ser – 300 fundamentos de cartografia para geoinformática julio c l dalge
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SER – 300
Fundamentos de Cartografia para Geoinformática
Julio C L Dalge
SER – 300
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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Conceitos de Geodésia
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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Conceitos de Geodésia
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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Conceitos de Geodésia
DATUM GLOBAL (WGS-84)GEOCÊNTRICO
DATUM LOCAL (SAD-69)NÃO GEOCÊNTRICO
REGIÃOMAPEADA
TERRA TERRA
ELIPSÓIDE ELIPSÓIDE
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Conceitos de Geodésia
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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Conceitos de Geodésia
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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Conceitos de Geodésia
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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Conceitos de Geodésia
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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Conceitos de Geodésia
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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Conceitos de Geodésia
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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Sistemas de coordenadas
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Sistemas de coordenadas
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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Sistemas de coordenadas
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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Projeções cartográficas
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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Projeções cartográficas
(fonte: Johann Heinrich Lambert, 1772)
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Projeções cartográficas
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 cartográficas
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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Transformações geométricas
identidade escalas
rotação
cisalhamento
quebra do paralelismo
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Transformações geométricas
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
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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Correção geométrica
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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Correção geométrica
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