DADOS GEOGRÁFICOSProf. Anselmo C. de Paiva

Prof. Geraldo Braz JuniorDepto de Informática

ROTEIRO

1. Dado Espacial2. Dado Geográfico

Representação Níveis de abstração Escala Níveis de medida Posição Tipos e suas Representações

3. Tipos de Dados Geográficos Temáticos Cadastrais Redes Modelos de Terreno Imagens

4. Representação de Dados Geográficos Primitivas Modelos de Dados

Tipos x Representação Matricial Vetorial Conversão entre

Modelos Comparação entre

modelos Outros Modelos

MNT Tempo

5. Mapas

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Dados Espaciais

• Dados são observações que fazemos quando monitoramos o mundo real

• Dados são coletados como fatos que viram informação

• Dados tornam-se informação quando colocamos um contexto,

• Exemplo: numa imagem de satélite precisamos saber a semântica dos dados, escala ou medida de unidade

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Dado Espacial e Geográfico

• Dado espacial:

– Qualquer tipo de dados que descreve fenômenos aos

quais esteja associada alguma dimensão espacial.

• Dados geo-referenciados ou geográficos:

– descrevem fatos, objetos e fenômenos associados à

sua localização sobre a superfície terrestre, num

certo instante ou período de tempo.

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Dados Espaciais

Três dimensões: temporal: registra quando aconteceu

Ex.: 14 de fevereiro de 1995

temático: registra o quê aconteceu

Ex.: acidente de vazamento de petróleo

espacial: registra onde aconteceu

Ex. Bacia de Campos – RJ

Ex. Mapa do Metrô de Londres: http://www.tfl.co.uk/tube

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Dados Geográficos

Dados geográficos ligam local, tempo e atributos Local Características espaciais, informando a localização espacial do

fenômeno, i.e. seu geo-referenciamento Base para a habilidade de mapear coisas, ligar diferentes tipos de

informações associadas ao mesmo lugar, medir distâncias e áreas

Tempo (elemento opcional) Essencial para representar aspectos da superfície terrestre que se

modificam Identifica quando dados foram coletados e sua validade

Atributos Se referem à informação descritiva. Atributos físicos ou ambientais,

sociais, econômicos. Características não-espaciais, descrevendo o fenômeno em estudo

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Representação

mapas em papel, relatórios escritos porexploradores, relatos verbais

Representação digital usa dispositivos digitais para representar qualquer info.

fácil de copiar, de transimitir, armazenar em pequenosespaços e com maior resistência a deterioração

fácil de transformar, analisar e processar

coisas possíveis de fazer: medir com facilidade e precisão

sobrepor informações e combiná-las

mudar a escala: ampliação, deslocamento

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Problemas com representação

• o quê e como representar ?

• precisão: define o que incluir e o que desprezar

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• quanto mais de

perto observamos

o mundo mais

detalhes vemos

Mundo real -> GIS

• Etapas cruciais em implementação de GIS

– Conceituação do espaço geográfico

– Transferência da conceituação do E.G.para o computador

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Mundo real -> GIS

• modelos usados p/ representar o mundo real.

– simplificam o mundo definindo somente aspectos importantes para a aplicação

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Diferentes representações

• Objetos reais– objetos do mundo real

– e.g. Uma casa

• Objetos do mapa

– representação do objeto em um mapa

– e.g. um pequeno retângulo

• Objeto representado– representação da posição e do desenho a ser

utilizado para a casa

– com um atributo “Casa”

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Pontos chave para GIS

• todos os dados devem estar na mesma projeção ou em coordenadas geográficas ( com o mesmo datum)

• todos os dados devem usar as mesmas unidades para coordenadas

– graus, metros, pés…

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PORQUÊ MAPAS?

• O espaço geográfico é muito grande quando comparado a outros espaços (ex. Um carro)

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Mapas - Definições

• São abstrações simplificadas ou modelos da realidade, no qual o espaço geográfico é representado pelo mapa.

• São métodos tradicionais de armazenamento, análise e apresentação de dados espaciais

• São as formas que usamos para representar a forma que pensamos o espaço em duas dimensões.

• Um mapa é uma representação e projeção reduzida e simplificada de (partes de) superfície da terra num plano.

• Uma ferramenta para descrever informação geográfica de forma visual, digital ou tátil.

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MAPAS

• O layout espacial de um mapa permite os usuários ver:– Padrões espaciais

– Relacionamentos espaciais

– Tendências espaciais

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MAPAS

• Coisas invisíveis podem se tornar visíveis:

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MAPAS: REPRESENTAÇÕES ABSTRATAS DA REALIDADE

• Simplificada – Nem todos objetos da

imagem são representadas

• Classificada:– Objetos são

classificados em ruas, casas,etc.

• Simbolizada:– Objetos são

representados por linhas, áreas e pontos.

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MAPAS

• 2-D: flat

• 3-D: acrescente altitude

• 4-D: acrescenta animação(tempo)

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Mapas

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Papel dos mapas

• Prover informações sobre dados geográficos suportando:

– Exploração visual de dados desconhecidos

– Análise de dados

– Apresentação (map output)

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Mapas como ferramentas de busca

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Mapas

• Podem ser classificados como

– temático• mostram dados relativos a uma tema particular

• Ex.: solo, geologia, uso da terra, população, transporte

– topográfico• contêm um conjunto de dados diversos em diferentes temas.

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MAPAS

• Mapas têm uma orientação (por default o Norte).

• Utiliza-se da rosa dos ventos para indicar esta orientação

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Mapas

• Uma outra forma de orientação se dá através de rumos e azimutes de um alinhamento:

– O Azimute de um alinhamento é o menor ângulo no sentido horário entre a linha Norte-Sul e um alinhamento qualquer (entre 0 e 360)

– O Rumo é o menor ângulo entre a linha Norte-Sul e um alinhamento qualquer (0 a 90).

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Processo de Geração de Mapas

– Estabelecer o propósito do mapa

– Definir a escala que será usada

– Selecionar as feições (entidades espaciais) do mundo real que serão colocadas no mapa

– Escolher um método para a representação destas feições (pontos, linhas, áreas)

– Generalizar estas feições para representação em 2-D

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Processo de Geração de Mapas

– Adotar uma projeção de mapa para colocar as feições no plano.

– Aplicar um sistema de referência espacial para localizar as feições com relação as outras

– Anotar o mapa com chaves, legendas e texto para facilitar o uso do mapa

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Escala

• Virtualmente todas as fontes de dados espaciais são menores do que a realidade que elas representam

• A escala indica quão menor que a realidade é em um mapa

– é a razão entre a distância do mapa e a correspondente distância na terra.

• Também pode ser definida para o dado

– Escala do mapa

– Escala do dado

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Escala

• Escala

– relação entre a dimensão real do dado e a do objeto que o representa

• Pode ser expressa de três formas:

– um quociente (1:5000; 1:5.000.000)

– verbalmente (1 cm representa 50m)

– graficamente (ícones usados em mapas)

• Terminologia

– escala pequena (1:250000, 1:1000000) cobre grandes áreas

– escala grande (1:10.000, 1:25.000) cobrem áreas pequenas com muito detalhes

28

Escala

29

ESCALA

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A função da linha de escala (escala gráfica) é converter graficamente medidas do mapa em medidas na terra!

PROBLEMA: ESCALA TRAZ DISTORÇÕES

• Qual a distância de P1 para P2?

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Efeito da Escala

• Dados podem ser generalizados para uma escala menor, mas detalhes não podem ser criados

• Se a escala do mapa diminui:(1:15 mil para 1:100 mil) o tamanho dos objetos representados diminui e pode ocorrer:

– alguns objetos somem. • e.g. casas, lagos, etc. podem virar um ponto e serem eliminados;

– objetos mudam de áreas para linhas ou pontos.

– objetos mudam de forma, são simplificados;

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Generalização

• Dados espaciais são uma generalização ou especialização das feições do mundo real

• Dependendo da escala generalização é necessária para mostrar as feições que podem aparecer naquela escala

• Em outros casos, generalização é usada para melhorar a qualidade de uma imagem

• A idéia básica é representar as feições mantendo a claridade.

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Generalização: procedimentos

• Seleção

– seleção das feições para generalização.

• Simplificação

– simplificar a feição

• Relocar

– relocar feições que estão sobrepostas ou contíguas

• Suavização

– acabamento na feição para uma melhor apresentação

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Níveis de medida de Dados espaciais

• Atributos (de dados geográficos) – qualquer informação não-espacial que

descreve o objeto real

– Objeto: Árvore

– Atributos: coqueiro, 2 m, 5 anos

• Sistemas de medidas e de referências?

• Níveis de mensuração

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Níveis de Mensuração

1. Nominal– dados qualitativos, para diferenciação entre objetos

– Exemplos: classes de solo, rocha, cobertura vegetal.

2. Ordinal– dados qualitativos ordenados; valores ou nomes para

amostras, com um conjunto ordenado de classes

– baseado em critérios (maior do que, menor do que),

( 1 = baixo, 2 = médio, 3 = alto)

• Valores temáticos:– a cada medida é atribuído um número ou nome

associando a observação a um tema ou classe.

– não determinam magnitude.

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38

Exemplo:

Níveis de Mensuração

1. Intervalo – o ponto de referência é definido de forma arbitrária,

permitindo a atribuição de valores negativos, e positivos [-�,0,+�], para as amostras

– Exemplo: lat/long

2. Razão • o ponto de referência zero não é arbitrário, mas

determinado por alguma condição natural. E.g. temperatura, a condição natural é o ponto de repouso dos átomos da matéria

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EXEMPLOS

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Posição Espacial e Referência

• para localizar entidades é necessário um sistema de referência.

• Sist. de Referência permite:

– localização de entidades

– estabelece um relacionamento fixo com o mundo

• Sist. de Referência básico:

– GRID ESFÉRICO• longitude (mede distâncias no sentido leste-oeste)

• latitude (mede distância norte-sul)

• medidas em graus

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SIST. DE REFERÊNCIA LAT/LONG

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DADOS GEOGRÁFICOS

Mundo Real

• Tipos– Temáticos

– Cadastrais

– Rede

– Modelos Numéricos de terreno

– Imagens

Representação

• Modelos de Dados

– Vetorial

– Matricial

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Dados Temáticos

• Descrevem a distribuição espacial de uma grandeza geográfica

• E.g.: pedologia e aptidão agrícola

• Obtidos a partir de levantamento de campo

• Inseridos por digitalização por classificação de imagens.

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Dados Temáticos

• Exemplo: Mapa de vegetação

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DADOS TEMÁTICOS

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Dados Cadastrais

• cada elemento é um objeto geográfico que possui atributos e pode estar associado a várias representações gráficas.

• Ex: lotes de uma cidade – atributos: dono, localização, valor venal, IPTU devido

– representações gráficas diferentes em mapas de escalas distintas.

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Dados Cadastrais

• Exemplo:

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DADOS CADASTRAIS

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Redes

• informações associadas a:

– Serviços de utilidade pública, como água, luz e telefone;

– Redes de drenagem (bacias hidrográficas);

– Rodovias.

• Cada objeto geográfico possui uma localização geográfica exata e está sempre associado a atributos

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Redes

• informações representadas em um grafo -topologia arco-nó

– atributos de arcos -> sentido de fluxo

– atributos dos nós -> sua impedância (custo de percorrimento)

• Topologia armazena informações sobre recursos que fluem entre localizações geográficas distintas.

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Parênteses

• Topologia:

– (estudo de) propriedades espacialmente invariantes de

linhas e áreas tais como adjacência, contiguidade e

conectividade

– (estudo de) propriedades das formas geométricas que se

mantém invariante sobre certas transformações

– EX: um retângulo e um losango são topologicamente

similares

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Redes

• Exemplo:

53

A topologicallyaccurate map:relationshipsbetween subwaystations areaccurately shown.

Mapa representando relacionamentos entreestações de metrô

REDES

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REDES

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Modelos Numéricos de Terreno

• representação quantitativa de uma grandeza que varia continuamente no espaço.

• Usos:– representação de altimetria (mapas topográficos);

– análises corte-aterro para projeto de estradas e barragens;

– geração de mapas de declividade e exposição (geomorfologia e erodibilidade);

– Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas;

– Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis).

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MODELO NUMÉRICO DE TERRENO

57

MODELO NUMÉRICO DE TERRENO

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TIN

Imagens

• forma de captura indireta de informação espacial.

• cada pixel tem valor proporcional à energia eletromagnética refletida ou emitida pela área da superfície terrestre correspondente

• técnicas de fotointerpretação e de classificação para individualizar objetos geográficos.

• Características : – resolução espectral

– resolução espacial

– resolução radiométrica

– resolução temporal).59

Imagens

• Imagem com

pseudo

coloração

• Bandas:

– 3 (Azul)

– 4 (Verde)

– 5 (Vermelha)

• TM-Landsat,

região de

Manaus (AM).60

Códigos Postais

• Introduzidos no Canadá- século 20 – para simplificar a classificação das correspondências

– 3 primeiros caracteres – Forward Sort Area

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Forward Sortation Areas (FSAs) Região de Toronto. FSAs formam os primeiros três Caracteres do CEP

Sistemas Lineares de Referência

• Definem posição em uma rede medindo a distância linear a partir de ponto de referência

• Em geral associado ao endereçamento postal

• Usado em aplicações baseadas em redes lineares:– estradas

– linhas de transmissão

– canais

– dutos

• Útéis para a localização de pontos específicos

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Modelos da Terra

• A terra pode ser modelada como

– esfera,

– elipsóide achatado

– geóide

63

Formato da Terra:Esfera e Elipsóide

64

ATerra como um Elipsóide

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Modelos da Terra e Datums

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• Datum – Base para a definição precisa de posições sobre a superfície no contexto

de um elipsóide de referência.

Datum

• Exemplos:– WGS84 (The world geodetic system of 1984)

– North American Datum NAD27 e NAD83.

– South American Datum SAD-69• atual datum planimétrico brasileiro

• 6.378.160m de raio equatorial

• 1/298,25 de achatamento

– Córrego Alegre• antigo datum planimétrico brasileiro

• 6.378.388m de raio equatorial

• 1/297 de achatamento

– Na prática ambos são atuais e utilizados!

67

Datum

68

Coordenadas Geográficas

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Parallels

EquatorPri

me

Mer

idia

n

Pri

me

Mer

idia

n

Mer

idia

ns

Coordenadas Geográficas

• Sistema latitude/longitude

– latitude: de 90 graus sul a 90 graus norte

– longitude: 180 graus oeste a 180 graus leste.

• Paralelos : uma linha com latitude constante indo de leste para oeste.

• Meridianos: uma linha com longitude constante indo do polo norte ao polo sul.

• Meridiano de longitude zero: passa em Greenwich, Inglaterra.

70

Coordenadas Geográficas

71

Coordenadas Geográficas

72

Coordenadas Geográficas como Dados

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Projeções

74

Projeções

• Globos são bons mas:– não são portáteis

– são caros

– difíceis de usar para navegação

– formas são corretas somente próximo ao olho

– não cabem na tela de um GIS

• Solução– Mapas planos

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Processo de Projeção

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Projeções

77

Projeções

• Transformação do elipsóide ou esfera de referência em um mapa 2D

• Podem ser em superfícies planas ou em superfícies quádricas, e.g. cilindro ou cone.

• Apresentam linhas sem distorções

– secante• linha secante não apresenta distorção

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Projeções

• Podem ser baseadas em eixos – paralelos aos eixos de rotação da terra (equatorial)

– 90 graus com eixos paralelos (transversa)

– outro ângulo (obliqua).

• Tipos:

– Conforme – preserva a forma das áreas

– Área equivalente – preserva as áreas

– Equidistante – preserva distâncias

– Direção correta (azimuthal) –direções corretas

• Não há projeção plana que seja conforme e área equivalente simultaneamente.

• Mapas em GIS devem estar na mesma projeção para podermos comparar.

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Tipos de Projeção

• Superfície ou figura de referência

– esfera, elipsóide

• Superfície de projeção

– plano, cone, cilindro, poliedro

• Posição da superfície de projeção

– normal ou equatorial, oblíqua, transversa

• Método de construção

– projetivo, analítico, convencional

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Projeções: Superfícies

81

Tipos de Projeção

• Projeções planas ou azimutais

– plano tangente ou secante

– Ex: estereográfica polar, azimutal de Lambert

• Projeções cônicas

– cone tangente ou secante

– Ex: cônica de Lambert, cônica de Albers

• Projeções cilíndricas

– cilindro tangente ou secante

– Ex: UTM, Mercator, Miller

82

83

Projeções

Projeções Cônicas

84

Projeções Cônicas

85

Projeções Cônicas

•Albers Equal Area

–Áreas proporcionais às

da terra

–Distorção mínima entre

paralelos padrão

–Bom para áreas grandes

na direção leste-oeste

–Bom para baixas

latitudes média

86

Projeções Azimutais

87

Projeções Cilíndricas

88

Projeções Cilíndricas

89

–Distorção mínima próximo ao meridiano

central

–Bom para áreas se estendendo na direção N-S

–Conforme, boa para navegação (como a normal

de Mercator)

Resumo de Projeções

90

Exemplos:

91

Projeção Cônica SecanteParalelos padrão: onde o cone toca o globo

Outras Projeções Secantes

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Parâmetros de projeção

• Informação especificada de modo a definir a projeção do mapa.

• Definida no GIS para adequar a projeção para a área de interesse.

• Details of– paralelo padrão

– Meridiano central

– Leste e norte falso

– Etc.

• Nomenclatura varia de acordo com o GIS

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Principais projeções no Brasil

• UTM (Universal Transverse Mercator)– cartas topográficas

• Mercator– cartas náuticas

• Cônica conforme de Lambert– cartas ao milionésimo

– cartas aeronáuticas

• Policônica– mapas temáticos

– mapas políticos

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Outras projeções importantes

• Cilíndrica equidistante

– apresentação de dados em SIG

– mapas mundi

• Estereográfica polar

– substitui a UTM nas regiões polares

• Cônica conforme bipolar oblíqua

– mapa político das Américas

• Cônica equivalente de Albers

– cálculo de área em SIG

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Comparação de Projeções

96

97

Comparação de Projeções

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Sistemas de Coordenadas

• Método padrão para associar códigos a posições de modo a localiza-las.

• Sistemas de coordenadas padrão usam posições absolutas

• Sistemas de Coordenadas:

– UTM

– State Plane Coordinate Systems

– Public Land Survey System

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OPERAÇÕES SOBRE MAPAS

100

Overlay:Sobreposição de Camadas

101

Overlay:Sobreposição de Camadas

102

Legendas

103

Legendas

104

Ícones

105

Aproximação – Zoom in

106

Aproximação – Zoom in

107

Afastamento – Zoom out

108

Formas de Zooming in out

109

Slider

Seleção de área

Botões

Pan – Navegação

110

Botões de navegação

Pan – Navegação

111

Janela de Overview

Pan – Navegação

112

Arrastando o mapa com o mouse

Seleção de um objeto no Mapa

113

Infotip

114

Infotip - Multicamadas

115

Rótulos - Labels

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Distância

117

Área

118

Área

119

Informação

120

Busca

121

Consulta Textual

122

Consulta Textual

123

Marcam quais são os objetos

que serão destacados no mapa

Resultado da consulta no mapa

Consulta Textual

124

Referências

• DRUCK, S. et. al. Análise espacial de dados geográficos. Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2004.

• FLORENZANO, T. G. Imagens de satélite para estudos ambientais. São Paulo: Oficina de Textos, 2002.

• MOREIRA, M. A. Fundamentos do Sensoriamento Remoto e Metodologias de Aplicação. UFV, 2003.

• NOVO, E. M. L. M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. São Paulo: Edgard Blücher, 1989. 308p.