geoprocessamento modulo i - portal educaÇÃo

AN02FREV001/REV 4.0

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PROGRAMA DE EDUCAO CONTINUADA A DISTNCIA Portal Educao

CURSO DE

GEOPROCESSAMENTO

Aluno:

EaD - Educao a Distncia Portal Educao

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CURSO DE

GEOPROCESSAMENTO

MDULO I

Ateno: O material deste mdulo est disponvel apenas como parmetro de estudos para este Programa de Educao Continuada. proibida qualquer forma de comercializao ou distribuio do mesmo sem a autorizao expressa do Portal Educao. Os crditos do contedo aqui contido so dados aos seus respectivos autores descritos nas Referncias Bibliogrficas.

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SUMRIO

MDULO I

1 INTRODUO AO GEOPROCESSAMENTO

1.1 O QUE GEOPROCESSAMENTO

2 O QUE DIGITALIZAO

3 O QUE FOTOGRAMETRIA

4 O QUE GPS

MDULO II

5 SISTEMA DE INFORMAO GEOGRFICA

5.1 ESTRUTURA DE DADOS NO SIG 6 DADOS ESPACIAIS

6.1 VETORIAL

6.2 MATRICIAL (RASTER)

7 DADOS ALFANUMRICOS

7.1 ATRIBUTOS DOS DADOS ESPACIAIS.

7.2 ATRIBUTOS GEORREFERENCIADOS

8 COMPONENTES DE UM SIG

9 CARACTERSTICAS DE UM SIG

10 SISTEMAS DE AQUISIO E CONVERSO DE DADOS PARA SIG

11 BANCO DE DADOS

MDULO III

12 AQUISIO DE DADOS EM GEOPROCESSAMENTO

12.1 DEFINIO DOS PARMETROS, INDICADORES E DADOS NECESSRIOS

13 VERIFICAO DOS DADOS EXISTENTES

13.1 DADOS ESPACIAIS

13.1.1 rgos Principais

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13.1.2 Bases Digitais

13.1.3 Fontes de Variao

MDULO IV

14 DADOS ALFANUMRICOS

14.1 RGOS PRINCIPAIS

14.2 PREFEITURAS

14.3 CONCESSIONRIAS

14.4 DADOS DEMOGRFICOS

15 VISTORIAS DOS DADOS ALFANUMRICOS

16 GERAO DE DADOS DIGITAIS PARA SIG

16.1 DIGITALIZAO

16.2 FOTOGRAMETRIA

16.3 SENSORIAMENTO REMOTO

16.4 GPS

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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MDULO I

1 INTRODUO AO GEOPROCESSAMENTO

1.1 O QUE GEOPROCESSAMENTO

O geoprocessamento o processo que utiliza um conjunto de tcnicas

matemticas e computacionais para o processamento e tratamento de dados

georreferenciados. Esse conjunto fornecido por ferramentas chamadas Sistemas

de Informao Geogrfica (SIG), conhecidas tambm como GIS- Geographical

Information System (FURTADO, 2002) (CMARA. et al. 1995) (NERIS,2011).

Sistemas de Informao Geogrfica (SIG) so usados como fonte de

informaes nas reas a serem estudadas, devido a sua capacidade de modelar,

processar e analisar informaes espaciais. SIGs possuem uma grande quantidade

de mapas georreferenciados. (NETO, 2009).

Antigamente coletava os dados sobre destruio geogrfica de recursos

minerais, animais, entre outros, por meio de mapas em papel. Com o

desenvolvimento da informtica esses dados so armazenados em computadores e

podem ser realizadas anlises nas combinaes de vrios mapas. Esses dados

tratados em computadores so conhecidos como geoinformaes, objeto de

trabalho do geoprocessamento. Geoinformao que possuem coordenadas

geogrficas (longitude, latitude e altitude), so chamadas de informao

georreferenciada (FURTADO, 2002) (CMARA. et al. 1995).

A diferena entre dados geogrficos e os demais sua componente

espacial. Componente espacial significa que os dados so representaes da

superfcie terrestre e esto relacionados com sua localizao no espao. Eles

podem ser posicionados em uma regio geogrfica utilizando suas coordenadas.

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Com isso o espao geogrfico pode ser analisado e estudado (FURTADO, 2002)

(CMARA. et al. 1995).

A cartografia est fortemente ligada ao geoprocessamento por meio do

espao geogrfico. A cartografia apresenta as formas de representao dos dados

para os processos que ocorrem no espao geogrfico e o geoprocessamento utiliza

das ferramentas SIG para tratar esses processos. A cartografia trata os elementos

de forma espacial que compem as ferramentas SIG. Consegue estabelecer

medies de parcelas, logradouros e vrias caractersticas fsicas e naturais que

formam uma regio e com isso realizar planejamento do meio rural, do meio urbano,

do meio ambiente e do transporte. Os estudos realizados pela cartografia permitem

a elaborao de mapas que so fontes de dados para os SIGs (DALGE, 2001)

(NERIS, 2011).

Na cartografia as geoinformaes so organizadas e utilizadas nas formas

grfica, digital ou ttil, incluindo desde a apresentao dos dados at a elaborao

dos mapas. Como dito mais acima, essas geoinformaes so o objeto de trabalho

do geoprocessamento, logo um processo as cria e o outro as trata (NERIS, 2011).

O mapa a representao de uma rea geogrfica ou parte da superfcie da

Terra, desenhada ou impressa em uma superfcie plana. Os mapas tentam

representar o mais prximo da realidade da superfcie da Terra (NERIS, 2011).

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FIGURA 1: DEFINIES PARA MAPA

FONTE: Robinson et al. (1995); IBGE (2005); Loch (2005). APUD Rech et al. (2012).

H trs tipos de mapas: mapas gerais, mapas especiais e mapas temticos

(ROSA, 2004).

Mapa geral possui informaes mais genricas, sem muitos detalhes. So

mapas com escalas reduzidas, menores do que 1:1.000.000. Esses tipos de mapas

so usados para representar diviso poltica, capitais, cidades, rodovias, rios,

vegetao, entre outros. O mapa especial muito usado por gegrafos,

meteorologistas, bilogos, gelogos, entre outros profissionais, pois esses mapas

possuem uma escala grande e informaes relacionadas a estudos mais especficos

e tcnicos. Os mapas temticos caracterizam o lugar por meio de aspectos

geolgicos, demogrficos, vegetao, etc., e podem ser elaborados em qualquer

escala (ROSA, 2004).

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FIGURA 2: TIPOS DE MAPAS

FONTE: Rosa (2004).

O OpemJump um Sistema de Informao Geogrfica (SIG) muito

conhecido e usado. Est em formato livre e programado em linguagem JAVA.

Inicialmente foi desenvolvido para tratar estradas e rios no Canad em 2002.

Atualmente mantido por um grupo de voluntrios de todo o mundo (openjump.org).

Possui uma interface de fcil utilizao e com disponibilidade de adicionar

plug-ins para funcionalidades. L arquivos de extenso dos tipos GML, SHP, DXF,

JML, MIF & TIFF, JPG, MrSID, ECW, PostGIS, ArcSDE, Oracle e MySQL. Salva

arquivos com extenso de GML, SHP, DXF*, PostGIS*, JML & JPG e suporta estas

extenses OGC WMS & WFS (-T), GML 2, SLD (openjump.org).

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FIGURA 3: BACIAS HIDROGRFICAS DO PARQUE ESTADUAL DA PEDRA

BRANCA, RJ-BRASIL, VISUALIZADAS NO OPENJUMP

FONTE: Costa et al. (2008).

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FIGURA 4: TRILHAS, DRENAGEM E CURVAS DE NVEL DO PARQUE ESTADUAL

DA PEDRA BRANCA, RJ-BRASIL, VISUALIZADOS NO OPENJUMP

FONTE: Costa et al. (2008).

As figuras acima so exemplos do uso do SIG OpenJump para visualizao

dos mapas. Essas so imagens do artigo escrito por Costa et al. (2008), publicado

na revista Ar@cne, sobre o estudo que fizeram no Parque Estadual da Pedra

Branca, localizado na zona oeste do municpio do Rio de Janeiro, Brasil. O estudo

teve o objetivo de criar um Gui Digital para vrios meios de comunicao digital

com mapas temticos sobre a rea protegida.

2 O QUE DIGITALIZAO

Digitalizao o processo que passa as informaes contidas no meio

analgico para o meio digital. Digitalizar um mapa converter as linhas e caracteres

do papel para o computador (FILHO, SILVA 2012).

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O armazenamento de mapas no computador no necessita de manuteno,

pois eles no se deterioram com o tempo, diferente quando esto em papel. As

pesquisas nesses mapas, armazenados em computadores, com ajuda de

ferramentas torna-se mais fcil e rpida, assim como modificaes e correes que

devem ser feitas nesses mapas digitalizados (FILHO, SILVA 2012).

FIGURA 5: MAPAS DIGITALIZADOS

FONTE: Filho e Silva (2012).

Uma grande vantagem de digitalizar um mapa que se pode trabalhar com

informaes de vrios meios e com escalas diferentes, como cartas cartogrficas,

mapas geolgicos, fotos reas, imagens de satlite entre outras. Quando utilizada

mais de uma fonte, uma deve ser escolhida como base cartogrfica e nela deve

conter os dados e informaes das outras fontes (FILHO, SILVA 2012).

Nas figuras abaixo so mostrados como so os temas (layers), dados

espaciais e dados vetoriais.

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FIGURA 6: LAYERS


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FIGURA 7: DADOS ESPACIAIS


FIGURA 8: DADOS VETORIAIS


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Nos dias atuais a forma como se processa, visualiza e cria dados

importante para qualquer rea profissional que faz uso de imagens. O tratamento e

confeco em 3D das imagens possibilitam a compreenso e estudo de uma maior

quantidade de informaes de natureza espacial. No basta digitalizar qualquer

imagem de qualquer maneira, necessrio um processo de design e originalidade

para atender os clientes que necessitam das imagens digitalizadas. Mdicos,

fazendeiros, engenheiros, gelogos entre outros profissionais trabalham com

imagens o tempo todo e precisam de boas resolues e grande quantidade de

detalhes tratados para tomarem decises. A imagem passa a ser um objeto de

trabalho e de tomada de deciso (SILVA, 2011).

Na dcada de 40 havia certas dificuldades nos processos de ampliaes de

desenhos, criao de cpias, realizao de contagem de dimenses, etc. Esses

processos eram manuais e levavam dias. As indstrias de bens de consumo,

automobilstica e aeronutica cresciam em um ritmo diferente que o crescimento do

tratamento de imagens. Essas indstrias utilizavam softwares de desenho 2D. A

presso foi crescendo para melhorias em softwares de desenho, fazendo com que

em 1962 os primeiros trabalhos grficos em 3D surgiram. A evoluo do

processamento unida a softwares complexos abriu portas para o mundo da

virtualidade. Passou a mais fcil simular caractersticas, formais, comportamentais e

descritivas em objetos tridimensionais (SILVA, 2011).

Houve trs fases importantes para a evoluo do processamento de

imagens, na primeira fase utilizava-se softwares 2D. Na segunda fase surgiu

modelagem em 3D e na terceira fase, foi marcada pela simulao da construo do

objeto e as rediscusses necessrias sobre as ideias para finalizao dos projetos

(SILVA, 2011).

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FIGURA 9: TRS FASES DO PROCESSAMENTO DE IMAGENS

FONTE: Silva (2011).

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Com a evoluo do mercado, da economia, das indstrias o processamento

de imagem assume uma grande importncia no cenrio de competitividade. O tempo

que se gasta, as ferramentas, os conhecimentos da equipe em cada projeto pea-

chave na elaborao dos projetos que envolvem processamento de imagens. A

computao grfica usada para manter as caractersticas das imagens criadas no

computador, e aproximar o mximo possvel da realidade. (SILVA, 2011).

O sistema CAD, Computer-Aided Design (Desenho ou Projeto Assistido por

Computador), so softwares computacionais baseados em arquivos vetoriais usados

pela engenharia, geologia e design industrial para execuo de projetos e desenhos

tcnicos. (SILVA, 2011).

Com esses softwares possvel criao de formas geomtricas e

tridimensionais, ainda permite a juno de parte dos objetos para criao de um

novo. O sistema CAD cria geometria em formato vetorial, valida e verifica o design

de acordo com as especificaes determinadas, cria desenhos tcnicos de

engenharia, gera desenhos bidimensionais a partir de modelos slidos, calcula

propriedades de massa das peas, modela objetos em 3D usando funes

paramtricas tridimensionais, realiza com facilidade a modificao do design do

modelo, entre outras funes (SILVA, 2011).

Os softwares CAD so baseados em arquivos vetoriais, ou seja, associam

os vetores ou entidades geomtricas s formas grficas. Uma reta formada pelos

pontos definidos dentro da equao , permite o trabalho como se as

entidades fossem slidas respeitando a dimensionalidade. Outro arquivo usado o

raster, onde a imagem formada por pontos conhecidos como pixels, sem a

necessidade de uma relao matemtica definidas para eles (SILVA, 2011).

Os sistemas CAD podem ser 2D capazes de criar formas bidimensionais, ou

3D capazes de criar formas tridimensionais (SILVA, 2011).

H cinco mtodos de modelagem dos objetos usados pelos programas que

criam e tratam imagens.

Na modelagem por slidos, conhecida tambm como Solid, os objetos

tridimensionais so gerados por meio de operaes de soma, interseo e subtrao

dos componentes (SILVA, 2011). As trs operaes so mostradas na figura

seguinte em um objeto em formato 3D.

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FIGURA 10: MODELAGEM POR SLIDOS


Na modelagem por superfcies, Surface, para criar um objeto tridimensional

utiliza formulaes matemticas com os pontos X, Y, Z (SILVA, 2011).

FIGURA 11: MODELAGEM POR SUPERFCIES


Na modelagem por malhas de polgonos, conhecido como Meshes, os

objetos tridimensionais so criados por meio de malhas poligonais. Cada malha

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uma coleo de faces, que por sua vez, cada face formada por um conjunto de

vrtices (SILVA, 2011).

FIGURA 12: MODELAGEM POR MALHAS DE POLGONOS


A modelagem por edio utiliza uma modelagem em 2D para criar uma

modelagem em 3D. As retas (arcos e curvas) da modelagem 2D so unidas em uma

nica entidade chamada curva composta. Com a curva composta e alguns

comandos de criao, a geometria tridimensional criada, como demostrado abaixo

(SILVA, 2011).

Comando de criao extruso um processo de produo que fora o

objeto final ser da mesma forma que o predefinido antes desse processo comear. A

extruso feita da curva composta e inicia-se no eixo coordenado do objeto

determinado pelo projetista (SILVA, 2011). Na figura abaixo a extruso realizada

na direo do eixo Y.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Processo

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FIGURA 13: OBJETO TRIDIMENSIONAL CRIADO POR EXTRUSO


No comando de criao chamado revoluo, um eixo coordenado para

rotao da curva composta definido, e com o processo de rotao de 0 a 360 o

objeto tridimensional gerado (SILVA 2011). Na figura abaixo o ngulo de rotao

de 360 e o eixo escolhido para a rotao o Z.

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FIGURA 14: OBJETO TRIDIMENSIONAL CRIADO POR REVOLUO


Na Figura 15 mostrado o mtodo de criao chamado migrao.

FIGURA 15: OBJETO TRIDIMENSIONAL CRIADO POR MIGRAO


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Criao por migrao uma tcnica que gera objetos 3D por meio de

migraes de perfis que esto na modelagem 2D (SILVA, 2011).

Por meio do mtodo de criao conjunto de curvas uma superfcie criada

por meio de quatro perfis construdos em 2D unidos. Nesse mtodo as laterais

longitudinais geradas so trabalhadas para edio da curvatura da superfcie

(SILVA, 2011).

FIGURA 16: SUPERFCIE CRIADA COM QUATRO CURVAS DISTINTAS POR

MEIO DO MTODO CONJUNTO DE CURVAS


O mtodo de criao conhecido como curva diretriz executa a extruso no

linear de um perfil construdo em 2D. Nesse mtodo uma curva que direcionar a

extruso. Tanto o perfil que sofre a extruso e a curva diretriz transformado em

curva composta (SILVA, 2011).

Na prxima imagem mostrada a extruso no linear seguindo uma curva

guia diferente da extruso citada mais acima que utiliza um eixo coordenado do

objeto.

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FIGURA 17: MTODO DE CRIAO CURVA DIRETRIZ, OBJETO CRIADO POR

MEIO DA EXTRUSO NO LINEAR SEGUINDO UMA CURVA GUIA


A quinta modelagem conhecida como modelagem paramtrica. Utiliza

parmetro (dimenses, densidade, frmulas de restrio, relaes geomtricas) e

graus para criar as formas dos objetos. Nessa modelagem quanto mais

conhecimentos e caractersticas forem conhecidos do problema a ser parametrizado

melhor a criao do modelo (SILVA, 2011).

Uma ferramenta de projeto CAD 2D e 3D mundialmente conhecida a

AutoCAD criada no ano 1982. Nessa ferramenta pode ser elaborado desenhos

tcnicos em duas dimenses (2D) e modelos tridimensionais (3D). Nas suas verses

mais recentes, com novos recursos para visualizao em diversos formatos, essa

ferramenta comeou a ser utilizada na arquitetura, design de interiores, engenharia

civil, mecnica e geogrfica, entre outros. Est disponvel para os sistemas

operacionais Microsoft Windows e Mac OS. Em 1997 ganhou expanso em suas

funcionalidades para suportar projetos em SIG. AutoCAD (SILVA, 2011).

http://pt.wikipedia.org/wiki/Desenho_t%C3%A9cnicohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Desenho_t%C3%A9cnicohttp://pt.wikipedia.org/wiki/2D_(Computa%C3%A7%C3%A3o_gr%C3%A1fica)http://pt.wikipedia.org/wiki/Modelagem_tridimensionalhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Arquitecturahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Microsoft_Windowshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Mac_OS

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Nas duas figuras abaixo so mostrados dois exemplos do ambiente de

desenvolvimento do AutoCAD.

FIGURA 18: AVIO DESENHADO NA FERRAMENTA AUTOCAD

FONTE: olharmoderno (2012).

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FIGURA 19: CARRO DESENHADO NA FERRAMENTA AUTOCAD

FONTE: olharmoderno (2012).

3 O QUE FOTOGRAMETRIA

A fotografia a arte de obter informaes confiveis sobre objetos e o meio

ambiente por meio de processos de gravaes, edies e interpretaes de imagens

fotogrficas e de padres de energia eletromagntica.

A fotogrametria representa a criao do espao-objeto (espao

tridimensional) utilizando o espao-imagem (conjunto de imagens bidimensionais). O

sistema bidimensional usado o da prpria cmara com as coordenadas

preestabelecidas. O sistema tridimensional o sistema de coordenadas que formam

o terreno que sero obtidas imagens. Essas coordenadas podem ser geodsicas

(latitude, longitude, altura e altitude) ou cartesianas (X,Y,Z). Depois de estabelecidos

os dois sistemas, um conjunto de pontos de controle do espao-objeto so

escolhidos e alocados no espao-imagem, para formar os dados de entrada para

mapear um sistema no outro (COELHO, BRIT0 2007).

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Podemos falar que fotogrametria a obteno de informaes confiveis por

meio de imagens obtidas por sensores. Sensores so dispositivos que detectam e

registram a radiao eletromagntica e as transformam em algum produto de

interpretao, como imagem, forma grfica entre outros (MOREIRA, 2007).

A fotogrametria pode ser dividida em fotogrametria geomtrica, fotogrametria

analgica; fotogrametria analtica e fotogrametria digital.

Na fotogrametria geomtrica estuda os aspectos geomtricos encontrados

nas fotografias que ajudam obter os valores de comprimentos, alturas e formas

(RIBEIRO 2012).

Como estamos estudando fotografia alguns conceitos precisam ser

estabelecidos, como a escala.

A escala a relao entre o tamanho da imagem (i) e o tamanho real do

objeto (o) (SILVA 2012).

i = tamanho da imagem

o = tamanho real do objeto

M = mdulo da massa

Quanto maior o valor de M menor o valor da escala. Escala e mdulo da

massa so inversamente proporcionais (SILVA 2012).

Relacionando as duas equaes anteriores pode-se formar a seguinte

equao:

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Logo:

Como pode ser notado por meio das equaes acima existem diferentes

escalas. Abaixo so mostradas imagens com escalas diferentes de uma regio de

Berlin.

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FIGURA 20: ESCALA REGIO DE BERLIN


Como pode ser notada, na Figura 20, uma grande regio foi fotografada. A

escala nessa figura a menor em comparao com as prximas figuras, logo sua

massa a maior nessa mesma comparao. Ao contrrio do que se pensa uma

escala grande no aquela que possui um nmero enorme. A escala 1:70.000

significa que a realidade foi diminuda 70 mil de vezes, enquanto a escala 1:500

significa que a realidade foi diminuda 500 vezes, ento 1:500 maior que 1:70.000.

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Quanto maior a escala, maior o nmero de detalhes representados, como mostrado

nas prximas figuras.



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FIGURA 27: ESCALA REGIO DE BERLIN.


A fotogrametria analgica nasceu por volta de 1960 e muitos aparelhos

analgicos de altssima preciso so usados at nos dias de hoje. As fotografias

eram tiradas com os dispositivos chamados, restituidores analgicos, os quais

permitiam viso estereoscpica por meio do uso de um par estereoscpico, ou seja,

um par de fotografias era tirado com rea de superposio (COELHO, BRITO 2007)

(RIBEIRO, 2012).

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FIGURA 28: RESTITUIDOR ANALGICO

FONTE: Ribeiro (2012).

FIGURA 29: IMAGEM REAL DE UM RESTITUIDOR ANALGICO


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Com a evoluo computacional, com o aumento da velocidade e

desenvolvimento de softwares surgiu fotogrametria analtica. Essa fotogrametria

possui alta preciso e estabilidade dimensional e faz uso de dispositivos chamado

restituidores analticos para captura das imagens. Esse mtodo de capturar imagens

determina as coordenadas terrestres de qualquer ponto por meio de equaes

matemticas (COELHO, BRITO 2007) (RIBEIRO, 2012).

Os restituidores analticos introduziram nos modelos matemticos da

aerotriangulao novos elementos de distoro de cmera fotogramtrica, como

distncia focal e deslocamento sofrido por um ponto, para realizar correes da

refrao atmosfrica e da forma da Terra (RIBEIRO, 2012).

Um modelo real de restituidor analtico mostrado na figura abaixo.

FIGURA 30: IMAGEM REAL DE UM RESTITUIDOR ANALTICO


A ltima fotogrametria conhecida a digital e nasceu nos anos 80. A entrada

de dados dessa fotogrametria so as imagens digitais, que podem ser obtidas por

mquinas digitais ou digitalizao matricial de uma imagem analgica por meio de

scanners (COELHO, BRITO 2007) (RIBEIRO, 2012).

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FIGURA 31: SCANNER FOTOGRAMTRICO


Fotogrametria digital diferente da fotogrametria apoiada por computador,

nessa, computadores so ligados aos dispositivos restituidores analgicos e

analticos e geram sada de dados digital, mas a entrada de dados desses

dispositivos ainda se d de modo analgico (fotografias impressas em filme). No

ocorre uma anlise computacional completa como ocorre na fotogrametria digital

(RIBEIRO, 2012).

4 O QUE GPS

GPS significa sistema de posicionamento global. um sistema de apoio

fotogrametria e sensoriamento remoto, possui preciso e rapidez no posicionamento

e mapeamento. Com a utilizao do GPS o usurio tem a sua disposio no mnimo

quatro satlites para serem rastreados e gerar o posicionamento real, isso possvel

por meio do clculo das distncias entre o usurio e esses satlites (NERIS, 2011).

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Essa relao do usurio do GPS e os quatro satlites so apresentados na figura

abaixo, em que R1, R2, R3 e R4 so as distncias entre o usurio e cada satlite.

FIGURA 32: RELAO ENTRE USURIO GPS E QUATRO SATLITES

FONTE: Neris (2011).

Os satlites esto ao redor da Terra em seis rbitas distintas. Abaixo h uma

ilustrao da estrutura da rbita dos satlites GPS.

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FIGURA 33: SATLITES AO REDOR DA TERRA

FONTE: Blitzonw (2002).

FIM DO MDULO I

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