Cartografia Digital e Geoprocessamento: Fundamentos e Aplicaes

Noes de Sistemas

de Informao Geogrfica2.1Cartografia Digital

2.1.1Cartografia

Cincia de organizao de cartas terrestres, martimas e areas de qualquer espcie, abrangendo todas as operaes, desde os levantamentos iniciais do terreno at a impresso definitiva das mesmas. Pode ser considerada uma metodologia cientfica que se destina a expressar fatos e fenmenos observados na superfcie da terra atravs de simbologia prpria.

A razo principal da relao interdisciplinar forte entre Cartografia e Geoprocessamento o espao geogrfico. Cartografia preocupa-se em apresentar um modelo de representao de dados para os processos que ocorrem no espao geogrfico.

Geoprocessamento representa a rea do conhecimento que utiliza tcnicas matemticas e computacionais, fornecidas pelos Sistemas de Informao Geogrfica (SIG), para tratar os processos que ocorrem no espao geogrfico, ou seja, a informao geogrfica. Isto estabelece de forma clara a relao interdisciplinar entre Cartografia e Geoprocessamento (Figura 2.1).

2.1.2Mapa

Representao grfica da Terra nos seus aspectos naturais ou artificiais. Os fenmenos do mundo real podem ser representados por diversos tipos de dados, que so: dados temticos (por ex: tipos de solo), dados cadastrais (por ex: cadastro urbano e rural), dados de redes (por ex: rede de esgoto e logradouros), dados de modelos numricos (por ex: dados geofsicos e topogrficos) e dados do tipo imagens (por ex: foto area e

Figura 2.1. Relaes interdisciplinares entre SIG e outras reas (Maguire et al., 1991)de satlite). Estes dados esto cartografados nos respectivos tipos de mapas, portanto cabem algumas definies do que so mapas. Um Mapa utiliza os dados do mundo real, sendo que:

so modelos simplificados da realidade;

utilizam uma representao, normalmente em escala, de uma seleo de entidades abstratas relacionadas com a superfcie da Terra;

so modelos de dados que se interpe entre a realidade e a base de dados de um SIG.

2.1.3Sistemas de Coordenadas

A representao da superfcie da Terra que curva para uma superfcie plana (folhas de papel ou monitor de vdeo) apresenta vrias dificuldades. Uma delas a definio exata da forma e das dimenses da terra que o objetivo da geodsia. Para representar a superfcie da Terra necessrio estabelecer um sistema tal que, um ponto representado no mapa corresponda a um homlogo na superfcie terrestre. Isto se faz atravs de um sistema de coordenadas.

Sistema de coordenadas geogrficas

o sistema de coordenadas mais antigo. Nele, cada ponto da superfcie terrestre localizado na interseo de um meridiano com um paralelo.Num modelo esfrico os meridianos so crculos mximos cujos planos contm o eixo de rotao ou eixo dos plos. J num modelo elipsoidal os meridianos so elipses definidas pelas intersees, com o elipside, dos planos que contm o eixo de rotao. Meridiano de origem (tambm conhecido como inicial ou fundamental) aquele que passa pelo antigo observatrio britnico de Greenwich, escolhido convencionalmente como a origem (0) das longitudes sobre a superfcie terrestre e como base para a contagem dos fusos horrios. A leste de Greenwich os meridianos so medidos por valores crescentes at + 180. A oeste, suas medidas decrescem at o limite de -180 (Figura 2.2).

Figura 2.2. Paralelos.

Figura 2.3. Meridianos.

Tanto no modelo esfrico como no modelo elipsoidal os paralelos so crculos cujo plano perpendicular ao eixo dos plos (Figura 2.3). O Equador o paralelo que divide a Terra em dois hemisfrios (Norte e Sul) e considerado como o pararelo de origem (0). Partindo do equador em direo aos plos tem-se vrios planos paralelos ao equador, cujos tamanhos vo diminuindo at que se reduzam a pontos nos plos Norte (+90) e Sul (-90).

Longitude de um lugar qualquer da superfcie terrestre a distncia angular entre o lugar e o meridiano inicial ou de origem, contada sobre um plano paralelo ao equador. Latitude a distncia angular entre o lugar e o plano do Equador, contada sobre o plano do meridiano que passa no lugar (Figura 2.4).

Figura 2.4. Latitude e longitude.

Sistema de coordenadas planas ou cartesianas

O sistema de coordenadas planas, tambm conhecido por sistema de coordenadas cartesianas, baseia-se na escolha de dois eixos perpendiculares, cuja interseo denominada origem, que estabelecida como base para a localizao de qualquer ponto do plano.

Nesse sistema de coordenadas um ponto representado por dois nmeros reais: um correspondente projeo sobre o eixo x (horizontal) e outro correspondente projeo sobre o eixo y (vertical). Os valores de x e y so referenciados conforme a figura mostrada a seguir, que representa, como exemplo, as coordenadas de um ponto na projeo UTM.

Figura 2.5. Coordenadas planas.

2.1.4Projees Cartogrficas

Todos os mapas so representaes aproximadas da superfcie terrestre. Isto ocorre porque no se pode passar de uma superfcie curva para uma superfcie plana sem que haja deformaes. Por isso os mapas preservam certas caractersticas ao mesmo tempo em que alteram outras. A elaborao de um mapa requer um mtodo que estabelea uma relao entre os pontos da superfcie da Terra e seus correspondentes no plano de projeo do mapa. Para se obter essa correspondncia, utilizam-se os sistemas de projees cartogrficas.

Classificao das projees

Analisam-se os sistemas de projees cartogrficas pelo tipo de superfcie de projeo adotada e grau de deformao.Quanto ao tipo de superfcie de projeo adotada, classificam-se as projees em: planas ou azimutais, cilndricas, cnicas e polidricas, segundo se represente a superfcie curva da Terra sobre um plano, um cilindro, um cone ou um poliedro tangente ou secante Terra.

Projeo UTM - "Universal Transverse Mercator"

O mapeamento sistemtico do Brasil, que compreende a elaborao de cartas topogrficas, feito na projeo UTM (1:250.000, 1:100.000, 1:50.000). Relacionam-se, a seguir, suas principais caractersticas:

a superfcie de projeo um cilindro transverso e a projeo conforme;

o meridiano central da regio de interesse, o equador e os meridianos situados a 90 o do meridiano central so representados por retas;

os outros meridianos e os paralelos so curvas complexas;

a escala aumenta com a distncia em relao ao meridiano central. A 90o deste, a escala torna-se infinita;

a Terra dividida em 60 fusos de 6 de longitude. O cilindro transverso adotado como superfcie de projeo assume 60 posies diferentes, j que seu eixo mantm-se sempre perpendicular ao meridiano central de cada fuso;

aplica-se ao meridiano central de cada fuso um fator de reduo de escala igual a 0,9996, para minimizar as variaes de escala dentro do fuso. Como conseqncia, existem duas linhas aproximadamente retas, uma a leste e outra a oeste, distantes cerca de 1o37' do meridiano central, representadas em verdadeira grandeza.Neste tipo de projeo usa-se um cilindro tangente ou secante superfcie da Terra como superfcie de projeo (Figura 2.6). Em seguida, desenvolve-se o cilindro num plano. Em todas as projees cilndricas normais (eixo do cilindro coincidente com o eixo de rotao da Terra), os meridianos e os paralelos so representados por retas perpendiculares. A projeo conforme ou isogonal quando mantm os ngulos ou as formas de pequenas feies. Convm lembrar que a manuteno dos ngulos acarreta uma distoro no tamanho dos objetos no mapa.

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Figura 2.6. Projeo UTM

A definio de longitude de origem depende da projeo utilizada pelo usurio. A longitude de origem (meridiano de referncia para posicionar o eixo y do sistema de coordenadas) para a projeo UTM corresponde ao meridiano central de um fuso (a cada 6 define-se um fuso), ou seja, o meridiano central de uma carta ao milionsimo. A Figura 2.7 apresenta a distribuio das cartas 1: 1.000.000 para o Brasil.

Figura 2.7 Distribuio das cartas 1: 1.000.000 para o Brasil.

A latitude de origem corresponde a um paralelo de referncia escolhido para posicionar o eixo x do sistema de coordenadas planas ou de projeo. A latitude de origem costuma ser o equador para a maior parte das projees.

A Tabela 2.1 mostra algumas das projees cartogrficas mais importantes e suas caractersticas principais.

Tabela 2.1 Projees cartogrficas.

2.1.5Computao Grfica na Cartografia

O uso da computao grfica na cartografia, na dcada de 70 era limitado pelos altos custos dos equipamentos, falta de profissionais com conhecimento em cartografia e computao aos altos preos dos mapeamentos digitais devido ao custo do equipamento, software e mo de obra.

Nos anos 80, a computao grfica fez que surgissem softwares que permitiam a transcrio de mapas para o meio digital. Esta transcrio era executada com auxlio de mesas digitalizadoras. O processo consiste em uma mesa que possui uma malha magntica, um cursor e um computador com um software que interpreta o sinal emitido pelo cursor sobre a mesa. Este processo ainda muito utilizado quando se faz uso de mapas existentes, porm, apresenta vrios inconvenientes em geral como a m qualidade das cartas e mapas existentes, descontinuidade entre as cartas, grande nmero de informaes que requerem uma anlise maior nas interpretaes dos elementos a serem transferidos, tornando assim um trabalho minucioso, demorado e o material obtido freqentemente desatualizado.

No final dos anos 80 surgiu o scanner e a vetorizao. O scanner consiste em um aparelho que copia a carta na ntegra, tornando-a uma imagem, porm apresenta todas as imperfeies da carta. A vetorizao que no uma operao simples e no totalmente automtica veio permitir que esta imagem fosse transformada em um arquivo vetorial somente com as informaes necessrias ao usurio. Novamente esbarramos na qualidade das cartas existentes e seu estado de apresentao muitas vezes degenerado fazendo com que as imperfeies apresentadas atrapalhem a manipulao do produto.

Hoje com o scanner de alta preciso j podemos trabalhar com sistemas computacionais que permitem o uso das imagens das aerofotos com maior eficcia e preciso dando assim uma melhor performance no desenvolvimento dos trabalhos cartogrficos associando as ortofotos digitais e os arquivos vetores o que permite uma dinmica maior na anlise das informaes de um mapa.

Com o desenvolvimento da computao grfica foi possvel a adaptao dos restituidores analgicos para produo de cartas de forma on-line evitando-se a passagem pela mesa digitalizadora. A restituio on line realizada em estereorestituidores e devem ser representados todos os elementos naturais e artificiais, visveis e identificveis nas fotografias e compatveis com a escala da planta, em nveis de informaes.

As funes de entrada de dados continuam a demandar uma frao desproporcionada dos recursos para a implantao de um SIG. Seu custo s vezes um impedimento para a adoo de SIG em organizaes. O que distingue os vrios enfoques com relao entrada de dados o grau de automatizao alcanado. Processos manuais so bastante propensos a erros, apesar da sofisticao dos dispositivos e software disponveis, e a soluo destes erros por procedimentos automticos lenta e custosa. A digitalizao por processos mais automatizados (digitalizao semi-automtica e automtica) economicamente interessante e vai se tornar cada vez mais vivel, medida em que cresce o custo de mo-de-obra e decresce o custo de equipamentos e software.

2.1.6Padro Usual dos Mapeamentos

Geralmente para uma boa organizao do mapa so estabelecidos os nveis de informao (ou camadas) de acordo com as seguintes categorias usuais:

Sistema Virio transportes

Sistema hidrogrfico

Hipsografia

Vegetao

Detalhes planimtricos-antrpicos (surgiram pela mo do homem)

Urbanos ou rurais

Energia, telecomunicaes

Saneamento

Altimetria/hipsometria

Toponmia

Limites

Informaes auxiliares (legendas, convenes, dados cartogrficos, etc.)

Cadastro

Apoio bsico e suplementar pontos de controle

Referncias cartogrficas e gerais

2.2 Geoprocessamento

2.2.1O que Geoprocessamento?

A coleta de informaes sobre a distribuio geogrfica de recursos minerais, propriedades, animais e plantas sempre foi uma parte importante das atividades das sociedades organizadas. At recentemente, no entanto, isto era feito apenas em documentos e mapas em papel; isto impedia uma anlise que combinasse diversos mapas e dados. Com o desenvolvimento simultneo, na segunda metade deste sculo, da tecnologia de Informtica, tornou-se possvel armazenar e representar tais informaes em ambiente computacional, abrindo espao para o aparecimento do Geoprocessamento.

Nesse contexto, o termo Geoprocessamento denota a disciplina do conhecimento que utiliza tcnicas matemticas e computacionais para o tratamento da informao geogrfica e que vem influenciando de maneira crescente as reas de Cartografia, Anlise de Recursos Naturais, Transportes, Comunicaes, Energia e Planejamento Urbano e Regional. As ferramentas computacionais para Geoprocessamento, chamadas de Sistemas de Informao Geogrfica (SIG), permitem realizar anlises complexas, ao integrar dados de diversas fontes e ao criar bancos de dados geo-referenciados.

Tornam ainda possvel automatizar a produo de documentos cartogrficos. Pode-se dizer, de forma genrica, Se onde importante para seu negcio, ento Geoprocessamento sua ferramenta de trabalho. Sempre que o onde aparece, dentre as questes e problemas que precisam ser resolvidos por um sistema informatizado, haver uma oportunidade para considerar a adoo de um SIG.

Devido a sua ampla gama de aplicaes, que inclui temas como agricultura, floresta, cartografia, cadastro urbano e redes de concessionrias (gua, energia e telefonia), h pelo menos trs grandes maneiras de utilizar um SIG:

Como ferramenta para produo de mapas - gerao e visualizao de dados espaciais;

Como suporte para anlise espacial de fenmenos - Combinao de informaes espaciais;

Como um banco de dados geogrficos - com funes de armazenamento e recuperao de informao espacial.

Estas trs vises do SIG so antes convergentes que conflitantes e refletem a importncia relativa do tratamento da informao geogrfica dentro de uma instituio. Para esclarecer ainda mais o assunto, apresentamos mais a frente algumas definies de SIG.

Num pas de dimenso continental como o Brasil, com uma grande carncia de informaes adequadas para a tomada de decises sobre os problemas urbanos, rurais e ambientais, o Geoprocessamento apresenta um enorme potencial, principalmente se baseado em tecnologias de custo relativamente baixo, em que o conhecimento seja adquirido localmente.

2.2.2O que so dados espaciais?

Sem dvida a utilizao de dados espaciais em um SIG est na capacidade destes sistemas em realizar anlises. Alguns exemplos dos processos de anlise espacial, tpicos de um SIG, esto apresentados na Tabela 2.2 (adaptada de Maguire et al., 1991).

Tabela 2.2. Dados espaciais.

A informao geogrfica apresenta uma natureza dual: um dado geogrfico possui uma localizao geogrfica (expressa como coordenadas em um espao geogrfico) e atributos descritivos (que podem ser representados num banco de dados convencional).

De forma intuitiva, pode-se definir o termo espao geogrfico como uma coleo de localizaes na superfcie da Terra, sobre a qual ocorrem os fenmenos geogrficos. O espao geogrfico define-se, portanto, em funo de suas coordenadas, sua altitude e sua posio relativa. Sendo um espao localizvel, o espao geogrfico possvel de ser cartografado. A noo de informao espacial est relacionada existncia de objetos com propriedades, que incluem sua localizao no espao e sua relao com outros objetos. Estas relaes incluem conceitos topolgicos (vizinhana, pertinncia), mtricos (distncia) e direcionais (ao norte de, acima de). Deste modo, os conceitos de espao geogrfico (um locus absoluto, existente em si mesmo) e informao espacial (um locus relativo, dependente das relaes entre objetos) so duas formas complementares de conceituar o objeto de estudo do Geoprocessamento.

2.3Estrutura de um SIG

O termo Sistemas de Informao Geogrfica aplicado para sistemas que realizam o tratamento computacional de dados geogrficos e recuperam informaes no apenas com base em suas caractersticas alfanumricas, mas tambm atravs de sua localizao espacial; oferecem ao administrador (urbanista, planejador, engenheiro) uma viso indita de seu ambiente de trabalho, em que todas as informaes disponveis sobre um determinado assunto esto ao seu alcance, interrelacionadas com base no que lhes fundamentalmente comum a localizao geogrfica. Para que isto seja possvel, a geometria e os atributos dos dados num SIG devem estar georreferenciados, isto , localizados na superfcie terrestre e representados numa projeo cartogrfica. Numa viso abrangente, pode-se indicar que um SIG tem os seguintes componentes (Figura 2.8):

Interface com usurio;

Entrada e integrao de dados;

Funes de consulta e anlise espacial;

Visualizao e plotagem;

Armazenamento e recuperao de dados (organizados sob a forma de um banco de dados geogrficos).

Figura 2.8. Estrutura geral de Sistemas de Informao Geogrfica

Muitas pessoas quando falam em SIG referem-se, especificamente, ao software e no tecnologia. Percebe-se freqentemente dificuldades de comunicao entre profissionais que se utilizam da mesma nomenclatura para se referir a conceitos diferentes. Assim, para um entendimento mais completo, necessrio explicar os principais componentes de um SIG, no qual o software apenas um desses componentes. Os outros elementos a serem definidos so: hardware, dados, usurios e as metodologias de anlise. A Figura 2.9 ilustra estes componentes.

Figura 2.9. Componentes do SIG

Recursos Humanos: o componente mais importante de um SIG. constitudo de tcnicos que usam a tecnologia do Geoprocessamento para dar suporte tomada de deciso nas atividades do dia-a-dia e nos projetos de desenvolvimento. O tcnico/usurio dever usar as informaes, buscar solues, simular problemas, criar prottipos de projetos, gerar informaes, conhecer o mundo real no ambiente de sua atuao.

Metodologias: Consistem do conjunto de procedimentos que devem ser estabelecidos e executados durante o desenvolvimento do projeto.

Hardware: So os equipamentos que constituem a plataforma computacional (computadores e perifricos de entrada e de sada) definida para o projeto, alm de cmeras digitais, restituidores aerofotogramtricos, instrumentos topogrficos eletrnicos e GPS, dentre outros. A Figura 2.10 ilustra alguns desses equipamentos/instrumentos.

Software: Os Softwares de SIG so softwares especficos para o tratamento e manipulao dos dados espaciais. desenvolvido em nveis sofisticados, constitudo de mdulos e executa as mais diversas funes. So exemplos deste tipo de software o Mapinfo Professional, o ArcGIS, o IDRISI, o SPRING e o MGE, dentre outros. Assim como os SIG, os Softwares de SIG possuem vrias definies. Tomemos as principais como exemplo: Softwares destinados ao processamento de dados referenciados espacialmente e empregados na manipulao de dados de diversas fontes, possibilitando a recuperao e o cruzamento de informaes bem como a realizao dos mais diversos tipos de anlise espacial;

SHAPE \* MERGEFORMAT

Figura 2.10. Exemplos do hardware de SIG

Softwares que permitem a integrao entre bancos de dados alfanumricos (tabelas) e grficos (mapas) para o processamento, anlise e sada de dados georreferenciados;

Conjunto de overlays de uma determinada regio geogrfica, representando constelaes de dados brutos ou de informaes temticas que compartilham atributos geogrficos comuns.

A Figura 2.11 ilustra o principal conceito do software de SIG, a sobreposio de camadas ou cruzamento de informaes.

Figura 2.11. Representao esquemtica de um software de SIG

Muitos problemas no uso de ferramentas de geoprocessamento decorrem do fato de que, por inexperincia, muitos tcnicos utilizam sistemas CAD (Compute Aided Design) como SIG. Assim consideramos relevante estabelecer a diferena entre as duas tecnologias.

Um sistema CAD uma ferramenta para capturar desenhos em algum formato legvel por uma mquina. Os modelos CAD tratam os dados como desenhos eletrnicos em coordenadas do papel. Nas aplicaes CAD, existem muitas vezes regularidades nos objetos (como slidos de revoluo), que podem se modeladas, com o uso de tcnicas como a da geometria construtiva dos slidos.

Em contraste, num sistema de Geoprocessamento, os dados tm poucas simetrias e regularidades que possam ser reproduzidas. Mais ainda, os dados esto sempre georreferenciados, isto , localizados na superfcie terrestre. Na grande maioria dos casos, os dados esto numa projeo cartogrfica, o que impe uma distoro relativa s coordenadas geogrficas.

Diferente dos sistemas CAD, uma das caractersticas bsicas e gerais de um SIG a sua capacidade de tratar as relaes espaciais entre objetos geogrficos (topologia). Armazenara a topologia (vizinhana, proximidade, pertinncia) de um mapa uma das caractersticas bsicas que fazem distinguir um SIG de um CAD.

Dados: So elementos fundamentais para o SIG. Os dados geogrficos, espaciais ou georreferenciados se diferenciam dos demais tipos de dados por possurem alm do tributo alfanumrico (descrio do fenmeno) a sua localizao sobre a superfcie terrestre. 2.4. Mapas em SIG

2.4.1. Mapas TemticosDados temticos descrevem a distribuio espacial de uma grandeza geogrfica, expressa de forma qualitativa, como os mapas de pedologia e a aptido agrcola de uma regio. Estes dados, obtidos a partir de levantamento de campo, so inseridos no sistema por digitalizao ou, de forma mais automatizada, a partir de classificao de imagens. Os dados apresentados na Figura 2.12 (mapa de vegetao e mapa de declividade) so exemplos de dados temticos.

Mapas temticos medem, no espao de atributos, valores nominais e ordinais. Os valores nominais (lista de valores) representam classes de um mapa temtico, como por exemplo, um mapa de vegetao (ver Figura). No caso de valores ordinais, as classes do mapa representam intervalos (escala) de valores, como por exemplo, as classes de um mapa de declividade (0 a 5% - 5 a 10%, etc).

Figura 2.12. Exemplos de medida nominal (mapa de vegetao) e medida ordinal (mapa de classes de declividade).

Para permitir uma representao e anlise mais acurada do espao geogrfico, a maior parte dos sistemas armazenam estes tipos de mapas na forma vetorial (pontos, linhas ou polgonos). A topologia construda do tipo arco-n-regio: arcos se conectam entre si atravs de ns (pontos inicial e final) e arcos que circundam uma rea definem um polgono (regio).

Um mapa temtico pode tambm ser armazenado no formato matricial ("raster"). Neste caso, a rea correspondente ao mapa dividida em clulas de tamanho fixo. Cada clula ter um valor qualitativo correspondente ao tema naquela localizao espacial. A escolha entre a representao matricial e a vetorial para um mapa temtico depende do objetivo em vista. Para a produo de cartas e em operaes onde se requer maior exatido, a representao vetorial mais adequada. As operaes de lgebra de mapas so mais facilmente realizadas no formato matricial. No entanto, para um mesmo grau de exatido, o espao de armazenamento requerido por uma representao matricial substancialmente maior.

2.4.2. Mapas Cadastrais (mapas de objetos)

Um mapa cadastral permite a representao de elementos grficos (objetos geogrficos) por pontos, linhas ou polgonos, sendo que estes possuem atributos descritivos e podem estar associados a vrias representaes grficas. Por exemplo, os pases da Amrica do Sul so elementos do espao geogrfico que possuem atributos (nome do pas, valor do PIB, populao etc.) e que podem ter representaes grficas diferentes em mapas de escalas distintas (Figura 2.13). A parte grfica dos mapas cadastrais armazenada em forma de coordenadas vetoriais, com a topologia associada. No usual representar estes dados na forma matricial. J os atributos esto armazenados normalmente num sistema gerenciador de banco de dados. Figura 2.13. Exemplo de mapa cadastral (pases da Amrica do Sul).

2.4.3. Mapas de Redes

Em Geoprocessamento, o conceito de "rede" denota as informaes associadas aos seguintes tipos de dados:

- Servios de utilidade pblica, como gua, luz e telefone;

- Redes de drenagem (bacias hidrogrficas);

- Rodovias.

Mapas de redes tambm tratam de objetos, porm as informaes grficas so armazenadas em coordenadas vetoriais, com topologia arco-n: os atributos de arcos incluem o sentido de fluxo e os atributos dos ns sua impedncia (custo de percorrimento). A topologia de redes constitui um grafo, que armazena informaes sobre recursos que fluem entre localizaes geogrficas distintas, como ilustra a Figura 2.14.

Figura 2.14. Elementos de uma Rede.

Este tipo de dado muito utilizado em servios de utilidade pblica, como gua, luz, telefone, redes de drenagem (bacias hidrogrficas) e rodovias, que possuem uma localizao geogrfica bem definida e atributos descritivos, presentes no banco de dados. Alm disso, outros fatores como integrao de dados, segmentao dinmica, linguagem de visualizao e capacidade de adaptao, merecem destaques.

A integrao de dados necessria para aplicaes como redes, onde se deseja gerar uma base cartogrfica contnua a partir de informaes dispersas em vrios mapas. Usualmente, as redes (eltrica, de telefonia e de gua e esgoto) esto interligadas em toda a malha urbana. Poucos sistemas conseguem armazen-las de forma contnua, dando origem a particionamentos que no refletem a realidade e que dificultam a realizao de anlises e simulaes. Outro aspecto necessrio para aplicaes de redes a capacidade de definir diferentes cortes lgicos de uma rede sem ter de duplicar (ou repetir) a estrutura topolgica da rede. Por exemplo, ao se asfaltar parte de uma estrada de terra, ser preciso atualizar esta informao, sem ter que redigitalizar todas as coordenadas de localizao da estrada. Esta capacidade, usualmente denotada por segmentao dinmica, permite separar os diferentes nveis de informao relativos a uma mesma rede.

O pacote mnimo disponvel nos sistemas comerciais consiste tipicamente de clculo de caminho timo e alocao de recursos. Este pacote bsico insuficiente para a realizao da maioria das aplicaes, pois cada usurio tem necessidades distintas. No caso de um sistema telefnico, por exemplo, uma questo pode ser: "quais so todos os telefones servidos por uma dada caixa terminal?". J para uma rede de gua, pode-se perguntar: "Se injetarmos uma dada percentagem de cloro na caixa d'gua de um bairro, qual a concentrao final nas casas?"

Deste modo, um sistema de modelagem de redes s ter utilidade para o cliente depois de devidamente adaptado para as suas necessidades, o que pode levar vrios anos. Isto impe uma caracterstica bsica para esta aplicao: os sistemas devem ser versteis e maleveis.

2.4.4. Mapas numricos

O termo modelo numrico de terreno (ou MNT) utilizado para denotar a representao quantitativa de uma grandeza que varia continuamente no espao. Comumente associados altimetria, tambm podem ser utilizados para modelar unidades geolgicas, como teor de minerais, ou propriedades do solo ou subsolo, como aeromagnetismo. Entre os usos de modelos numricos de terreno, podem-se citar (Burrough,1986):

Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas topogrficos;

Anlises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens;

Cmputo de mapas de declividade e exposio para apoio a anlises de geomorfologia e erodibilidade;

Anlise de variveis geofsicas e geoqumicas;

Apresentao tridimensional (em combinao com outras variveis).

Um MNT pode ser definido como um modelo matemtico que reproduz uma superfcie real a partir de algoritmos e de um conjunto de pontos (x, y), em um referencial qualquer, com atributos denotados por z, que descrevem a variao contnua da superfcie. Um exemplo de MNT apresentado na Figura 2.15. O processo de aquisio de uma grandeza com variao espacial produz, usualmente, um conjunto de amostras pontuais. A partir destas amostras, pode-se construir dois tipos de representao (veja a Figura 2.16):

grades regulares: matriz de elementos com espaamento fixo, onde associado o valor estimado da grandeza na posio geogrfica de cada ponto da grade. As grades regulares so obtidas por interpolao das amostras ou, alternativamente, geradas por restituidores com sada digital.

grades triangulares: a grade formada por conexo entre amostras, utilizando a triangulao de Delaunay (sujeita restries). A grade triangular uma estrutura topolgica vetorial do tipo arco-n, que forma um conjunto de recortes irregulares no espao.

2.4.5. Imagens

Obtidas por satlites, fotografias areas ou "scanners" aerotransportados, as imagens representam formas de captura indireta de informao espacial. Armazenadas como matrizes, cada elemento de imagem (denominado "pixel") tem um valor proporcional energia eletromagntica refletida ou emitida pela rea da superfcie terrestre correspondente. A Figura 2.17 mostra uma composio colorida falsa cor das bandas 3 (associada a cor Azul), 4 (Verde) e 5 (Vermelha) do satlite TM-Landsat, para a regio de Manaus (AM). Pela natureza do processo de aquisio de imagens, os objetos geogrficos esto representados em cada elemento da imagem, sendo necessrio recorrer a tcnicas de realce, fotointerpretao e de classificao para individualiz-los.

Caractersticas importantes de imagens de satlite so: o nmero de bandas imageadas no espectro eletromagntico (resoluo espectral), a rea da superfcie terrestre observada instantaneamente por cada sensor (resoluo espacial) e o intervalo entre duas passagens do satlite pelo mesmo ponto (resoluo temporal). A Figura 2.18 apresenta as imagens de trs sensores diferentes, com resolues diferentes.

Figura 2.17. Exemplo de Imagem(Composio colorida TM Landsat)

Figura 2.18. Imagens, da esquerda p/ direita, com 5(foto area),

20 (Spot) e 30 (Landsat) metros de resoluo.

2.5Anlise Espacial e Suas Aplicaes

O objetivo geral do Geoprocessamento fornecer ferramentas para que os diferentes usurios determinem a evoluo espacial e temporal de um fenmeno geogrfico e as interrelaes entre diferentes fenmenos, ou seja a anlise espacial. Alguns exemplos tpicos de anlise espacial de um SIG so:

Localizao: Onde est...? o (objeto, fenmeno,evento,etc)

Em que rea est acontecendo a queimada?

Condio: O que est...? em (estudo, jogo, anlise,etc)

Qual a populao atingida pela enchente?

Tendncia: O que mudou...? desde (1990,o ltimo evento)

Estas terras eram produtivas h cinco anos?

Roteamento: Qual o melhor caminho...? para (a universidade, o hospital, o hotel, etc)

Qual o melhor caminho para chegar at o local do acidente?

Padres: Qual o padro...? em (estudo, jogo, anlise,etc)

Qual a distribuio das zonas de baixa precipitao na Paraba?

Modelos: O que acontece se...?

O que acontecer se no chover nos prximos dias?

A eficincia do sistema depende do conhecimento que o usurio tem do problema implementado. perigosa e enganosa a implementao de um sistema sem a explcita definio da aplicao, dos dados e dos tipos de anlise a serem desenvolvidos. (Burrough, 1986).

A aplicao o componente mais importante dos SIGs. atravs do conhecimento do problema a ser resolvido que todo o sistema desenvolvido. Quanto melhor se conhecer o problema, mais chance de sucesso na implementao do sistema. Isso no significa, obviamente, que apenas o domnio da rea de conhecimento da aplicao seja suficiente para a implementao, j que vises de disciplinas diferentes tero que se juntar na equipe tcnica para garantir, alm da implementao, a manuteno do sistema.

2.6 Referncias BibliogrficasBurrough, P. A. 1986. Principles of Geographical Information System for Land Resources Assesment. Claredon Press, Oxford.

ESRI Environmental Systems Research Institute. 1996. Introduo ao ArcView GIS. Apostila de Curso. So Paulo.

GES, K. 2000. Autocad Map Explorando as ferramentas de mapeamento. Rio de Janeiro: Editora Cincia Moderna Ltda.

IDOETA I.; TOSTES, F. 1999. Cartografia Digital. Apostila de curso GIS BRASIL 99 V Congresso e Feira para Usurios de Geoprocessamento da Amrica Latina. Salvador.

INPE Instituto de Pesquisas Espaciais. 2000. Fundamentos de Geoprocessamento. Apostila de Curso. Disponvel em: www.dpi.inpe.br (Junho, 2000).

MAGUIRE, D. 1991. An Overview and Definition of GIS. In: Maguire,D.; Goodchild, M.; Rhind, D. (eds) Geographical Information Systems: Principles and Applications. New York: John Wiley and Sons, pp. 9-20.

Figura 2.15. Isolinhas de um MNT

Figura 2.16. Grades regulares e triangulares.

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