Conceitos Básicos

Conceitos Básicos de Geoprocessamento, SIG, Cartografia, GPS e Sensoriamento Remoto para Concursos

Patrícia Cayres Ramos Mascarenhas

O texto apresenta conceitos básicos de Geoprocessamento, Sistema de Informação Geográfica (SIG), Sensoriamento Remoto (SR), Cartografia e Sistama de Posicionamento Global (GPS) sem aprofundamento técnico com a finalidade de fomentar o conhecimento básico para alunos "concurseiros" em Geoprocessamento.

 

GEOPROCESSAMENTO:

Geoprocessamento é o conjunto de tecnologias votadas para aquisição, analise de dados e informações geoespaciais para aplicação em diversas áreas como: cartografia, sensoriamento remoto, meio ambiente, industria, planejamento urbano, transporte, energia e saúde.

Segundo Rodrigues (1993), Geoprocessamento é um conjunto de tecnologias de coleta, tratamento, manipulação e apresentação de informações espaciais voltado para um objetivo específico.

Para Câmara e Medeiros (1998), o geoprocessamento é uma disciplina do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento de informações geográficas.

Xavier da Silva e Zaidan (2004) afirmam que o geoprocessamento é um conjunto de técnicas computacionais que opera sobre bases de dados (que são registros de ocorrências) georreferenciados, para os transformar em informação (que é um acréscimo de conhecimento) relevante.

Rocha (2000) define geoprocessamento como uma tecnologia transdisciplinar, que através da localização e do processamento de dados geográficos, integra várias disciplinas, equipamentos, programas, processos, entidades, dados, metodologias e pessoas para coleta, tratamento, análise e apresentação de informações associadas a mapas digitais georreferenciados, e utiliza como principal ferramenta o Sistema de Informação Geográficas (SIG).

SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA:

Com avanço da tecnologia computacional foram desenvolvidos os Sistema de Informação Geográficas – SIG para atender as demandas da sociedade. O SIG utiliza técnicas computacionais para visualizar, editar, armazenar, analisar dados georreferenciados em formato vetorial e matricial que permite e facilita a análise, gestão ou representação do espaço e dos fenômenos que nele ocorrem.

Os dados de um SIG são oriundos de diversas fontes entre elas as mais impontantes são: os levantamentos cartográficos, dados de censo, cadastro urbano e rural, sensores dos satélites, Sistema de Posicionamento Global – GPS, levantamentos planialtimétrico, redes e modelos numéricos de terreno.

Os dados vetoriais podem se apresentar em vários formatos: DGN,DWG, DXF, DGN, shapefile, coverage ,geodatabase. Os vetores são a representação digital de objetos ou elementos do mundo real por meio de pontos, linhas e polígonos. Estas três entidades nunca ficam no mesmo layer, no caso dos programas de SIG, mas em programas baseados na tecnologia CAD (desenho auxiliado por computador) elas podem se apresentar em um mesmo nível, o que dificulta a transferência de dados editados em CAD para SIG.

O dados matriciais ou raster poder se apresentar nos formatos: IMG, TIFF,SID, JPEG, BMP, GRID, TIN. O modelo de dado matricial é formado por células regulares normalmente quadradas, mas podem ser rectangulares, triangulares ou hexagonais, cada célula possui um único valor. Quanto maior for a dimensão da célula menor será o detalhe na representação do espaço geográfico.

Hoje, existem uma grande quantidade de softwares na área de SIG, e cada programa possui maior ou menor capacidade na solução de determinados problemas. Existem programas especializados em trabalhar com dados raster e imagens, em recursos de edição vetorial, interação com banco de dados e disponibilização de informações geográficas para a sociedade na web. Por isso os analistas em geoprocessamento trabalham com vários programas para desenvolver seus projetos e os dados precisam intercambiar dentro dessa gama de programas. Este assunto tem mobilizado a comunidade técnica que tenta criar padrões para os dados. A Open Geospatial Consortium tem o objetivo de direcionar os desenvolvedores de software de SIG e Geoprocessamento adotarem padrões que garantam a interoperabilidade dos dados.

O SIG produz cartas imagens, mapas temáticos, analises de redes, modelos de erosão, distribuição de chuvas, analises de imagens de satélites para monitoramento ambiental como o DETER, PRODES e o BDQueimada do INPE, monitoramento dos biomas como o elaborado pelo IBAMA e analises climáticas como as do INPE e INMET.

O trabalho com SIG exige conhecimento básico em: Cartografia, Sensoriamento Remoto, e Sistema Global de Posicionamento – GPS.

CARTOGRAFIA:

O conceito de cartografia estabelecido em 1966 pela Associação Cartográfica Internacional (ACI) e ratificado pela UNESCO no mesmo ano é: “A Cartografia apresenta-se como o conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que, tendo por base os resultados de observações diretas ou de documentação, se voltam para a elaboração de mapas, cartas e outras formas de expressão ou representação de objetos, elementos, fenômenos e ambientes físicos e socieconômicos, bem como a sua utilização.”

Os mapas e cartas buscam representar estudos, analises e coletas de dados associada a superfície terrestre. É de longa data que os estudiosos buscam por modelos para representar a Terra. Pitágoras, em 528a.c., introduziu o conceito de forma esférica para o planeta. O matemático alemão Carl Friedrich Gauss (1777- 1855) introduziu o conceito de Geoide.

A geoide é o modelo físico da terra, onde a superfície gravitacional é considerada constante, muito semelhante ao nível médio do mar. Porém de difícil analise. Para facilitar os cálculos os estudos chegaram a uma figura geométrica chamada Elipse que ao girar em torno de seu eixo menor forma um volume, o Elipsoide de Revolução, achatado nos polos. O elipsoide é a superfície matemática utilizada nos cálculos de posicionamento e representação cartográfica. Cada país ou grupo de países adotou um elipsoide como referência para os trabalhos geodésicos e topográficos, que mais se aproximasse da geoide na região considerada.

Quando trabalhamos na construção de mapas e sistemas é necessário adequar a escala dos dados e o sistema de projeção.

No Brasil encontramos cartas com levantamentos no Datum córrego alegre, sad 69. O atual Datum oficial no país é o SIRGAS 2000.

Escala:

Escala é a relação entre a medida real de um objeto ou lugar e a medida de representação dele no papel, ou mapa.

Nos mapas e cartas temos a representação da escala nas formas:

Numérica: (1: 50.000) Esta o 1 representa a medida no papel e 50 mil a medida real, ambas estão representadas na mesma unidade de medida.

Gráfica: Esta funciona como uma régua

Projeções Cartográficas:

O problema básico das projeções cartográficas é a representação de uma superfície curva em um plano. Não existe nenhuma solução perfeita para o problema, ou seja, livre de deformações.

A construção de um sistema de projeção é escolhido de maneira que este venha satisfazer as finalidades impostas pela sua utilização, mantendo uma das propriedades espaciais: A manutenção da forma (conformidade); inalterabilidade das áreas (equivalência); relações entre as distâncias dos pontos representados e de seus correspondes (equidistância).

Classificação das Projeções Cartográficas:

Quanto ao método:

• Geométricas: obtidas pela interseção, sobre a superfície de projeção, do feixe de retas que passa por pontos da superfície de referência partindo de um centro perspectivo (ponto de vista).
• Analíticas: formulação matemática obtida com objetivo de obter características previamente estabelecidas.

Quanto a superfície de projeção:

• Planas: assumem três posições em relação a superfície de referência polar, equatorial e oblíqua (ou horizontal).
• Cônicas: a superfície de projeção é o cone, sua posição em relação à superfície de referência pode ser normal, transversal e oblíqua (ou horizontal).
• Cilíndricas: a superfície de projeção é o cilindro, sua posição em relação à superfície de referência pode ser equatorial, transversal e oblíqua (ou horizontal).
• Poli-superficiais: empregam mais de uma superfície de projeção do mesmo tipo para aumentar o contato com a superfície e diminuir as deformações (poliédricas, policônica, policilíndrica).
  
  
  
  Fonte: Lapig da UFG (http://www.lapig.iesa.ufg.br/lapig/cursos_online/gvsig/projees_cartogrficas.html)

Quanto às propriedades:

• Equidistantes: sem deformações lineares. A relação entre os comprimentos são conservadas.
• Conformes: todos os ângulos são preservados em torno de qualquer ponto. Não deformam pequenas regiões.
• Equivalentes: mantem a relação de área.
• Afiláticas: não apresentam nenhuma das propriedades anteriores.

Quanto ao tipo de contato entre as superfícies de projeção e referência:

• Tangentes: a superfície de projeção é tangente à de referência.
• Secante: a superfície de projeção secciona a superfície de referência.
  
  
  

SENSORIAMENTO REMOTO:

Sensoriamento Remoto é a utilização de sensores para a aquisição de informações sobre objetos ou fenômenos sem que haja contato direto entre eles, os sensores seriam os equipamentos capazes de coletar energia proveniente o objeto, convertê-la em sinal passível de ser registrado e apresentá-lo em forma adequada à extração de informações (NOVO , 1998)

A principal função dessa disciplina para um analista em SIG é a escolha do sensor adequado para o estudo que se deseja fazer. Um exemplo prático e ó LandSat e suas bandas 3,4 e 5 é muito usado para mapear áreas de solo exposto na Amazônia que indicam as prováveis áreas desflorestadas quando feito uma comparação de um ano para o outro.

O sensoriamento remoto estuda a reflectância de alvos por meio de um estudo detalhado das ondas eletromagnéticas. Existem sensores ativos e passivos. Os ativos emitem as ondas eletromagnéticas e captam o retorno dessas ondas após interação com os alvos um exemplo de sensor ativo é o Radar. Os passivos dependem de uma fonte de radiação externa para operar, elas detectam a radicação solar refletida ou a radiação emitida pelos objetos da superfície.

Os sensores passivos operam na região óptica de espectro eletromagnético podem ser classificados como : termais, e de energia solar refletida.

Os sistema sensores utilizados nos Sistemas de Informação Geográfica são os chamados sensores imageadores que fornecem como resultado uma imagem da superfície observada. Mas em estudos minuciosos sobre comportamento espectral dos objetos da superfície terrestre são utilizados os radiômetros que não geram imagens, geram dígitos e gráficos e são classificados como sensores não imageadores.

Outro dado importante para a escolha de um sensor em um trabalho é a resolução que é dividida em quatro parâmetros independentes: espacial, espectral, radiométrica e temporal.

A resolução espacial é definida pela capacidade do sistema sensor “enxergar” objetos na superfície terrestre. Quanto menor for objeto identificado, maior será a resolução espacial( NOVO, 1998).

A resolução espectral é inerente ao número de bandas espectrais de um sistema sensor e pela largura do intervalo de comprimento de onda eletromagnética coberto por cada banda (CROSTA, 1992). A resolução espectral será maior no sensor que tiver o maior número de bandas e menor a largura do intervalo de cada banda. O sensores hiperespectrais possuem maior resolução espectral quando comparados aos multiespectrais.

A resolução radiométrica estabelecida pelo número de níveis de digitais, representada pelo níveis de cinza na imagem para representar o objeto. Quanto maior o número de níveis maior será a resolução radiométrica. Se tentarmos forma uma imagem usando apenas o preto e o branco e outra utilizando 32 níveis entres o branco e o preto, o detalhamento será maior na ultima.

A resolução temporal é dada em função do tempo que o sensor leva para retornar ou mesmo ponto de imageamento. Quanto menor for esse tempo melhor será a resolução temporal.

Espectro Eletromagnético:

Intervalo Espectral	Comprimento de Onda
Raios cósmicos	0,01 A
Raios gama	0,01 -0,1 A
Raios X	0,1 – 1,0 A
Ultravioleta	3nm – 0,38μm
Visível	0,38 - 0,76μm
Infravermelho próximo	0,76 – 1,2μm
Infravermelho de ondas curtas	1,2 – 3,0μm
Infravermelho médio	3,0 – 5,0μm
Infravermelho termal	5,0μm - 1mm
Microondas	1mm -100cm
Rádio	1m - 10km
Áudio	10 – 100 km
Corrente alternada	> 100 km
Obs.: Aº = 10-10m; nm = 10 -9 m; e μm=10 -6 m

 A radiação eletromagnética compreendida em cada um dos intervalos espectrais interagem com intensidades diferentes com os objetos terrestres e exige para sua detecção sensores com algumas características.

SISTEMA DE POSICIONAMENTO GLOBAL - GPS:

Foi iniciado em 1978 o rastreamento dos primeiros satélites NAVSTAR, dano origem ao que hoje é conhecido como GPS. No inicio utilizado apenas por militares americanos, mas apartir da segunda metade da década de 80 foi também aberto ao uso civil.

O Sistema subdivide-se em três segmentos:

Segmento Espacial: Formado por uma constelação de 24 satélites ativos de tal forma que em qualquer parte do globo terrestre existam ao menos 4 satélites visíveis em relação ao horizonte 24 horas por dia.

Segmento de Controle: Compreende o Sistema de Controle Operacional da Constelação. Consiste em uma estação de controle mestra, estações de monitoramento mundial e estações de controle de campo.

A estação mestra localiza-se na base FALCON da USAF em Colorado Springs no Colorado/EUA. Ela monitora os satélites e reúne os dados das estações de monitoramento e de campo, processando-os e gerando os dados que efetivamente serão transmitidos aos satélites.

As estações de monitoramento rastreiam continuamente todos os satélites da constelação calculando suas posições a cada 1,5 segundos. Modelam os erros de refração e calculam suas correções, transmitidas aos satélites e através destes para os receptores de todo o mundo.

As estações de campo são formadas por uma rede de antenas de rastreamento dos satélites. Ajustam os tempos de passagem dos satélites, sincronizando-os com o tempo da estação mestra.

Segmento do Usuário: Este segmento é formado pela comunidade usuária dos receptores GPS. Estes recebem os dados da constelação e geram a localização do receptor. 

REFERÊNCIAS:

CÂMARA, G.; MEDEIROS, J. S. Geoprocessamento para Projetos Ambientais. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE, São José dos Campos, 1996.

CROSTA, A.P. Processamento digital de imagens de sensoriamento remoto. IG. UNICAMP. Campinas, 1992.

DUARTE, P.A. Fundamentos de Cartografia. 3ª edição. Ed. Da UFSC. Florianópolis, 2006.

IBGE. Noções Básicas de Cartografia. Manuais Técnicos : Número 8. Rio de Janeiro, 1999.

RAMOS, P. C. Mapeamento das Áreas Indicativas de Degradação na APA da Bacia do Rio São Bartolomeu – DF. Utilizando Técnicas de Geoprocessamento. Dissertação de Mestrado. FT, UnB, Brasília, 2002.

ROCHA, C. H. B. Geoprocessamento Tecnologia Transdisciplinar. Juiz de Fora, Edição do Autor, 220p. 2000.

RODRIGUES, M. Geoprocessamento: um retrato atual. Revista Fator GIS. Curitiba, 1993.

XAVIER-DA-SILVA, J.; ZAIDAN, R. T. Geoprocessamento e Análise Ambiental: Aplicações. Rio de Janeiro, 2004.

MENESES, P.R. Fundamentos de Sensoriamento Remoto. Textos Universitários, UnB.

MORAES NOVO, E.M.L. Sensoriamento Remoto Princípios e Aplicações. 2ª edição. Ed. Edgard Blucher, 1998.