dados geográficos - deinf/ufma - departamento de ...geraldo/parfor/2.dadosgeograficos.pdf · base...
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ROTEIRO
1. Dado Espacial2. Dado Geográfico
Representação Níveis de abstração Escala Níveis de medida Posição Tipos e suas Representações
3. Tipos de Dados Geográficos Temáticos Cadastrais Redes Modelos de Terreno Imagens
4. Representação de Dados Geográficos Primitivas Modelos de Dados
Tipos x Representação Matricial Vetorial Conversão entre
Modelos Comparação entre
modelos Outros Modelos
MNT Tempo
5. Mapas
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Dados Espaciais
• Dados são observações que fazemos quando monitoramos o mundo real
• Dados são coletados como fatos que viram informação
• Dados tornam-se informação quando colocamos um contexto,
• Exemplo: numa imagem de satélite precisamos saber a semântica dos dados, escala ou medida de unidade
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Dado Espacial e Geográfico
• Dado espacial:
– Qualquer tipo de dados que descreve fenômenos aos
quais esteja associada alguma dimensão espacial.
• Dados geo-referenciados ou geográficos:
– descrevem fatos, objetos e fenômenos associados à
sua localização sobre a superfície terrestre, num
certo instante ou período de tempo.
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Dados Espaciais
Três dimensões: temporal: registra quando aconteceu
Ex.: 14 de fevereiro de 1995
temático: registra o quê aconteceu
Ex.: acidente de vazamento de petróleo
espacial: registra onde aconteceu
Ex. Bacia de Campos – RJ
Ex. Mapa do Metrô de Londres: http://www.tfl.co.uk/tube
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Dados Geográficos
Dados geográficos ligam local, tempo e atributos Local Características espaciais, informando a localização espacial do
fenômeno, i.e. seu geo-referenciamento Base para a habilidade de mapear coisas, ligar diferentes tipos de
informações associadas ao mesmo lugar, medir distâncias e áreas
Tempo (elemento opcional) Essencial para representar aspectos da superfície terrestre que se
modificam Identifica quando dados foram coletados e sua validade
Atributos Se referem à informação descritiva. Atributos físicos ou ambientais,
sociais, econômicos. Características não-espaciais, descrevendo o fenômeno em estudo
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Representação
mapas em papel, relatórios escritos porexploradores, relatos verbais
Representação digital usa dispositivos digitais para representar qualquer info.
fácil de copiar, de transimitir, armazenar em pequenosespaços e com maior resistência a deterioração
fácil de transformar, analisar e processar
coisas possíveis de fazer: medir com facilidade e precisão
sobrepor informações e combiná-las
mudar a escala: ampliação, deslocamento
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Problemas com representação
• o quê e como representar ?
• precisão: define o que incluir e o que desprezar
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• quanto mais de
perto observamos
o mundo mais
detalhes vemos
Mundo real -> GIS
• Etapas cruciais em implementação de GIS
– Conceituação do espaço geográfico
– Transferência da conceituação do E.G.para o computador
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Mundo real -> GIS
• modelos usados p/ representar o mundo real.
– simplificam o mundo definindo somente aspectos importantes para a aplicação
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Diferentes representações
• Objetos reais– objetos do mundo real
– e.g. Uma casa
• Objetos do mapa
– representação do objeto em um mapa
– e.g. um pequeno retângulo
• Objeto representado– representação da posição e do desenho a ser
utilizado para a casa
– com um atributo “Casa”
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Pontos chave para GIS
• todos os dados devem estar na mesma projeção ou em coordenadas geográficas ( com o mesmo datum)
• todos os dados devem usar as mesmas unidades para coordenadas
– graus, metros, pés…
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PORQUÊ MAPAS?
• O espaço geográfico é muito grande quando comparado a outros espaços (ex. Um carro)
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Mapas - Definições
• São abstrações simplificadas ou modelos da realidade, no qual o espaço geográfico é representado pelo mapa.
• São métodos tradicionais de armazenamento, análise e apresentação de dados espaciais
• São as formas que usamos para representar a forma que pensamos o espaço em duas dimensões.
• Um mapa é uma representação e projeção reduzida e simplificada de (partes de) superfície da terra num plano.
• Uma ferramenta para descrever informação geográfica de forma visual, digital ou tátil.
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MAPAS
• O layout espacial de um mapa permite os usuários ver:– Padrões espaciais
– Relacionamentos espaciais
– Tendências espaciais
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MAPAS: REPRESENTAÇÕES ABSTRATAS DA REALIDADE
• Simplificada – Nem todos objetos da
imagem são representadas
• Classificada:– Objetos são
classificados em ruas, casas,etc.
• Simbolizada:– Objetos são
representados por linhas, áreas e pontos.
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Papel dos mapas
• Prover informações sobre dados geográficos suportando:
– Exploração visual de dados desconhecidos
– Análise de dados
– Apresentação (map output)
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Mapas
• Podem ser classificados como
– temático• mostram dados relativos a uma tema particular
• Ex.: solo, geologia, uso da terra, população, transporte
– topográfico• contêm um conjunto de dados diversos em diferentes temas.
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MAPAS
• Mapas têm uma orientação (por default o Norte).
• Utiliza-se da rosa dos ventos para indicar esta orientação
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Mapas
• Uma outra forma de orientação se dá através de rumos e azimutes de um alinhamento:
– O Azimute de um alinhamento é o menor ângulo no sentido horário entre a linha Norte-Sul e um alinhamento qualquer (entre 0 e 360)
– O Rumo é o menor ângulo entre a linha Norte-Sul e um alinhamento qualquer (0 a 90).
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Processo de Geração de Mapas
– Estabelecer o propósito do mapa
– Definir a escala que será usada
– Selecionar as feições (entidades espaciais) do mundo real que serão colocadas no mapa
– Escolher um método para a representação destas feições (pontos, linhas, áreas)
– Generalizar estas feições para representação em 2-D
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Processo de Geração de Mapas
– Adotar uma projeção de mapa para colocar as feições no plano.
– Aplicar um sistema de referência espacial para localizar as feições com relação as outras
– Anotar o mapa com chaves, legendas e texto para facilitar o uso do mapa
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Escala
• Virtualmente todas as fontes de dados espaciais são menores do que a realidade que elas representam
• A escala indica quão menor que a realidade é em um mapa
– é a razão entre a distância do mapa e a correspondente distância na terra.
• Também pode ser definida para o dado
– Escala do mapa
– Escala do dado
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Escala
• Escala
– relação entre a dimensão real do dado e a do objeto que o representa
• Pode ser expressa de três formas:
– um quociente (1:5000; 1:5.000.000)
– verbalmente (1 cm representa 50m)
– graficamente (ícones usados em mapas)
• Terminologia
– escala pequena (1:250000, 1:1000000) cobre grandes áreas
– escala grande (1:10.000, 1:25.000) cobrem áreas pequenas com muito detalhes
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ESCALA
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A função da linha de escala (escala gráfica) é converter graficamente medidas do mapa em medidas na terra!
Efeito da Escala
• Dados podem ser generalizados para uma escala menor, mas detalhes não podem ser criados
• Se a escala do mapa diminui:(1:15 mil para 1:100 mil) o tamanho dos objetos representados diminui e pode ocorrer:
– alguns objetos somem. • e.g. casas, lagos, etc. podem virar um ponto e serem eliminados;
– objetos mudam de áreas para linhas ou pontos.
– objetos mudam de forma, são simplificados;
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Generalização
• Dados espaciais são uma generalização ou especialização das feições do mundo real
• Dependendo da escala generalização é necessária para mostrar as feições que podem aparecer naquela escala
• Em outros casos, generalização é usada para melhorar a qualidade de uma imagem
• A idéia básica é representar as feições mantendo a claridade.
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Generalização: procedimentos
• Seleção
– seleção das feições para generalização.
• Simplificação
– simplificar a feição
• Relocar
– relocar feições que estão sobrepostas ou contíguas
• Suavização
– acabamento na feição para uma melhor apresentação
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Níveis de medida de Dados espaciais
• Atributos (de dados geográficos) – qualquer informação não-espacial que
descreve o objeto real
– Objeto: Árvore
– Atributos: coqueiro, 2 m, 5 anos
• Sistemas de medidas e de referências?
• Níveis de mensuração
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Níveis de Mensuração
1. Nominal– dados qualitativos, para diferenciação entre objetos
– Exemplos: classes de solo, rocha, cobertura vegetal.
2. Ordinal– dados qualitativos ordenados; valores ou nomes para
amostras, com um conjunto ordenado de classes
– baseado em critérios (maior do que, menor do que),
( 1 = baixo, 2 = médio, 3 = alto)
• Valores temáticos:– a cada medida é atribuído um número ou nome
associando a observação a um tema ou classe.
– não determinam magnitude.
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Níveis de Mensuração
1. Intervalo – o ponto de referência é definido de forma arbitrária,
permitindo a atribuição de valores negativos, e positivos [-�,0,+�], para as amostras
– Exemplo: lat/long
2. Razão • o ponto de referência zero não é arbitrário, mas
determinado por alguma condição natural. E.g. temperatura, a condição natural é o ponto de repouso dos átomos da matéria
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Posição Espacial e Referência
• para localizar entidades é necessário um sistema de referência.
• Sist. de Referência permite:
– localização de entidades
– estabelece um relacionamento fixo com o mundo
• Sist. de Referência básico:
– GRID ESFÉRICO• longitude (mede distâncias no sentido leste-oeste)
• latitude (mede distância norte-sul)
• medidas em graus
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DADOS GEOGRÁFICOS
Mundo Real
• Tipos– Temáticos
– Cadastrais
– Rede
– Modelos Numéricos de terreno
– Imagens
Representação
• Modelos de Dados
– Vetorial
– Matricial
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Dados Temáticos
• Descrevem a distribuição espacial de uma grandeza geográfica
• E.g.: pedologia e aptidão agrícola
• Obtidos a partir de levantamento de campo
• Inseridos por digitalização por classificação de imagens.
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Dados Cadastrais
• cada elemento é um objeto geográfico que possui atributos e pode estar associado a várias representações gráficas.
• Ex: lotes de uma cidade – atributos: dono, localização, valor venal, IPTU devido
– representações gráficas diferentes em mapas de escalas distintas.
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Redes
• informações associadas a:
– Serviços de utilidade pública, como água, luz e telefone;
– Redes de drenagem (bacias hidrográficas);
– Rodovias.
• Cada objeto geográfico possui uma localização geográfica exata e está sempre associado a atributos
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Redes
• informações representadas em um grafo -topologia arco-nó
– atributos de arcos -> sentido de fluxo
– atributos dos nós -> sua impedância (custo de percorrimento)
• Topologia armazena informações sobre recursos que fluem entre localizações geográficas distintas.
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Parênteses
• Topologia:
– (estudo de) propriedades espacialmente invariantes de
linhas e áreas tais como adjacência, contiguidade e
conectividade
– (estudo de) propriedades das formas geométricas que se
mantém invariante sobre certas transformações
– EX: um retângulo e um losango são topologicamente
similares
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Redes
• Exemplo:
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A topologicallyaccurate map:relationshipsbetween subwaystations areaccurately shown.
Mapa representando relacionamentos entreestações de metrô
Modelos Numéricos de Terreno
• representação quantitativa de uma grandeza que varia continuamente no espaço.
• Usos:– representação de altimetria (mapas topográficos);
– análises corte-aterro para projeto de estradas e barragens;
– geração de mapas de declividade e exposição (geomorfologia e erodibilidade);
– Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas;
– Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis).
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Imagens
• forma de captura indireta de informação espacial.
• cada pixel tem valor proporcional à energia eletromagnética refletida ou emitida pela área da superfície terrestre correspondente
• técnicas de fotointerpretação e de classificação para individualizar objetos geográficos.
• Características : – resolução espectral
– resolução espacial
– resolução radiométrica
– resolução temporal).59
Imagens
• Imagem com
pseudo
coloração
• Bandas:
– 3 (Azul)
– 4 (Verde)
– 5 (Vermelha)
• TM-Landsat,
região de
Manaus (AM).60
Códigos Postais
• Introduzidos no Canadá- século 20 – para simplificar a classificação das correspondências
– 3 primeiros caracteres – Forward Sort Area
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Forward Sortation Areas (FSAs) Região de Toronto. FSAs formam os primeiros três Caracteres do CEP
Sistemas Lineares de Referência
• Definem posição em uma rede medindo a distância linear a partir de ponto de referência
• Em geral associado ao endereçamento postal
• Usado em aplicações baseadas em redes lineares:– estradas
– linhas de transmissão
– canais
– dutos
• Útéis para a localização de pontos específicos
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Modelos da Terra e Datums
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• Datum – Base para a definição precisa de posições sobre a superfície no contexto
de um elipsóide de referência.
Datum
• Exemplos:– WGS84 (The world geodetic system of 1984)
– North American Datum NAD27 e NAD83.
– South American Datum SAD-69• atual datum planimétrico brasileiro
• 6.378.160m de raio equatorial
• 1/298,25 de achatamento
– Córrego Alegre• antigo datum planimétrico brasileiro
• 6.378.388m de raio equatorial
• 1/297 de achatamento
– Na prática ambos são atuais e utilizados!
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Coordenadas Geográficas
• Sistema latitude/longitude
– latitude: de 90 graus sul a 90 graus norte
– longitude: 180 graus oeste a 180 graus leste.
• Paralelos : uma linha com latitude constante indo de leste para oeste.
• Meridianos: uma linha com longitude constante indo do polo norte ao polo sul.
• Meridiano de longitude zero: passa em Greenwich, Inglaterra.
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Projeções
• Globos são bons mas:– não são portáteis
– são caros
– difíceis de usar para navegação
– formas são corretas somente próximo ao olho
– não cabem na tela de um GIS
• Solução– Mapas planos
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Projeções
• Transformação do elipsóide ou esfera de referência em um mapa 2D
• Podem ser em superfícies planas ou em superfícies quádricas, e.g. cilindro ou cone.
• Apresentam linhas sem distorções
– secante• linha secante não apresenta distorção
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Projeções
• Podem ser baseadas em eixos – paralelos aos eixos de rotação da terra (equatorial)
– 90 graus com eixos paralelos (transversa)
– outro ângulo (obliqua).
• Tipos:
– Conforme – preserva a forma das áreas
– Área equivalente – preserva as áreas
– Equidistante – preserva distâncias
– Direção correta (azimuthal) –direções corretas
• Não há projeção plana que seja conforme e área equivalente simultaneamente.
• Mapas em GIS devem estar na mesma projeção para podermos comparar.
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Tipos de Projeção
• Superfície ou figura de referência
– esfera, elipsóide
• Superfície de projeção
– plano, cone, cilindro, poliedro
• Posição da superfície de projeção
– normal ou equatorial, oblíqua, transversa
• Método de construção
– projetivo, analítico, convencional
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Tipos de Projeção
• Projeções planas ou azimutais
– plano tangente ou secante
– Ex: estereográfica polar, azimutal de Lambert
• Projeções cônicas
– cone tangente ou secante
– Ex: cônica de Lambert, cônica de Albers
• Projeções cilíndricas
– cilindro tangente ou secante
– Ex: UTM, Mercator, Miller
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Projeções Cônicas
•Albers Equal Area
–Áreas proporcionais às
da terra
–Distorção mínima entre
paralelos padrão
–Bom para áreas grandes
na direção leste-oeste
–Bom para baixas
latitudes média
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Projeções Cilíndricas
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–Distorção mínima próximo ao meridiano
central
–Bom para áreas se estendendo na direção N-S
–Conforme, boa para navegação (como a normal
de Mercator)
Parâmetros de projeção
• Informação especificada de modo a definir a projeção do mapa.
• Definida no GIS para adequar a projeção para a área de interesse.
• Details of– paralelo padrão
– Meridiano central
– Leste e norte falso
– Etc.
• Nomenclatura varia de acordo com o GIS
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Principais projeções no Brasil
• UTM (Universal Transverse Mercator)– cartas topográficas
• Mercator– cartas náuticas
• Cônica conforme de Lambert– cartas ao milionésimo
– cartas aeronáuticas
• Policônica– mapas temáticos
– mapas políticos
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Outras projeções importantes
• Cilíndrica equidistante
– apresentação de dados em SIG
– mapas mundi
• Estereográfica polar
– substitui a UTM nas regiões polares
• Cônica conforme bipolar oblíqua
– mapa político das Américas
• Cônica equivalente de Albers
– cálculo de área em SIG
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Sistemas de Coordenadas
• Método padrão para associar códigos a posições de modo a localiza-las.
• Sistemas de coordenadas padrão usam posições absolutas
• Sistemas de Coordenadas:
– UTM
– State Plane Coordinate Systems
– Public Land Survey System
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Consulta Textual
123
Marcam quais são os objetos
que serão destacados no mapa
Resultado da consulta no mapa
Referências
• DRUCK, S. et. al. Análise espacial de dados geográficos. Planaltina, DF: Embrapa Cerrados, 2004.
• FLORENZANO, T. G. Imagens de satélite para estudos ambientais. São Paulo: Oficina de Textos, 2002.
• MOREIRA, M. A. Fundamentos do Sensoriamento Remoto e Metodologias de Aplicação. UFV, 2003.
• NOVO, E. M. L. M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. São Paulo: Edgard Blücher, 1989. 308p.