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Escola Estadual de Educação Profissional - EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Curso Técnico em Meio Ambiente Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental Governador Vice Governador Secretária da Educação Secretário Adjunto Secretário Executivo Assessora Institucional do Gabinete da Seduc Coordenadora da Educação Profissional – SEDUC Cid Ferreira Gomes Domingos Gomes de Aguiar Filho Maria Izolda Cela de Arruda Coelho Maurício Holanda Maia Antônio Idilvan de Lima Alencar Cristiane Carvalho Holanda Andréa Araújo Rocha Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Escola Estadual de Educação Profissional - EEEP Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Curso Técnico em Meio Ambiente GEOPROCESSAMENTO APLICADO À ANÁLISE AMBIENTAL MATERIAL DE APOIO Fortaleza - Ceara 2011 Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 1 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional SUMÁRIO CARTOGRAFIA SISTEMA DE GEOPOSICIONAMENTO GLOBAL LEVANTAMENTO TOPOGRAFICO GEOPROCESSAMENTO E SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA – SIG. SENSORIAMENTO REMOTO SATELITES PRODUTOS DE SENSORIAMENTO REMOTO SENSORIAMENTO REMOTO E SUAS APLICAÇÕES PARA RECURSOS NATURAIS BIBLIOGRAFIA Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 2 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional CARTOGRAFIA Os mapas sempre existiram, ou, pelo menos, o desejo de balizar o espaço sempre esteve presente na mente humana. A apreensão do meio ambiente e a elaboração de estruturas abstratas para representá-lo foram uma constante na da vida em sociedade desde os primórdios da humanidade até os nossos dias. Mas a história da cartografia teve início com o primeiro testemunho tangível de representação cartográfica (o fato de desenhar um mapa sobre o primeiro suporte disponível), dando existência concreta à antiga abstração. O substituírem o espaço real por um espaço analógico (processo básico da cartografia), os homens adquiriram um domínio intelectual do universo que trouxe inumeráveis consequências. Os mapas precederam a escritura e a notação matemática em muitas sociedades, mas somente no século XIX foram associados às disciplinas modernas cujo conjunto constitui a cartografia. Mas isso não impede que os de épocas anteriores remontem às próprias raízes de nossa cultura. O mapa autêntico mais antigo foi elaborado a cerca de 6000 a.C. Descoberto em 1963, durante uma escavação arqueológica em Çatal Höyük, na região centro-ocidental da Turquia, representa o povoado neolítico do mesmo nome. O traçado das ruas e casas, conforme os vestígios resgatados, tinham ao fundo o vulcão Hasa Dag em erupção. Esse mapa primitivo guarda alguma semelhança com as plantas das cidades modernas, mas sua finalidade era totalmente distinta. O sítio em que foi encontrado era um santuário ou local sagrado, e ele foi criado como parte de um ato ritual, como um “produto de momento”, sem a intenção de ser preservado após o cumprimento do rito. Somente há alguns anos mapa como os de Çatal Höyük, e gravações similares em rochas da África, da América, da Ásia e da Europa, começaram a ser estudados como uma categoria da pré-história cartográfica. Isto reflete não apenas as dificuldades para identificar mapas das sociedades primitivas, mas também a tendência na história da cartografia a tornar mais rígidos os cânones dos mapas consideráveis “aceitáveis”. Os mapas eram considerados marcos significativos da evolução da humanidade; por consequência, aqueles que não indicassem algum progresso rumo à objetividade deixavam de ser seriamente estudados. Esmo alguns dos primeiros mapas produzidos pela cultura europeia, como os grandes planisférios da Idade Média Cristã, eram considerados indignos de atenção científica. Os mapas das culturas não Européias eram considerados ainda mais estranhos ao epicentro da cartografia. Estes mapas só recebiam certa atenção da parte dos historiadores ocidentais quando apresentavam alguma semelhança com os mapas europeus. Nessa história comparada da cartografia, dava-se muita atenção aos aspectos matemáticos do traçado dos mapas, à codificação dos princípios metodológicos cartográficos, e ao surgimento de inovações técnicas, como planos quadriculados, escalas regulares, signos abstratos convencionais e até curvas de nível. Partindo da convicção de que cada sociedade tem ou teve sua própria forma de perceber e de produzir imagens espaciais, chegamos a esta simples definição de mapa: “representação gráfica que facilita a compreensão espacial dos objetos, conceitos, condições, processos e fatos do mundo humano”. O motivo de uma definição tão ampla é facultar sua aplicação a todas as culturas de rodos os tempos, e não apenas às da era moderna. Além disso, ao considerar os mapas uma forma de “saber” em geral, ao invés de meros produtos de uma prolongada difusão tecnológica a partir de um foco europeu, tal definição permite escrever uma história muito mais completa. As Nações Unidas, definiu em 1949, através de comissão especializada, cartografia como sendo “A ciência que se ocupa da elaboração de mapas de toda espécie. Abrange todas as fases dos trabalhos, desde os primeiros levantamentos até a impressão final dos mapas”. Tal definição foi amplamente criticada por cartógrafos de todo o Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 3 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional mundo. A Associação Cartográfica Internacional de Geografia, reunida em Londres, em 1964, veio pela primeira vez, estabelecer, em síntese, mas com precisão, o campo das atividades intimamente ligadas à cartografia: “Cartografia é o conjunto de estudos e operações científicas, artísticas e técnicas, baseado nos resultados de observações diretas ou de análise de documentação, com vistas à elaboração e preparação de cartas, projetos e outras formas de expressão, assim como a sua utilização”. A cartografia pode não constituir uma ciência, como é, por exemplo, a geografia, a geodesia, a geologia, etc., tampouco representa uma arte, de elaboração criativa, capaz de produzir diferentes emoções, conforme a sensibilidade de cada um. Então, podemos dizer que “é um método científico que se destina a expressar fatos e fenômenos observados na superfície da Terra, ou qualquer outra superfície mensurável”. CARTOGRAFIA E GEOGRAFIA De todas as ciências ligadas à cartografia, nenhuma é tão importante como a geografia, na medida em que os fatos e fenômenos se originarem de qualquer ramo da geografia, quer física, quer humana, econômica, etc. Seria inviável a construção de um mapa econômico sem o conhecimento do influxo da geografia econômica, como inexeqüível seria a elaboração de um mapa de distribuição da vegetação, sem a participação da fitogeografia. E assim por diante. Porque, nesses casos, quem planeja e concebe tais mapas só pode ser o especialista de cada tema particular: o geógrafo, o geólogo, etc., ficando para o cartógrafo, o método de expressar, em cada caso, o fenômeno. A fonte maior de lavor que a geografia empresta à cartografia não se restringe tão somente à elaboração de mapas temáticos. A carta topográfica, é a base inequívoca do binômio geografia-cartografia, através do qual nunca se pode determinar Qual a influência que uma exerce sobre a outra: se a geografia sobrea cartografia, se a cartografia sobre a geografia. Há por exemplo, certas formas de relevo e determinados padrões de drenagem de uma área, que se distinguem fundamentalmente dos de outras áreas; verificam-se coberturas florísticas inteiramente diversas de uma região para outra, em que as causas dessa diversificação igualmente variam, como o clima ou o solo, ou a latitude; o homem, grande modificador da paisagem, quase sempre exerce a sua ação por meio de razões socioeconômicas; a exploração agrícola de uma parte do território se evidencia muito diferente da praticada em outra. Uma carta topográfica, pois, não está obrigada a nos oferecer esse complexo de particularidades? Uma minuta fotogramétrica transmite-nos, em sua frieza matemática, uma grande parte de todos os aspectos físicos e culturais da área cartografada. Vêm com ela, paralelamente, os resultados da reambulação para complementar muitas informações que a carta precisa apresentar. Faltam, entretanto, muitas vezes, determinados conhecimentos geográficos, os quais se impõem, a fim de que a carta seja realmente uma síntese segura desse conjunto de fenômenos geográficos. CARTOGRAFIA TEMÁTICA O objetivo da cartografia temática é representar, utilizando-se símbolos qualitativos e/ou quantitativos, fenômenos localizáveis de qualquer natureza sobre uma base de referência, geralmente um mapa topográfico, em quaisquer escala, em que sobre um fundo geográfico básico, são representados os fenômenos geográficos, geológicos, demográficos, econômicos, agrícolas etc., visando ao estudo, à análise e a pesquisa dos temas, no seu aspecto espacial, desta forma, torna-se difícil realizar uma classificação de todos os mapas temáticos possíveis, entretanto a seguir apresentamos três tipos divididos segundo o tipo de figura cartográfica, segundo a escala e segundo o conteúdo: Segundo a figura cartográfica 1. Mapas propriamente ditos, construídos sobre uma quadrícula geométrica numa dada escala, segundo regras de localização (x,y) e de qualificação (z) Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 4 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional 2. Cartogramas que realizam a representação de fenômenos geográficos mensuráveis sob a forma de figuras proporcionais localizadas num fundo cartográfico, eventualmente adaptado; 3. Cartodiagramas representação detalhada de fenômenos geográficos mensuráveis na forma de conjunto de diagramas, constituídos por elementos comparáveis, localizados num fundo cartográfico; Segundo a escala 1. Mapas detalhados, não podendo possuir escala inferior a 1:100.000; descrevem superfícies relativamente restritas, geralmente são publicados em series que cobrem um território determinado; 2. Mapas regionais, possuindo escalas que variam entre 1:100.000 e 1:1.000.000, referentes a unidades geográficas ou administrativas de dimensão média, apresentam geralmente, um ou dois assuntos; 3. Mapas sinóticos ou mapas de conjunto, desenvolvidos em escala inferior a 1:1.000.000, publicados em folhas isoladas ou reagrupados em atlas temáticos. Segundo o conteúdo 1. Mapas analíticos ou de referência, representam a extensão e a repartição de um dado fenômeno, de um grupo de fenômenos interligados ou de um aspecto particular de um fenômeno (mapas geológicos, hidrográficos, hipsométricos, etc.) 2. Mapas sintéticos ou de correlação, geralmente são mais complicados e integram os dados de vários mapas analíticos para expor as conseqüências daí decorrentes (mapas geomorfológicos detalhados, mapa de ocupação do solo, etc.) A simbologia empregada na representação de tantos e diversificados assuntos é a mais variada que existe no âmbito da comunicação cartográfica. Diferentemente da cartografia sistemática, onde a terceira dimensão expressa a cota do terreno, na cartografia temática conforme Martinelli (1991) esta terceira dimensão expressa e é explorada pelo tema, permitindo mostrar modulações de apenas um atributo. Assim a manifestação do tema pode se dar de forma linear, pontual ou zonal. A história das representações temáticas tem início com uma predominância dos enfoques essencialmente qualitativos , tipológicos. A abaixo apresenta um exemplo de mapa temático representando a classe solos. CARTOGRAFIA DIGITAL Com o desenvolvimento da informática, surgiu uma nova modalidade de mapeamento, através da utilização de computadores, o que, de uma certa forma, viria a revolucionar a cartografia tradicional. Devido a este novo panorama, após a década de 60 e principalmente na década de 70, surgiram novos conceitos, como os termos CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Mapping), AM/FM (Automated Mapping/Facility Management), que nada mais são do que sistemas voltados para a transformação do mapa analógico para o meio digital, transformando uma base cartográfica impressa em papel, em uma base cartográfica magnética. Detalhando um pouco mais, um CAD, pode ser entendido como sistemas de desenho auxiliado por computador, que apesar de não serem softwares específicos para a cartografia, é basicamente o principal meio de conversão analógico/digital de mapas. Os sistemas de mapeamento assistido por computador (CAM), partem da tecnologia CAD, diferenciando destes no fato de os dados neste sistema serem organizados em níveis (layer), possuindo ainda a capacidade de georreferenciar os elementos da realidade física. Os softwares Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 5 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional do tipo AM/FM, também partem da tecnologia CAD. Estes sistemas trabalham com a noção de rede, sendo capazes de identificá-las, preservando suas interseções, gerando arquivos separados com as relações de conectividade, que descrevem a geometria do sistema. Outra importante característica destes sistemas são os arquivos de dados alfanuméricos, que são ligados aos arquivos gráficos. Estes arquivos descrevem as características dos componentes do sistema ou rede tais como, tamanho, capacidade, entre outras informações (KORTE, 1994) O processo evolutivo da cartografia digital saltou para um patamar superior na medida que foram desenvolvidos os sistemas de gerenciamento de banco de dados, que serão descritos posteriormente, tornando possível à ligação da base cartográfica digital ao banco de dados descritivo, surgindo assim os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) O DVP (Digital Video Plotter), lançado no Brasil em outubro de 93, é a mais recente novidade da Cartografia Digital. O sistema possui um programa com funções idênticas as de um restituidor analítico, mas trabalha com imagens digitais, podem estas ser obtidas através de câmaras digitais ou capturada via scanner. O DVP, baseado em PC, deverá revolucionar a técnica de obtenção e atualização de mapas digitais, simplificando operações e reduzindo custos. Outro processo existe para geração de produtos cartográficos digitais que é a digitalização. A digitalização não é propriamente um processo de obtenção de bases cartográficas, e sim de conversão de dados analógicos em dados digitais. Portanto, pressupõe-se a existência de bases cartográficas convencionais (mapas impressões) que serão convertidas para meios digitais por dois métodos, a digitalização vetorial ou a digitalização raster. A digitalização vetorialconsiste em transportarem-se os dados representados num mapa de linhas para um computador, mediante a utilização de mesas digitalizadoras e programas computacionais capazes de efetuarem esta operação. As mesas digitalizadoras são periféricos eletrônicos compostos de uma malha metálica, tal como uma tela de arame, e um cursor dotado de um solenóide em seu centro geométrico. O seu funcionamento baseia-se no registro das posições ocupadas pelo cursor em relação a esta malha. A digitalização raster, também converte informações analógicas, contidas num mapa de linhas, em digitais. As diferenças com o método vetorial, situam-se no periférico utilizado, um scanner, que executa a digitalização de forma automática, e as imagens obtidas estão sob a forma raster. CLASSIFICAÇÃO DE CARTAS Mapa e Carta A necessidade de representar o espaço físico no qual o homem habita, tem acompanhado a humanidade desde os tempos mais remotos. Até a década de 60, portanto, antes que os computadores fossem aplicados para o mapeamento, todos os tipos de mapeamento tinham um ponto em comum, a base de dados espaciais era um desenho sobre um pedaço de papel ou poliéster. A informação era codificada na forma de pontos, linhas ou áreas. Estas entidades geográficas básicas eram visualizadas usando vários artifícios, tal como símbolos, cores ou textos, cujos significados são explicados em uma legenda como afirma BURROUGH (1986). A terminologia Carta e Mapa é empregada de diferente forma em vários lugares do mundo, no brasil, há uma certa tendência em empregar o termo mapa quando se trata de documentos mais simples ou mais diagramático. Ao contrário, o documento mais complexo, ou mais detalhado, tende à denominação de carta. Em outras palavras, MAPA pode ser considerado uma “Representação visual, codificada, geralmente bidimensional, total ou parcial da Terra ou e outro objeto”, já o que diferencia uma CARTA, é que esta possui um maior número de informações contidas do que um mapa, possuindo maiores detalhes e precisão. O mapa, de acordo com JOLY (1990), é uma representação geométrica plana, simplificada e Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 6 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional convencional, do todo ou de parte da superfície terrestre, numa relação de similaridade conveniente. É uma construção seletiva e representativa que implica no uso de símbolos e sinais apropriados. Algumas Características dos Mapas (Cartas) - Permitem a coleta de informações em gabinete; - Apresentam informações não visíveis no terreno, como toponímia, fronteiras, curvas de nível; - Codificam as informações através de símbolos; - Exigem atualização permanente; - Representam um modo de armazenamento de informações convenientes ao manuseio de fenômenos espaciais e de suas distribuições e relacionamento; - Constituem um dos elementos básicos do planejamento das atividades sócioeconômicas das atividades humanas. Plantas A principal característica da planta é a exigüidade das dimensões da área representada. A outra, é sem dúvida, a ausência de qualquer referência à curvatura da Terra. O termo Planta, pode ser assim definido: “Carta que representa uma área de extensão suficientemente restrita para que a sua curvatura não precise ser levada em consideração, e que, em conseqüência, a escala possa ser considerada constante”. Já que a representação se restringe a uma área muito limitada, a escala tende a ser muito grande, e em conseqüência, a aumentar o número de detalhes. Mas é a prevalência do aspecto da área diminuta que caracteriza a planta. Do ponto de vista mais cartográfico, é a planta urbana, sobretudo, com sua intenção cadastral que é mais característica. A planta moderna, de origem fotogramétrica, além da riqueza de detalhes, é de suma precisão geométrica. Uma planta, geralmente apresenta grande riqueza de detalhes, escala grande e rigor geométrico. Os Mapas Segundo Seus Objetivos De acordo com o tipo de usuário para qual foram elaborados, os mapas podem ser gerais, especiais e temáticos. Mapas Gerais Um mapa geral é aquele que atende a uma gama imensa e indeterminada de usuários. Um exemplo, deste tipo de mapa, é o mapa do IBGE na escala de 1:5.000.000, representando o território brasileiro, limitado por todos os países vizinhos, o Oceano Atlântico, etc., contendo através de linhas limítrofes e cores, todos os estados e territórios além das principais informações físicas e culturais como rios, serras, ilhas, cabos, cidades importantes, algumas vilas, estradas, etc. Como se vê, é um mapa de orientação ou informações generalizadas, mas absolutamente insuficiente para muitas e determinadas necessidades. As consultas feitas sobre um mapa geral têm que ser igualmente generalizadas. Se quisermos medir com exatidão à distância, por rodovia, entre São Paulo e Rio de Janeiro, corremos o risco de acrescentar ou diminuir vários quilômetros em relação à distância real. Mapas Especiais Em oposição aos mapas gerais, são feitos os mapas especiais para grupos de usuários muito distintos entre si, e, na realidade, cada mapa especial, concebido para atender uma determinada faixa técnica ou científica, é, via de regra, muito específico e sumamente técnico, não oferecendo, a outras áreas científicas ou técnicas, nenhuma utilidade, salvo as devidas exceções. Destina-se à representação de fatos, dados ou fenômenos típicos, tendo, deste modo, que se cingir, rigidamente, aos métodos, especificações técnicas e objetivos do assunto ou atividade a que está ligado. Uma carta náutica, por exemplo, precaríssima em relação à representação terrestre ou continental, é, por outro lado, minuciosa quanto à representação de profundidade, de bancos de areia, recifes, faróis, etc. É que este mapa destina-se exclusivamente à segurança da navegação. Trata-se de documentos em quaisquer escalas em que, sobre Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 7 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional um fundo geográfico básico, são representados os fenômenos geográficos, geológicos, demográficos, econômicos, agrícolas, etc., visando ao estudo, à análise e à pesquisa dos temas, no seu aspecto especial. A simbologia empregada na representação de tantos e diversificados assuntos é a mais variada que existe no âmbito da comunicação cartográfica, uma vez que na variação de tantos temas a salientar, suas formas de expressão podem ser qualitativas ou quantitativas. Semiologia Gráfica e Comunicação Cartográfica Segundo Fernand Joly, a cartografia pode ser considerada uma linguagem visual universal pois, utiliza-se de uma gama de símbolos compreensíveis em qualquer canto da Terra, no entanto como linguagem exclusivamente visual, está sujeita às leis fisiológicas da percepção das imagens. Conhecer as propriedades dessa linguagem para melhor utilizá-la é o objeto da semiologia gráfica. Aplicada à cartografia, ela permite avaliar as vantagens e os limites das variáveis visuais empregadas na simbologia cartográfica e, portanto, formular as regras de uma utilização racional da linguagem cartográfica. A semiologia e o estudos dos sistemas não- verbais que têm por finalidade suplementar a comunicação verbal e/ou de modo independente. Desta forma a semiologia pode ser definidacomo a ciência que estuda os problemas relativos à representação. O professor J. Bertin, sugeriu uma linha de trabalho vinculada ao que ele denominou de Semiologia Gráfica, cujas raízes dever ser buscadas no estruturalismo de Saussure. Bertin, formulou a linguagem gráfica como um sistema de signos gráficos com significado (conceito) e significante (imagem gráfica). Seja qual for o método adotado para a aquisição de dados, a construção do mapa deverá prover as informações, sobre a distribuição espacial dos fenômenos, de tal forma que a comunicação através do mapa seja criada, dando facilidades de interpretação. Atualmente, os usuários dos produtos cartográficos, podem ser considerado como grandes navegadores em um mar de informações, entretanto, não se pode esquecer a função principal do mapa, no seu mais amplo sentido que é e continuará sendo a comunicação, que vem sendo sensivelmente beneficiada com o surgimento dos sistemas multimídia, disponibilizando inúmeras possibilidades de interação e interatividade. Simbologia Cartográfica Um mapa, sob o ponto de vista gráfico, nada mais é do que um conjunto de sinais e de cores que traduz as mensagens, para as quais foi executado. Os objetos cartografados, materiais ou conceituais, são transcritos através de grafismo ou símbolos, que são relacionados na legenda do mapa. De acordo com suas características específicas, os símbolos dividem-se nas seguintes categorias: 1. Sinais convencionais são esquemas centrados em posição real, que permitem identificar um objeto cuja superfície é demasiado pequena na escala, para que possa ser tratada na projeção; 2. Sinais simbólicos são signos evocadores, localizados ou cuja posição é facilmente determinável; 3. Os pictogramas são símbolos figurativos facilmente reconhecíveis; 4. Os ideogramas são pictogramas representativos de um conceito ou de uma idéia; 5. Um símbolo regular é uma estrutura constituída pela repetição regular de um elemento gráfico sobre uma superfície delimitada; e 6. Um símbolo proporcional é um símbolo quantitativo cuja dimensão varia com o valor do fenômeno representado. Informações de Legenda A legenda é à parte de um mapa que possui todos os símbolos e cores convencionais e suas respectivas explicações, sendo esta encimada Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 8 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional pelo termo "convenção". Nas figuras abaixo podemos visualizar exemplos de legendas utilizada. Diagrama de orientação A maioria dos mapas de série apresentam informações de direção, referenciadas ao: 1. Norte verdadeiro ou geográfico 2. Norte magnético 3. Norte da quadrícula O ângulo formado pela direção do norte magnético com a do norte verdadeiro, tendo como vértice um ponto qualquer do terreno, é chamado de declinação magnética. O ângulo formado pela direção do norte da quadrícula com a do norte verdadeiro, tendo como vértice um ponto qualquer do terreno, é chamado convergência meridiana. Tanto a convergência meridiana como a declinação magnética, variam de ponto para ponto, sobre a superfície terrestre . Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 9 Anotações: Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional SISTEMA DE GEOPOSICIONAMENTO GLOBAL SISTEMA GPS A tecnologia atual permite que qualquer pessoa possa se localizar no planeta com uma precisão nunca imaginada por navegantes e aventureiros há até bem pouco tempo. O sofisticado sistema que tornou realidade esse sonho é chamado "G.P.S." - Global Positioning System (Sistema de Posicionamento Global) - e foi concebido pelo Departamento de Defesa dos EUA no início da década de l960, sob o nome de 'projeto NAVSTAR'. O sistema foi declarado totalmente operacional apenas em l995. Seu desenvolvimento custou 10 bilhões de dólares. Consiste de 28 satélites em órbita ao redor da terra, duas vezes por dia, a uma distância de 20.000km, e emitem simultaneamente sinais de rádio codificados. Testes realizados em 1972 mostraram que a pior precisão do sistema era de 15 metros, a melhor, 1 metro. Preocupados com o uso inadequado , os militares americanos implantaram duas opções de precisão: para usuários autorizados (eles mesmos) e usuários não-autorizados (civis). Os receptores GPS de uso militar têm precisão de 1 metro e os de uso civil, de 15 a 100 metros. Cada satélite emite um sinal que contem: códigos de precisão (P); código geral (CA) e informação de status. Como outros sistemas de rádio- navegação, todos os satélites enviam seus sinais de rádio exatamente ao mesmo tempo, permitindo ao receptor avaliar o lapso entre emissão/recepção. A potência de transmissão é de apenas 50 Watts. A horapadrão GPS é passada para o receptor do usuário. Receptores GPS em qualquer parte do mundo mostrarão a mesma hora, minuto, segundo,... até mili-segundo. A hora-padrão é altamente precisa, porque cada satélite tem um relógio atômico, com precisão de nanosegundo - mais preciso que a própria rotação da Terra. O receptor tem que reconhecer as localizações dos satélites. Uma lista de posições, conhecida como almanaque, é transmitida de cada satélite para os receptores. Controles em terra rastreiam os satélites e mantém seus almanaques acurados. Cada satélite tem códigos P e CA únicos, e o receptor pode distinguílos. Os códigos P são mais complexos que os CA e somente usuários militares podem reconhecê-los, pois seus receptores têm o valor para comparação na memória. Receptores civis medem os lapsos de tempo entre a recepção dos sinais codificados em CA. O conceito da rádio-navegação depende inteiramente da transmissão simultânea de rádio- sinais. O controle de terra interfere fazendo com que alguns satélites enviem seus sinais CA ligeiramente antes ou depois dos outros. A interferência deliberada introduzida pelo Departamento de Defesa dos EUA é a fonte da Disponibilidade Seletiva - Selective Availability (AS). Os civis desconhecem o valor do erro, que é alterado aleatoriamente e está entre 15 e 100 metros. A partir de 1º/05/00 a S.A. foi desativada passando os GPS operarem com erro de 5 a 15m. Os receptores militares não são afetados. Existe outra fonte de erro que afeta os receptores civis: a interferência ionosférica. Quando um sinal de rádio percorre os elétrons livres na ionosfera, sofre um certo atraso. Sinais de freqüências diferentes sofrem atrasos diferentes. Para detectar esse atraso, os satélites do sistema enviam o código P em duas ondas de rádio de diferentes freqüências, chamadas L1 e L2. Receptores caros rastreiam ambas as freqüências e medem a diferença entre a recepção dos sinais L1 e L2, calculam o atraso devido aos elétrons livres e fazem correções para o efeito da ionosfera. Receptores civis não podem corrigir a interferência ionosférica porque os códigos CA são gerados apenas na freqüência L1 ( l575,42 MHz ). Existem receptores específicos conhecidos como nãocodificados, que são super acurados. Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 10 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Como desconhecem os valores do código P, obtém sua precisão usando técnicas especiais de processamento. Eles recebem e processam o código P por um número de dias e podem obter uma posição fixa com precisão de 10mm. É ótimo para levantamento topográfico. Os sinais gerados pelos satélites contém um "código de identidade", dados efêmeros (de status) e dados do almanaque. O código de identidade (Pseudo-Random Code - PRN ) identifica qual satélite está transmitindo. Referimo-nos aos satélites pelos seus PRN, de 1 a 32, e este é o número mostrado no receptor para indicar qual(is) satélite(s) estamos recebendo. Os dados efêmeros (de status) são constantemente transmitidos e contém informações de status do satélite (operacional ou não), hora, dia, mês e ano. Os dados de almanaque dizem ao receptor onde procurar cada satélite a qualquer momento do dia. Com um mínimo de três satélites, o receptor pode determinar uma posição Lat/Long - que é chamada posição fixa 2D. (Deve-se entrar com o valor aproximado da altitude para melhorar a precisão). Com quatro ou mais satélites, um receptor pode determinar uma posição 3D, que inclue Lat/Long/Altitude. Pelo processamento contínuo desua posição, um receptor pode também determinar velocidade e direção do deslocamento. FATORES QUE AFETAM A PRECISÃO DO SISTEMA A primeira e maior fonte de erro é a Disponibilidade Seletiva (Selective Availability - S.A.). É uma degradação intencional imposta pelo Departamento de Defesa dos EUA. O erro máximo imposto é de 100 m, mas em geral introduz-se um erro de 30 m. O Sistema foi originalmente projetado para uso militar, mas em l980, por decisão do então presidente Ronald Reagan, liberou-se o Sistema para o uso geral, reservando aos militares a melhor precisão. Desde então, satélites sujeitos à degradação SA têm sido regularmente lançados. Hoje, todos os satélites permitem degradação AS. A razão principal é evitar que organizações terroristas ou forças inimigas se utilizem da precisão do sistema. Outro fator que afeta a precisão é a 'Geometria dos Satélites'- localização dos satélites em relação uns aos outros sob a perspectiva do receptor GPS. Se um receptor GPS estiver localizado sob 4 satélites e todos estiverem na mesma região do céu, sua geometria é pobre. Na verdade, o receptor pode não ser capaz de se localizar, pois todas as medidas de distância provém da mesma direção geral. Isto significa que a triangulação é pobre e a área comum da interseção das medidas é muito grande (isto é, a área onde o receptor busca sua posição cobre um grande espaço). Dessa forma, mesmo que o receptor mostre uma posição, a precisão não é boa. Com os mesmos 4 satélites, se espalhados em todas as direções, a precisão melhora drasticamente. Suponhamos os 4 satélites separados em intervalos de 90º a norte, sul, leste e oeste. A geometria é ótima, pois as medidas provém de várias direções. A área comum de interseção é muito menor e a precisão muito maior. A geometria dos satélites torna-se importante quando se usa o receptor GPS próximo a edifícios ou em áreas montanhosas ou vales. Quando os sinais de algum satélite é bloqueado, a posição relativa dos demais determinará a precisão, ou mesmo se a posição pode ser obtida. Um receptor de qualidade indica não apenas os satélites disponíveis, mas também onde estão no céu (azimute e elevação), permitindo ao operador saber se o sinal de um determinado satélite está sendo obstruído. Outra fonte de erro é a interferência resultante da reflexão do sinal em algum objeto, a mesma que causa a imagem 'fantasma' na televisão. Como o sinal leva mais tempo para alcançar o receptor, este 'entende' que o satélite está mais longe que na realidade. O erro causado é de aproximadamente 2 m. Outras fontes de erro: atraso na propagação dos sinais devido aos efeitos atmosféricos e alterações do relógio interno. Em ambos os casos, o receptor GPS é projetado para compensar os efeitos. ASPECTOS TÉCNICOS DO GPS Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 11 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional RASTREAMENTO DOS SATÉLITES Um receptor rastreia um satélite pela recepção de seu sinal. Sinais de apenas quatro satélites são necessários para obtenção de uma posição fixa tridimensional, mas é desejável um receptor que rastreie mais de quatro satélites simultaneamente. Com o usuário se desloca, o sinal de algum satélite pode ser bloqueado repentinamente por algum obstáculo, restando satélites suficientes para orientá-lo. A maioria dos receptores rastreia de 8 a 12 satélites ao mesmo tempo. Um receptor não é melhor que outro por rastrear mais satélites. Rastrear satélites significa conhecer suas posições. Não significa que o sinal daquele satélite está sendo usado no cálculo da posição. Muitos receptores calculam a posição com quatro satélites e usam os sinais do quinto para verificar se o cálculo está correto. CANAIS Os receptores não funcionam acima de determinada velocidade de deslocamento. O número de canais determina qual a velocidade máxima de uso. Mais canais não significa necessariamente maior velocidade. O número de canais não é fator importante na escolha do receptor, e sim, sua velocidade de operação. Depois que os sinais são captados pela antena, são direcionados para um circuito eletrônico chamado canal, que reconhece os sinais de diferentes satélites. Um receptor com um canal lê o sinal de cada satélite sucessivamente, até receber os sinais de todos os satélites rastreados. A técnica é chamada "time multiplexing". Leva menos de um segundo para processar os dados e calcular a posição. Um receptor com mais de um canal é mais rápido, pois os dados são processados simultaneamente. ANTENAS A antena recebe os sinais dos satélites. Como os sinais são de baixa intensidade, as dimensões da antena podem ser muito reduzidas. Receptores portáteis utilizam um dos dois tipos: Quadrifilar helix - formato retangular; localização externa; giratória; detecta melhor satélites localizados mais baixos no horizonte. Patch (microstrip) - Menor que a helix; localização interna; pode detectar satélites na vertical e 10* acima do horizonte. ANTENAS EXTERNAS Podem ser conectadas através de uma extensão à maioria dos receptores. Alguns receptores possuem antena destacável, permitindo melhor uso a bordo de veículos. Se você for comprar uma antena externa, escolha uma 'ativa' que amplifica os sinais antes de enviá-los para o receptor. Ao construir uma extensão, opte por encurtar o cabo o máximo possível para diminuir a perda do sinal. ENTRADA DE DADOS Receptores GPS são projetados para serem compactos, não possuindo teclado alfa-numérico. Todos os dados são digitados uma letra ou número ou símbolo por vez. Se o receptor não permitir rápida mudança de caracteres, NÃO COMPRE. Se você quer usar o receptor associado a outro equipamento, opte por um com essa capacidade. Embora a maioria dos receptores possa enviar dados para equipamentos periféricos, nem todos podem receber dados. APLICAÇÕES DE SAÍDA DE DADOS Alguns equipamentos úteis apenas recebem informação de um receptor GPS. Os dados são continuamente enviados para o equipamento acoplado ao receptor, que os utiliza para outras finalidades: - Mapa dinâmico: um mapa no computador que traça seus deslocamentos. - Visão gráfica de sua posição em relação a outros pontos. - Piloto automático: o receptor informa sua posição ao piloto automático. - Mapeamento: transferência dos dados obtidos durante sua viagem. - Pós-processamento: uso dos dados para cálculos posteriores, reduzindo o efeito da disponibilidade seletiva.Um piloto automático é um bom exemplo de trabalho associado. O receptor é conectado ao piloto automático e o alimenta continuamente com a presente posição. O piloto Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 12 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional automático usa os dados para ajustar a direção e permanecer no curso. O piloto automático nunca manda dados de volta para o receptor. O receptor GPS deve usar uma linguagem que o equipamento a ele associado possa entender. Existe uma linguagem padrão para equipamentos de navegação chamada: Protocolo NMEA - National Maritime Eletronics Association. Existem diferentes formatos de protocolos, então verifique se o receptor e o equipamento usam o mesmo formato. Os mais comuns são: 180; 182; 183 versão 1,5; 183 versão 2,0. A maioria dos receptores tem saída NMEA de dados. APLICAÇÕES ENTRADA/SAÍDA DE DADOS O receptor pode também receber dados do computador. Os usos comuns são: - Transferência de pontos plotados no computador para o receptor GPS; - Transferência de pontos plotados no receptor GPS para o computador, liberando sua capacidade de armazenagem de dados; - Transferência das coordenadas de um ponto selecionadas em um mapa na tela do computador para o receptor GPS. Como plotar pontos no receptor pode ser cansativo devido à ausência de teclado alfa- numérico, um editor permite a entrada de dados rápida e facilmente. Digita-se os dados usando-se o teclado do computador transferindo-os depois para o receptor. Outra maneira de plotar os pontos no computador é usar um mapa da área na tela e selecionar os pontos a serem plotados com um mouse. O computador transfere automaticamente as coordenadas dos pontos para o receptor. Nem todos os receptores são projetados para receber dados. Existem três linguagens utilizadas nos receptores com essa capacidade: NMEA; ACS II (formato de texto de um PC comum; e Proprietary (linguagens desenvolvidas pelos próprios fabricantes). Poucos receptores portáteis recebem dados NMEA. Alguns recebem dados ACS II e podem ser conectados diretamente ao computador RS 232. A maioria dos receptores apenas recebem dados no formato projetado pelo fabricante. Algumas companhias querem limitar programas feitos por terceiros para seus receptores e se recusam a revelar o formato usado. Se você quer usar seu receptor associado a outros equipamentos, verifique a compatibilidade das linguagens empregadas. DGPS - DIFFERENTIAL GPS (GPS Diferencial) O GPS Diferencial - DGPS - é um processo que permite ao usuário civil obter uma precisão de 2 cm a 5 m, pelo processamento contínuo de correções nos sinais. As correções são transmitidas em Freqüência Modulada ou via satélite e são disponíveis em alguns países através de serviços de subscrição taxados. Podem também ser transmitidas por um segundo receptor ou por faróis de navegação localizados num raio de 100 km do usuário. Em ambos os casos, é necessário ter uma antena receptora DGPS conectada ao receptor GPS convencional. SOBRE OS MAPAS: SISTEMAS DE COORDENADAS São padrões de quadrados e retângulos superpostos aos mapas que permitem identificação de todo e qualquer ponto. O sistema mais usado que cobre o mundo todo é o LATITUDE/LONGITUDE. Usa-se como referências a Linha do Equador - que divide a Terra em Hemisfério Norte (N) e Hemisfério Sul (S) - e a linha que passa pelos polos e pela cidade inglesa de Greenwich (Meridiano de Greenwich) - que divide a Terra em Hemisfério Oeste (W, de West) e Hemisfério Leste (E, de East). As linhas imaginárias paralelas à do Equador são chamadas de Paralelos de Latitude e suas perpendiculares, de Meridianos de Longitude. Convencionou-se que a linha do Equador é a linha 0º de Latitude e o meridiano de Greenwich, a linha 0º de Longitude. O meridiano oposto, a 180º, é chamado de "International Date Line" (Linha Internacional de Mudança de Data). Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 13 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional O Polo Norte está na Latitude 90º Norte e o Sul, na 90º Sul. P último pedido de socorro do Titanic partiu das coordenadas localizadas no paralelo de longitude 050º14' acima do Equador (Hemisfério Norte) e no meridiano de longitude a 41º45' a oeste de Greenwich (Hemisfério Oeste). Assim, no sistema LAT/LONG, suas coordenadas eram: N 41º 45' W 050º14'. COORDENADAS UTM Universal Transversa de Mercator A genialidade da grade UTM está na facilidade e precisão que ela permite na leitura de mapas muito detalhados. Gerardus Mercator, cartógrafo belga do século XVI, não imaginava o alcance da projeção elaborada por ele. A grade UTM divide o mundo em 60 zonas de 6º de largura. A zona número 1 começa na longitude oeste 180º (W 180º=E180º). Continuam em intervalos de 6º até a zona de número 60. Cada zona é projetada num plano e perde sua característica esférica. Assim suas coordenadas são chamadas "falsas". A distorção produzida pela projeção limita o mapa à área compreendida entre as latitudes N 84º e S 80º. A grade UTM não inclui necessariamente letras na sua designação. A letra 'U', usada como referência pelo Sistema Militar Americano (U. S. Military Grid System), designa a região compreendida entre as latitudes N 48º e N 56º. Letras em ordem alfabética - de sul para norte - são usadas para designar seções de 8º, de forma a coincidir a seção 'U 'entre as referidas latitudes. Alguns receptores usam essa notação, outros apenas indicam se as coordenadas estão acima ou abaixo do Equador. Cada zona tem sua referência vertical e horizontal. A linha de longitude que divide uma zona de 6º em duas metades é chamada de 'zona meridiana'. Por exemplo, a zona 1 é limitada pelas linhas de longitude W 180º e W 174º, então sua zona meridiana é a linha de longitude W 177º. A zona meridiana é sempre definida como 500.000 m. As coordenadas horizontais maiores ou menores que 500.000 m se localizam a leste ou oeste da zona meridiana, respectivamente. O valor de uma coordenada horizontal avalia sua distância - em metros - da zona meridiana. A coordenada 501.560 está a 1.560 m a leste da zona meridiana; a 485.500 está a (500.000 - 485.500) = 14.500 m a oeste da zona meridiana. As coordenadas horizontais crescem para leste e decrescem para oeste. As coordenadas verticais são medidas em relação ao Equador, que é cotado como a coordenada 0.000.000 m de referência para o Hemisfério Norte ou como a coordenada 10.000.000 m de referência para o Hemisfério Sul. A coordenada vertical de uma localidade acima da Linha do Equador é sua distância - em metros - ao Equador. A coordenada vertical 5.897.000 significa que o ponto está a 5.897,0 m acima do Equador. Se o ponto estiver abaixo do Equador, a distância é calculada subtraindo-se o valor da coordenada do valor de referência para o Hemisfério Sul (10.000.000 - 5.897.000 = 4.103,0 m). Como a mesma coordenada vertical pode ser associada a duas localidades distintas, uma acima e outra abaixo do Equador, é necessário indicar em qual hemisfério se localiza para identificá-la. DATUM DO MAPA Os mapas são confeccionados de forma que todos os pontos estão a determinada distância de um ponto de referência padrão chamado DATUM. Antigamente cada país escolhia independentemente seu próprio DATUM. Resulta que as mesmas localidades tinham diferentes coordenadas em mapas de diferentes países. OGPS tem seu próprio DATUM chamado WGS 84 - World Geodetic System 1984. Todos os receptores podem usá-lo como referência, mas se o mapa na mão do usuário não foi confeccionado com essa referência verificar outras opções. Por exemplo, em Minas Gerais, o DATUM utilizado é CÓRREGO ALEGRE e existe esta opção na memória do receptor. GRADE MAIDENHEAD e GRADE TRIMBLE Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 14 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional A grade MAIDENHEAD é usada por operadores de rádio amador. Divide o mundo em grades de 20º de longitude por 10º de latitude, que são identificadas por duas letras, AA - RR. As grades são subdivididas em áreas de 2º x 1º e rotuladas com 2 números, 00 - 99. As áreas são novamente subdivididas em subáreas de 5' de longitude por 2,5' de latitude e rotuladas com letras, AA - XX. Uma coordenada Maidenhead é coisa do tipo EM 18 BX.. A grade TRIMBLE é uma extensão da grade Maidenhead, que torna-a mais acurada e utilizável em receptores GPS. Uma sub-área Maidenhead pode cobrir uma área de até 8,9 km x 4,8 km. Um receptor pode reconhecer áreas muito menores que esta, então a grade TRIMBLE subdividiu a sub-área ainda mais, adicionando um par de números (00 - 99) e letras (AA - YY) ao formato Maidenhead. A coordenada fica então AQ 57 DK 23 SU , por exemplo. Receptores TRIMBLE são úteis para quem precisa de coordenadas Maidenhead, pois podem converter qualquer grade em Maidenhead. ESCALA DE UM MAPA É a relação entre a medida feita no mapa e seu valor real. A escala 1:1.000.000 significa que 1 centímetro lido no mapa eqüivale a 1.000.000 de centímetros (10 km) na realidade. O uso associado de um bom mapa e um receptor GPS é uma poderosa ferramenta de orientação e navegação. RECEPTORES GPS Existem receptores de diversos fabricantes disponíveis no mercado, desde os portáteis - pouco maiores que um maço de cigarros - que custam pouco mais de 100 dólares, até os sofisticados computadores de bordo de aviões e navios, passando pelos que equipam muitos carros modernos. Além de receber e decodificar os sinais dos satélites, os receptores são verdadeiros computadores que permitem várias opções de: referências; sistemas de medidas; sistemas de coordenadas; armazenagem de dados; troca de dados com outro receptor ou com um computador; etc. Alguns modelos têm mapas muitos detalhados em suas memórias. Uma pequena tela de cristal líquido e algumas teclas permitem a interação receptor/usuário. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DE UM RECEPTOR Permitem armazenar pontos em sua memória, através de coordenadas lidas em um mapa; obtidas pela leitura direta de sua posição ou através de reportagens ou livros especializados que as publiquem. - Os pontos plotados na memória podem ser combinados formando rotas que, quando ativadas, permitem que o receptor analise os dados e informe, por exemplo: tempo, horário provável de chegada e distância até o próximo ponto; tempo, horário provável de chegada e distância até o destino; horário de nascer e do por do Sol; rumo que você deve manter para chegar ao próximo ponto de sua rota e muito mais. A função ROTA é importante porque permite que o receptor guie o usuário do primeiro ponto ao próximo e assim sucessivamente até o destino. Quando você atinge um ponto, o receptor busca o próximo - sem a interferência do operador - automaticamente. A função GO TO é similar, sendo o ponto selecionado o próprio destino. - Grava na memória seu deslocamento, permitindo retraçar seu caminho de volta ao ponto de partida. Pode-se avaliar sua utilidade em barcos, caminhadas e uso fora-de-estrada. - Os receptores instalados nos carros dos países onde existem mapas digitalizados - computadores de bordo - trazem em sua memória mapas detalhados de cidades e endereços úteis como restaurantes, shoppings, hotéis, etc. Um menu permite ao motorista ativar automaticamente uma rota até o ponto desejado, seja outra cidade, outro bairro ou um endereço específico. (No Brasil, provavelmente a General Motors sairá na frente na oferta desse opcional, no carro a ser produzido em sua unidade do Rio Grande do Sul. A filial da Mannesmann VDO AG., fabricante alemã desse equipamento, está sondando empresas Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 15 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional especializadas para fazerem o mapeamento digitalizado das cidades brasileiras com mais de 100.000 habitantes. APLICAÇÕES DO G.P.S. Além de sua aplicação óbvia na aviação geral e comercial e na navegação marítima, qualquer pessoa que queira saber sua posição, encontrar seu caminho para determinado local (ou de volta ao ponto de partida), conhecer a velocidade e direção de seu deslocamento pode se beneficiar com o sistema. A comunidade científica o utiliza por seu relógio altamente preciso. Durante experimentos científicos de coleta de dados, pode-se registrar com precisão de micro- segundos (0,000001 segundo) quando a amostra foi obtida. Naturalmente a localização do ponto onde a amostra foi recolhida também pode ser importante. Agrimensores diminuem custos e obtêm levantamentos precisos mais rapidamente com o GPS. Unidades específicas têm custo aproximado de 3.000 dólares e precisão de 1 metro, mas existem receptores mais caros com precisão de 1 centímetro. A coleta de dados por estes receptores é bem mais lenta. Guardas florestais, trabalhos de prospecção e exploração de recursos naturais, geólogos, arqueólogos, bombeiros, são enormemente beneficiados pela tecnologia do sistema. O GPS tem se tornado cada vez mais popular entre ciclistas, balonistas, pescadores, ecoturistas ou por leigos que queiram apenas planejar e se orientar durante suas viagens. Com a popularização do GPS, um novo conceito surgiu na agricultura: a agricultura de precisão. Uma máquina agrícola dotada de receptor GPS armazena dados relativos à produtividade em um cartão magnético que, tratados por programa específico, produz um mapa de produtividade da lavoura. As informações permitem também otimizar a aplicação de corretivos e fertilizantes. Lavouras americanas e européias já utilizam o processo que tem enorme potencial em nosso país. LIMITAÇÕES O receptor não é um altímetro confiável, pois o erro de 15 a 100 metros introduzido propositadamente aplica-se também à altitude. Os sinais dos satélites não penetram em vegetação densa, vales estreitos, cavernas ou na água. Montanhas altas ou edifícios próximos também afetam sua precisão. Para o uso automotivo, deve-se providenciar uma extensão para fixar a antena externamente ou posicioná-lo junto ao pára-brisas. Os conectores são do tipo LM-1 e LF-1, usados por rádio-amadores. É importante que o receptor utilize pilhas comercializadas no nosso mercado e que tenha como acessório um adaptador para ligá-lo no acendedor de cigarros do veículo. Para o uso em ambiente marinho, é fundamental que o receptor seja a prova d'água para evitar corrosão em seus componentes. ESCOLHA DO RECEPTOR O item mais importante é definir a aplicação básica que você terá para um receptor GPS. Identifique então os modelos disponíveis no mercado e liste-os sob a forma de uma tabela comparativa contendo preços, características principais e acessórios disponíveis. Acessórios ou características supérfulas à sua aplicação encarecem desnecessariamente omodelo a ser adquirido. Um receptor portátil para o uso geral de excelente relação custo/benefício é o modelo GPS III fabricado pela GARMIN (www.garmin.com). Vem de fábrica com um mapa bastante detalhado implantado na memória; funciona com 4 pilhas tamanho AA ou conectado ao acendedor de cigarros do veículo; sua memória tem capacidade de gravar até 500 pontos e 20 rotas diferentes e registra seu deslocamento automaticamente. Permite entrada/saída de dados para outros equipamentos e custa aproximadamente 300 dólares nos EUA. Existe um modelo específico para as Américas e o modelo PILOT, mais caro, para o uso em aviação. GLOSSÁRIO ALMANAQUE - Informações de localização (constelação) e status dos satélites transmitida por cada satélite e coletada pelo receptor. Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 16 http://www.garmin.com/ Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional AZIMUTE - O ângulo medido entre o horizonte e um satélite ou outro objeto. DIREÇÃO - A direção do deslocamento, medida em graus, baseada na convenção que considera o operador/receptor no centro de um círculo imaginário, estando o Norte a 0º/360º e o Sul a 180º. RUMO - A direção pretendida de movimento. CURSO - É a direção do destino, medida em graus. COORDENADAS - Descrição única de uma posição geográfica, usando caracteres numéricos ou alfa-numéricos. NORTE VERDADEIRO - A direção do Polo Norte. NORTE MAGNÉTICO - A direção apontada pela agulha da bússola magnética. DECLINAÇÃO MAGNÉTICA - A diferença, em graus, entre o norte magnético e o verdadeiro. POSIÇÃO - Uma localização geográfica na superfície da Terra. NAVEGAÇÃO - Ato de determinar o curso e a direção do deslocamento. ROTA - Um curso planejado de viagem definido por uma seqüência de pontos. PERNA - Distância de um ponto de uma rota ao próximo ponto de referência. POSIÇÃO FIXA - Coordenadas de posição computadas pelo receptor GPS S.A. - Selective Availability ( Disponibilidade Seletiva) - O erro aleatório que o Departamento de Defesa dos EUA introduz deliberadamente nos sinais do Sistema para degradar sua precisão. Removido em 01/05/00 DILUIÇÃO DE PRECISÃO - DOP (Dilution Of Precision) - Também conhecido como GDOP (Geometric DOP), é o fator que determina a precisão obtida devido à geometria dos satélites. Quanto menor a DOP, melhor a precisão. Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 17 Anotações: Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional LEVANTAMENTO TOPOGRAFICO Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 18 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 19 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 20 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 21 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 22 Anotações: Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional GEOPROCESSAMENTO E SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA – SIG. GEOPROCESSAMENTO O geoprocessamento é o processamento informatizado de dados georreferenciados. Utiliza programas de computador que permitem o uso de informações cartográficas (mapas, cartas topográficas e plantas) e informações a que se possa associar coordenadas desses mapas, cartas ou plantas. Pode ser utilizado para diversas aplicações. Outra definição seria: É um conjunto de conceitos, métodos e técnicas erigido em torno do processamento eletrônico de dados que opera sobre registros de ocorrência georreferenciados, analisando suas características e relações geotopológicas para produzir informação ambiental. O TERMO GEOPROCESSAMENTO O termo geoprocessamento denota a disciplina do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento da informação geográfica e que vem influenciando de maneira crescente as áreas de Cartografia, Análise de Recursos Naturais, Transportes, Comunicações, Energia e Planejamento Urbano e Regional. As ferramentas computacionais para geoprocessamento, chamadas de Sistemas de Informação Geográfica GIS - sigla em Inglês para SIG -, permitem realizar análises complexas, ao integrar dados de diversas fontes e ao criar bancos de dados geo-referenciados. Tornam ainda possível automatizar a produção de documentos cartográficos. Num país de grande dimensão como o Brasil, com uma grande carência de informações adequadas para a tomada de decisões sobre os problemas urbanos, rurais e ambientais, o Geoprocessamento apresenta um enorme potencial, principalmente se baseado em tecnologias de custo relativamente baixo, em que o conhecimento seja adquirido localmente. Muitos pesquisadores e especialistas na área preferem o termo "Geoinformática", que é mais geral que o termo "Geoprocessamento", e corresponde a uma analogia ao termo "Bioinformática". A Sociedade Brasileira de Computação (SBC) prefere este termo. A SBC possui uma comissão especial de Geoinformática e organiza anualmente o Simpósio Brasileiro de Geoinformática (GeoInfo). Mais facilmente falando são informações relacionados a recursos naturais, cartografias ,transportes, comunicações e outros; por meio da informática. HISTÓRICO DO GEOPROCESSAMENTO As primeiras tentativas de automatizar parte do processamento de dados com características espaciais aconteceram na Inglaterra e nos Estados Unidos, nos anos 50, com o objetivo principal de reduzir os custos de produção e manutenção de mapas. Dada a precariedade da informática na época, e a especificidade das aplicações desenvolvidas (pesquisa em botânica, na Inglaterra, e estudos de volume de tráfego, nos Estados Unidos), estes sistemas ainda não podem ser classificados como “sistemas de informação”. Os primeiros Sistemas de Informação Geográfica surgiram na década de 1960, no Canadá, como parte de um programa governamental para criar um inventário de recursos naturais. Estes sistemas, no entanto, eram muito difíceis de usar: não existiam monitores gráficos de alta resolução, os computadores necessários eram excessivamente caros, e a mão de obra tinha que ser altamente especializada e caríssima. Não existiam soluções comerciais prontas para uso, e cada interessado precisava desenvolver seus próprios programas, o que demandava muito tempo e, naturalmente, muito dinheiro. Além disto, a capacidade de armazenamento e a velocidade de processamento eram muito baixas. Ao longo dos anos 70 foram desenvolvidos novos e mais acessíveis recursos de hardware, tornando viável o desenvolvimento de sistemas comerciais. Foi então que a expressão Geographic Information System foi criada. Foi Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 23 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional também nesta época que começaram a surgir os primeiros sistemas comerciais de CAD (Computer Aided Design, ou projeto assistido por computador), que melhoraram em muito as condições para a produção de desenhos e plantaspara engenharia, e serviram de base para os primeiros sistemas de cartografia automatizada. Também nos anos 70 foram desenvolvidos alguns fundamentos matemáticos voltados para a cartografia, incluindo questões de geometria computacional. No entanto, devido aos custos e ao fato destes proto-sistemas ainda utilizarem exclusivamente computadores de grande porte, apenas grandes organizações tinham acesso à tecnologia. A década de 1980 representa o momento quando a tecnologia de sistemas de informação geográfica inicia um período de acelerado crescimento que dura até os dias de hoje. Até então limitados pelo alto custo do hardware e pela pouca quantidade de pesquisa específica sobre o tema, os GIS se beneficiaram grandemente da massificação causada pelos avanços da microinformática e do estabelecimento de centros de estudos sobre o assunto. Nos EUA, a criação dos centros de pesquisa que formam o NCGIA - National Centre for Geographical Information and Analysis (NCGIA, 1989) marca o estabelecimento do Geoprocessamento como disciplina científica independente. GEOPROCESSAMENTO NO BRASIL A introdução do geoprocessamento no Brasil inicia-se a partir do esforço de divulgação e formação de pessoal feito pelo prof. Jorge Xavier da Silva (UFRJ), no início dos anos 80. A vinda ao Brasil, em 1982, de Roger Tomlinson - responsável pela criação do primeiro SIG (o Canadian Geographical Information System)-,para participar do Congresso da União Geográfica Internacional, no Rio de Janeiro, incentivou o aparecimento de vários grupos interessados em desenvolver tecnologia, entre os quais podemos citar: UFRJ: O grupo do Laboratório de Geoprocessamento do Departamento de Geografia da UFRJ, sob a orientação do professor Jorge Xavier, desenvolveu o SAGA (Sistema de Análise GeoAmbiental). O SAGA tem seu forte na capacidade de análise geográfica e vem sendo utilizado com sucesso com veículo de estudos e pesquisas. MaxiDATA: Os então responsáveis pelo setor de informática da empresa de aerolevantamento AeroSul criaram, em meados dos anos 80, um sistema para automatização de processos cartográficos. Posteriormente, constituíram empresa MaxiDATA e lançaram o MaxiCAD, software largamente utilizado no Brasil, principalmente em aplicações de Mapeamento por Computador. Mais recentemente, o produto dbMapa permitiu a junção de bancos de dados relacionais a arquivos gráficos MaxiCAD, produzindo uma solução para desktop mapping para aplicações cadastrais. CPqD/TELEBRÁS: O Centro de Pesquisa e Desenvolvimento da TELEBRÁS iniciou, em 1990, o desenvolvimento do SAGRE (Sistema Automatizado de Gerência da Rede Externa), uma extensiva aplicação de Geoprocessamento no setor de telefonia. Construído com base num ambiente de um SIG (VISION) com um banco de dados cliente-servidor (ORACLE), o SAGRE envolve um significativo desenvolvimento e personalização de software. INPE: Em 1984, o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espacias) estabeleceu um grupo específico para o desenvolvimento de tecnologia de geoprocessamento e sensoriamento remoto (a Divisão de Processamento de Imagens - DPI). De 1984 a 1990 a DPI desenvolveu o SITIM (Sistema de Tratamento de Imagens) e o SIG (Sistema de Informações Geográficas), para ambiente PC/DOS, e, a partir de 1991, o SPRING (Sistema para Processamento de Informações Geográficas), para ambientes UNIX e MS/Windows. O SPRING (Sistema de Processamento de Informações Geográficas) unifica o tratamento de imagens de Sensoriamento Remoto (ópticas e microondas), mapas temáticos, mapas cadastrais, redes e modelos numéricos de terreno. A partir de 1997, o SPRING passou a ser distribuido via Internet e pode ser obtido através do website www.dpi.inpe.br/spring. É uma aplicação Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 24 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional gratuita e indicada para quem precisa aprender os conceitos do Geoprocessamento. O Laboratório de Processamento de Imagens e Geoprocessamento (LAPIG) da Universidade Federal de Goiás / Instituto de Estudos Sócio- Ambientais (UFG/IESA) iniciou suas atividades em 1995 (sob a orientação do professor Laerte Guimarães Ferreira Júnior). Ultimamente, o LAPIG vem contribuindo com as pesquisas na área de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto, direcionando suas análises para o bioma Cerrado. Dentre as várias iniciativas do LAPIG, destaca-se o desenvolvimento do Sistema Integrado de Alerta de Desmatamento (SIAD), desenvolvido pelo professor Nilson Clementino Ferreira, com o apoio de outros pesquisadores do LAPIG. Hoje, este sistema é utilizado para monitorar os desmatamentos no Cerrado. POPULARIZAÇÃO DO GEOPROCESSAMENTO No decorrer dos anos 80, com a grande popularização e barateamento das estações de trabalho gráficas, além do surgimento e evolução dos computadores pessoais e dos sistemas gerenciadores de bancos de dados relacionais, ocorreu uma grande difusão do uso de GIS. A incorporação de muitas funções de análise espacial proporcionou também um alargamento do leque de aplicações de GIS. Na década atual, observa-se um grande crescimento do ritmo de penetração do GIS nas organizações, sempre alavancado pelos custos decrescentes do hardware e do software, e também pelo surgimento de alternativas menos custosas para a construção de bases de dados geográficas. Os anos 90 consolidaram definitivamente o uso do Geoprocessamento como ferramenta de apoio à tomada de decisão, tendo saído do meio acadêmico para alcançar o mercado com um velocidade tremenda. Instituições do Governo e grandes empresas começaram a investir no uso de aplicativos disponíveis no mercado como o ArcGIS da ESRI, AutoCAD MAP da Autodesk, gvSIG, GRASS, dentre outros. Consolidam-se ai as aplicações desktop que agregavam diversas funções no mesmo sistema (modelagem 3D, análise espacial, processamento digital de imagens, etc). Os usuários são especialistas e a difusão dos beneficios do uso de aplicações de geoprocessamento ainda estão engatinhando. No fim dos anos 90 e início desse século o uso da WEB já está consolidado e as grandes corporações passam a adotar o uso de intranet. O GIS em busca de mais popularização (por demandas do próprio mercado), evolui e passa a fazer uso também do ambiente WEB. Os aplicativos são simples, com funcionalidades básicas de consulta à mapas e a bases alfanuméricas. Os usuários já não precisam mais ser especialistas, facilitando o acesso de pessoas não ligadas à área em questão. Tem-se ai um salto no número de usuários, o surgimento de sites especializados, revistas, etc. Houve também uma aproximação entre as grandes empresas de GIS e as tradicionais empresas de Tecnologia da Informação como a Oracle, Microsoft, Google, etc. No Brasil além do próprio termo Geoprocessamento, passa-se a adotar o termo Geotecnologias para representar o mesmo conceito. A MASSIFICAÇÃO DO GEOPROCESSAMENTO Após o surgimento do Google Maps, do Google Earth e do WikiMapia uma verdadeira revolução está acontecendo. Pessoas que até então não tinham qualquer contato com ferramentas GIS, de uma hora para outra podem ter acesso à qualquer parte do planeta por meio de aplicações que misturam imagens de satélite, modelos 3D e GPS, sendo que o usuário necessita apenas ter conexão à internet. A Microsoft possui também a sua solução de visualização do Globo terreste em 3D, chamadode Virtual Earth.(Hoje denominado Bing Maps). A NASA oferece o NASA World Wind um globo virtual destinado ao segmento de pesquisadores, programável por um SDK Java.Outra aplicação existente é o Arc Globe da Environmental Systems Research Institute (ESRI) com o Arc Globe, um visualizador de dados em 3D. Fabricantes de aparelhos de celular já estão lançando telefones equipados com GPS e mapas. Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 25 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Montadoras já fabricam carros com sistemas de rastreamento por satélite. A cada dia fica mais comum estar em contato com o Geoprocessamento, mesmo que não saibamos que ele está de alguma forma sendo usado. SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA. Um Sistema de Informação Geográfica (SIG ou GIS - Geographic Information System, do acrónimo/acrônimo inglês) é um sistema de hardware, software, informação espacial e procedimentos computacionais que permite e facilita a análise, gestão ou representação do espaço e dos fenômenos que nele ocorrem. Um exemplo bem conhecido de um proto SIG é o trabalho desenvolvido pelo Dr. John Snow em 1854 para situar a fonte causadora de um surto de cólera na zona do Soho em Londres, cartografando os casos detectados. Esse protoSIG permitiu a Snow localizar com precisão um poço de água contaminado como fonte causadora do surto. Esta informação, entretanto, é controversa, visto que John Snow já tinha descoberto o poço antes da aplicação do mapa. Existem vários modelos de dados aplicáveis em SIG (Sistemas de Informação Geográfica). Por exemplo, o SIG pode funcionar como uma base de dados com informação geográfica (dados alfanuméricos) que se encontra associada por um identificador comum aos objectos gráficos de um mapa digital. Desta forma, assinalando um objecto pode-se saber o valor dos seus atributos, e inversamente, selecionando um registro da base de dados é possível saber a sua localização e apontá-la num mapa. O Sistema de Informação Geográfica separa a informação em diferentes camadas temáticas e armazena-as independentemente, permitindo trabalhar com elas de modo rápido e simples, permitindo ao operador ou utilizador a possibilidade de relacionar a informação existente através da posição e topologia dos objectos, com o fim de gerar nova informação. Os modelos mais comuns em SIG são o modelo raster ou matricial e o modelo vectorial. O modelo de SIG matricial centra-se nas propriedades do espaço, compartimentando-o em células regulares (habitualmente quadradas, mas podendo ser rectangulares, triangulares ou hexagonais). Cada célula representa um único valor. Quanto maior for a dimensão de cada célula (resolução) menor é a precisão ou detalhe na representação do espaço geográfico. No caso do modelo de SIG vectorial, o foco das representações centra-se na precisão da localização dos elementos no espaço. Para modelar digitalmente as entidades do mundo real utilizam-se essencialmente três formas espaciais: o ponto, a linha e o polígono. PADRONIZAÇÃO Na tentativa de chegar a uma padronização dos citados tipos de dados, existe o Open Geospatial Consortium, hospedado em http://www.opengeospatial.org/. O objetivo é forçar os desenvolvedores de software de SIG e Geoprocessamento adotarem padrões. Atualmente, possui algumas especificações: WMS - Web Map Service WFS - Web Feature Service WCS - Web Coverage Service CS-W - Catalog Service Web SFS - Simple Features - SQL GML - Geography Markup Language A partir de 2005, com a disponibilização gratuita do visualizador Google Earth, o formato KMZ se popularizou, tornando-se um padrão de facto. Vários SIG, em 2006, já apresentam possibilidades de exportação e importação de arquivos KMZ, como o NASA World Wind. UTILIZAÇÃO Os SIG permitem compatibilizar a informação proveniente de diversas fontes, como informação de sensores espaciais (detecção remota / sensoriamento remoto), informação recolhida com GPS ou obtida com os métodos tradicionais da Topografia. Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 26 Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional Entre as questões em que um SIG pode ter um papel importante encontram-se: Localização: Inquirir características de um lugar concreto Condição: Cumprimento ou não de condições impostas aos objetos. Tendência: Comparação entre situações temporais ou espaciais distintas de alguma característica. Rotas: Cálculo de caminhos ótimos entre dois ou mais pontos. Modelos: Geração de modelos explicativos a partir do comportamento observado de fenómenos/fenômenos espaciais. Material jornalístico. O Jornalismo online pode usar sistemas SIG para aprofundar coberturas jornalísticas onde a espacialização é importante. Os campos de aplicação dos Sistemas de Informação Geográfica, por serem muito versáteis, são muito vastos, podendo-se utilizar na maioria das atividades com um componente espacial, da cartografia a estudos de impacto ambiental ou vigilância epidemiológica de doenças, de prospeção de recursos ao marketing, constituindo o que poderá designar de Sistemas Espaciais de Apoio à Decisão. A profunda revolução que provocaram as novas tecnologias afetou decisivamente a evolução da análise espacial. Técnico em Meio Ambiente – Geoprocessamento Aplicado à Análise Ambiental 27 Anotações: Escola Estadual de Educação Profissional [EEEP] Ensino Médio Integrado à Educação Profissional SENSORIAMENTO REMOTO INTRODUÇÃO AO SENSORIAMENTO REMOTO CARLOS ALBERTO STEFFEN Divisão de Sensoriamento Remoto RADIAÇÃO SOLAR O Sol é a principal fonte de energia para todo o sistema solar e, devido à sua elevada temperatura, gera uma grande quantidade de energia que é irradiada para todo o espaço. Propagando-se pelo vácuo com uma velocidade próxima de 300.000 km/s a energia radiante, também chamada radiação solar, atinge a Terra onde é em parte refletida de volta para o espaço e em parte absorvida pelos objetos terrestres transformando-se em calor ou outras formas de energia. Por exemplo, a radiação solar ao ser absorvida pela água do oceano se transforma em calor que a faz evaporar formando as nuvens e estas, ao se precipitarem na forma de chuva alimentam os reservatórios das usinas hidroelétricas; a água acumulada nos reservatórios contém energia mecânica potencial que ao se precipitar através dos geradores da usina é transformada em energia elétrica e então transportada (por fios elétricos) para outros lugares onde novas transformações podem gerar luz, calor, acionar motores, etc. A energia radiante também pode ser gerada na Terra por objetos aquecidos ou através de outros fenômenos físicos. Por exemplo, o filamento de uma lâmpada se torna incandescente ao ser percorrido por uma corrente elétrica, gera energia radiante, sob a forma de luz, que ilumina os objetos ao redor. LUZ E RADIAÇÃO Isaac Newton (1642-1727), um dos maiores cientistas de todos os tempos, provou que a radiação solar poderia ser separada (dispersa) em um espectro colorido, como acontece num arco- íris. Sua experiência, mostrou que a radiação solar visível (luz branca) é uma mistura de luzes de cores diferentes. Experimentos realizados posteriormente mostraram que o espectro solar contém outros tipos de radiação invisíveis, como a ultravioleta e a infravermelha (figura 1). Figura 1. Dispersão da radiação solar. Observe na figura 2 que ao agitar uma
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