto inferior direito O fuso UTM

A eqüidistância entre curvas de nível

A declinação magnética do centro da folha e data Convergência meridiana do centro da folha

2) Escolha duas feições bem definidas na carta e indique: Suas coordenadas UTM

Suas coordenadas geodésicas

O valor do fator de escala (k) nas duas feições escolhidas A distância entre as feições na carta

A distância entre as feições no terreno

A convergência meridiana aproximada nas duas feições escolhidas O azimute verdadeiro entre as feições escolhidas

A representação do perfil do terreno, considerando a escala vertical 10 vezes maior que a horizontal

Avaliar o terreno a partir das curvas de nivel . Determinar a declividade entre dois pontos

(59)

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

(60)

Tem em mente!!

Em suma,

Quais as características de uma base cartográfica para SIG?

Mapa digital editado

Georreferenciado

Datum;

UTM

Atributos

Curvas de Nível

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

(61)

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.

Sobreposição imagem de Satélite e

Modelo Digital do Terreno

(62)

DADO- Sensoriamento Remoto

(Imagens de Satélite )

Sensoriamento Remoto ou teledetecção pode ser

definido como a técnica de obtenção dados sobre determinado objeto sem qualquer contacto físico com o mesmo.

O sensoriamento remoto passar a ser o conjunto de

técnicas para coletar dados sobre objetos da superfície da terra

(63)

(64)

Fonte : INPE

Fotografia aérea

_{Restituição}

MAPA

Imagem de

Satélite

Processamento Digital

Extração de dados em SR

(65)

3- Princípios e

Espectro-electromagmetico

O sensoriamento remoto baseia-se na aquisição

de informações armazenadas pelos

sensores

,

que captam a energia eletromagnética irradiada

por um objeto.

A energia emitida ou refletida por objetos da

superfície física da terra é transmitida aos

sensores em forma de ondas eletromagnéticas.

A informação recebida pelo sensor pode ser

codificada em termos de freqüência, intensidade

e polarização da onda

A interação da energia luminosa (solar) com

os objetos da superfície terrestre gera os

seguintes fenômenos:

Absorção;

Emissão;

Difusão;

Reflexão.

(66)

Os objetos da superfície terrestre refletem e absorvem

seletivamente energia eletromagnética, devido a sua diferente composição molecular. Esta característica, denominada resposta

espectral dos objetos permite identificá-los numa FOTOGRAFIA

AEREA ou imagem de sensoriamento remoto. SENSOR

Os processos de emissão, absorção, reflexão

e transmissão ocorrem simultaneamente e

suas intensidades relativas caracterizam a

matéria em investigação.

Dependendo das

características físicas e

químicas

da mesma, os quatro processos

ocorrem com intensidades diferentes em

diferentes regiões do espectro.

(67)

Comprimento de Ondas

Azul Verde Verm.

Comprimento de onda µ µ µ µm Visível µµµµm

γγγγRaio RaioX Ultra-Violeta Infra Termal Microondas Radio/TVVermelho

µ µ µ µm

(68)

FONTE: INPE, 2003

A luz branca é subdividida em diferentes comprimentos de onda do visível até o infravermelho

(69)

(70)

(71)

Banda Visivel Banda Infravermelho