Geoprocessamento Parte1

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<ul><li><p>Sistemas de Informaes Geogrficas e Geoprocessamento</p><p>Parte 1- ConceitosParte 2- Recursos de Anlise e Aplicaes</p><p>EYMAR S.S. LOPES - eymar@dpi.inpe.br</p></li><li><p>PARTE 1DefiniesModelagem de dados espaciaisModelagem cartogrfica</p></li><li><p>IntroduoPor que Geoprocessamento? Porque trabalha-se com informaes que possuem uma componente geogrfica, ou seja, esto localizadas em algum ponto da superfcies terrestre</p><p>Se ONDE importante para seu negcio, Geoprocessamento sua ferramenta de trabalho</p></li><li><p>IntroduoUm socilogo deseja entender e quantificar o fenmeno da excluso social numa grande cidade brasileiraUm eclogo deseja compreender os remanescentes florestais da Mata Atlntica, atravs do conceito de fragmento tpico de Ecologia da PaisagemUm gelogo pretende determinar a distribuio de um mineral numa rea de prospeco, a partir de um conjunto de amostras de campo</p></li><li><p>Geoprocessamento* Uma Definio:</p><p>Um conjunto de ferramentas voltadas a coleta, manipulao, armazenamento e recuperao de dados espaciais para um objetivo especfico.</p><p>* Como Sistema:Sistema destinado ao processamento de dados referenciados geograficamente, envolvendo desde a sua coleta at a gerao de sadas na forma de mapas convencionais, relatrios, arquivos digitais, etc; devendo prever recursos para sua estocagem, gerenciamento, manipulao e anlise.</p></li><li><p>GeoprocessamentoTrs vises como sistema</p><p>Produo de mapas- Gerao e visualizao de dados espaciais</p><p>Banco de dados espaciais- Armazenamento e recuperao de informao espacial e tabular.</p><p>Anlise espacial- Combinao de informaes espaciais.</p></li><li><p>Geoprocessamento</p><p>TECNOLOGIAS RELACIONADAS</p><p>CARTOGRAFIACOMPUTAO GRFICA (cad)DBMS OU SGBDSENSORIAMENTO REMOTOINTELIGNCIA ARTIFICIALESTATSTICAINFORMTICA</p></li><li><p>GeoprocessamentoO que h de especial com dados espaciais ?Localizao geogrficarepresentar a superfcie terrestrerelao espacial com outros dadosArmazenada em Sistema de arq. ConvencionaisBancos de dados objeto-relacionais</p><p>Atributos descritivodescrevem o fenmenorepresentados num banco de dados convencional</p></li><li><p>GeoprocessamentoO que h de especial com dados espaciais ?Correlao espacialvizinhana - esperamos encontrar semelhantesCorrelao entre variveisprocessos de formao e ocupao do espaoCorrelao temporalevoluo dos dados espaciaisCorrelao topolgicarelaes espaciais entre dados</p></li><li><p>Geoprocessamento X SIGSIG o sistema computacional que materializa os conceitos do geoprocessamento - capaz de processar dados grficos e no grficos (alfanumricos), com ferramentas de anlises espaciais e modelagens de superfcies.</p><p>Outros sistemas de geoprocessamento:AM (Automated Mapping)CAM (Computer Assisted Mapping)</p></li><li><p>Sistemas de Informao GeogrficaAmbiente computacional para GeoprocessamentoIntegrar dados cartogrficos, cadastrais, de sensores remotos, redes e modelos numricos de terreno.Consultar, recuperar, visualizar, manipular e plotar o contedo de um banco de dados georeferenciado.</p></li><li><p>Estrutura de um SIGInterface</p></li><li><p>Componentes de um SIGHardware </p><p>Software (programas aplicativos)</p><p>Dados geogrficos (mapas)</p><p>Atributos descritivos</p><p>Pessoas</p></li><li><p>SIG x CADCAD: captura dados analgicos em formato digitalcoordenadas de papelregularidades nos objetosdesenhos sem atributos</p><p>SIG: captura dados localizados na superfcie da terraprojees cartogrficastopologia do espaoatributos descritivos</p></li><li><p>PARTE 1DefiniesModelagem de dados espaciaisModelagem cartogrfica</p></li><li><p>O que um mapa ?Mapa: modelos simplificados da realidade Produo de um mapadefinio de escala e projeo cartogrficaseleo dos elementos do mundoclassificao em grupos (e.g. tipos de solo)simplificao de elementos grficosexagero de elementos importantessimbologia para apresentar dados</p></li><li><p>Representaes Computacionais do EspaoObjetosRegies poligonais</p><p>TopografiasSuperfciesImagens</p></li><li><p>Percepes do EspaoEspao como uma subdiviso planarEspao como uma superfcie contnua</p></li><li><p>Percepes do EspaoEspao como uma superfcie de deciso</p></li><li><p>Percepes do EspaoEspao como Clusters de Eventos</p></li><li><p>Percepes do EspaoEspao como um conjunto de clulas em evoluo</p></li><li><p>Modelagem em GeoprocessamentoNveis de abstraoMundo real: lotes, rios, terreno, precipitaoConceitual: campos e objetosRepresentao: matrizes x vetoresImplementao: R-trees, quad-trees</p></li><li><p>Universo do Mundo RealMapas TemticosDistribuio espacial qualitativa de grandezaDomnio do atributo:nominal: lista de valores mapa pedolgico: {Ls, Li, Aq, Le}ordinal: escala de medidamapa de classes de declividade: {0-5%, 5-10%, &gt;30%}</p></li><li><p>Universo do Mundo RealMapas Numricos (MNT)Distribuio espacial quantitativa da grandeza em estudoDomnio do atributointervalo: referncia arbitrriaaltimetria, batimetriatemperatura em graus Celsiusrazo: referncia naturalpeso, distnciatemperatura em graus Kelvin</p></li><li><p>Universo do Mundo Real Mapas CadastraisMapa contendo objetos geogrficos individuaisEx: mapas de pases, lotes, propriedades rurais</p></li><li><p>Universo do Mundo Real Mapas de RedeMapas de objetos com topologia arco-nutilizado para redes conectadas</p></li><li><p>Universo do Mundo Real Imagens de Sensores RemotosFontes: satlites, fotografias areas, radarElemento de imagem (pixel) proporcional energia eletromagntica refletida ou emitida por rea da superfcie terrestreCARACTERSTICAS IMPORTANTES resoluo espectral ; resoluo espacial ; resoluo temporal; resoluo radiomtrica. </p></li><li><p>Imagens - Aquisio de InformaoRadiao eletro-magntica</p></li><li><p>Espectro eletromagntico</p></li><li><p>Comportamento Espectral de Alvos e Sensores</p><p>2,6</p><p>2,4</p><p>2,2</p><p>2,0</p><p>1,8</p><p>1,6</p><p>1,4</p><p>1,2</p><p>1,0</p><p>0,8</p><p>0,6</p><p>0,4</p><p>0</p><p>10</p><p>20</p><p>30</p><p>40</p><p>50</p><p>60</p><p>%</p><p>Infra-vermelho prximo</p><p>Infra-vermelho mdio</p><p>Visvel</p><p>Azul</p><p>Vermelho</p><p>Verde</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>5</p><p>7</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>SPOT </p><p>LANDSAT TM / EM+</p><p>1</p><p>1</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>CBERS CCD</p><p>2</p><p>3</p><p>4</p><p>IKONOS</p><p>Pan</p><p>Reflectncia</p><p>Comprimento de onda</p><p>Pan</p><p>8 - Pan - ETM+</p><p>Solo</p><p>Vegetao</p><p>gua</p><p>5 - Pan</p><p>4</p></li><li><p>Universo ConceitualCampos (variveis geogrficas continuas)Mapa temtico</p><p>Modelo numrico terreno</p><p>Imagem</p><p>Objetos (variveis geogrficas discretas)</p><p>Mapa CadastralMapa de Redes</p></li><li><p>Universo de representaoPlano deInformaoRepresent.Geom.MatricialVetorial-umis-represented-by-um</p></li><li><p>Universo de Representao Estruturas de DadosVetoriaisponto, arco, ilha, arco-n-polgonoarco orientado-ngrades triangularesisolinhas, pontos cotados Matriciaismatrizes de inteirosmatrizes de ponto flutuantematrizes de caracteres (bytes)</p></li><li><p>Representaes Computacionais de Mapas</p></li><li><p>Universo da ImplementaoEstruturas de Dados utilizadas para construir um sistema de GeoprocessamentoEnvolvem decises concretas no nvel da programaoEstrutura de dados e algoritmos de pesquisa e recuperao mais adequados com vistas a melhorar desempenho do sistemaPontos - rvores K-DLinhas e Polgonos - rvores R e R+Imagens - rvores quaternrias</p></li><li><p>Organizao de dados em um SIGOrganizao por nveis (ou planos) de informaocada nvel = tipo especfico de dado</p><p>Atributos de mapasarmazenados em tabelas </p></li><li><p>Problema PrticoAlocao de um depsito de resduos slidosClasse de dados geogrficosGeologia: permeabilidade do solo a partir do grau de fraturamentoRede de drenagem: escoamento superficialLenol fretico: escoamento sub-superficialDeclividade: inclinao do terreno a partir da altimetriaUso da Terra: reas de uso para residncia, produo e ocupao clandestina rea com uso atualRede viria: escoamento, logsticaSolos: anlise de permeabilidadeCadastro de lotes: indica ocupaoSetores censitrios: indica distribuio socioeconmica</p></li><li><p>Correspondncia entre Universos * T= temtico, N= numrico, I= imagem, C= cadastral, R= rede</p><p>Mundo RealConceitual *RepresentaoImplementaoGeologiaGeo-campo - TVetor e Matriz de inteirosPolgonos 2D (R-Tree)Grid ret. (Quad-tree)Rede de DrenagemGeo-campo - TVetorLinhas 2D (R-Tree)Lenol freticoGeo-campo N e TMatriz de reais e inteirosGrid ret. (Quad-tree)AltimetriaGeo-campo - NVetor e Matriz de reaisLinhas 2D (R-Tree)Grid triang. (R-Tree)Grid ret. (Quad-tree)DeclividadeGeo-campo N e TMatriz de reais e inteirosGrid ret. (Quad-tree)Imagem satliteGeo-campo - IMatriz de bytesGrid ret. (Quad-tree)Uso da TerraGeo-campo - TMatriz de inteirosGrid ret. (Quad-tree)Rede viriaGeo-objeto - RVetorLinhas 2D (R-Tree)SolosGeo-campo - TVetor e Matriz de inteirosPolgonos 2D (R-Tree)Grid ret. (Quad-tree)Cadastro de lotesGeo-objeto - CVetorLinhas 2D (com R-Tree)Setores censitrioGeo-objeto - CVetorLinhas 2D (com R-Tree)</p></li><li><p>Alocao de Resduos SlidosComo sero definidas as reas de possvel alocao de depsitos de resduos slidos?Por restries sobre as diferentes classes de dadosGeologia: pouco fraturadaSolo: mais espessoLencol fretico: mais profundoDeclividade: baixaAcesso: prximo de estrada, distante de riosLonge de zonas ocupadasComo essas restries so expressas num modelo de dados ? </p></li><li><p>Evoluo da GeoInformaoMapearLocalizarModelarGerenciarPrever</p></li><li><p>Evoluo da GeoinformaoMapearNovos dispositivos de captura de dados (GPS)Imagens de alta resoluoGerenciarBancos de dados geogrficosModelos semnticos e interoperabilidadeLocalizarSistemas baseados em localizao (LBS)Gerncia da informao distribuda</p></li><li><p>Evoluo da GeoinformaoModelarConstruir descries da realidade Modelos semnticos, matemticos, lgicos</p><p>PreverIncorporar a dimenso temporalConstruir cenrios de mudanaMudanas de uso do solo, populao, hidrologia, clima, agricultura</p></li><li><p>PARTE 1DefiniesModelagem de dados espaciaisModelagem cartogrfica</p></li><li><p>Processo de criao de um mapa</p></li><li><p>Conceitos de GeodsiaDatum planimtrico ou horizontal composto por uma superfcie de referncia posicionada em relao Terra real; O procedimento prtico de estabelecer uma referncia geodsica comea com a seleo arbitrria de um ponto conveniente para o datum e de sua representao na superfcie de um elipside escolhido </p></li><li><p>Conceitos de GeodsiaDatum planimtrico localSAD-69, Crrego Alegre, NAD-83, NAD-27Datum planimtrico globalWGS-84As coordenadas geogrficas, na verdade, geodsicas, variam:menos que 60m entre SAD-69 e Crrego Alegremenos que 100m entre SAD-69 e WGS-84, no territrio brasileiroCrrego AlegreSAD-69Exemplo: Cicatrizes de escorregamentos em So Paulo (lat. 24o)</p></li><li><p>Conceitos de GeodsiaConcluses:lembre que a variao das coordenadas geogrficas pode afetar a exatido de sua base de dadosuse um SIG que saiba levar em conta essa variao de coordenadassaiba o que est medindo com um receptor GPStenha cuidado com a documentao de dados compartilhados (importao e exportao)</p></li><li><p>Conceitos de GeodsiaDatum altimtrico ou verticalsuperfcie de referncia para a contagem das altitudes (geide)rede de margrafos faz medies contnuas para a determinao do nvel mdio dos maresadota-se um dos margrafos como ponto de referncia do datum verticalNo Brasil usa-se o margrafo de Imbituba, em Santa Catarina</p></li><li><p>Projees CartogrficasImpossvel representar uma superfcie curva num plano sem deformao, por isso apareceu o conceito de Superfcie de Projeo </p><p>Superfcie de Projeo uma superfcie desenvolvvel no plano, capaz de representar um sistema plano de meridianos e paralelos sobre o qual pode ser desenhada uma representao cartogrfica (carta, mapa, planta)</p></li><li><p>Projees CartogrficasUma projeo cartogrfica determina a correspondncia matemtica biunvoca entre os pontos da esfera (ou elipside) e sua transformao num planoSistemas de projeo resolvem as equaes:x = f1(,) y = f2 (,) = g1(x,y) = g2(x,y)</p></li><li><p>Classes de ProjeoProjetada no PlanoProjetada no ConeProjetada no Cilindro</p></li><li><p>Projees CartogrficasSistema UTM Universal Transversa de Mercator</p></li><li><p>Projees CartogrficasO sistema UTM Universal, pois aplicvel em toda a extenso do globo terrestre</p><p>So 60 fusos de 6 de longitude (3 para cada lado do meridiano central)Em latitude os fusos so limitados ao paralelo 80 N e S.O cruzamento de equador com cada MC inicia-se a origem com 10.000.000 metros no eixo das ordenadas (NS) e de + 500.000 metros no eixo das abcissas (EW)</p></li><li><p>Carta Topogrfica</p></li><li><p>Projees CartogrficasPrincipais projees no BrasilUTM (Universal Transverse Mercator)cartas topogrficasMercatorcartas nuticasCnica conforme de Lambertcartas ao milionsimocartas aeronuticasPolicnicamapas temticosmapas polticos</p></li><li><p>Integrao de dados em SIGsSistemas de refernciafusos ou zonas UTMcriao de vrios projetosextenso de uma zona UTMfaixas da cnica de Lambert 1:1.000.000criao de vrios projetosextenso de uma faixa Lambertcomo proceder no SIG?(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)</p></li><li><p>Cobertura dos dadosdiviso por folhas do mapeamentodiviso por distrito, municpio ou estadodiviso por imagem de satliteSIG deve ser flexvel e permitir vrias opes(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)Integrao de dados em SIGs</p></li><li><p>Integrao com SRSensoriamento Remoto representa uma fonte nica de informao atualizada para um SIG?A unio da tecnologia e dos conceitos e teorias de Sensoriamento Remoto e SIG possibilita a criao de sistemas de informao mais sofisticadosA integrao de imagens de satlite ou fotografias digitais base de dados de um SIG depende fundamentalmente de uma etapa de correo geomtrica.</p></li><li><p>Correo geomtrica de imagensImportnciaeliminao de distores sistemticasestudos multi-temporaisintegrao de dados em SIGRequerimentosconhecimento das distores existentesescolha do modelo matemtico adequadoavaliao e validao de resultados</p></li><li><p>Registro de ImagensO que Registro (geo-referenciamento)? Transformao(Lin x Col)Imagem (X, Y) sistema referncia</p><p>Importnciaeliminao de distores sistemticasanlise de dados multi-temporaisintegrao de imagens de diferentes sensoresintegrao de dados em SIG</p></li><li><p>Registro: Qual o problema?Identificar a transformao espacial T que modela a distoro entre os dados</p><p>*****Ondas de radio: baixas freqncias e grandes comprimentos de onda. As ondas eletromagnticas nesta faixa so utilizadas para comunicao a longa distncia, pois, alm de serem pouco atenuadas pela atmosfera, so refletidas pela ionosfera, propiciando uma propagao de longo alcance.Microondas: situam-se na faixa de 1 mm a 30 cm ou 3 X 1011 a 3 X 109 Hz. Nesta faixa de comprimentos de onda podem-se construir dispositivos capazes de produzir feixes de radiao eletromagntica altamente concentrados, chamados radares. Pouca atenuao pela atmosfera, ou nuvens, propicia um excelente meio para uso de sensores de microondas em qualquer condio de tempo.Infravermelho: grande importncia para o Sensoriamento Remoto. Engloba radiao com comprimentos de onda de 0,75 um a 1,0 mm. A radiao I.V. facilmente absorvida pela maioria das substncias (efeito de aquecimento).Visvel: definida como a radiao capaz de produzir a sensao de viso para o olho humano normal. Pequena variao de comprimento de onda (380 a 750 nm). Importante para o Sensoriamento Remoto, pois imagens obtidas nesta faixa, geralmente, apresentam excelente correlao com a experincia visual do intrprete.Ultravioleta: extensa faixa do espectro (10 nm a 400 nm). Pelculas fotogrficas so mais sensveis radiao ultravioleta, que a luz visvel. Uso para deteco de minerais por luminescncia e poluio marinha. Forte atenuao atmosfrica nesta faixa, se apresenta como um grande obstculo na sua utilizao.Raios X: Faixa de 1 Ao a 10 nm (1 Ao = 10-10 m). So gerados, predominantemente, pela parada ou freamento de eltrons de alta energia. Por se constituir de ftons de alta energia, os raios-X so altamente penetrantes, sendo uma poderosa ferramenta em pesquisa sobre a estrutura da matria.Raios- GAMA: so os raios mais penetrantes das emisses de substncias radioativas. No existe, em princpio, limite superior para a freqncia das radiaes gama, embora ainda seja encontrada uma faixa superior de freqncia para a radiao conhecida como raios csmicos</p><p>*****11*11</p></li></ul>