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1 Prof. Joanito de Andrade Oliveira

Sumário 1. Conceitos Básicos..............................................................................................................................................................2

1.1. Cultura em Cartografia ..................................................................................................................................................2 1.2. Limitações do Mapa Convencional ...............................................................................................................................3 1.3. Escala ............................................................................................................................................................................4 1.4. Precisão Gráfica ............................................................................................................................................................5 1.5. A Escolha da Escala......................................................................................................................................................5

2. Projeções Cartográficas.....................................................................................................................................................7 2.1. Introdução......................................................................................................................................................................7 2.2. A Carta Ideal ..................................................................................................................................................................8 2.3. Classificação das Projeções Cartográficas ..................................................................................................................9

2.3.1. Quanto ao Método ...................................................................................................................................................9 2.3.2. Quanto à Superfície de Projeção ............................................................................................................................10 2.3.3. Quanto às Propriedades.........................................................................................................................................12 2.3.4. Quanto ao Tipo de Contato entre as Superfícies de Projeção e Referência..............................................................13 2.3.5. Quanto à Localização do Ponto de Vista.................................................................................................................14 2.3.6. Quanto à Posição da Superfície de Projeção ..........................................................................................................14

3. Projeção Universal Transversa de Mercator (UTM) .........................................................................................................17 3.1. Introdução....................................................................................................................................................................17 3.2. Características Básicas da Projeção UTM ..................................................................................................................17 3.3. Vantagem da Projeção Secante...................................................................................................................................20 3.4. Importância para a Engenharia ...................................................................................................................................21 3.5. Convergência Meridiana..............................................................................................................................................22 3.6. Distorção Angular........................................................................................................................................................23 3.7. Azimutes Plano e Geodésico.......................................................................................................................................23 3.8. Fator de Escala............................................................................................................................................................27 3.9. Legenda de uma Carta UTM ........................................................................................................................................29

4. Legislação Cartográfica....................................................................................................................................................30 4.1. Diretrizes e Bases da Cartografia................................................................................................................................30

4.1.1. Normas e Especificações Técnicas.........................................................................................................................30 4.1.2. Padrão de Exatidão Cartográfico (PEC)..................................................................................................................31 4.1.3. Análise estatística dos dados e avaliação do PEC...................................................................................................32

4.1.3.1. Método de avaliação do PEC através do desvio padrão da amostra.......................................................32 4.1.3.2. Método de avaliação do PEC através da porcentagem da amostra ........................................................33 4.1.3.3. Método de avaliação do PEC através de testes de hipóteses.................................................................33

4.2. Diretrizes e Bases da Cartografia................................................................................................................................35 4.2.1. Sistema Cartográfico Nacional................................................................................................................................35 4.2.2. Comissão Nacional de Cartografia - Concar............................................................................................................36 4.2.3. Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais (INDE).................................................................................................36

4.2.3.1. Definições e Componentes de uma INDE..............................................................................................37 4.2.3.2. Perfil de Metadados Geoespaciais do Brasil (PMGB).............................................................................39

4.2.4. Diretório Brasileiro de Dados Geoespaciais ............................................................................................................41 4.2.4.1. DBDG e os padrões de interoperabilidade de governo eletrônico...........................................................42

5. Representação Computacional de Dados Geográficos...................................................................................................44 5.1. Modelagem de Dados Geográficos .............................................................................................................................44

5.1.1. Universo Conceitual ...............................................................................................................................................45 5.1.2. Universo de Representação ...................................................................................................................................45 5.1.3. Conversão Entre Estruturas de Dados....................................................................................................................48

6. Referências Bibliográficas ...............................................................................................................................................50


1. Conceitos Básicos

A descrição da área através de mapas, cartas ou planta nasceu da necessidade do Homem conhecer e entender seu território para assim dominá-lo e explorá-lo. As civilizações mais remotas já utilizavam os mapas como um meio de armazenar dados para veicularem informações sobre a superfície terrestre.

A evolução das tecnologias aéreas e espaciais permitiu o mapeamento de grandes áreas com precisão. Paralelamente, as tecnologias computacionais também foram se desenvolvendo e se tornando cada vez mais acessíveis. Com isso a automação de processos de mapeamento e de gerenciamento de banco de dados também teve importante papel na disseminação da Cartografia.

A conjunção de todos esses condicionantes levou ao desenvolvimento das tecnologias de aquisição, armazenamento e processamento de dados espaciais. As novas tendências nos processos de tomada de decisão na economia e na administração pública evidenciam e apresentam a necessidade de aplicações dentro da perspectiva da Cartografia. A Cartografia Digital e os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são ferramentas que auxiliam nas análises dos dados espaciais, favorecendo os estudos de análise complexa do espaço geográfico e suas relações.

1.1.Cultura em Cartografia

O interesse pela informação geográfica vem sendo potencializado pela necessidade de espacialização dos dados espaciais. Conhecer onde está? O que mudou? Por onde ir? São algumas das perguntas que a cartografia digital, associada a um Sistema de Informação Geográfica (SIG), tenta responder. Assim, conhecer as características da cartografia, seus erros, suas aplicações é essencial para as instituições que desejam espacializar os dados utilizados nas análises de planejamento, execução e monitoramento.


A grande maioria dos brasileiros possui um conhecimento de Cartografia muito restrito devido ao nível de importância que é dado ao ensino de Cartografia nos bancos escolares. No ensino fundamento e médio, a Geografia e a Cartografia são encaradas como disciplinas secundárias. No ensino superior, os cursos de Geografia, Engenharia Cartográfica e Engenharia de Agrimensura são poucos e com baixa aceitação pelos estudantes. Isto pode ser um fator que gera uma falta de cultura cartográfica, com muitos órgãos públicos e de iniciativa privada desconhecendo as potencialidades do uso da Cartografia.

No âmbito governamental brasileiro, a Cartografia teve seu desenvolvimento a partir da Segunda Guerra Mundial, com maior ênfase aos interesses militares. Instituições como os atuais Instituto Cartográfico da Aeronáutica (ICA), Diretoria de Serviço Geográfico (DSG) e Diretoria de Hidrografia e Navegação (DHN) eram responsáveis pela Cartografia, mapeando o país nas escalas 1:50.000 a 1:250.000.

Hoje temos uma evolução nas ciências de aquisição e processamento de dados espaciais. A geodésica espacial, através do Sistema Global de Posicionamento por Satélite (GNSS), os novos satélites de aquisição de imagens com resolução submétrica, a evolução da tecnologia da informação (TI) são algumas das áreas da ciência que vem auxiliando a atualização cartográfica, gerando produto cartográfico em escala maiores.

1.2.Limitações do Mapa Convencional

O mapa convencional, geralmente em papel, é um ambiente limitado, onde a representação do mundo real é restringida pelos procedimentos de transportar os dados sobre a superfície física para o mapa. Para a descrição das feições cartográficas utilizam-se de tais recursos:

Símbolos especiais; Traços especiais; Hachuras; Separação em cores; Estilos de textos.

Há uma grande variedade de símbolos e métodos de descrições das feições cartográficas. As atualizações da cartografia eram limitadas, principalmente, pelo alto custo dos serviços de produção de dados espaciais e também pelo meio de disseminação da informação (meio analógico) que era empregado.

O problema da limitação dos dados analógicos é potencializado quando se trabalha com uma base de dados de diferentes sistemas de projeção. A necessidade de desenvolver a transformação entre os sistemas é obrigatória, tendo em vista os erros que poderão acontecer se esse procedimento não for executado. Assim, a tecnologia da computação é uma aliada para a conversão, armazenamento e processamento dos dados, tornado-a indispensável para projetos de engenharia, geologia, etc.


1.3.Escala

A escala é uma proporção matemática, ou seja, uma relação numérica entre o mapa e a realidade que ele representa. O milímetro, o centímetro, o metro e o quilômetro são medidas de distância. Uma régua, por exemplo, é dividida em três unidades: milímetros (mm), centímetros (cm) e decímetros (dm). Um milímetro corresponde, mais ou menos, à largura de um alfinete, um centímetro a 10 mm, um decímetro a 10 cm, um metro a 10 dm ou 100 cm e, um quilômetro 100.000 cm ou 1000 m. Dominar essas noções é importante para se trabalhar com mapas, pois eles normalmente são feitos em centímetros ou milímetros, que na realidade mapeada correspondem a quilômetros ou metros.

A proporção entre a terra e seu mapa chama-se escala. A escala pode ser expressa de diferentes modos, pode também ser numérica e/ou gráfica. Por exemplo, uma escala de 1/25.000 significa que 1 centímetro ou qualquer outra unidade de comprimento, no mapa, está representado 25.000 vezes menor do que no terreno. Este número pode parecer estranho, mas um metro tem 100 centímetros; assim, cada centímetro neste mapa representa exatamente 250 metros no terreno.

A escala pode ser numérica ou gráfica. Escala numérica - é representada por uma fração na qual o numerador representa uma distância no mapa, e o denominador, a distância correspondente no terreno. Assim, escala (E) é: E = d / D, onde: d é a distância entre dois pontos no mapa e D a distância entre esses mesmos dois pontos no terreno.

Em uma escala 1/100.000, por exemplo, qualquer medida linear no mapa (d) é, no terreno (D), 100.000 vezes maior. A escala numérica pode ser representada por qualquer uma das seguintes formas: 1:100.000 ou 1/100.000.

Escala gráfica - é a que representa as distâncias no terreno sobre uma linha graduada. Normalmente, uma das porções da escala está dividida em décimos, para que se possa medir as distâncias com maior precisão. É mais indicada para se visualizar a escala e para medir distâncias. Podemos tomar qualquer comprimento no mapa e lê -lo na escala gráfica em quilômetros, metros, etc.. Necessitando-se medir ao longo de uma estrada curva, usa-se um compasso ou instrumento chamado curvímetro.


1.4.Precisão Gráfica

É a menor grandeza medida no terreno, capaz de ser representada em desenho por meio da escala mencionada. A experiência tem demonstrado que o menor comprimento gráfico que se pode representar em um desenho é 0,2 mm, sendo, portanto, este erro admissível.

Portanto, o erro pode ser determinado por:

Erro admissível no terreno = erro máximo desejável no papel x denominador da escala

Exemplo: Para um mapa na escala de 1:100.000, admitindo-se um erro no papel de 0,2 mm, temos:

Erro admissível no terreno = 0,2 mm x 100.000 = 20 m

O erro tolerável, portanto, varia na razão direta do denominador da escala e inversa da escala, ou seja, quando menor for a escala, maior será o erro admissível.

Os elementos cujas dimensões forem menores que os valores dos erros de tolerância, não serão representados graficamente. Em muitos casos é necessário utilizar-se convenções cartográficas, cujos símbolos irão ocupar no desenho, dimensões independentes da escala.

1.5.A Escolha da Escala

A escolha da escala depende da menor feição no terreno que deseja -se representar. Portanto:

Denominador da Escala = menor feição (m) / erro máximo desejável no papel

Exemplo: Considerando uma região da superfície da Terra que se queira mapear e que possua muitas feições de 10 m de extensão, a menor escala que se deve adotar para que essas feições tenham representação será:

Denominador da Escala = 10 m / (0,2 mm) = 50.000

Qual a melhor escala ?

Não existe um melhor tipo de escala. A escolha da escala é determinada em função da finalidade do mapa e da conveniência da escala. Assim, pode-se dizer que o primeiro item determina a escala e o segundo, a construção do mapa.


É sempre bom lembrar que o tamanho da escala varia de acordo com a área a ser representada no mapa. Uma área pequena, como um bairro, por exemplo, exige uma escala grande, com denominador pequeno. Uma área grande, como o Brasil, por exemplo, exige uma escala pequena, com denominador grande. Quanto maior for a escala maiores serão os detalhes sobre o espaço mapeado. Por exemplo, um mapa urbano possui muito mais detalhes do que um mapa político do mundo.


2. Projeções Cartográficas

2.1. Introdução

A confecção de uma carta exige, antes de tudo, o estabelecimento de um método, segundo o qual, a cada ponto da superfície da Terra corresponda um ponto da carta e vice-versa. Diversos métodos podem ser empregados para se obter essa correspondência de pontos, constituindo os chamados “sistemas de projeções”.

A teoria das projeções compreende o estudo dos diferentes sistemas em uso, incluindo a exposição das leis segundo as quais se obtêm as interligações dos pontos de uma superfície (Terra) com os da outra (carta). São estudados também os processos de construção de cada tipo de projeção e sua seleção, de acordo com a finalidade em vista.

O problema básico das projeções cartográficas é a representação de uma superfície curva em um plano. Em termos práticos, o problema consiste em se representar a Terra em um plano.

Figura 1 - Pontos correspondentes na superfície da Terra e na carta

Conforme a Figura 2, a forma de nosso planeta é representada, para fins de mapeamento, por um elipsóide (ou por uma esfera, conforme seja a aplicação desejada) que é considerada a superfície de referência a qual estão


relacionados todos os elementos que desejamos representar (elementos obtidos através de determinados tipos de levantamentos).

Figura 2 - Formas da terra para fins de mapeamento

Podemos ainda dizer que não existe nenhuma solução perfeita para o problema, e isto pode ser rapidamente compreendido se tentarmos fazer coincidir a casca de uma laranja com a superfície plana de uma mesa. Para alcançar um contato total entre as duas superfícies, a casca de laranja teria que ser distorcida. Embora esta seja uma simplificação grosseira do problema das projeções cartográficas, ela expressa claramente a impossibilidade de uma solução perfeita (projeção livre de deformações). Poderíamos então, questionar a validade deste modelo de representação já que seria possível construir representações tridimensionais do elipsóide ou da esfera, como é o caso do globo escolar, ou ainda expressá-lo matematicamente, como fazem os geodesistas. Em termos teóricos, esta argumentação é perfeitamente válida e o desejo de se obter uma representação sobre uma superfície plana é de mera conveniência. Existem algumas razões que justificam esta postura, e as mais direta é: o mapa plano é mais fácil de ser produzido e manuseado.

Podemos dizer que todas as representações de superfícies curvas em um plano envolvem: "extensões" ou "contrações" que resultam em distorções ou "rasgos". Diferentes técnicas de representação são aplicadas no sentido de se alcançar resultados que possuam certas propriedades favoráveis para um propósito específico.

2.2. A Carta Ideal

A construção de um sistema de projeção será escolhido de maneira que a carta venha a possuir propriedades que satisfaçam as finalidades impostas pela sua utilização. O ideal seria construir uma carta que reunisse todas as propriedades, representando uma superfície rigorosamente semelhante à superfície da Terra. Esta carta deveria possuir as seguintes propriedades:

Conformidade: Manutenção da verdadeira forma das áreas a serem representadas, ou seja, preserva os ângulos;


Equivalência: Inalterabilidade das áreas.

Eqüidistância: Constância das relações entre as distâncias dos pontos representados e as distâncias dos seus correspondentes.

Azimutais: Manutenção dos azimutes.

Essas propriedades seriam facilmente conseguidas se a superfície da terra fosse plana ou uma superfície desenvolvível. Como tal não ocorre, torna-se impossível a construção da carta ideal, isto é, da carta que reunisse todas as condições desejadas. A solução será, portanto, construir uma carta que, sem possuir todas as condições ideais, possua aquelas que satisfaçam a determinado objetivo. Assim, é necessário, ao se fixar o sistema de projeção escolhido, considerar a finalidade da carta que se quer construir. Em Resumo: as representações cartográficas são efetuadas, na sua maioria, sobre uma superfície plana (Plano de Representação onde se desenha o mapa). O problema básico consiste em relacionar pontos da superfície terrestres ao plano de representação. Isto compreende as seguintes etapas:

a. Adoção de um modelo matemático da terra (Geóide) simplificado. Em geral, esfera ou elipsóide de revolução;

b. Projetar todos os elementos da superfície terrestre sobre o modelo escolhido (tudo o que se vê num mapa corresponde à superfície terrestre projetada sobre o nível do mar aproximadamente);

c. Relacionar por processo projetivo ou analítico pontos do modelo matemático com o plano de representação escolhendo-se uma escala e sistema de coordenadas.

Antes de entrarmos nas técnicas de representação propriamente ditas, introduziremos alguns Sistemas de Coordenadas utilizados na representação cartográfica.

2.3. Classificação das Projeções Cartográficas

Existem diferentes projeções cartográficas, uma vez que há uma variedade de modos de projetar sobre um plano os objetos geográficos que caracterizam a superfície terrestre. Consequentemente, torna-se necessário classificá-las sob seus diversos aspectos, a fim de melhor estudá-las.

2.3.1. Quanto ao Método

Quanto ao método, as projeções cartográficas podem ser Geométricas e Analíticas.


a) Geométricas - baseiam-se em princípios geométricos projetivos. Podem ser obtidos pela interseção, sobre a superfície de projeção, do feixe de retas que passa por pontos da superfície de referência partindo de um centro perspectivo (ponto de vista).

Figura 3 - Projeção Geométrica: definida por um ponto de vista e por Raios Visuais

b) Analíticas - baseiam-se em formulação matemática obtidas com o objetivo de se atender condições (características) previamente estabelecidas (é o caso da maior parte das projeções existentes).

Figura 4 - Projeção Analítica: baseada em formulação matemática

2.3.2. Quanto à Superfície de Projeção

Quanto à superfície de projeção, as projeções cartográficas podem ser Planas, Cônicas, Cilíndricas e Poli-superficiais. Qualquer superfície que pode ser planificada é uma superfície de desenvolvimento.

a) Planas - Um plano é usado como superfície de projeção (ou superfície de desenvolvimento). Este tipo de superfície pode assumir três posições básicas em relação a superfície de referência: polar, equatorial e oblíqua (ou horizontal)


Figura 5 – Projeção Plana

b) Cônicas - embora esta não seja uma superfície plana, já que a superfície de projeção é o cone, ela pode ser desenvolvida em um plano sem que haja distorções, e funciona como superfície auxiliar na obtenção de uma representação. A sua posição em relação à superfície de referência pode ser: normal, transversal e oblíqua (horizontal).

Figura 6 – Projeção Cônica

c) Cilíndricas - tal qual a superfície cônica, a superfície de projeção que utiliza o cilindro pode ser desenvolvida em um plano e suas possíveis posições em relação a superfície de referência podem ser: equatorial, transversal e oblíqua (ou horizontal).


Figura 7 – Projeção Cilíndrica

d) Poli-Superficiais - se caracterizam pelo emprego de mais do que uma superfície de projeção (do mesmo tipo) para aumentar o contato com a superfície de referência e, portanto, diminuir as deformações (plano-poliédrica; cone-policônica; cilindro-policilíndrica).

Figura 8 – Projeção Policônica

2.3.3. Quanto às Propriedades

Na impossibilidade de se desenvolver uma superfície esférica ou elipsóidica sobre um plano sem deformações, na prática, buscam-se projeções tais que permitam diminuir ou eliminar parte das deformações conforme a aplicação desejada. Assim, destacam-se:

a) Equidistantes - As que não apresentam deformações lineares para algumas linhas em especial, isto é, os comprimentos são representados em escala uniforme.

b) Conformes - Representam sem deformação, todos os ângulos em torno de quaisquer pontos, e decorrentes dessa propriedade, não deformam pequenas regiões.


c) Equivalentes - Têm a propriedade de não alterarem as áreas, conservando assim, uma relação constante com as suas correspondentes na superfície da Terra. Seja qual for a porção representada num mapa, ela conserva a mesma relação com a área de todo o mapa.

d) Afiláticas - Não possui nenhuma das propriedades anteriores, ou seja, são projeções em que as áreas, os ângulos e os comprimentos não são conservados.

Vale ressaltar que as propriedades acima descritas são básicas e mutuamente exclusivas. Elas ressaltam mais uma vez que não existe uma representação ideal, mas apenas a melhor representação para um determinado propósito.

2.3.4. Quanto ao Tipo de Contato entre as Superfícies de Projeção e Referência

a) Tangentes - a superfície de projeção é tangente à de referência (plano- um ponto; cone e cilindro- uma linha);

Figura 9 – Projeções Tangentes

b) Secantes - a superfície de projeção secciona a superfície de referência (plano-uma linha; cone- duas linhas desiguais; cilindro- duas linhas iguais).

Figura 10 – Projeções Secantes


Através da composição das diferentes características apresentadas nesta classificação das projeções cartográficas, podemos especificar representações cartográficas cujas propriedades atendam as nossas necessidades em cada caso específico.

2.3.5. Quanto à Localização do Ponto de Vista

Numa projeção cartográfica o ponto de vista encontra-se numa determinada posição,

caracterizando-a como:

a) Gnômica ou Central – O ponto de vista situado no centro do elipsóide.

b) Estereográfica – ponto de vista situado na extremidade diametralmente oposta á superfície de projeção.

c) Ortográfica – ponto de vista situado no infinito.

Figura 11 – Projeções com pontos de vista em diferentes posições.

2.3.6. Quanto à Posição da Superfície de Projeção

A posição da superfície de projeção com relação à superfície de referência determina as características da projeção cartográfica. Dessa forma, a projeções podem ser classificadas como:

a) Equatorial – O centro da superfície de projeção situa-se no equador.


Figura 12 - Projeção Equatorial

b) Polar – O centro do plano de projeção é o pólo.

Figura 13 - Projeção Polar

c) Transversal – O eixo da superfície de projeção encontra-se perpendicular em relação ao eixo de rotação da terra;

Figura 14 - Projeção Transversal


d) Oblíqua – Quando está em qualquer outra posição.

Figura 15 - Projeção Oblíqua


3. Projeção Universal

Transversa de Mercator

(UTM)

3.1. Introdução

A Projeção UTM (Universal Transversa de Mercator) é a mais utilizada nos mapeamentos, trabalhos científicos e também no planejamento, projeto básico e projeto executivo de um empreendimento de Engenharia. A falta de familiaridade dos engenheiros com essa projeção têm prejudicado o andamento de muitos projetos.

A Projeção Cilíndrica Transversa de Mercator foi desenvolvida durante a 2ª Guerra Mundial e é aplicada no sistema UTM, utilizado na produção das cartas topográficas do Sistema Cartográfico Nacional.

3.2. Características Básicas da Projeção UTM

Além de cilíndrica e transversa, a projeção UTM também é secante e conforme.

O mundo é dividido em 60 fusos, onde cada um se estende por 6º de longitude. Os fusos são numerados de um a sessenta começando no fuso 180º a 174º W Gr., continuando para este.


Figura 16 – Fusos da Projeção UTM

O sistema prevê a adoção de 60 cilindros de eixo transverso, obtidos através da rotação do mesmo no plano do equador, de maneira que cada um cubra a longitude de 6º (amplitude do fuso), a partir do anti-meridiano (-180º) de Greenwich.

Figura 17 – Rotações do Cilindro

O quadriculado UTM está associado ao sistema de coordenadas plano-retangulares, tal que um dos eixos que determina a origem do sistema coincide com a projeção do Meridiano Central do fuso (eixo N apontando para


Norte) e o outro eixo, com o do Equador. Assim, cada ponto do elipsóide de referência (descrito por latitude, longitude) estará biunivocamente associado ao Meridiano Central (MC), coordenada E (Este) e coordenada N (Norte), definidos como:

Meridiano Central: Meridiano correspondente à metade do fuso UTM.

Este: Distância do ponto ao Meridiano Central.

Norte: Distância do ponto à linha do Equador projetada na nova figura.

A cada fuso é associado um sistema cartesiano métrico de referência, atribuindo à origem do sistema (interseção da linha do Equador com o meridiano central) as coordenadas 500.000 m, para contagem de coordenadas ao longo do Equador, e 10.000.000 m ou 0 (zero) m, para contagem de coordenadas ao longo do meridiano central, para os hemisfério sul e norte respectivamente. Isto elimina a possibilidade de ocorrência de valores negativos de coordenadas, conforme pode ser visto na figura 18.

Figura 18 – Sistema de Coordenadas Planas (UTM)

O MC e o equador são representados por retas (quadriculado plano-retangular) e os demais meridianos por linhas côncavas. Os meridianos e paralelos interceptam-se em ângulos retos na projeção.

Cada fuso deve ser prolongado até 30' sobre os fusos adjacentes criando-se assim uma área de superposição de 1º de largura. Esta área de superposição serve para facilitar o trabalho de campo em certas atividades.

Vale ressaltara que o sistema UTM é usado entre as latitudes 84º N e 80º S, pois a partir dessas latitudes há uma sobreposição de fusos, como pode ser visto nas figuras 19 e 20. Nessas áreas onde há sobreposição, a projeção adotada mundialmente é a Estereográfica Polar Universal.


Figura 19 – Sobreposição de fusos nos pólos

Figura 20 – Representação do pólo norte na projeção UTM

3.3. Vantagem da Projeção Secante

Avaliando-se a deformação de escala em um fuso UTM (tangente), pode-se verificar que o fator de escala é igual a 1(um) no meridiano central e aproximadamente igual a 1.0015 (1/666) nos extremos do fuso. Desta forma, atribuindo-se a um fator de escala k = 0,9996 ao meridiano central do sistema UTM (o que faz com que o cilindro tangente se torne secante), torna-se possível assegurar um padrão mais favorável de deformação em escala ao longo do fuso. O erro de escala fica limitado a 1/2.500 no meridiano central, e a 1/1030 nos extremos do fuso.


Desta forma, conforme pode ser visto na figura 21, utilizando-se um cilindro tangente, o fator de escala k aumenta na medida em que se afasta do ponto de tangência, enquanto que o cilindro secante, o valores de k são maiores e menores que 1, ou seja, tem margem de aumento menor.

Figura 21 - Mesmo arco do elipsóide projetado no cilindro tangente e secante.

3.4. Importância para a Engenharia

Em projetos de Engenharia é fundamental que se adote um sistema de coordenadas ortogonal. Neste caso, a projeção UTM é a mais adequada, pois permite abranger uma área extensa em um sistema ortogonal com significativo controle de distorções. Vale lembrar que a projeção UTM é a mais utilizada nos mapeamentos e trabalhos científicos e também no planejamento, projeto básico e projeto executivo de um empreendimento de Engenharia.

Figura 22 – Importância do Sistema de Coordenadas Ortogonais na Engenharia

A projeção UTM é mais indicada para regiões de predominância na extensão Norte-Sul, pois a escala aumenta com a distância em relação ao meridiano central. Entretanto, mesmo na representação de áreas de grande longitude, poderá ser utilizada. É a mais indicada para o mapeamento topográfico de grande escala.


3.5. Convergência Meridiana

Os ângulos medidos no Elipsóide estão referidos ao Norte Geográfico (NG) ou Norte Verdadeiro (NV), cuja representação na projeção UTM, é dada por uma linha curva, côncava em relação ao MC. As quadrículas UTM formam um sistema de coordenadas retangulares, com direção Y (NQ) - Direção Norte – Sul. Dessa forma, as

duas linhas formam, portanto, um ângulo variável para cada ponto, denominado Convergência Meridiana ().

Como pode ser visto na figura 23, no hemisfério sul a Convergência Meridiana () é positiva para pontos

situados a Oeste do MC e negativa para pontos situados a Este do MC.

Figura 23 – Representação da Convergência Meridiana () nos Quadrantes UTM

Abaixo segue a equação utilizada para o cálculo aproximado da Convergência Meridiana ().

Onde:

= Convergência Meridiana;

= Diferença de longitude entre o ponto dado e a longitude do MC;

= Latitude do ponto dado.

Para exemplificar, calcule a Convergência Meridiana () para a latitude e longitude geodésicas, da Estação

Meteorológica da UFJF – MG:

= - 43º21’51,371”

= - 21º46’12,232”


Cálculo aproximado:

Para = - 43º21’51,371”, o Meridiano Central (MC) = - 45º00’00”

= -43º21’51,371”– (-45º00’00’’) = 1º38’08,629”

= 1º38’08,629” * sen (- 21º46’12,232”)

= - 0º36’23,899”

3.6. Distorção Angular

A Distorção Angular corresponde à diferença entre o ângulo projetado e o ângulo geodésico, A figura 24 apresenta o cálculo da distorção angular do ponto 2 para os pontos 1 e 3.

Figura 24 – Distorção Angular entre dois alinhamentos

3.7. Azimutes Plano e Geodésico

Para entender o conceito de azimute, é necessário compreender antes o que significa Norte Magnético e Norte Verdadeiro e Norte de Quadrícula.


O planeta Terra pode ser considerado um gigantesco imã, devido a circulação da corrente elétrica em seu núcleo formado de ferro e níquel em estado líquido. Estas correntes criam um campo magnético, como pode ser visto na figura 25. Este campo magnético ao redor da Terra tem a forma aproximada do campo Magnético ao redor de um imã de barra simples (figura 25). Tal campo exerce uma força de atração sobre a agulha da bússola, fazendo com que mesma entre em movimento e se estabilize quando sua ponta imantada estiver apontando para o Norte magnético.

Figura 25 - Campo magnético ao redor da Terra

A Terra, na sua rotação diária, gira em torno de um eixo. Os pontos de encontro deste eixo com a superfície terrestre determinam-se de Pólo Norte e Pólo Sul Verdadeiros ou Geográficos (figura 26). O eixo magnético não coincide com o eixo geográfico. Esta diferença entre a indicação do Pólo Norte magnético (dada pela bússola) e a posição do Pólo Norte geográfico denomina-se de declinação magnética.

O Azimute de uma direção é o ângulo formado entre a meridiana de origem que contém os Pólos, magnéticos ou geográficos, e a direção considerada. É medido a partir do Norte, no sentido horário e varia de 0º a 360º (figura 26).


Figura 26 - Representação do Azimute

O grid UTM não é alinhado de forma exata aos meridianos e paralelos. Para perceber isto, é só ver como não corre paralelo às laterais do mapa. Desta forma, o Norte de Quadrícula é definido pelo norte da carta, ou seja, pela direção norte do quadriculado de coordenadas planas do mapa.

Figura 27 – Norte Magnético, Geográfico e de Quadrícula

De acordo com a figura 28, a convergência meridiana indica o quanto o Norte de Quadrícula está deslocado para leste ou oeste do norte verdadeiro (ou geográfico). Assim, pode-se definir Convergência Meridiana como o ângulo formado entre o Norte Verdadeiro e o Norte de Quadrícula. A Convergência Meridiana varia com as coordenadas e seu valor é nulo no meridiano central do fuso.


Figura 28 - Convergência Meridiana nos 4 Quadrantes

A figura 29 apresenta a relação entre os azimutes plano e verdadeiro, considerando, além da Convergência Meridiana, a Distorção Angular.

Figura 29 - Relação Azimutes Plano e Verdadeiro


3.8. Fator de Escala

Para a redução da superfície de referência à superfície plana, utiliza-se um Fator de Escala (K). A distância plana é obtida multiplicando-se distância geodésica (sobre o elipsóide de referência) pelo fator de escala K, como apresentado na equaçãof a seguir.

Onde:

Distância UTM = Distância plana, medida diretamente no mapa.

Distância Elip = Distância real, considerando a curvatura da terra.

K = Fator de Escala

Para o cálculo do Fator de Escala no MC (K0) utiliza-se a seguinte equação:

Dessa forma, o erro de escala fica limitado, dentro de cada fuso, a: 1/2.500.

O fator de escala é pontual e varia em função da localização do ponto na superfície plana. O Fator de Escala em um determinado ponto pode ser calculado através da seguinte equação:

Onde:

K = fator de escala

K0 = 0,9996 (fator de escala no MC)

E’ = ordenada entre o MC e o ponto considerado

Rm = Raio médio de curvatura


Vale ressaltar que nas linhas de secância a deformação é nula (K = 1), entre as linhas de secância há redução (K < 1) e na área exterior às linhas de secância há ampliação (K >1 ), conforme apresentado na figura 30.

Figura 30 – Variações no Fator de Escala (K)

Segundo Silva et. al. (1977), para aplicar o fator de escala para a correção da distância entre dois pontos, pode-se:

Usar o valor do fator de escala médio, se a distância for pequena;

Usar uma média ponderada entre os pontos extremos e o ponto médio, se a distância for grande.

Para exemplificar, calcule o fator de escala para um ponto de ordenada E = 320.000 m sobre um elipsóide para o qual o Rm = 6.356.778 m.

K0 = 0,9996

E’ = 320.000 – 500.000 = - 180.000 m

Rm = 6.356.778 m

K = 1,0000


3.9. Legenda de uma Carta UTM

Numa carta em que se utiliza a projeção UTM, algumas informações são imprescindíveis para que o usuário possa fazer a leitura correta dos dados representados. Denominadas de informações marginais, o nome da projeção, o datum horizontal e vertical, a origem das coordenadas, o meridiano central, a convergência meridiana e o fator de escala no meridiano central completam a carta. A figura 31 apresenta um esboço de uma carta UTM e em seguida são apresentadas as informações que devem fazer parte da carta.

Figura 31 – Carta na Projeção UTM

Projeção Universal Transversa de Mercator

Datum vertical: Imbituba–SC

Datum horizontal: SAD-69

Origem das coordenadas do UTM: equador e MC do fuso

Meridiano Central: -45º.

Convergência meridiana do centro da folha: 53 ’ 50 ’’

Fator escala: 0,9996


4. Legislação Cartográfica

4.1. Diretrizes e Bases da Cartografia

O avanço das diretrizes e bases da Cartografia Nacional teve inicio com o Decreto-Lei Nº 243, de 28 de fevereiro de 1967. O Decreto fixa as características no que tange a finalidade, o sistema cartográfico nacional, instituições responsáveis de coordenar a execução da política cartográfica, da representação do espaço territorial, da cartografia sistemática, entre outras que definem as normas e especificações técnicas da cartografia brasileira.

4.1.1. Normas e Especificações Técnicas

As Instruções Reguladoras das Normas Técnicas da Cartografia Nacional são fixadas pelo Decreto nº 89.817 de 20 de junho de 1984, que atende aos termos da regulação estabelecida pelo Decreto-Lei nº 243/1967. As Instruções vigentes preservam a competência de cada entidade citada no Decreto-Lei nº 243/1967 de estabelecer normas, contudo definem preceitos gerais que deverão ser observados por essas entidades, conferindo à Comissão Nacional de Cartografia (CONCAR) a competência de homologá-las e reuni-las na Coletânea Brasileira de Normas Cartográficas, bem como estabelecer normas de caráter geral, não atribuídas especificamente a cada uma daquelas entidades.

Para os levantamentos geodésicos, encontra-se homologada, como Norma Técnica da Cartografia Terrestre Nacional, as Especificações e Normas Gerais para Levantamentos Geodésicos, estabelecidas pela Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - (IBGE), por meio da


Resolução PR nº 22 de 21 de julho de 1983, e retificações posteriores relativas aos parâmetros para a transformação de coordenadas entre Sistemas Geodésicos e as normas preliminares para o posicionamento como a utilização do Sistema de Posicionamento Global - (GPS).

Os estudos das normas tornam-se de fundamental importância, tendo em vista que os processos de aquisição, processamento e homologação das informações espaciais seguem padrões pré-estabelecidos. Percebe-se que na prática da produção da cartografia, a aplicação das normas cartográficas por parte dos profissionais que trabalham com aquisição de dados e confecção de mapeamentos não são aplicadas corretamente. A evidência dessa afirmativa pode ser vista nos trabalhos de produção de dados cartográficos, onde na maioria das vezes, não são apresentados os padrões de exatidão cartográficos (PEC) do produto final.

4.1.2. Padrão de Exatidão Cartográfico (PEC)

Segundo Aronoff (1991) o objetivo de qualquer levantamento geográfico e lidar com o erro inerente ao processo, seja ele aquisição de novas informações ou simplesmente sua conversão, onde o erro não devera ser eliminado e sim gerenciado e/ou minimizado. O erro, neste contexto, pode ser definido como alguma discrepância entre as situações descritas na imagem (mapa) e a realidade (VIEIRA et al., 2006).

As medidas planimétricas extraídas de uma carta impressa em papel estão sujeitas a dois tipos de imprecisões bem caracterizadas. O Erro Gráfico ou Precisão Gráfica geralmente aceitos como sendo 0,2 mm, correspondente ao limite da acuidade visual humana e o Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC) – que é o indicador de dispersão relativo a 90% de probabilidade que define a exatidão de trabalhos cartográficos.

O artigo 9o, Capitulo II, do Decreto 89.817/1984 descreve a classificação das cartas quanto a sua exatidão (Brasil, 1984). A Tabela 1 ilustra os valores do PEC e do Erro Padrão (EP) planimétrico e altimétrico segundo a norma.

Tabela 1: Valores do PEC e do EP de acordo com o Decreto-Lei no. 89.817 / 1984.

Planimetria Altimetria Classe PEC EP PEC EP A 0.5 mm. escala 0.3 mm. escala 1/2 da eqüidistância 1/3 da eqüidistância B 0.8 mm. escala 0.5 mm. escala 3/5 da eqüidistância 2/5 da eqüidistância C 1.0 mm. escala 0.6 mm.escala 3/4 da eqüidistância 1/2 da eqüidistância

Art. 10 do decreto 89.817 / 1984 estabelece que “É obrigatória a indicação da classe no rodapé da folha, ficando

o produtor responsável pela fidelidade da classificação”. Todas as cartas topográficas do mapeamento sistemático brasileiro executadas pelo método aerofotogramétrico são classificadas no padrão “Classe A”. Assim, qualquer coordenada obtida as cartas estará sujeita a uma composição de incertezas de 0.2 mm na sua identificação e 0.5 mm na sua posição geográfica. Ou seja, em uma carta topográfica de escala 1: 200.000 as incertezas seriam 40m e 100m respectivamente.


Já na cartografia digital (CD) os projetos devem permitir a incorporação de dados geográficos provenientes de diferentes fontes, Assim, em um mesmo projeto haverá informação de posição geográficas com deferentes graus de precisão e/ou confiabilidade. Em CD o Erro Gráfico não existe, porem surgi o termo chamado de resolução. Os trabalhos digitalizados a partir de cartas topográficas impressas poderão manter o PEC da carta original, desde que seja feito controle adequado do processo de digitalização. Importante salientar que nenhuma carta digitalizada poderá ter um PEC superior ao da carta impressa, utilizada no processo de conversão.

4.1.3. Análise estatística dos dados e avaliação do PEC.

Na literatura existem alguns métodos de análise dos produtos cartográficos através de processos estatísticos. Estes métodos se baseiam na analise dos resíduos das coordenadas dos pontos de controle definidos no produto cartográfico e de seus homólogos coletados em campo ou em algum produto que seja mais preciso.

Com objetivo de visualizar a aplicação das metodologias para avaliação da qualidade posicional, definido no Decreto-Lei no. 89.817/84, é apresentado os métodos através do desvio padrão, porcentagem, e de teste de hipóteses.

4.1.3.1.Método de avaliação do PEC através do desvio padrão da amostra

Sociedade dos Engenheiros Agrimensores de Minas Gerais (SEAMG, 2006) descreve um roteiro para classificar uma carta quanto ao padrão de exatidão cartográfico, devem-se calcular os resíduos da resultante das coordenadas planimétricas, obtida através das coordenadas de campo (Ec , Nc) e da carta (Ei , Ni), conforme a Equação (1).

22icic NNEER Equação 1

Adquiridos os valores dos resíduos, calcula-se o desvio padrão amostral (S), ou erro padrão (EP). O próximo passo é obter o valor do PEC para a carta através da Equação (2).

SPEC calc 6449,1 Equação 2

A análise dos resultados devera ser feita comparando os valores encontrados no PEC, com os valores descritos para as classes A, B ou C (Tabela 1), de modo que o PEC calculado da carta seja menor que os valores padrões do PEC, para uma dada escala de referência, conforme a Equação (3).


LeiDecretocalc PECPEC _ Equação 3

4.1.3.2. Método de avaliação do PEC através da porcentagem da amostra

A percentagem ou porcentagem (do latim per centum, significando "por cento", "a cada centena") é uma medida de razão com base 100 (cem). É um modo de expressar uma proporção ou uma relação entre 2 valores. Para trabalhos de análise posicional de produtos cartográficos, um valor é a coordenada base de um ponto (adquiridas em produtos de melhor exatidão) e o outro é a coordenada do mesmo ponto no produto analisado.

VERGARA et al. (2001) avaliaram o PEC planimétrico de dados vetoriais e cartas atualizadas a partir de imagens orbitais SPOT e LANDSAT, verificando se 90% dos resíduos são inferiores aos valores determinado pelo Decreto-Lei 89.817/84 para uma dada escala. Para os dados vetoriais foi obtida a classificação Classe A para a escala de 1:50.000 e após a plotagem da carta obteve-se a classificação Classe B para a escala 1/50.000.

Para a análise do PEC altimétrico, utiliza-se os resíduos das altitudes para determinar a precisão cartográfica, através dos valores adquiridos de uma fonte cartográfica de PEC conhecido e dos existentes na carta produzida, conforme a Equação (4).

produzidacartaGPS HHH Equação 4

Com as informações dos resíduos, efetua-se o cálculo do PEC, de modo que 90% dos pontos de controle não apresentem resíduos superiores aos valores determinados pelo Decreto-Lei 89.817/84 para uma dada eqüidistância da curva de nível (Tabela 1), com o mostra a Equação (5).

LeiDecretoPECH %90 Equação 5

4.1.3.3. Método de avaliação do PEC através de testes de hipóteses

Outro método para avaliar o Padrão de Exatidão Cartográfico e através de procedimentos descritos por MERCHANT (1982). Esse método é considerado completo, pois alem de avaliar o PEC ele avalia se no produto cartográfico existe alguma tendência nas componentes da coordenadas. O método se baseia em testes estatísticos, onde não se avaliam erros isolados e sim, o desvio padrão da amostra.


Segundo GALO e CAMARGO (1994), a análise estatística da qualidade geométrica de um produto cartográfico é obtida por meio da analise de precisão e analise de tendência, esta ultima usada para verificar erros sistemáticos. As análises são realizadas através de testes de hipóteses sobre a media e o desvio padrão amostral dos resíduos, obtida pela diferença entre as coordenadas de campo (Ec , Nc) e imagem (Ei , Ni), conforme a Equação (6).

,,,, icicjj NNEENE Equação 6

Obtém-se, então, a media (∆E ,∆N ) e desvio padrão (S) para cada uma das componentes. Pode-se também obter as estatísticas usando a resultante planimétrica a partir da Equação (1): Com estas estatísticas amostrais, realizamos testes específicos para a avaliação de tendência e precisão.

Teste de Tendência:

Para o teste de tendência utiliza-se o teste t de Student, observando um nível de confiança (1 - α) igual a 90% (α = 0,10). A partir do número de pontos coletados, obtém-se um valor limite tn-1,α/2 tabelado. Dessa forma, se o valor absoluto do teste t calculado for menor que o valor do teste t tabelado, Equação (7), para as duas componentes (Norte e Este), ou somente o componente altimétrico e/ou a resultante planimétrico, a imagem estará livre de erros sistemáticos nas suas coordenadas.

2/,1 ncalctt Equação 7

O teste t de Student é calculado obedecendo as seguintes hipóteses e fórmulas: Para a componente da coordenada X:

H0: Se ∆X=0, então X não e tendencioso;

H1: Se ∆X≠0, então X e tendencioso;

xxcalc S

nXt . Equação 8

Teste de Precisão:

Para aplicar o teste de precisão, utiliza-se o teste Qui-quadrado, que obedece aos valores do Erro Padrão (EP) estabelecido no Decreto-lei 87.817, de 20 junho de 1984, para cada classe (ver Tabela 1).

Para calcular o erro padrão (σ) de cada componente utilizam-se as Equações (9) e (10).


2EP

EN Equação 9

EPoaltimétriccoplanimétri Equação 10

A imagem analisada atendera a precisão (classe A, B ou C) se o valor do teste Qui-quadrado calculado

( N2 , E

2 e H2 ) for menor que o teste Qui-quadrado tabelado ( ,1

2n ), Equação (11), para as duas

componentes (Norte e Este) ou somente o componente altimétrico e/ou a resultante planimétrico.

,122

nj Equação 11

As hipóteses para o teste do Qui-quadrado testam se a variância dos resíduos (amostra) é igual à variância

estabelecida pelo Decreto-Lei no. 89.817/84 ( 02 ). As hipóteses e fórmulas para o teste Qui-quadrado são as

seguintes:

Para a componente da coordenada X:

H0: 022 x ;

H1: 022 x ;

2

22 .1

x

xx

Sn

Equação 12

Portanto, para uma determinada escala, a imagem será classificada com a classe A, B ou C em função dos resultados obtidos nos testes de precisão.

4.2. Diretrizes e Bases da Cartografia

4.2.1. Sistema Cartográfico Nacional

As atividades cartográficas no Brasil são desenvolvidas através de um sistema único, denominado Sistema Cartográfico Nacional – SCN, estando sujeito à disciplina de planos e instrumentos de caráter normativo constantes na legislação em vigor. O SCN é constituído pelas entidades nacionais públicas e privadas, que tenham por atribuição executar trabalhos cartográficos ou atividades correlatas. O Decreto Lei n°243/67


estabelece que o espaço territorial é representado através de cartas e “outras formas de expressões afins”, tais como fotocartas e mosaicos.

Cabe ao IBGE propor alterações nas Instruções Reguladoras das Normas Técnicas da Cartografia Terrestre Nacional, de maneira a assegurar a coordenação e uniformidade das normas técnicas para as cartas gerais empregadas pelo SCN.

4.2.2. Comissão Nacional de Cartografia - Concar

A CONCAR é um órgão colegiado do Ministério do Planejamento, atualizada conforme Decreto s/no de 1º de gosto de 2008, descendente da antiga COCAR (Comissão de Cartografia), instituída pelo Decreto lei 243 de 28 de fevereiro de 1967, que fixa as diretrizes e bases da Cartografia brasileira e dá outras providências.

Atribuições da CONCAR:

Assessorar o Ministro de Estado na supervisão do Sistema Cartográfico Nacional (SCN);

Coordenar a execução da Política Cartográfica Nacional;

Exercer outras atribuições nos termos da legislação.

A Comissão Nacional de Cartografia (CONCAR), de acordo com o Decreto s/nº de 10 de maio de 2000, é composta por um Presidente e Secretário Executivo e por representantes de órgãos e entidades, de acordo as especificações descritas nas normas internas.

4.2.3. Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais (INDE)

O termo Infraestrutura de Dados Espaciais (IDE) é usado frequentemente para denotar um conjunto básico de tecnologias, políticas e arranjos institucionais que facilitam a disponibilidade e o acesso a dados espaciais (COLEMAN et tal, 1997; GSDI, 2003). Com objetivo de promover o adequado ordenamento na geração, armazenamento, acesso, compartilhamento, disseminação e uso dos dados geoespaciais de origem federal, estadual, distrital e municipal, em proveito do desenvolvimento do país, foi instituída pelo Decreto Presidencial nº 6.666/08 a Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais – INDE.


A INDE também visa promover a utilização, na produção dos dados geoespaciais nos padrões e normas homologados pela Comissão Nacional de Cartografia (Concar), além de evitar a duplicidade de ações e o desperdício de recursos na obtenção de dados geoespaciais pelos órgãos da administração pública, por meio da divulgação dos metadados relativos a esses dados disponíveis nas entidades e nos órgãos públicos. Uma das atividades para implementação da INDE é a elaboração do plano de ação, que teve suas tarefas finalizadas em janeiro de 2010, pelo Comitê para o Planejamento da INDE (CINDE).

O CINDE foi constituído entre Janeiro e Março de 2009 e reuniu 110 membros representantes de 26 organizações brasileiras, sendo 22 ligadas ao governo federal, três secretarias estaduais e uma universidade. O plano de ação da INDE. Desde o início da década de 1990 a construção das chamadas Infraestruturas de Dados Espaciais (IDEs) vem sendo considerada uma ação essencial de boa governança, tanto pelo Estado quanto pela sociedade, em diversos países, conforme a pesquisa de Onsrud (2001).

4.2.3.1. Definições e Componentes de uma INDE A formulação e compreensão dos conceitos associados a termos e expressões tais como dados, dados geográficos, informação não geográfica, informação geográfica ou geoespacial têm um peso cada vez maior no atendimento às demandas da gestão do conhecimento e da gestão territorial e ambiental. Existem várias definições sobre o termo genérico da Infraestrutura de Dados Espaciais. Cabe observar que o marco legal da INDE brasileira acompanha a vertente mais atual e abrangente da definição de uma IDE, na qual o conceito de serviços prevalece sobre o de dados geoespaciais. Se antes a ênfase era nos dados que o usuário poderia acessar, agora a ênfase recai nos variados “usos” que podem ser feitos desses dados.

Masser (2002) aponta o seguinte conjunto de motivações para a implementação de uma IDE:

A importância crescente da informação geográfica (IG) dentro da sociedade de informação;

A necessidade de os governos coordenarem a aquisição e oferta de dados;

A necessidade de planejamento para o desenvolvimento social, ambiental e econômico como citado por Clinton (Ordem Executiva 1994, criação da IDE americana): “IG é crucial para promover desenvolvimento econômico, melhorar nosso monitoramento de recursos e proteger o meio ambiente”;

A modernização do governo, em todos os níveis de gestão e desenvolvimento (aquisição, produção, análise e disseminação de dados e informações).


De acordo ao plano de ação para implementação da INDE brasileira, uma IDE deve estar fundamentada em cinco pilares, ou componentes, os quais, segundo Warnest (2005), são fortemente relacionados e interagem entre si. A Figura 32 apresenta esses componentes e serviu de base para elaboração Plano de Ação.

Figura 32 - Componentes de uma IDE

Fonte: Adaptado de Warnest (2005)

Dados – Constituem o componente central. Numa IDE, quando se diz “dados” compreendem-se vários conjuntos de dados geoespaciais, classificados em três categorias: de referência, temáticos e de valor agregado.

Pessoas – As partes envolvidas ou interessadas, também chamadas atores: o setor público e o setor privado respondem pela aquisição, produção, manutenção e oferta de dados espaciais; o setor acadêmico é responsável pela educação, capacitação, treinamento e pesquisa em IDE; e o usuário determina que dados espaciais são requeridos e como devem ser acessados (WILLIAMSON et al, 2003).

Institucional – O componente institucional compreende as questões de política, legislação e coordenação. Da perspectiva de política, a custódia, o preço e o licenciamento têm papéis importantes (Warnest, 2005).

Tecnologia – Descreve os meios físicos e de infraestrutura necessários para o estabelecimento da rede e dos mecanismos informáticos que permitam: buscar, consultar, encontrar, acessar, prover e usar os dados geoespaciais. Teoricamente auxilia a manter, processar, disseminar e dar acesso a dados espaciais (WILLIAMSON, et. al, 2003).


Normas e Padrões – Permitem a descoberta, o intercâmbio, a integração e a usabilidade da informação espacial. Padrões de dados espaciais abrangem sistemas de referência, modelo de dados, dicionários de dados, qualidade de dados, transferência de dados e metadados.

4.2.3.2. Perfil de Metadados Geoespaciais do Brasil (PMGB) Com o estabelecimento da Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais, o componentes de metadados - normalmente definidos como “informações que descrevem os dados” - de informações geoespaciais são elementos centrais à dinâmica de todo este processo, conforme definido no Art. 2º decreto 6.666/08: “conjunto

de informações descritivas sobre os dados, incluindo as características de seu levantamento, produção,

qualidade e estrutura de armazenamento, essenciais para promover a sua documentação, integração e

disponibilização, bem como possibilitar sua busca e exploração”.

De acordo com (CONCAR, 2008), em virtude do grande número de instituições envolvidas na produção e distribuição de dados geoespaciais, é necessário à aderência a um conjunto de normas e padrões comuns que irão garantir a interoperabilidade entre sistemas diversos. Para tanto, é necessário a existência de padrões de metadados consolidados e estruturados, com seções específicas, com objetivo de:

Identificar o produtor e a responsabilidade técnica de produção;

Padronizar a terminologia utilizada;

Garantir a transferência de dados;

Viabilizar a integração de informações;

Identificar a qualidade da informação geográfica e subsidiar a análise do usuário quanto à adequação a suas aplicações;

Garantir os requisitos mínimos de divulgação e uso dos dados geoespaciais.

Para cria esse padrão de metadados, o CEMG (Comitê de Estruturação de Metadados Geoespaciais) formou em maio/2008 um grupo de trabalho específico (GT1- CEMG), formado por representantes de vários órgãos da CONCAR, produtores do SCN (Sistema Cartográfico Nacional), para consolidar uma proposta de perfil nacional de MG (Metadados Geoespacias).

O perfil deve ser aplicado principalmente aos metadados de produtos da Cartografia Sistemática Básica, mas o GT1-CEMG especificou também uma versão sumarizada do perfil (Tabela 2), baseada no “Core Metadata for

Geographic Datasets” da norma ISO 19115, para ser adotada pelos demais produtores de IG.


Tabela 2: Perfil MGB sumarizado

O PMGB descreve os ambiente de aquisição, edição e divulgação dos dados, pois atualmente existem diversos softwares que implementam ambientes de documentação, edição, recuperação e divulgação de metadados geoespaciais. Exemplos desses softwares são o ArcIMS Metadata Server (da ESRI), o GeoConnect Geodata

Management Server (da Intergraph) e o GeoNetwork (da FAO/ONU).

A ferramenta sugerida para documentação, edição e distribuição de metadados, no caso da INDE, é o GeoNetwork (GEONETWORK, 2008). Dentre as principais características do GeoNetwork, que justificam sua recomendação, destacam-se:

Livre e de código aberto;

Mecanismos de busca avançados;

Suporte nativo a padrões de MGs conhecidos (ex.: FGDC, ISO 19115);

Edição de metadados baseada em perfis definidos de MG;

Sincronização de metadados entre catálogos distribuídos;

Interface com usuário em diversos idiomas2;

Controle de acesso;

Gerenciamento de usuários e grupos de usuários;

Uso de protocolos que permitem conexão com diversos produtos de MG.

Na estrutura do Perfil do MGM a primeira seção é a Identificação. A Tabela 3 apresenta as características descritas nessa seção.


Tabela 3: Seção é a Identificação do perfil MGB.

Nesse quadro pode-se observar que a informação é necessária para a identificação unívoca de um determinado Conjunto de Dados Geoespaciais (CDG). Além disso, esta seção não é diretamente implementada, os seus elementos são incluídos nas seções especializadas Identificação do CDG e Identificação do Serviço.

A CONCAR tem a responsabilidade de definir os tipos de representação espacial nos quais estarão englobados os conjuntos de dados geoespaciais a serem catalogados pela norma ISO, criando assim uma lista controlada brasileira. Existem outras seções no PMGB que descrevem as características no desenvolvimento de trabalhos com IG. Assim, todas as instituições que desejam executar atividades no âmbito de produção de dados geoespaciais devem seguir as normas e procedimentos adotados na INDE.

4.2.4. Diretório Brasileiro de Dados Geoespaciais

Segundo definido no Decreto no 6.666/08 , “o Diretório Brasileiro de Dados Geoespaciais (DBDG) é um sistema de servidores de dados, distribuídos na rede mundial de computadores, capaz de reunir eletronicamente produtores, gestores e usuários de dados geoespaciais, com vistas ao armazenamento, compartilhamento e acesso a esses dados e aos serviços relacionados”. O DBDG trata da descrição lógica e física, bem como do Portal Brasileiro de Dados Geoespaciais, denominado Sistema de Informações Geográficas do Brasil ou “SIG Brasil”. Este último constitui uma interface virtual do DBDG, que possibilita a publicação de informações sobre dados geoespaciais e serviços, facilitando a localização e o acesso a esses recursos.


4.2.4.1. DBDG e os padrões de interoperabilidade de governo eletrônico

A implantação de sistemas distribuídos com recursos de interoperabilidade pode ser feita por meio de diferentes tecnologias. No Brasil, as definições referentes às tecnologias associadas à interoperabilidade são definidas pelo e-PING (http://www.governoeletronico.gov.br/acoes-e-projetos/eping-padroes-de-interoperabilidade ):

A arquitetura e-PING – Padrões de Interoperabilidade de Governo Eletrônico – define um conjunto mínimo de premissas, políticas e especificações técnicas que regulamentam a utilização da Tecnologia de Informação e Comunicação (TIC) no governo federal, estabelecendo as condições de interação com os demais Poderes e esferas de governo e com a sociedade em geral.

O e-PING define ainda um conjunto de políticas gerais que devem ser seguidas nas implementações dos segmentos específicos que o compõem, quais sejam:

Alinhamento com a Internet;

Adoção do XML como padrão primário de intercâmbio;

Adoção de navegadores (browsers) como principal meio de acesso;

Adoção de metadados para os recursos de informação do governo;

Desenvolvimento e adoção de um Padrão de Metadados do Governo Eletrônico;

Desenvolvimento e manutenção da Lista de Assuntos do Governo;

Suporte de mercado para as soluções propostas;

Escalabilidade;

Transparência;

Adoção Preferencial de Padrões Abertos.

O Portal brasileiro de dados geoespaciais é um “Web site que constitui um ponto de entrada para conteúdo

geográfico disponível na Web”. Assim, o SIG-Brasil será um geoportal que servirá de ponto de entrada ao DBDG.

O DBDG é a estrutura básica sobre a qual se desenvolve o portal de acesso aos metadados e dados geográficos. A Figura 33 esquematiza a estrutura geral de acesso aos dados segundo o modelo proposto em GSDI (2004).


Figura 33 – Estrutura de acesso de dados

Para representar os requisitos funcionais foi formulado um diagrama de caso de uso que relaciona as funcionalidades previstas inicialmente para o Portal SIG Brasil.

Figura 34 - Funcionalidade do Portal SIG Brasil

Outras informações sobre o PMGB podem ser adquiras no site do Portal SIG Brasil (http://sigbrasil.ibge.gov.br/cim/).


5. Representação

Computacional de Dados

Geográficos

Na literatura existe uma diversidade de conceituações e termos empregados para definir dados espaciais e informação geográfica ou geoespacial. Pela importância de tais conceitos para o entendimento do processo de representação computacional, torna-se fundamental a visualização entre os dois conceitos.

Dados são observações ou o resultado de uma medida (por investigação, cálculo ou pesquisa) de aspectos característicos da natureza, estado ou condição de algo de interesse, que são descritos através de representações formais e, ao serem apresentados de forma direta ou indireta à consciência, servem de base ou pressuposto no processo cognitivo (Casanova et. al, 2005).

A informação é gerada a partir de algum tratamento ou processamento dos dados por parte do seu usuário, envolvendo, além de procedimentos formais (tradução, formatação, fusão, exibição, etc.), processos cognitivos de cada indivíduo (LISBOA, 2001; MACHADO, 2002; SETZER, 2001).

5.1.Modelagem de Dados Geográficos

“Um modelo é uma construção artificial na qual partes de um domínio (domínio origem) são representadas em outro domínio (domínio destino)” (Worboys e Duckham, 2004). Segundo Casanova et. al, (2005), o propósito da modelagem é simplificar e abstrair o entendimento do domínio, ou universo, de origem e representá-lo sob a forma de expressão do domínio, ou universo, de destino. Dois universos relacionam-se no processo de modelagem de dados geográficos:

Universo Conceitual, que contém uma definição matemática formal das entidades do mundo real, consideradas relevantes para o estudo;

Universo de Representação, onde as diversas entidades formais são mapeadas para representações geométricas.


5.1.1. Universo Conceitual

“O dado geográfico pode ser estudado segundo duas visões complementares: o modelo de campos e o modelo de objetos” Casanova et. al, (2005). O modelo de campos enxerga o mundo como uma superfície contínua, sobre a qual os fenômenos geográficos variam segundo diferentes distribuições. O modelo de objetos representa o mundo como uma superfície ocupada por objetos identificáveis, com geometria e características próprias. Segundo xda análise do universo do mundo real pode-se constatar dois grandes tipos de dados:

Campo geográfico (Geo-campos): correspondem a grandezas distribuídas espacialmente, como tipo de solo, topografia e teor de minerais.

Objetos geográficos (ou Geo-objetos): individualizáveis e tem identificação com elementos do mundo real, como lotes num cadastro urbano e postes numa rede elétrica.”

O campo geográfico ou geo-campo é formado por variáveis cujos valores são definidos em todas as posições da região geográfica de estudo, ou seja, são variáveis espacialmente contínuas. Variáveis como temperatura, topografia, teor de minerais, reflectância e emitância pertencem à classe de dados geográficos.

O campo objetos geográficos ou geo-objetos é formado por variáveis que apresentam descontinuidade espacial e podem ser individualizadas, ou seja, estas variáveis não são definidas em todas as posições da região geográfica de estudo. Variáveis como rios, determinada cultura em uma imagem ou lotes em um mapa cadastral pertencem a esta classe de dados geográficos.

5.1.2. Universo de Representação

No universo de representação, definimos as representações geométricas que estão associadas às classes do universo conceitual. Primeiramente, devemos considerar as duas grandes classes, ou estrutura de dados, para representações geométricas: Representação Vetorial e Representação Matricial:


Representação Vetorial

As estruturas vetoriais são utilizadas para representar as coordenadas das fronteiras de cada entidade geográfica, através de quatro formas básicas: pontos, linhas, áreas (ou polígonos) e superfície, definidas por suas coordenadas cartesianas. A figura 35 apresenta uma ilustração dos modelos de representação gráfica de dados vetoriais em ambiente computacional.

Figura 35 – Representações Vetoriais em 2D

A representação vetorial por entidade gráfica “Ponto” abrange todas as entidades que podem ser representadas por um único par de coordenadas. Para as Linhas, arcos ou elementos lineares são representadas por um conjunto de pontos conectados. As Áreas ou polígonos são representados por um conjunto de linhas que a compõem com repetição do primeiro ponto. Os modelos de representação citados anteriormente são descritos em duas dimensões (2D).

As Grades Triangulares ou TIN (Triangular Irregular Network) são dados vetoriais que representam uma superfície através de um conjunto de faces triangulares interligadas (Figura 36). Para cada um dos três vértices do triângulo são armazenadas as coordenadas de localização (x,y) e do atributo z.

Figura 36 – Representações Vetoriais em 3D


Representação Matricial

A representação matricial consiste no uso de uma malha quadriculada regular sobre a qual se constrói, célula a célula, o elemento que está sendo representado. Esse modelo supõe que o espaço pode ser tratado como uma superfície plana, onde cada célula está associada a uma porção do terreno.

A estrutura matricial pode ser utilizada para representar diferentes tipos de dados:

Grade regular: representação matricial na qual cada elemento da matriz está associado a um valor numérico, como mostra a Figura 37a.

Matriz temática: representação matricial 2D na qual cada valor da matriz é um código correspondente à uma classe do fenômeno estudado, como mostra a Figura 37b.

(a)

(b)

Figura 37 – Representação Matricial por Grande Regular (a) e por Matriz Temática (b).

De acordo com Casanova et. al, (2005), cada modelo de estruturas de dados (vetoriais e matriciais) podem apresentar características positivas e negativas na sua representação em ambiente computacional, tendo em vista sua natureza conceitual. A tabela 01 apresenta uma comparação entres as duas estruturas de representação, levando em consideração os aspectos: relacionamentos espaciais, análise, armazenamento.Na tabela, o formato mais vantajoso para cada caso é apresentado em destaque.


Tabela 01: Comparação entre estruturas vetoriais e matriciais (Casanova et. al, 2005).

5.1.3. Conversão Entre Estruturas de Dados

A conversão dos dados cartográficos para o meio digital pode ser obtida por meio de dois processos: A digitalização por varredura eletrônica seguida de vetorização e a digitalização manual.

O processo da digitalização por varredura eletrônica envolve a utilização de equipamentos imageador (escaner) para a conversão de dados analógicos (mapas, cartas, etc.) em formato matricial e meio digital. As imagens raster resultantes do processo de escanerização podem ser transformadas em arquivos de vetores através do método de Vetorização.

Já o processo de digitalização manual utiliza uma mesa digitalizadora para desenhar o mapa manualmente através de uma fina grade ortogonal de fios elétricos. Esse processo é um método de conversão de dados analógicos para digitais, sendo extremamente demorado a sua execução. As feições dos mapas são capturadas sobre mesas digitalizadoras com periféricos traçadores (mouse). É necessária a inserção de pontos sobre cada entidade a fim de que estas sejam armazenadas em arquivos digitais.

Atualmente é um processo pouco utilizado devido ao advento de novos processos de digitalização que empregam escaners e programas. Contudo, quando os originais estão muito danificados e assim, a imagem escanerizada não pode ser bem interpretada, o método manual é muito bem empregado (Figura 38).

Figura 38 – Digitalização Manual


Com o avanço no desenvolvimento dos algoritmos, sistemas de linguagem de programação e em termos de hardware, os trabalhos relacionados com a computação gráfica tinham grandes esperanças nos bons resultados obtidos no software que automaticamente liam imagens raster e criavam arquivos CAD (Computer-Aided

Design). Atualmente, existem vários softwares que fazem exatamente isto: cria um arquivo CAD de uma imagem raster. Na maioria das vezes, o resultado desse processo é uma série de polilinhas justapostas, inclusive os textos. Para tanto, é necessária uma considerável limpeza no arquivo para eliminar possíveis erros. Alguns softwares dividem os elementos em layers tomando como critério as espessuras de linha da imagem.

No processo automático, o programa assume determinadas tarefas e realiza vetorizações sem auxílio do operador. O software Arcgis, produzido pela empresa ESRI, tem uma extensão que desenvolve o processo de vetorização automática. O Arcscan é uma extensão integrada na arquitetura ArcGIS. É constituída por um conjunto de ferramentas para a conversão raster-vetor, de fácil utilização, que permite, com base em imagens, criar informação vetorial que pode ser armazenada em formato shapefiles.

O ArcScan destina-se a entidades que necessitem converter imagens em informação vetorial. Dado que uma grande quantidade de informação geográfica existe ainda na forma de mapas impressos, é crucial ter acesso a uma ferramenta que permita integrar estes documentos num SIG. Estes documentos podem derivar de atividades em áreas como engenharia, topografia, cartografia e outras.

Figura 39 – ArcScan – Vetorização Automática


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