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http://6cieta.org São Paulo, 8 a 12 de setembro de 2014.ISBN: 978-85-7506-232-6

GPS E GOOGLE EARTH: COMPARAÇÃO DETENDÊNCIA - ESTUDO DE CASO NA

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ - PR

Tatiana M. Tamura

Departamento de Engenharia Civil/Universidade Estadual de Maringá

[email protected]

Cássia M. Bonifácio

Departamento de Engenharia Civil/Universidade Estadual de Maringá

[email protected]

Fernando L. de P. Santil

Instituto de Geografia/Universidade Federal de Uberlândia

[email protected]

INTRODUÇÃO

O uso dos recursos tecnológicos não é novidade nos dias atuais e a sua

aplicação em sala de aula, no ambiente profissional tornou-se presente e também

participante do dia-a-dia das pessoas em suas diferentes atividades. Por exemplo, está

presente nos automóveis um sistema de navegação que auxilia o motorista em seu

deslocamento pelas vias de uma cidade. Há quem veja nessa solução uma praticidade para

realizar uma tarefa que pode ocorrer via ação dos botões ou outros mecanismos disponíveis

nesse dispositivo.

Para outros, essa ação normalmente não solicita habilidades cognitivas para

desenvolvê-la, pois se baseia em repetição de atividades para, posteriormente, integrar-se a

memória de longa duração; talvez sem o efeito de pensar a respeito das atividades e

operações necessárias para se encontrar os caminhos das soluções pelos desafios

propostos.

Em particular, com o advento da Internet como meio de comunicação e a

disponibilidade de tornar acessíveis mapas, seja para consulta ou para criação de novos

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mailto:[email protected]




produtos de informação, um maior número de usuários terá a sua disposição um

repositório da base de dados remotamente. É claro que, para isso ocorrer, o sistema de

telecomunicações precisa colaborar para a concretização desse fato, bem como tornar

disponível para as diferentes classes sociais softwares que permitam esse acesso na

obtenção dos dados e na troca de informações espaciais.

Surge neste ponto um problema: a qualidade desses dados. Trata-se da

abordagem dos temas: geração, armazenamento, acesso, compartilhamento, divulgação e

uso dos dados geoespaciais que, segundo CEMG (2011, p. 10), “se distinguem pela

componente espacial, que associa cada entidade ou fenômeno a uma localização na Terra”.

É um assunto complexo e foge do escopo deste artigo, porém a carência de confiabilidades

semântica e posicional podem comprometer os estudos, bem como reforçam os erros

gerados a partir dessa imprecisão na qualidade dos dados espaciais.

Estes fatos impõem que os usuários podem produzir, julgar e disseminar o

conteúdo disponível na Internet. Isto democratizou a “geoinformação” e está viabilizando a

chamada WEB 2.0 que, de acordo com Bravo (2014, p. 19), pode ser definida como “um

fenômeno cibernético no qual os usuários são, além de consumidores do conteúdo, peças

fundamentais na geração e no gerenciamento das informações”. Esse autor menciona ainda

que esses usuários dispõem de ferramentas que os remetem a uma interação, além de

presencial, cibernética com o espaço geográfico que os circunda.

Como já pontuava Peterson (1997), a Internet viabilizou novas formas de

apresentação e uso dos mapas, mas, sobretudo, esteja favorecendo o surgimento de uma

nova categoria de usuários de mapas que são diferentes daqueles tradicionais com o uso

analógico do mapa. Este aspecto abre uma nova fronteira em pesquisa cartográfica, não

somente aos aspectos projeto e uso dos mapas sejam investigados, mas o uso dos

softwares como ferramenta pedagógica e cognitiva que proporcionem ao usuário a

construção do seu próprio conhecimento (Tsou, 2011).

Um desses softwares é o Google Earth no qual os usuários são geradores do

conteúdo geográfico. Há que se pensar em resolver o problema da falta de conhecimento

sobre a validação ou não do uso de suas ferramentas, entre elas as imagens que são usadas

como soluções para estudos ambientais, de locação de levantamentos topográficos entre

outras finalidades de uso.

Logo, o problema a ser respondido neste artigo é: como a análise posicional das

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imagens do Google Earth ajuda na validação do julgamento dessa confiabilidade de

informações geográficas voluntárias?

Por conseguinte, a hipótese que se tem é se a resolução da imagem permite

validar o seu uso então se pode usá-la para gerar produtos que sejam compatíveis com a

solução posicional porque atende o disposto pelo Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC)

indicado pelo Decreto-lei no 89.817 de 20 de junho de 1984.

GOOGLE EARTH: UMA VISÃO GERAL DA FERRAMENTA WEB 2.0

Em 1997, Peterson já afirmava que a Internet, em pouco tempo, seria a “vitrine”

para se popularizar a distribuição de mapas. Contudo, a chamada WEB 1.0 existente,

quando de sua afirmação, era regida pela não participação dos usuários na produção de

mapas (O`REILLY, 2007). Na verdade quem a utilizava eram usuários experientes em

computação e, como afirma Bravo (2014), que estes estavam, ainda, ajudando na

estruturação do conteúdo e das plataformas. Este autor indica também que a maioria dos

usuários atuava, simplesmente, como consumidores do conteúdo.

Na medida em que essa rede começa atender aos anseios da sociedade, que

inclui a liberdade de expressão, e também novas culturas (comunitária, empresarial, etc.)

são incorporadas auxiliarão na formatação da nova WEB 2.0, que ocorreu no início da

década de 2000 (Bravo, 2014; O’REILLY, 2007).

Os sistemas concebidos sob o conceito da WEB 2.0 permitem que o usuário

participe da criação e disseminação do conteúdo (Bravo, 2014) e também consentem a

interligação de toda a estrutura WEB, agora vista como uma plataforma (O’REILLY, 2007). A

esse respeito, Goodchild (2007) ratificou o indicado por Peterson e asseverou que os

sistemas WEB seriam como grandes plataformas do crescimento da utilização dos produtos

cartográficos, à luz do conceito da WEB 2.0. Nesse sentido, um dos sistemas WEB para a

disseminação do conteúdo geográfico é o Google Earth. Apresenta, entre outras funções, a

possibilidade de identificar lugares, construções, cidades, paisagens e permite gerar mapas

bidimensionais, mapas de satélite e simuladores de paisagens, uma que que está disponível

em sua interface um modelo tridimensional do globo terrestre, construído a partir de

mosaico de imagens de satélite obtidas de fontes diversas, imagens aéreas (fotografadas de

aeronaves) e GIS 3D (Google Earth, 2012). Esse nome de Google Earth surgiu apenas em

2005 quando a Google, em 2004, comprou da Keyhole Inc. o sistema conhecido por Earth

Viewer.

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Esse sistema funciona como um Sistema de Informação Geográfica e permite e

facilita a análise, gestão e representação do espaço geográfico e dos fenômenos que nele

ocorrem. Há diferentes versões que tornam viável ao usuário medir, gravar, imprimir e

acoplar dispositivos GPS para inserção de pontos, bem como utiliza de um código KML

(Keyhole Markup Language) de código aberto para dados geográficos (Google Earth, 2012).

Segundo Deveaux, McCarthy & Lewis (2012), o Google Earth apresenta três

funções principais: (a) função de pesquisa; (2) função de lugar e (3) função do uso de layers.

A primeira função permite procurar por locais, lojas, farmácias e outras questões de

interesse. Nessa função é possível ainda que o usuário “voe” sobre o lugar e possa explorar

e encontrar a informação geográfica deseja.

Com a segunda função é possível que o usuário marque pontos no mapa e a

este acrescente também títulos, descrições e fotos. Além disso, está também disponível a

inserção de marcadores, imagens sobrepostas e a importação de arquivos de rota, de

pontos de interesse e assim por diante. Esta possibilidade de combinar mapas com outras

fontes de dados é chamada de “mashups”, assim, podem-se adicionar informações sobre as

condições de trafegabilidade das ruas do bairro do morador, das condições das estradas,

entre outras infinitas possibilidades de interesse de quem está produzindo o mapa.

Finalmente a terceira função permite que se visualizem os layers nos quais estão

inseridas informações sobre: as condições das ruas, das calçadas, do trânsito, etc. É possível

ainda se permitir visualizar uma área do planeta Terra com detalhes podendo-se notar

detalhes das feições cartográficas, isto é, das estradas, dos edifícios, da vegetação e dos

cursos d’água. São os elementos artificiais e naturais presentes sobre à superfície terrestre

está disponível nessa etapa para se observar detalhes em função da resolução das imagens

atingirem ao menos 15m de aproximação sobre essas feições.

Como qualquer sistema pode-se ter vantagens e desvantagens com relação ao

seu uso. De acordo com Tsou (2011), entre as vantagens do Google Earth pode-se destacar:

a interface de trabalho é intuitiva e simples para o usuário menos experiente; o software é

gratuito e está disponível na rede; suporta animações de tempo; permite a elaboração de

produtos que podem ser usados em diferentes ambientes. Por outro lado, a desvantagem

se encontra em “clareza” do sinal da rede; carência de ferramentas de análises mais

elaboradas e reduzida capacidade cartográfica quando comparada ao GIS desktop.

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NOÇÃO GERAL DO CONTROLE DE QUALIDADE DE PRODUTOS CARTOGRÁFICOS

A quase ausência de controle da qualidade de documentos cartográficos é

conhecida da comunidade cartográfica. Como afirma Nogueira (2003, p. 25), esse controle é

um procedimento importante e não se conhece efetivamente como é realizado no Brasil.

Esse autor afirma ainda que parte dessa responsabilidade é atribuída ao produtor do mapa

e a restante entre usuários e a falta de fiscalização do processo na elaboração do produto

cartográfico. A esse respeito pode-se indicar que existem inúmeros problemas orbitando a

integridade da qualidade da cartografia de base brasileira, como afirmam Mendonça &

Sluter (2011).

Com o avanço da tecnologia digital e a falta de normas que incluam análise de

conversão de dados, parâmetros de avaliação entre outras variantes para a definição de um

padrão nos diferentes estágios do produto podem desencadear consequências para a

usabilidade desses produtos (Slocum et al.; 2001; van Elzzaker, 2004). Por exemplo, Bravo &

Santil (2013) afirmam que essa ausência em se determinar ou se estabelecer as normas

para o controle poderá travar o desenvolvimento de ações estratégicas como é o caso do

planejamento contra riscos a acidentes ambientais. Esta assertiva é corroborada por

Mendonça & Sluter (2011).

De acordo com o levantamento efetuado por Nogueira (2003, p. 26), deve-se

haver a preocupação em analisar o risco do ponto de vista do usuário e produtor quanto à

qualidade do produto gerado. Do primeiro tira-se a possibilidade de aceitar ou rejeitar o

produto se na execução dos testes os resultados forem incompatíveis com as suas

necessidades e, em relação ao segundo, é dado à possibilidade de rejeitar um produto a

partir da execução do teste de controle de qualidade com uma amostra de qualidade ruim.

Finalmente, a qualidade dos produtos depende dos fatores indicados acima e a

outros relacionados à qualidade de dados cartográficos (Guptill & Morrison, 1997). Dentre

estes, há a acurácia posicional na qual existem os conceitos de precisão e acurácia. Para

Gemael (1994), o termo precisão está vinculado apenas a efeitos aleatórios (à dispersão das

observações), enquanto que a acurácia vincula-se aos efeitos aleatórios e sistemáticos.

Como menciona Drummond (1997), citado por Nogueira (2003, p. 37), a posição de uma

entidade do mundo real é descrita “por valores em um sistema de coordenada apropriado,

sendo que a exatidão posicional representará a proximidade desses valores para a posição

“verdadeira” da entidade naquele sistema”. Para tanto, deve-se recorrer ao Decreto-lei n

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89817, de 20 de junho de 1984, como embasamento técnico e legal para a classificação de

documentos cartográficos quanto à exatidão.

ÁREA PILOTO E OS PONTOS DE COLETA NO CAMPUS SEDE DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ – PR

A Universidade Estadual de Maringá (UEM), que foi criada em 1969, tem a sua

sede em Maringá1 e se encontra em expansão até os dias de hoje. Ocupando mais de 2

milhões de m², circulam em suas dependências mais de 20 mil pessoas/dia e tem o seu

orçamento anual em torno de R$ 180 milhões. Por esses fatos, a UEM pode ser comparada a

uma cidade de médio porte. Essa Instituição de Ensino Superior encontra-se na porção

norte do Estado do Paraná.

É considerada como uma das cidades do interior brasileiro mais agradáveis para

se morar, por seu clima, pelo baixo índice de violência e pela beleza proporcionada pelas

amplas avenidas repletas de árvores. A Figura 1 mostra essa visão geral da cidade de

Maringá, tendo-se na porção central a Universidade Estadual de Maringá (UEM).

Para a seleção e distribuição dos pontos na área teste houve um sorteio,

utilizando-se uma tabela de dados aleatória a qual foi vinculada a relação sequencial das

coordenadas obtidas em campo. Uma vez selecionados verificou-se se os mesmos eram de

fácil identificação e fosse viável a sua averiguação na imagem do Google Earth e no campo.

A Figura 2 ilustra a distribuição dos pontos a serem coletados em campo, enquanto que o

Quadro 1 mostra os pontos sorteados e as suas respectivas coordenadas. Com as

coordenadas dos pontos sorteados, os mesmos foram identificados na imagem do Google

Earth (Figura 3), após uso do receptor GPS. Para estes procedimentos foram realizadas duas

tarefas: mudança de datum e conversão de coordenadas plano-retangulares para latitude e

longitude geodésicas. O datum utilizado pelo Google Earth é o WGS-84 e para

transformação valeu-se do programa TcGeo desenvolvida pelo IBGE, que é gratuito.

1 As instalações gerais da UEM incluem a Fazenda Experimental de Iguatemi; o Centro de Pesquisa em Aqüicultura de Floriano; a Base Avançada do Nupélia, em Porto Rico e os Câmpus de Cianorte, Goioerê, Cidade Gaúcha, Diamante do Norte e de Umuarama.

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Figura 1 – A cidade verde presente na UEM.

Fonte: UEM – acessória de imprensa (2011)

Figura 2 – Distribuição dos pontos de coleta na área teste.

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Quadro 1 – Coordenadas dos pontos obtidas com o uso do Receptor GPS

Para efetuar a sobreposição dos pontos na imagem (Figura 3), gerou-se o

arquivo KML (Keyhole Markup Language) que é “lido” pelo Google Earth. Vale salientar ainda

que esse aplicativo é distribuído gratuitamente.

Após a coleta dos pontos, seguiu-se a extração das coordenadas dos pontos

homólogos a partir da imagem no Google Earth, que está indicado os valores obtidos das

coordenadas no Quadro 2. Deve-se esclarecer que os valores relacionados nessa tabela

correspondem a transformação para o sistema projeção UTM e Datum SAD-69 com o uso do

software TCGeo.

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Figura 3 – Locação dos pontos coletados com o GPS.

Quadro 2 – Coordenadas dos pontos obtidas na imagem do Google

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ANÁLISE ESTATÍSTICA DOS DADOS COLETADOS

Para análise de tendência e a precisão da imagem seguem os conceitos de

precisão e acurácia, bem como as fórmulas propostas por Galo & Camargo (1994). Para o

cálculo das diferenças entre as coordenadas surge o valor denominado discrepância para as

coordenadas E e N. Usa-se a Equação 1 para se obter esses valores.

Sendo: ΔE e ΔN - discrepância

EGPS ; NGPS - coordenadas obtidas por receptores de sinais GPS

Eimagem; Nimagem – coordenadas obtidas na imagem do Google Earth

A partir dos valores obtidos da Equação 1, obteve-se a média e o desvio-padrão

das discrepâncias. Com a Equação 2, gerou-se a média das discrepâncias:

Sendo: e - são as discrepâncias medias calculadas pelos pontos

O desvio-padrão da média das discrepâncias foi calculado usando-se a Equação

3.

Sendo: os parâmetros são os desvios-padrão da média das discrepâncias.

Das equações indicadas anteriormente, foram obtidos os seguintes valores:

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A Figura 4 mostra a posição de cada ponto na imagem. Em vermelho indicada as

coordenadas obtidas via receptor GPS e em amarelo via Google Earth. Nota-se uma

aparente aproximação desses pontos, porém os valores indicados acima mostram

exatamente o inverso desse fato.

Figura 4 – Posição de cada coordenada obtida via receptor GPS (vermelho) e Google (amarelo).

Para se avaliar a precisão do produto, que é denominado de Padrão de Exatidão

Cartográfica (PEC) e o erro padrão (EP), conforme disposto no Decreto-lei no. 89817/84 para

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cada classe a Tabela 1 ilustra aos valores correspondentes para a escala 1:5000.

Tabela 1 – Valores do PEC e EP para a escala 1:5000

Classe PEC EP (na escala da carta) EP (no terreno)

A 0,5mm 0,3mm 1,5m

B 0,8mm 0,5mm 2,5m

C 1,0mm 0,6mm 3,0m

Calculou-se a precisão a partir do desvio-padrão das discrepâncias em relação

ao erro padrão (EP) esperado para cada classe indicada na Tabela 1. Assim, testou-se a

seguinte hipótese:

Sendo o termo correspondente ao desvio padrão esperado e obtido pela

Equação 4:

Usou-se o qui-quadrado para avaliar a hipótese indicada anterior e definiu-se

como grau de liberdade equivalente a 9 e nível de confiança de 90%. Assim, a Equação 5

mostra o teste qui-quadrado para amostra e, em seguida, calculou-se o intervalo de

aceitação (Equação 6).

A Tabela 2 mostra os valores obtidos a partir das equações 5 e 6, e indicar qual a

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classe da imagem do Google Earth para área teste. Após os procedimentos indicados

anteriormente, é possível indicar qual é a classe da imagem do Google Earth para a escala

de 1:5000. No caso, como o valor teórico é menor em relação aos valores indicados (Tabela

2) pode-se assinalar que essa imagem não atende ao proposto pela PEC.

Tabela 2 - Desvio padrão e teste qui-quadrado

Classe EP (1:5000) s

A 1,5m 1,061m 1469,348m 2519,093m

B 2,5m 1,768m 528,168m 905,506m

C 3,0m 2,121m 366,887m 366,887m

Para se efetuar análise de tendência avaliam-se as seguintes hipóteses:

Neste caso, se aplica o t de Student sendo t um valor teórico obtido via tabela,

com graus de liberdade (n-1) e nível de confiança igual a 1 - /2. A Equação 7 mostra os

procedimentos de cálculo para esse valores indicados.

Aplicando obteve-se para tΔE = 5,698 e tΔN = -0,561. Para a sua validação o teste

t de Student precisa atender ao seguinte intervalo de confiança:

Se esses valores atenderem a hipótese Ho é válida e a imagem não apresenta

tendências significativas. O valor teórico para t Student é 1,882. Como se obteve valores

maiores do que o apresentado teoricamente, a imagem tem um deslocamento de 24,406m

para oeste e de 3,145m para o Norte.

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Finalmente, a correção de tendência, conforme apontam Galo & Camargo (1994),

informa a ocorrência de problemas e para minimizar esse efeito deve-se efetuar a subtração

da média das discrepâncias a cada coordenada obtida na imagem. Para essa correção

utiliza-se a média do desvio padrão de E e N. A partir dos resultados pode-se mencionar que

a hipótese Ho do teste de tendência é válida.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Deve-se ressaltar que este estudo preliminar assinalou que a imagem não está

adequada aos propósitos da cartografia, apesar das normas serem indicadas na produção

de mapas em papel. Neste ponto, recomenda-se que estudos direcionem para esta área,

uma vez que os produtos estão disponibilizados em meio digital e é possível a manutenção

desse controle pois as tecnologias existentes são acessíveis e de baixo custo para validação

em diferentes etapas do processo de construção do produto cartográfico. Este fato é

corroborado por Nogueira (2003).

Por outro lado, os novos produtores de mapas, como destacam Bravo (2014) e

Peterson (1997), precisam de orientação para manipular os dados e proporem os seus

produtos com controle na apresentação relativa ao posicionamento posicional, semântica,

entre outros fatores relevantes a qualidade dos dados geográficos. Assim, trabalhos como

estes e os indicados nas referencias, por exemplo, podem ser um inicio de conhecimento

teórico a respeito do uso de imagens fornecidas pelo Google Earth, bem como o domínio de

assuntos pertinentes as Ciências Geodésicas.

Seria interessante que houvesse em eventos nacionais minicursos que

auxiliassem o uso dos conhecimentos relacionados não ao uso da ferramenta, mas,

sobretudo, do conteúdo e da forma relacionadas à aplicação desse conhecimento na

resposta obtida via receptor GPS, via SIG ou outro meio.

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4995


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GPS E GOOGLE EARTH: COMPARAÇÃO DE TENDÊNCIA - ESTUDO DE CASO NA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE MARINGÁ - PR

EIXO 6 – Representações cartográficas e geotecnologias nos estudos territoriais e ambientais

RESUMO

Os recursos tecnológicos disponíveis à cartografia colaboraram para importantes avanços e, por

meio dos softwares, agilizam a obtenção de dados e na troca de informações espaciais. O Google

Earth é um programa computacional desenvolvido e distribuído pela Google e permite ao usuário

visualizar e ter acesso às informações geoespaciais por meio da internet. Como a resolução

espacial das imagens fornecidas pelo Google Earth é de 15 metros, procurou-se verificar a

diferença da precisão entre a imagem disponibilizada pelo Google Earth e a medição local por

GPS em uma área teste contida no campus sede da Universidade Estadual de Maringá (PR). O

processo de comparação foi baseado na análise das discrepâncias entre as coordenadas obtidas

por intermédio de receptores de sinais GPS (Global Positioning System) e as obtidas na imagem

do Google Earth. Utilizaram-se os programas TCGeo e Excel, respectivamente, para transformação

de coordenadas geodésicas em UTM e UTM em geodésicas, bem como para mudança de Datum

e efetuar os cálculos estatísticos. Pode-se mencionar que os resultados assinalam limites de uso

das imagens quando se apoiam em seu uso para realizar os trabalhos, que pode invalidar o

desenvolvimento do produto gerado.

Palavras-chave: Google Earth; confiabilidade posicional; GPS.

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