Conceitos Básicos de SIG e Modelos da Terra

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Conceitos básicos de SIG
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21
Nosso
cenário
Geomorfologia
É um ramo da Geografia que estuda
as  formas da superfície  terrestre.
Para isso, tende a identificar,
descrever e analisar tais formas,
entendidas aqui como relevos, assim
como todos seus aspectos
genéticos, cronológicos,
morfológicos, morfométricos e
dinâmicos, tanto pretéritos como
atuais e naturais ou antropogênico. 
O termo vem do  grego: geos  (Terra),
morfé  (forma) e logos  (estudo,
conhecimento).
A necessidade de construir modelos
Tabula Peutingeriana - cópia do século XVI de mapas da rede rodoviária romana que datam do século IV
A necessidade de construir modelos
Foto e localização do professor Daniel na
Via Appia Antica (2017)
A necessidade de construir modelos
ORBIS - Modelo de rede geoespacial de Stanford do mundo romano (https://orbis.stanford.edu/)
TERRAPLANISTA ESFÉRICA
Que modelo utilizar para representar a Terra?
TERRA TOROIDAL
"formato de rosquinha"
Que modelo utilizar para representar a Terra?
DESDE QUANDO A CIVILIZAÇÃO
HUMANA RECONHECE O MODELO
"ESFÉRICO"?
( ) 200 a.C.
( ) 1492 d.C.
( ) 1789 d.C.
( ) 2007 d.C.
( ) N.R.A.
( ) 200 a.C.
( ) 1492 d.C.
( ) 1789 d.C.
( ) 2007 d.C.
( ) N.R.A.
DESDE QUANDO A CIVILIZAÇÃO
HUMANA RECONHECE O MODELO
"ESFÉRICO"?
O experimento de Eratóstenes
https://www.youtube.com/watch?v=fu9Z7YuXLVE&t=13s
GEOIDE ELIPSOIDE
Que modelo utilizar para representar a Terra?
Que modelo utilizar para representar a Terra?
a superfície física terrestre: é uma superfície extremamente difícil de se modelar
matematicamente, pois ela possui uma quantidade infinita de reentrâncias e saliências e
um modelo matemático para modelar esta superfície é atualmente inconcebível.
o geóide: é uma superfície que possui uma propriedade especial. No geóide o valor da
aceleração da gravidade é igual em todos os pontos (o que não acontece na superfície
física). Porém o geóide é tão difícil de modelar geometricamente quanto a superfície física
terrestre, pois também possui uma quantidade infinita de reentrâncias e saliências.
o elipsóide: foi a única maneira de se representar geometricamente a Terra. Ele é uma
figura geométrica tridimensional que é definido por um semi-eixo maior (a) e um semi-eixo
menor (b), os geodesistas definem o elipsóide pelo semi-eixo maior (a) e o achatamento f.
A geodésia, é uma ciência que se dedica ao estudo das formas e das dimensões da Terra. Para
fazer isto, a geodésia divide a Terra em três superfícies:
Sistemas de
Coordenadas
Geográficas
Latitude
Longitude
Veja mais em:
https://www.youtube.com/
watch?v=ibE2S8OkNJ8
Sistemas de
Coordenadas
Geográficas
Latitude
Longitude
Foto e localização do professor Daniel no Meridiano 0° (2019)
Sistemas de
Coordenadas
Geográficas
Latitude
Longitude
O sistema de coordenadas geográficas utiliza um
par de ângulos (latitude e longitude – lat lng ou φ,
λ) para determinar um ponto na superfície
esférica da Terra. 
Projetos e obras de engenharia usualmente
utilizam sistemas cartesianos de projeção. Para
tanto, é necessário realizar a projeção
(planificação) da área de estudo.
Sistemas de Projeção
Diferentes projeções cartográficas foram desenvolvidas para permitir a
representação da esfericidade terrestre num plano (mapas e cartas), cada uma
priorizando determinado aspecto da representação (dimen são, forma, etc.).
Projeção CilíndricaProjeção PlanaProjeção Cônica
Sistemas de Projeção
MERCATOR
PETER
CILÍNDRICAS:
A projeção de Mercator é um tipo de projeção
cilíndrica do globo terrestre. Nessa projeção,
os meridianos são planificados na forma de
linhas retas paralelas verticais que são
horizontalmente equidistantes, ao passo que
os paralelos são planificados na forma de
linhas retas paralelas horizontais, de modo
que a distância vertical entre dois paralelos
sucessivos é tanto menor quanto mais
próximos esses paralelos estiverem da linha
do equador.
Projeção de Mercator
Essa projeção foi pela
primeira vez apresentada
em 1569, pelo cosmógrafo
e cartógrafo flamengo
Gerhard Kramer (em
latim: Gerardus Mercator)
através de um grande
planisfério que media 250
cm x 128 cm e era
constituído por dezoito
folhas xilografadas
separadamente.
Projeção de Mercator
Deformações
https://thetruesize.com/#?borders=1~!MTcwMjE4Njg.MTA1NDYyMw*MzYwMDAwMDA(MA
https://thetruesize.com/#?borders=1~!MTcyODI4ODQ.MTQzNjYxMQ*MzYwMDAwMDA(MA~!GL*OTgwNzI1Nw.MzIzMTUzNjA)MA
UTM
Sistema
Universal
Transverso
de Mercator
Sistema Universal Transverso de Mercator - UTM
O mundo é dividido em 60 fusos de 6º de longitude.
Os fusos são numerados de 1 a 60. Começando no fuso 180º a 174º W e
continuando para Leste.
Cada fuso, na linha do equador, apresenta, aproximadamente, 670 km de
extensão leste-oeste.
Zonas UTM
Europa
Zonas UTM
Brasil
Zonas UTM
Brasil
A planificação para coordenadas UTM no
Brasil já utilizou como Datums o Córrego
Alegre (entre as décadas de 50 e 70) e o
SAD69 (adotado como sistema de referência
oficial na década de 70). 
O Datum SIRGAS 2000 passou a ser adotado
como novo SGR (Sistema Geodésico de
Referência) para o Sistema Geodésico
Brasileiro (SGB) e para o Sistema Cartográfico
Nacional (SCN) a partir da Resolução do IBGE
Nº 1/2005 de 25/02/2005.
Zonas UTM
Brasil
 
 
 
Resolução
Zonas UTM
Brasil
 
 
 
Estações de
referência
Zonas UTM
Brasil
Para efeitos práticos de cartografia, o
SIRGAS 2000 possui características muito
próximas ao WGS84 (World Geodetic
System), em sua versão G1150, adotado
pelos sistemas GPS (Sistema de
Posicionamento Global), amplamente
utilizado em celulares e nas bases de dados
dos principais provedores de conteúdos
com informações georreferenciadas.
Zonas UTM
Brasil
Erro de Datum
A planificação em coordenadas UTM está sujeita a distorções, visto que as zonas
UTM de 6°(arco de fuso) são projetadas, resultando em uma redução no meridiano
central e em uma ampliação nos meridianos limites.
Uma alternativa para minimizar tais distorções decorre da utilização da planificação
em coordenadas Regionais (RTM) ou Locais (LTM). 
No Quadro é possível observar as principais diferenças entre os fatores de escala no
meridiano central – MC (K0) e nos meridianos limites (Kmáximo) para diferentes
projeções e as coordenadas X (Falso Leste) e Y (Falso Norte) de origem.
UTM x RTM x LTM
QUAL A MEDIDA APROXIMADA
DO MERIDIANO TERRESTRE?
( ) 3.500 km
( ) 12.742 km
( ) 40.000 km
( ) 139.820 km
( ) N.R.A.
QUAL A MEDIDA APROXIMADA
DO MERIDIANO TERRESTRE?
( ) 3.500 km
( ) 12.742 km
( ) 40.000 km
( ) 139.820 km
( ) N.R.A.
A origem da unidade metro
A ideia de um sistema de medidas unificado foi implementada
pela primeira vez na França, na época da Revolução
Francesa.
O Governo Francês fez um pedido à Academia Francesa de
Ciências para que criasse um sistema de medidas baseadas
em uma constante não arbitrária.
...ficou definido que a unidade de comprimento metro deveria
corresponder a uma determinada fração da circunferência
da Terra e correspondente também a um intervalo de graus
do meridiano terrestre.
A medida definida por convenção, com base nas dimensões
da Terra, equivale à décima milionésima parte do
quadrante de um meridiano terrestre.
Estudos e
Projetos
antes da
era digital
http://coral.ufsm.br/cartografia/index.php?option=com_content&view=article&id=1&Itemid=47
Estudos e
Projetos
antes da
era digital
Sistema de
Informação
Geográfica
SIG ou GIS
Sistema de Informação Geográfica (SIG
ou GIS - Geographic Information System,
do acrônimo inglês) é um sistema de
hardware, software, informação espacial,
procedimentos computacionais e recursos
humanos que permite e facilita a análise,
gestão ou representação do espaço e dos
fenômenos que nele ocorrem.
Sistema de
Informação
Geográfica
O software QGIS é um software SIG de
código aberto com uma comunidade
expressiva e atuante. O acesso, para
download, do software em português, está
indicado abaixo.
https://www.qgis.org/pt_BR/site/forusers/
download.htmlA versão utilizada nesta edição é a 3.10.
https://www.qgis.org/pt_BR/site/forusers/download.html
Sistema de Informação Geográfica - QGIS
Sistema de
Informação
Geográfica relevo (Modelo Digital de Elevação -
MDE);
imagens de satélite;
cadastro (sistema viário, edificações,
vegetação, hidrografia, etc.)
Bases de dados para construção do cenário
de estudo:
Sistema de Informação Geográfica
Relevo Imagens de Satélite Cadastro
Sistema de Informação Geográfica
Relevo (Modelo Digital de Elevação - MDE) 
GeoTIFF é um padrão de metadados de Domínio Público o qual
permite embutir informações das coordenadas geográficas em um
arquivo TIFF. A informação adicional potencial inclui projeções
cartográficas, sistema de coordenadas, elipsoides, data, e tudo
mais necessário para estabelecer a referência espacial exata no
arquivo. 
O formato GeoTIFF é totalmente compatível com TIFF 6.0, assim o
software incapaz da leitura e de interpretar os metadados
especializados ainda assim abre um arquivo de GeoTIFF.
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SRTM
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TOPODATA
Existem diversas bases de dados GeoTIFF gratuitas para
construções de MDE. Destacam-se:
MDE-Modelo Digital de Elevação
Introdução
SRTM
Missão Topográfica 
Radar Shuttle
A Missão Topográfica Radar Shuttle (acrônimo em inglês SRTM) foi uma
missão espacial para obter um modelo digital do terreno da zona da Terra
entre 56 °S e 60 °N, de modo a gerar uma base completa de cartas
topográficas digitais terrestre de alta resolução.
Os modelos altimétricos estão divididos por zonas de 1° de latitude por 1°
de longitude, denominados de acordo com os seus cantos sudoeste. A
resolução espacial das células nos dados fonte é de 1 arco segundo (1"),
e até 2014 estava acessível nesta resolução apenas para os Estados
Unidos da América. A partir de 2014, o presidente americano Barack
Obama anunciou a disponibilização dos dados para outras partes do
mundo.
Podem ser acessados gratuitamente pela internet, através do
EarthExplorer (https://earthexplorer.usgs.gov/).
Uma vez tendo feito o cadastro e login no site é possível obter os dados de
relevo a partir do download do(s) arquivo(s) GeoTIFF.M
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1 Definir área de interesse:
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2 Definir quais dados deseja-se obter:
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3 Identificar o resultado obtido:
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4 Realizar o download do(s) arquivo(s):
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Radiômetro de Emissão
Térmica e Reflexão
Avançado
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A primeira versão do ASTER GDEM (Global Digital Elevation Model Version
3), lançada em junho de 2009, foi gerada usando imagens de par estéreo
coletadas pelo ASTER.  A cobertura do ASTER GDEM vai de 83 graus de
latitude norte a 83 graus ao sul, abrangendo 99 por cento da massa de
terra da Terra.
O ASTER GDEM V3 mantém o formato GeoTIFF e a mesma grade e
estrutura de ladrilho que V1 e V2, com pontos de 30 metros e ladrilhos de
1 x 1 grau.
Podem ser acessados gratuitamente pela internet, através do link:
https://search.earthdata.nasa.gov/search/granules?p=C1575726572-
LPDAAC_ECS&q=astgtm&tl=1558347710!4!!
Uma vez tendo feito o cadastro e login no site é possível obter os dados de
relevo a partir do download do(s) arquivo(s) GeoTIFF.
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Passo a passo: login, seleção, download.
TOPODATA
Banco de Dados
Geomorfométricos do Brasil
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O projeto Topodata oferece o Modelo Digital de Elevação (MDE) e suas
derivações locais básicas em cobertura nacional, elaborados a partir dos
dados SRTM disponibilizados pelo USGS, na rede mundial de computadores
(degradado para 90 metros). Topodata foi lançado em agosto de 2008.
Os dados estão todos estruturados em quadrículas de 1° de latitude por 1,5°
de longitude. Na versão atual, os arquivos estão nomeados seguindo-se uma
única notação para cada conjunto de uma mesma folha. As folhas estão
identificadas seguindo o prefixo de 6 letras LAHLON, em que LA é a latitude
do canto superior esquerdo da quadrícula, H refere-se ao hemisfério desta
posição (S, Sul, ou N, Norte) e LON sua longitude, na seguinte notação: nn5
quando longitude for nn graus e 30’ e nn_ quando a coordenada for nn graus
inteiros. 
Podem ser acessados gratuitamente pela internet, através do link:
http://www.webmapit.com.br/inpe/topodata/
Não há necessidade de cadastro e login.
É possível obter os dados de relevo a partir do download do(s) arquivo(s)
GeoTIFF.
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Passo a passo: seleção, download (sem login).
Sistema de Informação Geográfica
Imagens de Satélite
A obtenção de imagens de satélite popularizou-se com a utilização
de softwares como o Google Earth, Google Maps e Bing Maps.
Nestes é possível observar com boa resolução detalhes de
rodovias, ruas, praças, edificações, matas, rios, plantações, etc.
Imagens de Satélite
Introdução
Seria inviável, com os recursos disponíveis atualmente, colocar as informações
do planeta Terra, com alta resolução, em uma única imagem. Para gerenciar
esta limitação, foi concebido um detalhamento por nível de zoom, que para as
imagens do Bing Maps adota os valores da tabela a seguir.
Imagens de Satélite
Introdução
O Bing Maps permite a obtenção de imagens de satélites e mapas
com resolução máxima de 2000 (h) x 1500 (v) pixels para
coordenadas lat long centrais. Isso significa dizer que se
utilizarmos o zoom 2 (39,14 km/pixel) teremos 78.271,52 km
disponíveis para representar a linha do equador e 58.703,64 km
para representar qualquer meridiano. 
Estas medidas são mais do que suficientes para apresentar em
uma única imagem a integralidade do planeta Terra com pixels que
representam quadrados de aproximadamente 40 km de aresta. 
No zoom 19 a imagem irá possuir 600 m de largura por 450 m de
altura com pixels representando quadrados de 30 centímetros de
aresta.
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Se por um lado nos níveis mais baixos de zoom (1, 2, 3, ...) temos
a possibilidade de obter áreas maiores, por outro a resolução
deixa a desejar e não conseguimos apresentar detalhes com uma
maior precisão. 
Se utilizarmos níveis de zoom mais altos ( 19, 18, 17, ...) temos
precisões mais apuradas, mas a imagem contempla uma área bem
menor, obrigando-nos a compor varias imagens em um foto
mosaico.
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Acesso dinâmico (exemplo: complemento QuicMapService para o QGIS)
Donwload de mosaico de imagens (exemplo: software SAS.Planet)
Existem diversas bases de dados com imagens de satélite gratuitas.
Também existem diferentes processos para acesso às mesmas. Dentre
estes, dois se destacam:
MDE-Modelo Digital de Elevação
Introdução
QGIS
Acesso dinâmico
Complemento QuickMapServices
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ComplementoQuickMapServices: instalação
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Complemento QuickMapServices: seleção
SASPlanet
Construção de mosaico de fotos
com SASPlanet
Criar um foto mosaico com as imagens de satélite não é um trabalho
simples, visto que não basta encaixar as imagens uma ao lado da outra,
devido a curvatura terrestre e as distorções geradas nos diferentes
métodos de planificação. 
Uma alternativa interessante para compor uma imagem única que reúna
várias imagens de satélite, devidamente ajustadas, é o software source
code (código aberto) SAS.Planet*, de origem russa.
https://www.gisenglish.com/2018/06/download-sas-planet-nightly-all.html
*o programa não necessita ser instalado, bastando realizar o download e descompactar o mesmo
em uma pasta (crie uma pasta com o nome SASPlanet e coloque todos os arquivos e subpastas ali).
A execução do programa se dá através do arquivo SASPlanet.exe. Im
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Ao carregar o software a tela de abertura será equivalente a esta.
Inicialmente devemos definir o tipo de dado a ser apresentado e utilizar o
mouse para definir o posicionamento e zoom prévio sobre o local de interesse.
Existem diferentes bases de dados que podem ser consultadas, entre elas dados
do Google Maps e do Bing Mpas.
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No segundo botão da barra de ferramentas é possível selecionar a área de
interesse.
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Uma caixa de diálogo será aberta, solicitando a confirmação do zoom para
download. Perceba que o zoom definido para a imagem, na barra à esquerda
está marcando z16. Nosso objetivo será obter uma imagem com zoom 20.
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Ao pressionar o botão Start o processo de download das imagens parciais do zoom 20
inicia. No nosso exemplo, será realizado o download de 170 arquivos em zoom 20 para
compor uma única imagem neste zoom. O processo pode ser demorado e acompanhado
na variável Time remaining. Ao término é necessário pressionar o botão Quit.
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Para a composição das diversas imagens baixadas em uma única, devemos, novamente,
acessar o segundo botão da barra de ferramentas, selecionando, desta vez, a opção Last
Selection.
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Output format: preferencialmente alterar o mesmo para o formato
GeoTIFF. Embora este formato gere arquivos maiores ele apresenta
dentro da sua estrutura informações sobre sua geolocalização;
Save to: acionar o botão "..." para identificar local e nome de
armazenamento do arquivo;
Map: deve ser o mesmo do download do conjunto de imagens;
Zoom: deve ser o mesmo do download do conjunto de imagens;
Projector: optar pelo WGS84 / EPSC: 4326.
A mesma caixa de diálogo aberta na fase anterior irá aparecer no centro da
tela. Desta vez devemos alterar a aba de visualização para a Stitch. Nesta
devemos alterar algumas configurações:
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Alterar as configurações conforme slide anterior. Ao término pressionar a
tecla Start.
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O processamento da imagem definitiva a partir do conjunto de imagens baixadas dará
início. Uma vez encerrado, no local especificado será criado o arquivo com os limites e
nível de detalhamento definido pelo usuário. A imagem a seguir mostra os limites
definidos pelo usuário.
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A mesma imagem permite um zoom com a possibilidade de detalhar a existência de
pessoas (z19, z20) na imagem a seguir. Cabe ressaltar que arquivos muito grandes
podem ser gerados, tornando inviável a manipulação dos mesmos em outros softwares.
Ainda, a imagem gerada está em coordenadas geográficas, devendo ser planificada em
algum SIG.
Outro aspecto que merece destaque é que a imagem obtida não está ortorretificada. I
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co
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 S
A
S.
Pl
an
et
Sistema de Informação Geográfica
Cadastro
Bases 
de Dados
Shapefiles
Acesso via download
a diversos conteúdos
http://forest-gis.com/download-gis-base-de-dados/
http://www.fepam.rs.gov.br/biblioteca/geo/bases_geo.asp
https://www.ufrgs.br/labgeo/index.php/downloads
Existem inúmeras bases de dados georreferenciados. Abaixo
listamos algumas relevantes para a realização de Estudos de
Traçado: 
 
Bases de Dados Shapefiles
OpenStreetMap
“mapa livre e editável do mundo.”
“O OpenStreetMap é um mapa do mundo, criado por pessoas como
você e de uso livre sob uma licença aberta.”
 
“... mapa livre e editável do mundo.”
 
É mantido por comunidades voluntárias de mapeadores.
 
Fornece diversas informações além do sistema viário existente.
 
https://www.openstreetmap.org
OpenStreetMap
Tela de abertura
Para poder editar o mapa é necessário criar uma conta.
O
pe
nS
tr
ee
tM
ap
Tela para registrar-se
A edição de mapas só é permitida a membros registrados. É possível realizar o
registro com sua conta do Google ou Facebook. 
O
pe
nS
tr
ee
tM
ap
Tela de edição
Permite a criação/edição de elementos do tipo ponto, linha e área com diversas
propriedades (campos).
O
pe
nS
tr
ee
tM
ap
Tela de ajuda
No momento do cadastro de um novo membro, o OpenStreetMap permite a
capacitação do mesmo via um roteiro previamente elaborado. Se precisar de
ajuda adicional, existe vasto material disponível.
O
pe
nS
tr
ee
tM
ap
Histórico e camadas
Por ser uma ferramenta colaborativa, o OpenSTreetMap permite acessar o histórico de
edições. Além disso, é possível contribuir em diferentes camadas do mapa.
O
pe
nS
tr
ee
tM
ap
Exportar
Permite gerar arquivos padrão XML (Extensible Markup Language) em MAP.OSM.
O
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nS
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ap
Estrutura do arquivo
Objeto NODE
O
pe
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tr
ee
tM
ap
Estrutura do arquivo
Objeto NODE
O
pe
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tr
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A identificação de posição
é dada pela latiteude e
longitude. Não há
informação de elevação.
Estrutura do arquivo
Objeto WAY
O
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ap
Utiliza como referência
(REF) os IDs nos NODEs.
Estrutura do arquivo
Objeto RELATION
O
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ap
Utiliza como referência
(REF) os IDs das WAYs.
Estrutura do arquivo
Propriedades (TAG)
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Importação de dados do OpenStreetMap no QGIS
Complemento OSMDownlooader: instalação
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ap
Importação de dados do OpenStreetMap no QGIS
Complemento OSMDownlooader: seleção da área para download do arquivo .OSM
O
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ap
Importação de dados do OpenStreetMap no QGIS
Importar: menu Camada - Gerenciador de fontes de dados
O
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ap
Importação de dados do OpenStreetMap no QGIS
Importar: selecionar camadas
O
pe
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ap
Importação de dados do OpenStreetMap no QGIS
Importar: resultado (camadas tipo vetor adicionadas)
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pe
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tr
ee
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ap
Som e imagens
para encerrar a aula
Fim - Obrigado!
https://www.youtube.com/watch?v=fu9Z7YuXLVE&t=13s
https://www.youtube.com/watch?v=fu9Z7YuXLVE&t=13s