ser – 300 fundamentos de cartografia para geoinformática julio c l dalge

SER – 300

Fundamentos de Cartografia para Geoinformática

Julio C L Dalge

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Introdução

Conceitos de Geodésia

Sistemas de coordenadas

projeções cartográficas

transformações geométricas

Integração com Sensoriamento Remoto

correção geométrica de imagens

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Introdução

Geoinformática é a área do conhecimento que usa

técnicas matemáticas e computacionais para

tratar os processos que ocorrem no espaço

geográfico

Cartografia apresenta um modelo de representação

de dados para os processos que ocorrem no

espaço geográfico

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Introdução

Londres … 1854

(fonte: John Snow, 1855)

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Forma e dimensões da Terra

Geóide

campo da gravidade

nível médio dos mares

Terra cartográfica ou superfície de referência

elipsóide de revolução

esfera

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Datum planimétrico ou horizontal

superfície de referência posicionada em relação à Terra real

pode ser global ou local

causa a variação das coordenadas geodésicas

E o que são coordenadas geodésicas?

geodésicas x geográficas

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DATUM GLOBAL (WGS-84)GEOCÊNTRICO

DATUM LOCAL (SAD-69)NÃO GEOCÊNTRICO

REGIÃOMAPEADA

TERRA TERRA

ELIPSÓIDE ELIPSÓIDE

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Latitude geodésica

ângulo entre a normal à superfície de referência (elipsóide

ou esfera), no ponto em questão, e o plano do equador

Longitude geodésica

ângulo entre o meridiano que passa pelo ponto e o

meridiano origem (Greenwich, por convenção)

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SIRGAS-2000atual datum planimétrico brasileiro

6.378.137 m de semi-eixo maior elipsoidal

1/298.257222 de achatamento elipsoidal

SAD-69antigo (?) datum planimétrico brasileiro

6.378.160 m de semi-eixo maior elipsoidal

1/298.25 de achatamento elipsoidal

Na prática ambos são atuais!

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Datum planimétrico localSAD-69, Córrego Alegre, NAD-27, Indian

Datum planimétrico globalWGS-84, SIRGAS-2000, NAD-83

As coordenadas geográficas, na verdade, geodésicas,

variam...menos que 60 m entre SAD-69 e Córrego Alegre

menos que 100 m entre SAD-69 e WGS-84, no território

brasileiro

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Em relação ao datum planimétrico:

lembre que a variação das coordenadas geográficas afeta a

exatidão de sua base de dados

saiba o que está medindo com um GPS

tenha cuidado com dados compartilhados (importação e

exportação)

lembre que SIRGAS-2000 = WGS-84 para qualquer

trabalho prático

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Datum altimétrico ou vertical

superfície de referência para a contagem das altitudes

(geóide)

rede de marégrafos faz medições contínuas para a

determinação do nível médio dos mares

adota-se um dos marégrafos como ponto de referência do

datum vertical

no Brasil usa-se o marégrafo de Imbituba, em Santa Catarina

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GEÓIDE

ELIPSÓIDE

SUPERFÍCIE TERRESTRE

H

h

N

H: ALTITUDE ORTOMÉTRICA ... REDE ALTIMÉTRICA (MAPAS)h: ALTITUDE ELIPSOIDAL ........ MEDIÇÕES FEITAS COM GPSN: ONDULAÇÃO GEOIDAL

H h + N

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(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)

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Coordenadas geodésicas (geográficas)

figura de referência: esfera ou elipsóide

Coordenadas geocêntricas terrestres (esfera)

X = R.cos.cos = arcsen(Z/R)

Y = R.cos.sen = arctg(Y/X)

Z = R.sen

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Coordenadas planas polares

desenvolvimento de projeções cônicas

Coordenadas planas cartesianas

coordenadas de projeção

x = cos = arctg (y/x)

y = sen = (x2 + y2) 0.5

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Projeções cartográficas

Sistemas de projeção

x = f1(,) y = f2(,)

= g1(x,y) = g2(x,y)

Propriedades

Conformidade

conservação dos ângulos ou das formas

Equivalência

preservação de medidas de áreas

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Superfície ou figura de referênciaesfera, elipsóide

Superfície de projeçãoplano, cone, cilindro, poliedro

Posição da superfície de projeçãonormal ou equatorial, oblíqua, transversa

Método de construçãoprojetivo, analítico, convencional

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(fonte: Johann Heinrich Lambert, 1772)

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Projeções planas ou azimutaisplano tangente ou secante

estereográfica polar, azimutal de Lambert

Projeções cônicascone tangente ou secante

cônica de Lambert, cônica de Albers

Projeções cilíndricascilindro tangente ou secante

UTM, Mercator, Miller

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Projeções conformes ou isogonaispreservam ângulos

UTM, Mercator, cônica conforme de Lambert

Projeções equivalentes ou isométricaspreservam áreas

cônica equivalente de Albers

Projeções equidistantespreservam distâncias ao longo de certas direções

cilíndrica equidistante

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Parâmetros das projeções

Figura de referência (elipsóide ou esfera)datum planimétrico

Paralelo padrão (latitude reduzida)deformações nulas … verdadeira grandeza

Longitude origem (meridiano central)posição do eixo Y das coordenadas planas

Latitude origemposição do eixo X das coordenadas planas

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Principais projeções no Brasil

UTM (“Universal Transverse Mercator”)cartas topográficas

Mercatorcartas náuticas

Cônica conforme de Lambertcartas ao milionésimo

cartas aeronáuticas

Policônicamapas temáticos

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Outras projeções importantes

Cilíndrica equidistantevisualização rápida de dados em SIG

mapas mundi

Estereográfica polarsubstitui a UTM nas regiões polares

Cônica conforme bipolar oblíquamapa político das Américas

Cônica equivalente de Alberscálculo de área em SIG

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Projeções cartográficasCilíndrica equidistante

paralelos e meridianos igualmente espaçados

x = R( - 0), y = R

coordenadas planas armazenadas em metros

dados matriciais com resolução em metros

LatLong ... geográfica projetadaparalelos e meridianos igualmente espaçados

x = ( - 0), y =

coordenadas planas armazenadas em graus

dados matriciais com resolução em graus

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Transformações geométricas

Importância em Geoinformática

relações entre os diversos sistemas de coordenadas

calibração de mesas digitalizadoras (“very old times”)

registro de imagens

Georreferenciamento de dados vetoriais

suporte geométrico básico às questões de modelagem

matemática em SIG

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identidade escalas

rotação

cisalhamento

quebra do paralelismo

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Ortogonal - 3 parâmetros1 rotação, 2 translações

Similaridade - 4 parâmetros1 rotação, 1 escala, 2 translações

Afim ortogonal - 5 parâmetros1 rotação, 2 escalas, 2 translações

Afinidade - 6 parâmetros1 rotação, 1 cisalhamento, 2 escalas, 2 translações

Polinomiais e projetivas - 6 parâmetros

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Transformações geométricas complexas só fazem sentido

quando cada um dos seus parâmetros desempenha um

certo papel em termos de modelagem.

Conhecer o que se pretende modelar é fundamental para

a escolha adequada de uma transformação geométrica.

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Integração com SR

Sensoriamento Remoto representa uma fonte única

de informação atualizada para um SIG.

A união da tecnologia e dos conceitos e teorias de

Sensoriamento Remoto e SIG tem possibilitado a

criação de sistemas de informação mais ricos e

sofisticados.

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Integração com SR

A não ser em atividades de caráter emergencial, o uso

de imagens de Sensoriamento Remoto requer

integração com outros tipos de dados.

A integração de imagens de satélite ou fotografias

digitais à base de dados de um SIG depende

fundamentalmente de uma etapa de correção

geométrica.

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Correção geométrica

Importância

eliminação de distorções sistemáticas

estudos multi-temporais

integração de dados em SIG

Requisitos

conhecimento das distorções existentes

escolha do modelo matemático adequado

avaliação e validação de resultados

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Fontes de distorções geométricas (MSS, TM, HRV,

AVHRR, WFI, CCD, HRC, ……)

rotação da Terra (skew)

distorções panorâmicas (compressão)

curvatura da Terra (compressão)

arrastamento da imagem durante uma varredura

variações de altitude, atitude e velocidade do satélite

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Transformação geométrica (T)

modelo fotogramétrico

modelo polinomial (registro de imagens)

Mapeamento inverso (T-1)

Reamostragem (interpolação)

vizinho mais próximo

bilinear

convolução cúbica

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Mapeamentos direto e inverso

C

T

T-1

X

Y

I

J

L

NC

XMIN XMAX

YMIN

YMAX

?

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Registro de imagens

Uma transformação geométrica simples tenta resolver

a questão de se vincular uma imagem ao sistema

de referência da base de dados do SIG.

Os parâmetros da transformação geométrica são

calculados a partir da medição das coordenadas de

pontos de controle.

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Registro de imagens

A escolha da transformação geométrica apropriada

depende basicamente do conhecimento que o

usuário tem sobre o nível de correção geométrica da

sua imagem.

A quantidade e a distribuição dos pontos de controle

sobre a imagem podem ser fatores preponderantes

para um bom registro.

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Registro de ImagensVantagens

Simplicidade de execução

Não requer conhecimento de parâmetros orbitais e do funcionamento de cada câmera

DesvantagensNão modela distorções de alta freqüência (relevo e variação do tempo útil de varredura)

Requer um número mínimo de pontos de controle bem distribuídos

Não envolve os conceitos físicos inerentes à aquisição das imagens

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Registro de Imagens

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