geoprocessamento e sensoriamento remoto

Geoprocessamento: Prof. Alzir Felippe. B. Antunes

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Geoprocessamentoe Sensoriamento Remoto

Prof. Dr. Alzir Felippe Buffara Antunes

Geoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR

Primeira Parte

Conceito de SIG/Geoprocessamento

Elementos de um SIG

Noções básicas de Cartografia

Banco de Dados

Aplicações- Análise Espacial

Pratica: ARC-VIEW


Segunda Parte

Conceito de SR

Espectro eletromagnético

Interpretação de Imagens: sensores

Classificação Digital

Correção Geométrica : geo-referenciamento


CONCEITO

Geoprocessamento pode ser definido como o conjunto de técnicas e metodologias que implicam na:

aquisição;arquivamento;processamento;representação de dados geo-referenciados .



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Aquisição Fonte de dados

Processamento Software


Geoprocessamento é a disciplina do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento da informação geográfica.


O que éINFORMAÇÃO GEOGRÁFICA?

Y

XGeoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR

Palavras Chaves do Conceito:

Dado e Informação

Dado Georreferenciado é aquele que possui coordenadas Geográficas;

Sistema de Coordenadas Geográficas:LatitudeLongitudeUTM



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Mundo real


Latitudes e

Longitudes depontos da Terra.

equador

equador

polo nortemeridiano deGreenwich

paralelos

90 o

0 o

Geo-referência



P n Z

X

Y

P s

Q Q'O

A

A'

φ

λ

Greenwich

meridiano

do ponto A

coordenadas



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A informação geográfica é tudo aquilo que se refere a determinado objeto que pode ser vinculado a superfície física da terra ou ao seu modelo simplificado o mapa.


Sistema de Informação Geográfica SIG ou GIS é tecnologia baseada em Hardware e Software utilizada para descrição e análise do espaço geográfico.

Mais conceitos ...


Esta tecnologia integra operações de banco de dados , análise estatística e mapeamento digital espacialmente referenciado.

BASECARTOGRÁFICA

Mapa digital

+INFORMAÇÃO

=

RESPOSTAS

Onde? Como? Se...? Por que? O quê?

SIG = Geoprocessamento + Análise Espacial


Pop: 100.000

Dp: 63 hab/ km2

23o 8,4’ S 53o 40,8’WGeoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR


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SIG é o ambiente que permite a integração e a interação de dados referenciados espacialmente com vistas a produzir análises espaciais de apoio à tomada de decisões técnica e política.



Fonte: Esri, 1998Aplicações :

Planejamento urbano e RegionalMeio AmbienteSegurançaControle de catástrofes Distribuição de EnergiaSaneamentoTransportesSaúde

Etc......



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Deslizamento


Informações para análise de deslizamento

Mapa de Vegetação

Declividade

Solos

Pluviometria

Áreas de

Risco

DADOS RESULTADO


COMPONENTES DE UM SIG

Dado-Informação;Hardware/Software;Recursos Humanos;Metodologia de Desenvolvimento de Aplicativos


O MUNDO REAL

ABSTRAÇÃO OU SIMPLIFICAÇÃO

RECURSOS HUMANOS PROCEDIMENTOS/METODOLOGIAS

HARDWARE E SOFTWARE DADOS-INFORMAÇÃO

RESULTADOS

.

SIG


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Funcionalidade do Sistema

Obter respostas: Onde?

Como? Se...?

Por que?

O que?

O DADO

Gráfico: Mapas

Alfa-numérico (atributo): Dados sobre os mapas


Aquisição de dados gráficos(Geotecnologias)

Cartografia (mapas digitais ou papel);Aerofotogrametria;GPS;Topografia Digital Sensoriamento Remoto


Geomática

Grupo de geotecnologias que permite a aquisição de dados georreferenciados.

Geotecnologias

Topografia DigitalGPS AerofotogrametriaS. Remoto


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topografiaNos levantamentos topográficos, supõe-se que uma pequena região da superfície terrestre possa ser considerada como plana.

Plano topográfico

Níveltubular

vertical

Fonte: NADAL, 2000

Objetivo:Determinação de coordenadas (X,Y,Z), para pequenasáreas da superfície terrestre.

CAMPO: Medidas de ângulos, distancias e desníveis paradeterminação de:

COORDENADAS, ÁREAS, ALTITUDES e COTAS


ângulo vertical

eixo secundário

círculo vertical

eixo óptico

níveis tubulares

círculo horizontal

Fio de prumo

ângulo horizontal

eixo principal

Teodolito

Ângulos e Distancias

α, d

Fonte: NADAL, 2000

α

NorteA

d

A (α, d) A (X,Y)

α= azimute

d = distância



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PS

PNPN-PS= Verdadeiro/Geográfico

PN-PS= Magnético

A

B

Nv

Az

δ

δ= declinação magnética


Dada as coordenadas ...

1 12 ( )( )i i i iA x x y y+ += + −∑Formula de Gauss

∆Y

∆X

DAz

Tang AZ= ∆X / ∆Y

XB= XA + D cos AZYB= YB + D sem AZ

A

B

Transporte de Coordenadas


Geóide

Ha

Hb

hi

α

∆h

∆h= hi - Dtag α∆h= Hb - Ha

D

Desnível



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N

A

B∆h

∆h = Ré - Vante = R - V

nível

mira

mira

eixo óptico

LeituradeRé

Leiturade

Vante

Lance de nivelamento


Isolinhas

20

40

60

604020

Representaçãodo

relevo

P (X,Y, Z)

“Fotogrametria é a arte, ciência, e tecnologia de obtenção de informações confiáveis sobre osobjetos físicos e o meio ambiente através de processos de gravação, medição e interpretaçãode imagens fotográficas e padrões da energiaeletromagnética radiante e outros fenômenos”(ASPRS, 1980).

Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes

A fotografia aérea tem sido usada desde os primórdios do Século XX como provedor de dados espaciais em uma grande gama de aplicações.

Foto MAPA ( E, N)

ConceitoFotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes


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A fotografia aérea VERTICAL permite obter medidas fidedignas de confiança da superfície terrestre.

Na fotografia aérea vertical não há inclinação da câmera aérea na tomada da cena.

Inclinação


As fotografias podem ser classificadas de acordo com a orientação da câmara e o tipo de emulsão utilizada.

f= distância focal

H’= Altura de vôo

A

A’

Eixo óptico

datumHm


H’= Altura de vôo, centro perspectivo ao solo

H= Altitude de vôo, Altura de vôo + Altitude média do terreno (Hm)

PP= ponto principal: pé da perpendicular baixada do centro óptico ao plano da fotografia;

Nadir= vertical

f= distância focal: distancia ao longo do eixo óptico ao plano da fotografia


Escala do MAPA: redução terreno/ representação

E= Distância no terreno / distância no MAPA; 1: E

Escala na AEROFOTO: H’/ f; 1:E

f

DATUM

H’

Hm

a b

B A

AB/ab assim como H’/f

E= H’/f

ou

1/ E= f/H’



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ya

xacf

A

a

XA

YAha

xa/XA ; ya/YA; f/ H-ha

XA= xa (H – ha)/ f

YA= ya (H- hb)/f


Marcas Fiduciais

PP


As fotografias de acordo com a orientação da câmara digital pode ser classificadas em verticais e inclinadas (ou oblíquas).

A fotografia vertical é aquela de o ângulo de inclinação (α) é menor que 3o.

Foto realmente vertical é aquela que o ângulo de inclinação é NULO.



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V

filme

cena

V

α

Vα

horizonte

Vertical Inclinada


Fotografia aérea e imagem de satélite

quadro

Projeção central

Varredura

Iinha (pixel)

S. Física

Sensor



RESTITUIÇÃO:

Procedimento pelo qual uma fotografia aérea passa ser transformada em mapa, em escala e sistema de projeção apropriado.

A restituição digital é responsável pela maior fonte de mapas em grandes escala hoje disponível



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Fotografia aérea NOÇÕES DE CARTOGRAFIA

A cartografia digital é a base de um SIG;

Cartografia é a arte de levantamento, construção e edição de mapas e cartas de qualquer natureza.


Carta e mapa - representação em escala conveniente dos detalhes naturais e artificiais da superfície terrestre;

Para representar um informação geo-referenciada graficamente é necessário determinar o modelo matemático da terra, e a escala da representação .

Definições

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA


E você sabe qual e a figura geométrica que mais se aproxima da FORMA da terra?

( ) PLANO( ) ESFERA( ) ELIPSE




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Breve história

Forma Esférica: Eratosthenes 230 a.c

Raio 6.100 km


No século XIX após expedições ao Pólo, conclui-se que forma da Terra pode então ser assimilada por um modelo matemático definido como elipsóide de revolução.

PS

Diferença 22 km

PN

equador 6378.1 km

6356.7 km


Modelo Matemático

elipse

Sup. Elipse

Sup. Real

O modelo matemático é uma simplificação do modelo real (geóide)


Elipse




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EUA(GPS)6.356.7526.378.137WGS 841984

Brasil6 356 7756 378 160Sad 691967

Brasil(até1985)

6 356 9126 378 388Hayford1910

EUA6 356 5156 378 249Clarke1866

UsobaElipsóideAno

Principais elipsóides



P n Z

X

Y

P s

Q Q'O

A

A'

φ

λ

Greenwich

Coordenadas geodésicas baseadas no modelo matemático elipsóide


A terra e suas superfícies

Geóideelipsóide

S. física

Geóide: forma real


ESCALA

Dentre os conceitos mais importantes que deveremos abordar neste trabalho está o de ESCALA que é a relação entre as dimensões dos objetos representados em um mapa, carta ou planta e as correspondentes no mundo realtraduzidos por uma fração:

distância no mapa dE = ou E =

Distância no terreno D

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA: escala


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As escalas são classificadas em numéricas e gráficas. As numéricas são representadas na forma 1:T onde T é geralmente, um número inteiro múltiplo de 100.

Exemplo escala gráfica:

500 m

Se 1 cm vale 500m, logo a escala é:

50.000 cm/ 1cm = 50.000,

Logo 1: 50.000


Bases cartográficas com escalas pequenas como 1:250.000, 1:100.000 representam grandes extensões.



Escalas grandes 1:2000 a 1:10000, onde pequenas áreas são representadas com detalhes possuem fins cadastrais, para projetos, outros.


1: 2.500


1:1.000 1cm = 10m1:1.0000 1cm = 100m


A informação de um SIG depende da ESCALA. Por que?



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Escala e informação 1:1.000.000 Escala e informação 1:200.000

Escala e informação 1:50.000 CLASSIFICAÇÃO

Cadastrais - 1:1000 a 1:10.000

Topográficas - 1:25.000 a 1:250.000

Mapas regionais - 1:500.000 a 1:1.000.000

Mapas Geográficos: Menor 1.000.000




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Topográfico

Temático

Exercício: Preencha o quadro

1: 250.000

1: 25.000

1: 5.000

1:2.500

Aplicação emSIG

Equivalência em metros no Terreno de 1cm no mapa

ESCALA


Sistemas de Projeção Cartográfica

Cria-se assim os denominados Sistemas de projeção cartográficos que seriam uma correspondência matemática entre coordenadas plano-retangulares da carta e as coordenadas geodésicas na Terra.

Alguns sistemas são combinações geométricas simples, mas geralmente, são expressões puramente abstratas.



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Surge desta forma a terminologia deformações, o que ocorre evidentemente é que esta anamorfose não pode ocorrer sem um deslocamento desigual dos pontos da esfera sobre o plano.

Então? É a ANAMORFOSE um ERRO?



•A disposição de uma figura geométrica não será, então, a mesma na carta ou na superfície da Terra, em outras palavras, a imagem de um contorno será uma imagem deformada.

•Este defeito (não pode ser encarado como erro) é inevitável e o problema essencial das projeções será o de apreciar as deformações de modo a reduzir, ao mínimo os defeitos incômodos.



exemploNOÇÕES DE CARTOGRAFIA

Fonte: ROBINSON, 1995

Cabe ao usuário da cartografia e SIG, o conhecimento e a identificação destes problemas para que conheça o grau de erro cometido a partir de determinações e posicionamento a partir da carta.

Cabe julgar o que é aceitável ou não!




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Modelo da Terra Superfície de Projeção



Deve ser salientado que o termo desenvolver com referência a projeções, significa executar o desdobramento de uma superfície em outra sem deformá-la.

As figuras mais utilizadas que são desenvolvíveis no plano são cilindro e o cone.



Superfície de Projeção

Cilindro Cone Plano



Exemplos de projeções

Pn

A

A’ paralelo

meridiano

Superfície esférica mapa



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Reticulado da Projeção Conforme de Lambert.

Conforme ao longo dos Paralelos Padrões

Zonas de Deformações

Escalas Médias, útil em áreas que se estendem longitudinalmente

PROJEÇÃO CONICA

Reticulado: Paralelos e Meridianos

Projeção de Mercator

Deformaçãoacentuada

próximo aospólos

Reticulado

NOÇÕES DE CARTOGRAFIA SISTEMA TRANSVERSO DE MERCATORUTM

Cilindro

Fuso UTM

Linha de secância

Eixo docilindro



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Características do Sistema UTM

Sistema Conforme;

Eqüidistante no Meridiano Central;

Boa precisão em escalas grandes nas zonas intertropicais;

O mais usado no mundo no que se refere a cartas topográficas.

Deformações

Os fusos existem para que as deformações sejam aceitáveis: minimizar erros

M C

+3o +3o

Os FUSOS são divididos de 6o em 6o

4 N

4 S

12 S

20 S

28 S

meridiano central

72 66 60 54 48 42 36

Em que fuso UTM se encontra TOLEDO?

4 N

4 S

12 S

20 S

28 S

72 66 60 54 48 42 36


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A origem do sistema de coordenadas UTM encontra-se para cada fuso na intersecção do meridiano central do fuso com o equador terrestre. As coordenadas cartesianas ortogonais são denominadas de N (norte) e E (leste).

M C

Equador

30 Leste 30 Oeste

10.000.000

HN

E

N

500.000

0

HSGuaratuba

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

(ϕ= 25 0 53’ 18”S λ= 48 o 33’ 49” W)


800.000 500.000

MC200.000

Os meridianos e Paralelos são próximos a linhas Retas na Região do Equador

O fuso UTM cobre portanto uma região de 350 km para cada lado do meridiano central, existindo linhas onde não ocorrerão deformações linerares.


Deformações no Sistema U.T.M.

reduçao ampliaçãoampliação

k= 1

,001

k= 1

k= 0

,999

6

k=1

k=1,

001

mer

idia

no c

entra

l

linha

de

secâ

ncia

linha

de

secâ

ncia

500000m 834000166000680000320000



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Azimute de quadrícula em verdadeiro.N

Nq

c

a

o

Aq

Aoa

oa

A = Aq + coa oa

c = Convergênciameridiana.

c = ∆λ" sen ϕ

Como o meridiano "converge" para o pólo, acontece estáinclinação à qual é denominada convergência dos meridianos. A convergência dos meridianos pode então ser definida como o ângulo formado entre a linha norte-sul verdadeira e a linha norte-sul do reticulado(grid ou canevá)

N-S verdadeiro

N-S mapa


Altimetria: a coordenada H

Denomina-se de curva de nível as isocurvasque unem pontos de iguais altitudes, alturas ou cotas do terreno

Datum Vertical

Imbituba-SC

H


Curvas de Nível

0 5 10 15 205

10

15

20

Escala 1: 1000


O conceito de MDT (modelo digital do terreno) que significa reproduzir a forma do terreno, modelar utilizando meios digitais, geralmente com a sigla na língua inglesa DTM (“Digital Terrain Model”), écomplexo e de difícil concretização.

É mais simples, a obtenção do denominado DEM (modelo digital de elevações), quando diz respeito somente a altimetria. O DTM tem a característica de representar tridimensionalmente todas as feições do terreno.



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Sobreposição imagem de Satélite e Modelo Digital do Terreno


HARDWARE E SOFTWARESOs softwares permitem processar e

analisar a informação geográfica.

Um software de SIG efetua: ligação de dados gráficos (mapas) a banco de dados.




Principais Softwares de SIG (análise):

ARCGIS(Arc-info, ESRI, EUA)ERDAS Imagine (EUA)VISION (EUA)IDRISI (EUA)SPRING (BRASIL)APPIC (FRANÇA)SPANS (CANADA)

Principais Softwares de Geoprocessamento (CAD-ComputerAided Design)

Autocad (EUA)Maxicad (BRASIL)Microstation(EUA)


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Responder

Existe alguma diferença entre softwares de SIG e CAD?

Geoprocessamento é Sinônimo de SIG?

geoprocessamento e sensoriamento remoto

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