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U N O PA R C A RTO G RA FIA E G EO PRO C ESSA M EN TO A M B IEN TA L Cartografi a e Geoprocessamento Ambiental Camila Leonardo Mioto Cartografia e geoprocessamento ambiental Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) Mioto, Camila Leonardo ISBN 978-85-8482-628-5 1. Cartografia. I. Título. CDD 526 Leonardo Mioto. – Londrina : Editora e Distribuidora Educacional S.A., 2017. 160 p. M669c Cartografia e geoprocessamento ambiental / Camila © 2017 por Editora e Distribuidora Educacional S.A. Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida ou transmitida de qualquer modo ou por qualquer outro meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia, gravação ou qualquer outro tipo de sistema de armazenamento e transmissão de informação, sem prévia autorização, por escrito, da Editora e Distribuidora Educacional S.A. 2017 Editora e Distribuidora Educacional S.A. Avenida Paris, 675 – Parque Residencial João Piza CEP: 86041-100 — Londrina — PR e-mail: editora.educacional@kroton.com.br Homepage: http://www.kroton.com.br/ Tema 1 | Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia Tema 2 | Noções de escala e projeções cartográficas Tema 3 | Sistema de informação geográfica Tema 4 | Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Tema 5 | Dados ambientais e geoprocessamento Tema 6 | Estudos de caso 7 33 61 87 111 135 Sumário Convite à leitura Neste tema você irá aprender sobre o Geoprocessamento, ou Geotecnologias, ciência relacionada às técnicas de coleta, processamento e análise de dados ambientais e espaciais. Entre as geotecnologias destacam-se os Sistema de Posicionamento Global, Sensoriamento Remoto, Sistemas de Informações Geográficas (SIGs), sendo enfatizada neste tema a área da Cartografia, a qual está diretamente relacionada à elaboração de mapas. Os principais conceitos relacionados a essa ciência serão apresentados, assim como informações relacionadas ao seu histórico, desde os primeiros mapas reconhecidos, até os dias atuais com sua modernização. A leitura desse tema irá possibilitar o maior entendimento sobre o Geoprocessamento/ Geotecnologias com aprofundamento sobre a Cartografia, de modo a fazer você entender que atualmente tais ciências estão sendo empregadas nas mais diversas áreas, não somente na parte ambiental, mas também em estudos relacionados à saúde, saneamento, transporte, planejamento urbano, entre outros. Isso ocorre principalmente pelo fato das Geotecnologias trazerem como resultado os mapas, que facilitam a visualização e interpretação das informações de modo mais intuitivo. Tema 1 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia Geoprocessamento Geoprocessamento, também conhecido como Geotecnologias, é o conjunto de técnicas relacionadas a coleta, processamento e análise de dados espaciais ou informações geográficas (PARANHOS FILHO et al., 2016). Ou seja, podemos compreender também pela conceituação feita por Rosa (2005) que são as tecnologias utilizadas para gerar, processar e analisar informações que possuam referência geográfica. Essa ciência tem influenciado diversas áreas, como a Cartografia, Análise de Recursos Naturais, Transportes, Comunicações, Planejamento Urbano, Segurança Pública, entre outros (CÂMARA et al., 2001). Dentre outras utilizações, está seu emprego principalmente na caracterização da área de estudo, como por exemplo, através da demarcação dos seus limites, da identificação do seu uso do solo, da verificação das áreas de preservação permanente e de reserva legal presentes na área. Câmara et al. (2001) diz que “Se onde é importante para seu negócio, então Geoprocessamento é sua ferramenta de trabalho”. Nesse sentido, toda vez que o “onde” aparece, dentre as problemáticas que precisam ser resolvidos por um sistema informatizado, haverá oportunidade para considerar a utilização de um SIG (Sistema de Informação Geográfica), ressaltando que o SIG são ferramentas computacionais para geoprocessamento. O Geoprocessamento pode ser dividido em três linhas gerais (PARANHOS FILHO et al., 2016): • Cartografia: área do Geoprocessamento relacionada à elaboração de mapas e de cartas. De modo digital ou não, podendo ser cadastral, temática ou de outras áreas relacionadas com a topografia e agrimensura. POR DENTRO DO TEMA Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 8 • Sensoriamento Remoto: a mais importante forma de obtenção de dados ambientais. É a obtenção de imagens ou dados de um objeto sem contato direto entre o mesmo e o sensor de amostragem. Envolve imagens de satélite e de radar, assim como fotografias aéreas, digitais ou não. • SIG – Sistemas de Informações Geográficas: são sistemas que envolvem hardware (computador), software (programas), dados geográficos e pessoal qualificado para capturar, armazenar, manipular e analisar informações referenciadas geograficamente. Representam uma importante ferramenta para análises ambientais. Dentro do Geoprocessamento, a Cartografia desempenha papel fundamental, pois os mapas são os principais meios de divulgação dos resultados, tornando a visualização e interpretação das informações mais rápidas e intuitivas (TIMBÓ, 2001). Sendo assim, neste capítulo serão discutidos os principais conceitos relacionados à Cartografia. As outras áreas que compõem o Geoprocessamento, ou as Geotecnologias, serão discutidas nos próximos capítulos. Cartografia O histórico da Cartografia confunde-se com a história da humanidade. O homem sempre apresentou necessidade de identificar recursos, encontrar abrigos e alimentos e demarcar seu território, registrando sua movimentação. Nesse sentido, os mapas remetem à primeira forma de expressão utilizada, surgindo antes mesmo da escrita (IBGE, 2016 a). O mapa citado como o mais antigo do mundo é o mapa de Ga-Sur, fabricado por volta de 2.500 a.C. pelos povos babilônicos (Figura 1.1). Produzido em um bloco de argila cozida, tal mapa retratava o vale de um rio, provavelmente o Eufrates, na antiga Mesopotâmia (IBGE, 2016 b). Fonte: Geo Guia (2010). Figura 1.1. Mapa de Ga-Sur datado em 2.500 a.C. Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 9 Entretanto, pesquisas recentes trazem o mapa da cidade de Catal Hyük, na região turca da Anatólia, como o mapa mais antigo, datado de 6.200 a.C. (Figuras 1.2 e 1.3) (ÇATALHÖYÜK, 2016). Fonte: Çatalhöyük (2016). Figura 1.2. Mapa da cidade de Catal Hyük, na Anatólia, que hoje é a Turquia, de 6.200 a.C. Fonte: Mendonça (2007); Çatalhöyük (2016). Figura 1.3. O mapa representava uma habitação denominada de “colméia” e um vulcão em erupção, o Hasan Dag. De acordo com a Organização das Nações Unidas (ONU, 1949), a Cartografia é mais do que uma ferramenta básica no desenvolvimento econômico, mostrando- se a primeira ferramenta que deve ser usada antes de outras ferramentas serem empregadas no trabalho. A primeira vez em que a palavra Cartografia foi utilizada foi em 1839, pelo Visconde de Santarém Manoel Francisco de Barros e Souza de Mesquita de Macedo Leitão, com a concepção original relacionada à ideia do traçado de mapas (IBGE, Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 10 1998; 2016 c). Em 1966, a Associação Cartográfica Nacional (ACI) definiu a Cartografia como a arte, ciência e tecnologia de fazer e usar mapas: “A Cartografia apresenta-se como o conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que, tendo por base os resultados de observações diretas ou da análise de documentação, se voltam para a elaboração de mapas, cartas e outras formas de expressão ou representação de objetos, elementos, fenômenos e ambientes físicos e socioeconômicos, bem como a sua utilização” (IBGE, 1998). Nesse sentido, a Cartografia envolve diversos pontos, partindo da coleta de dados, estudos, análises, representações defenômenos e ambientes de diferentes campos científicos relacionados à superfície terrestre (IBGE, 1998). De uma forma resumida, a Cartografia é a ciência de representar a superfície terrestre em um mapa, sendo assim uma simplificação da realidade. As representações cartográficas são divididas em: mapa, carta e planta (IBGE, 1998). De acordo com o IBGE: “Mapa é a representação no plano, normalmente em escala pequena, dos aspectos geográficos, naturais, culturais e artificiais de uma área tomada na superfície de uma Figura planetária, delimitada por elementos físicos, político administrativos, destinada aos mais variados usos, temáticos, culturais e ilustrativos.” (IBGE, 1998). Dentre as características dos mapas destacam-se a representação plana, pequenas escalas (grandes áreas), delimitação de acidentes naturais (bacias hidrográficas, planaltos), podendo ser utilizados para fins temáticos, culturais e em análises qualitativas ou quantitativas (IBGE, 1998). Já as cartas são utilizadas para representações em escala média ou grande e definida pelo IBGE (1998) como: “A representação no plano, em escala média ou grande, dos aspectos artificiais e naturais de uma área tomada de uma superfície planetária, subdividida em folhas delimitadas por Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 11 linhas convencionais - paralelos e meridianos - com a finalidade de possibilitar a avaliação de pormenores, com grau de precisão compatível com a escala.” (IBGE, 1998). Quando a representação se restringe a escalas muito grandes, utilizam-se as plantas, que são tipos especiais de cartas. Segundo o IBGE (1998): De uma maneira resumida, tem-se que principal diferença entre mapa, carta e planta está relacionada à escala que cada um deles suporta. Mas afinal, o que é escala? Escala apresenta a relação entre a representação e a realidade, ou seja, para a representação da realidade do mapa é necessário o estabelecimento de uma correspondência entre as dimensões reais dos objetos ou lugares representados e as do papel (SENE, 2013). É definida de acordo com a Equação 1.1: Onde, “d” significa a distância no desenho e “D” a distância no terreno. Geralmente são apresentadas na forma de proporção, como 1:1.000, 1:250.000. Escalas maiores possuem denominadores menores, porém representam áreas menores com maior riqueza de detalhes. Escalas com denominadores maiores representam grandes extensões, porém com nível de detalhamento menor. O conceito de escala será abordado detalhadamente no próximo tema. Os elementos que compõem o espaço geográfico são representados nos mapas através de pontos, linhas, cores, texturas e textos – são os símbolos próprios da Cartografia (SENE, 2013). De acordo com o IBGE (1998), as convenções cartográficas abrangem símbolos que representam de modo mais expressivo o local e o objeto. Os sistemas de coordenadas são fundamentais em um mapa, pois é através deles que se torna possível descrever a posição de um objeto no globo. Esses sistemas podem ser estabelecidos de diversas maneiras (IBGE, 2011). Com o objetivo de “Carta que representa uma área de extensão suficientemente restrita para que a sua curvatura não precise ser levada em consideração, e que, em consequência, a escala possa ser considerada constante.” (IBGE, 1998). E = d D Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 12 facilitar o cálculo das coordenadas da superfície terrestre, foram adotadas algumas superfícies matemáticas simples: o geoide e o elipsoide (Figura 1.4). Fonte: Adaptado de Paranhos Filho et al. (2016) Figura 1.4. As três superfícies que devem ser levadas em consideração na hora de construir um mapa: geoide, elipsoide e superfície terrestre. O geoide foi proposto por Carl Friedrich Gauss e representa a superfície que leva em consideração a gravidade e a rotação da Terra. Pode-se considerar que o mesmo é a extensão do nível médio dos mares através dos continentes, sendo a superfície de referência para os levantamentos geodésicos (PARANHOS FILHO et al., 2016). Já o elipsoide é a superfície de referência empregada nos cálculos que fornecem subsídios para a elaboração de uma representação cartográfica. O elipsoide é a forma que mais se aproxima da forma real da Terra (IBGE, 1998; PARANHOS FILHO et al., 2016). Levando em consideração o modelo esférico da Terra, têm-se as coordenadas geográficas, as quais se baseiam na divisão imaginária da Terra em linhas horizontais e verticais. Se as coordenadas são apresentadas em um modelo elipsoidal, ou seja, levam em consideração o elipsoide como referência, são denominadas de coordenadas geodésicas. Entretanto, se as coordenadas são apresentadas em uma superfície plana são denominadas de acordo com a projeção as quais estão associadas, como as coordenadas planas UTM (IBGE, 2011). Em relação às coordenadas geográficas tem-se a latitude e a longitude. A latitude divide o globo horizontalmente, sendo a distância em graus de qualquer ponto da superfície terrestre até a Linha do Equador. Os planos de referência de latitude também são denominados de paralelos. Apresentam o valor de 0º na Linha do Equador e 90º nos polos, sendo positivo no Hemisfério Norte e negativo no Hemisfério Sul (CARVALHO e ARAÚJO, 2008; SENE, 2013; PARANHOS FILHO et al., 2016). Já a longitude divide o globo verticalmente, sendo a distância em graus de Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 13 qualquer ponto do globo até o Meridiano de Greenwich. Seus planos de referência são chamados de meridianos. Seus valores variam de 0 até 180º para leste (valores positivos) e de 0 a 180º para oeste (valores negativos) (CARVALHO e ARAÚJO, 2008; SENE, 2013; PARANHOS FILHO et al., 2016). Tal sistema de coordenadas pode ser escrito na forma de graus, minutos e segundos, como Latitude (ϕ)= 16º15’00”S e Longitude(λ)= 46o15’00”W.Gr. Ou, então, em graus decimais, como Latitude (ϕ)= -10,309S e Longitude(λ)= -35,76W. Na Figura 1.5 tem-se a divisão do globo terrestre em latitude e longitude. Figura 1.5. As coordenadas geográficas são determinadas através da latitude e longitude. Fonte: Adaptado de NASCIMENTO (2014). O sistema de coordenadas planas mais utilizado é o sistema de UTM (Universal Transversa de Mercator), sendo baseado no plano cartesiano (eixo X, Y) e que utiliza o metro (m) como a unidade para medir de distâncias e localizar a posição de um objeto. Esse sistema não acompanha a curvatura da Terra e seus fusos indicam em qual parte do globo as coordenadas obtidas se aplicam (SILVA et al., 2013). No sistema UTM, o globo é dividido em 60 fusos, onde cada fuso se estende 6º de longitude e 4º de latitude. São numerados de um (1) a 60, iniciando no fuso 180º a 174º W Greenwich e continuando para leste (IBGE, 1998). Para definir a latitude, estabeleceu-se o valor de 10 milhões de metros para o Equador, sendo que os valores aumentam no sentido norte e diminuem para sul. Já para a obtenção da longitude, determinou-se o valor de 500 mil metros para cada meridiano central (MC), com os valores crescendo para leste e diminuindo para oeste (Figuras 1.6 e 1.7). Devido à sua extensão, o Brasil possui oito fusos (do 18, a oeste, ao 25 a leste). Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 14 Fonte: Laboratório de Cartografia – UFSM. Figura 1.6. Sistema UTM. Fonte: Cartografia Escolar. Figura 1.7. Zonas UTM que dividem o globo terrestre. Além das coordenadas, para complementar a localização de um ponto, ou seja, para identificar com maior precisão um local na superfície terrestre, pode-se utilizar uma informação a mais: o nível do mar (altitude). Outro ponto que deve ser aqui discutido e de fundamental importância dentro da Cartografia é o conceito de datum. É caracterizado como sendo uma superfície de referência posicionada em relação ao planeta. Existem dois tipos de , o planimétrico (horizontal) e o altimétrico (ou vertical). Introduçãoao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 15 O datum planimétrico é a origem para o sistema de coordenadas (latitude e longitude) e refere-se ao modo como o geoide e o elipsoide se relacionam espacialmente (PARANHOS FILHO et al., 2016). No Brasil foram empregados vários planimétricos, como o Córrego Alegre e o SAD69, sendo o último utilizado como referencial na maioria do material cartográfico produzido no Brasil. Atualmente, de acordo com o Decreto nº 5.334/2005 (BRASIL, 2005), o datum planimétrico que deve ser empregado nos trabalhos cartográficos é o Sirgas 2000. Como origem e referência das altitudes (em relação ao nível do mar) tem-se o datum altimétrico ou datum vertical que se refere à superfície de referência usada para definir as altitudes de pontos da superfície terrestre, sendo considerado a continuação do nível médio dos mares em relação ao continente. Para o território brasileiro utiliza-se o datum altimétrico de Imbituba – Santa Catarina, com exceção do Estado do Amapá, o qual utiliza o Porto de Santana (IBGE, 1998). É de fundamental importância o conhecimento de que a produção de mapas não é realizada de modo aleatório. Devem ser levadas em considerações as exigências estabelecidas no Decreto Lei nº 89.817/1984 e Decreto nº 5.334/2005 (BRASIL, 1984; 2005), os quais regulam as normas técnicas da cartografia nacional e estabelecem as normas que devem ser observadas por todas as entidades que produzam e utilizam serviços cartográficos. Além disso, tais decretos apresentam os elementos obrigatórios de uma carta, classificam as cartas quanto à sua exatidão (Padrão de Exatidão Cartográfica – PEC) e também estabelecem quais os datuns que devem ser empregados na elaboração de mapas, cartas e plantas. Na Figura 1.6 tem-se um exemplo de como os mapas devem ser apresentados e os itens obrigatórios que os mesmos devem conter. Fonte: Matos Filho et al. (2005). Figura 1.6. Os elementos obrigatórios que um mapa deve apresentar são: título (se necessário subtítulo – ponto 1), norte ou indicação de orientação (ponto 2), escala (numérica, gráfica – ponto 3), sistemas de coordenadas (ponto 4), legenda, fonte. Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 16 Em relação aos tipos de produtos cartográficos, têm-se dois tipos: os mapas topográficos e os mapas temáticos. O produto cartográfico pode ser classificado quanto a natureza da sua representação em mapas gerais (cadastral, topográfico ou geográfico), temáticos (fenômenos representativos) e especiais (aeronáutica, náutica, por exemplo. Nos mapas topográficos busca-se representar a superfície terrestre de forma mais fiel possível, representando os acidentes naturais e artificiais, informações altimétricas (altitude) e elementos planimétricos (TAVARES, 2011). Nos mapas temáticos a relação entre a representação e a realidade é mais precisa, pois é feita em escala média ou grande (SENE, 2013). São utilizados para representar fenômenos combinados ou particularizados, sintéticos ou de correlação. Alguns exemplos são os mapas geológicos e de uso e ocupação do solo (TAVARES, 2011). Os mapas e as cartas topográficas resultam de levantamentos sistemáticos, realizados por órgãos como o IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), do governo federal, entre outros, e também por empresas privadas (SENE, 2013). Uma carta topográfica (Figuras 1.7 e 1.8) apresenta os objetos da superfície de modo mais detalhado, o que possibilita a identificação da posição planimétrica (fenômenos geográficos representados no plano, como cidades, matas, corpos hídricos) e da posição altimétrica (representação vertical, como a altitude do relevo) (SENE, 2013). Fonte: IBGE (1984). Figura 1.7. Parte da carta topográfica da Região Sudeste do Brasil, na escala de 1:50.000. Nas cartas são apresentados dois sistemas de coordenadas – UTM (metros) e geográficas (graus, minutos e segundos). Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 17 Fonte: baseada em Philippi et al. (1999). Figura 1.8. Parte da carta topográfica da Região da Região Centro-Oeste, na escala de 1:25.000. O site do IBGE disponibiliza cartas topográficas de diversas áreas do Brasil e em diversas escalas. Os mapas topográficos são utilizados como base para a construção dos mapas temáticos, que por sua vez possuem informações referentes a um determinado fenômeno ou tema do espaço geográfico. Podem ser informações naturais, como geologia, solo, relevo; ou sociais, como população, urbanização, agricultura (SENE, 2013). São fundamentais por facilitar as ações planejadas pelo governo e outras entidades, pois auxilia na compreensão da organização de fenômenos que compõem e estruturam o espaço geográfico, como na organização de sistemas de transporte, produção agrícola, entre tantos outros (SENE, 2013). Exemplos de mapas temáticos são apresentados nas Figuras 1.9 a 1.11. Fonte: Coutinho (2005). Figura 1.9. Mapa temático do Estado de Mato Grosso, demonstrando a vegetação e o uso da terra no ano de 1999. Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 18 Fonte: IBGE (2000). Figura 1.10. Mapa temático apresentando os domicílios com abastecimento de água por rede geral do ano de 2000. Fonte: Secretaria do Estado de Saúde de São Paulo (2011). Figura 1.11. Mapa temático apresentando a distribuição dos serviços de oncologia nas regiões de saúde do Estado de São Paulo. O mapeamento do globo terrestre até o início do século XX era realizado a partir de metodologias e referencias distintas. A padronização da representação das cartas foi proposta por Albrecht Penck, em um Congresso Internacional de Londres, no ano de 1909, chamado de Plano de Mapeamento Mundial, o qual tinha como objetivo padronizar a Carta Internacional ao Milionésimo (CIM) (DUARTE, 2014; SEED, 2016). De acordo com o IBGE (1998): Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 19 “Fornece subsídios para a execução de estudos e análises de aspectos gerais e estratégicos, no nível continental.” (IBGE, 1998). A distribuição das folhas ao Milionésimo resultou da divisão do globo terrestre em 60 fusos de 6º de amplitude no sentido Oeste-Leste e cada um desses foi dividido a partir da Linha do Equador em 21 zonas de 4º de amplitude para o Norte e para o Sul, sendo que cada carta está na escala 1:1.000.000. A divisão dos fusos para a representação das cartas é semelhante à adotada no sistema de coordenadas UTM. A representação CIM serviu de base para o estabelecimento das especificações de tal sistema de coordenadas (IBGE, 1998). A nomenclatura das folhas ao Milionésimo é composta por um conjunto de três caracteres, sendo (IBGE, 1998): 1. Letra N ou S – indica se a folha está ao Norte ou ao Sul da Linha do Equador; 2. Letras A a U – informa em qual zona de 4º de latitude, a partir do Equador, está localizada a carta; 3. Número de 1 a 60 – descreve a qual fuso pertence a carta. Esta nomenclatura aplica-se na denominação de todas as folhas de cartas do mapeamento sistemático, nas escalas de 1:1.000.000 a 1:25.000. Cartas produzidas em escalas maiores que 1:25.000 ainda não apresentam normas que legaliza sua nomenclatura (IBGE, 1998). A Figura 1.12 e a Tabela 1.1 apresentam esta nomenclatura. Fonte: IBGE (1998); PARANHOS FILHO et al. (2016). Figura 1.12. Cartas ao Milionésimo no Brasil. Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 20 Fonte: IBGE (1998); PARANHOS FILHO et al. (2016) Tabela 1.1. Cartas ao Milionésimo no Brasil. As cartas na escala de 1:1.000.000 são identificadas com a letra do hemisfério e o número do fuso. Como no exemplo, tem-se a carta SD 21. Essa carta pode ser subdividida em quatro folhas na escala de 1:500.000 indicadas pelas letras V, X, Y e Z – exemplo SD 21-V (marcada pelo retângulo vermelho). De maneira análoga, a carta 1:500.000 pode ser subdivida em outras quatro cartas na escala de 1:250.000, nominadas por A, B,C e D – exemplo SD 21-V-A. Cartas produzidas na escala 1:250.000 são divididas em seis cartas na escala 1:100.000, sendo chamadas de I, II, III, IV, V e VI – exemplo SD 21-V-A-I. Consequentemente, as cartas 1:100.000 geram quatro cartas na escala 1:50.000, designadas de 1, 2, 3 e 4 – exemplo SD 21-V-A-I-2. E por fim, as cartas 1:50.000 são subdividas em quatro cartas em 1:25.000, intituladas em NO, NE, SO e SE – exemplo SD 21-V-A-I-2-SE. Desse modo, tendo-se a nomenclatura da carta é possível identificar em qual fuso a mesma se encontra e também em qual escala foi produzida. Do mesmo modo, tendo-se a coordenada do ponto e a escala, é possível reconhecer em qual carta o ponto de encontra. Anteriormente, a maioria dos mapas era disponibilizada somente em papel, os quais muitas vezes acabavam se desgastando, tornando difícil sua utilização. Nos dias atuais, com a introdução de novas tecnologias, a produção, coleta, armazenamento e processamento de dados geográficos tornaram-se mais rápidos e menos dispendiosos. Imagens de satélite, sistemas de informações geográficas (SIGs), de veículos aéreos não tripulados (VANT ou DRONE), sistemas de posicionamento globais baseados em satélites (GNSS) estão sendo utilizados pelos mais diferentes usuários, popularizando o Geoprocessamento. A produção de mapas digitais facilita sua utilização e um SIG permite combinar informações de diversas origens e escalas. A grande questão dentro do Geoprocessamento é trazer a natureza (realidade) para dentro do computador, de modo a reproduzi-la de modo mais compatível possível com o real. Ou seja, é representar computacionalmente os dados ambientais (PARANHOS FILHO et al., 2016). Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 21 Esses, por sua vez, mostram-se normalmente como um conjunto de valores, regular ou irregularmente distribuídos, dependendo da forma como foram coletados e modelados (PARANHOS FILHO et al., 2016). Para essa modelização é importante levar em consideração que os dados ambientais também são dados espaciais, possuindo posição no espaço, ou seja, os dados ambientais são posicionados em uma determinada região do globo terrestre (MEDEIROS, 2010; PARANHOS FILHO et al., 2016). Geotecnologias na Geografia Aplicada O artigo desenvolvido por Roberto Rosa aborda os principais aspectos relacionados às Geotecnologias. Ao ler o artigo você revisará alguns dos temas abordados neste capítulo e aprenderá um pouco mais sobre cada uma dás áreas que compõem o Geoprocessamento. Geotecnologias na Geografia Aplicada. Disponível em < http://www.geografia. fflch.usp.br/publicacoes/RDG/RDG_16/Roberto_Rosa.pdf>. Acesso em 17 de março de 2016. Ação e Meio Ambiente – Geoprocessamento Em um episódio do Programa Ação e Meio Ambiente é apresentado um resumo sobre os conceitos de Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto, indicando sua utilização no nosso dia a dia e nas atividades relacionadas ao meio ambiente. É exibida uma série de exemplos, discussões com profissionais e com o então diretor do Google, o qual explica o funcionamento do Google Earth. Tempo: 22:21 minutos Ação e Meio Ambiente. Disponível em: <https://www.youtube.com/ watch?v=m5LLDaYsXhY>. Acesso em 17 de março de 2016. Geografia (Longitude e Latitude) No episódio do programa Eureka, da TV Educativa, são apresentados alguns fatores relacionados à latitude e à longitude. O apresentador contextualiza os motivos por estarem selecionados os meridianos e os paralelos. Tempo: 17:25. Geografia (Longitude e Latitude). Disponível em: <https://www.youtube.com/ watch?v=zNDDLRbzfNI>. Acesso em 22 de março de 2016. Navegador chinês pode ter chegado à África Oriental antes de Vasco da Gama ACOMPANHE NA WEB Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 22 O que você aprende na escola é que a América foi descoberta pelos portugueses em 1492, certo? Porém, pesquisas revelam que um chinês pode ter a descoberto antes disso. De acordo com Gavin Menzie, o navegador Zheng He foi o primeiro a navegar por todo o planeta, descobrindo a América antes de Cristovão Colombo. Isso porque foi encontrado um mapa do globo terrestre datado de 1421. Navegador chinês pode ter chegado à África Oriental antes de Vasco da Gama. Revista Veja. Disponível em: <http://veja.abril.com.br/noticia/ciencia/navegador- chines-pode-ter-chegado-a-africa-oriental-antes-de-vasco-de-gama>. Acesso em 17 de março de 2016. Leitura de coordenada geográfica na carta topográfica No site do Laboratório de Cartografia da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) é apresentado detalhadamente como é realizada a leitura de coordenadas geográficas em uma carta topográfica, através de cálculos matemáticos, razões e proporções. Leitura de coordenada geográfica na carta topográfica. Laboratório de Cartografia da Universidade Federal de Santa Maria. Disponível em: <http://coral.ufsm.br/ cartografia/index.php?option=com_content&view=article&id=42&Itemid=38>. Acesso em 17 de março de 2016. Biblioteca Digital – SBSR Para quem está começando a trabalhar com Geoprocessamento, uma dica é visitar a Biblioteca Digital dos Simpósios Brasileiros de Sensoriamento Remoto (SBSR). Nesse site estão disponibilizados os trabalhos publicados em todos os SBSR já realizados. Assim, você terá noção de alguns trabalhos que podem ser feitos utilizando o Geoprocessamento. Biblioteca Digital – SBSR. Disponível em: <http://www.dsr.inpe.br/sbsr2007/ biblioteca/>. Acesso em 22 de março de 2016. Instruções: Agora, chegou a sua vez de exercitar seu aprendizado. A seguir, você encontrará algumas questões de múltipla escolha e dissertativas. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido. AGORA É A SUA VEZ Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 23 Questão 1 As Geotecnologias ou Geoprocessamento é uma ciência que está sendo muito utilizada nas mais diversas áreas do conhecimento, como a Cartografia, Análise de Recursos Naturais, Transportes, Comunicações, Planejamento Urbano, Segurança Pública, entre outros. Conceitue Geoprocessamento e suas divisões. Questão 2 Assinale V para verdadeiro ou F para falso, de acordo com os conceitos apresentados neste capítulo: ( ) Dados ambientais não são considerados dados espaciais. ( ) Cartografia é a ciência de representar a superfície terrestre em um mapa, sendo assim uma simplificação da realidade. ( ) Para a elaboração de mapas não é necessário o cumprimento de regras. ( ) Pela nomenclatura das cartas não se consegue identificar em qual fuso e em qual escala a carta se encontra. ( ) A latitude representa os paralelos, que dividem o globo terrestre verticalmente. Assinale a alternativa correta que corresponde ao preenchimento das lacunas acima: a) V, V, F, V e F b) V, F, F, V e F c) V, F, F, V e V d) F, V, F, V e V e) F, V, F, F e F Questão 3 Em relação à definição de mapas e cartas pode-se afirmar que: I. Mapa é a representação no plano, normalmente em escalas grandes. II. Cartas são representações no plano de escalas médias ou grandes. III. As plantas são cartas que representam uma área de extensão suficientemente restrita para que a sua curvatura precise ser levada em consideração. IV. Em ambiente SIG é possível trabalhar com dados vetoriais e raster em conjunto. Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 24 Está (ão) correto(s), apenas, o(s) item(s): a) I. b) II. c) I e II. d) II e IV. e) I, II e III. Questão 4 De acordo com o índice de nomenclatura, indique em qual hemisfério e em qual fuso está a carta abaixo. Por que chegou a tal conclusão? FOLHA SE 22-V-D-I. Questão 5 Neste capítulo foram apresentados os sistemas de coordenadas e as superfícies que devem ser levadas em consideração na hora de confecciona r um mapa. Sendo assim, defina o que são geoide e o elipsoide e apresente como os mesmos se relacionam espacialmente. Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografiaT1 25 Neste tema, você aprendeu sobre os conceitos e sobre a importância do Geoprocessamento e da Cartografia em diversos estudos, já que os mesmos estão intimamente relacionados à elaboração de mapas, os quais são os principais meios de divulgação dos resultados obtidos, o que facilita a visualização e interpretação das informações de forma mais rápida e de modo mais intuitivo. Observou também que a elaboração de mapas deve seguir critérios estabelecidos na legislação, não sendo os mesmos produzidos sem padronização. Você verificou que as Geotecnologias podem ser utilizadas nas mais diversas áreas e que seu uso tem se popularizado devido ao menor custo e à maior rapidez na produção de informações. FINALIZANDO Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 26 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia T1 27 ANAC. Agência Nacional de Aviação Civil. Regulamento Brasileiro da Aviação Civil Especial. 2015. a. Disponível em < http://www2.anac.gov.br/transparencia/ audiencia/2015/aud13/anexoI.pdf>. Acesso em: 17 mar. 2016. ANAC. Agência Nacional de Aviação Civil. 2015. b. Disponível em < http://www2. anac.gov.br/rpas/>. Acesso em: 17 mar. 2016. BRASIL. Decreto nº 89.817, de 20 de Junho de 1984. Normas técnicas da cartografia nacional. Diário Oficial da Presidência da República. Secretaria de Planejamento da Presidência da Repúbica – SEPLAN/PR. Disponível em <http://www.planalto. gov.br/ccivil_03/decreto/1980-1989/D89817.htm>. Acesso em: 17 mar. 2016. BRASIL. Decreto Nº 5.334 de 6 de janeiro de 2005. Dá nova redação ao art. 21 e revoga o art. 22 do Decreto Nº 89.817 de 20 de Junho de 1984. Normas técnicas da cartografia nacional. Diário Oficial da Presidência da República. Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão – MP. Disponível em <http://www.planalto.gov. br/ccivil_03/_Ato2004-2006/2005/Decreto/D5334.htm>. 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Projeção: Para se fazer uma uma carta é necessário estabelecer uma forma onde GLOSSÁRIO T1 31Introdução ao geoprocessamento – conceitos de cartografia cada ponto da superfície da Terra corresponda a um ponto na carta/mapa e vice- versa. Para obter essa correspondência são utilizados os sistemas de projeções. Existem várias projeções cartográficas diferentes, sendo classificadas de acordo com o tipo de superfície de projeção adotada e pelas deformações que as caracterizam (IBGE, 1998; CÂMARA et al., 2001). Precisão: Está relacionada ao grau de concordância de um conjunto de medidas feitas sobre as mesmas condições. É o quanto as medidas feitas em laboratório, por exemplo, estão próximas umas das outras. Dentro da Cartografia, este conceito deve ser levado em consideração para a classificação das cartas (PEC). Altitude: Diferentemente da altura, a altitude é medida levando em consideração o nível médio do mar, ou seja, é a distância vertical em relação o nível médio do mar. Veículos aéreos não tripulados (VANT): De acordo com a ANAC – Agência Nacional de Aviação Civil (2015), VANT significa toda a aeronave não tripulada utilizada para fins que não sejam somente para recreação. Também conhecido como Drone, esses equipamentos têm sido utilizados nas mais diversas atividades, como controle e fiscalização do espaço aéreo e do território federal, monitoramento ambiental, segurança pública, entre outros (LIMA, 2013; ANAC, 2015 a, b). Sistemas de Posicionamento Global baseado em Satélite (GNSS): Popularmente conhecidos como GPS (sistema de posicionamento global), são equipamentos que fornecem a posição do usuário no globo terrestre, em diferentes níveis de precisão e acurácia. São vários os modelos disponíveis no mercado, que vão dos mais simples (como os GPS de carro e os GPS presentes nos celulares) aos mais sofisticados (utilizados em levantamentos geodésicos). Tema 2 Noções de escala e projeções cartográficas Noções de Escala As representações cartográficas são utilizadas para reproduzir a superfície terrestre, ou uma parte dela, na forma de mapas, as cartas e as plantas. Essas representações consistem em projetar os detalhes e as características presentes na superfície terrestre no plano horizontal, de modo convencional (impressa) ou digital (IBGE, 1998). • Os elementos representados podem ser de dois tipos (IBGE, 1998): • Naturais – elementos presentes na natureza, como os rios, serras, lagos, mares, etc. • Artificiais – elementos produzidos pelo ser humano, como edificações, ruas, pontes, etc. A grande questão dessa representação é a necessidade de alterar as proporções dos objetos que se desejam representar em um espaço limitado. A proporção adotada para essa representação recebe o nome de escala, cuja presença é obrigatória em um mapa, visto que visualmente não é possível identificar em qual proporção tal material foi produzido (IBGE, 1998; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 a). Segundo o IBGE (1998): POR DENTRO DO TEMA “Escala é a relação entre a medida de um objeto ou lugar representado no papel e sua medida real. Duas figuras semelhantes têm ângulos iguais dois a dois e lados homólogos proporcionais. Verifica-se, portanto, que será sempre possível, através do desenho geométrico, obter-se figuras semelhantes às do terreno.” (IBGE, 1998). T2 34 Noções de escala e projeções cartográficas Sendo assim, a escala apresenta a relação entre a representação e a realidade, ou seja, para a representação da realidade do mapa é necessário o estabelecimento de uma correspondência entre as dimensões reais dos objetos ou lugares representados e as do papel (SENE, 2013). Sendo “D” um comprimento medido no terreno e “d” o comprimento correspondente no mapa, tem-se: Sendo, E = escala. Na Cartografia são utilizados dois tipos de escala: a escala numérica e a escala gráfica. A primeira é representada por uma fração em que o numerador (d) indica a distância no mapa e o denominador (D) indica a distância real (no terreno). Assim, tem-se: Substituindo em N na equação 2, tem-se: Onde N = denominador da escala; D = distância real (no terreno); d = distância na carta ou mapa. Onde E = escala; N = denominador da escala. Logo E = d D E = d D E = E = N N 1 1 (1) (2) E = d D Geralmente, a escala numérica é apresentada no formato 1:50.000, podendo ser representada também como 1/50.000. É interessante destacar que a escala é adimensional, não possuindo dimensão. Sendo assim, 1:50.000 indica que uma unidade no mapa equivale a 50.000 unidades no terreno. Entretanto, na maioria dos casos estabelece a unidade de centímetros para os cálculos, como, por exemplo, 1 cm no mapa corresponde a 50.000 cm na realidade. O importante é sempre utilizar a mesma unidade de medida para a realização dos cálculos de distâncias. Uma das vantagens da escala numérica é que ela facilita a compreensão de quem está observando a carta. Se o mapa apresenta a escala 1:100.000, o usuário faz a relação de que 1 cm no mapa corresponde a 100.000 cm no terreno, ou então, 1 km. Para realizar essa transformação de centímetro para quilômetro devem-se levar em consideração os múltiplos e submúltiplos do metro (Tabela 2.1). Fonte: O autor. Tabela 2.1 - Escalas de trabalho e erro gráfico associado. Submúltiplos do metro Metro Múltiplos do metro mm cm dm m dam hm km Milímetro Centímetro Decímetro Metro Decâmetro Hectômetro Quilômetro 0,001 m 0,01 m 0,1 m 1 10 m 100 m 1000 m T2 35Noções de escala e projeçõescartográficas Já a escala gráfica é representada por uma linha reta graduada (Figura 2.1). Para alguns é mais compreensível que a escala numérica, pois não há necessidade de conversão das unidades (IBGE, 1998; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 a). Fonte: Carvalho e Araújo (2008 a). Figura 2.1 - Escala gráfica. Nessa escala não é preciso converter as unidades de cm (centímetros) para km (quilômetros), pois a mesma já indica a correspondência entre km e cm. A escala gráfica é utilizada para calcular as distâncias no mapa, pois a mesma acompanha qualquer ampliação ou redução no desenho, mantendo as relações de distâncias determinadas na hora de criar a carta. O ideal é que sejam apresentadas as duas escalas, tanto numérica como gráfica (CARVALHO e ARAÚJO, 2008 a). As cartas topográficas apresentam os dois tipos de escala, a numérica (indica em qual escala foi produzido o material) e a gráfica (utilizada para os cálculos de distância). Existem algumas confusões em relação à escala. A principal está relacionada aos conceitos de escalas maiores e escalas menores. Escalas grandes são aquelas em que há redução do espaço representado pelo mapa, permitindo o maior detalhamento dos elementos existentes. Apresentam denominadores menores e são utilizadas em plantas, por exemplo. Já as escalas que possuem denominador grande são denominadas de escalas menores ou escalas pequenas, pois mostram uma porção maior do terreno, porém sem riqueza de detalhes. Por exemplo: a escala 1:2.500 é considerada uma escala grande e a escala 1:250.000 é considerada uma escala pequena. Sendo assim, a escala 1:2.500 é maior que a escala 1:250.000. É interessante destacar que o nível de detalhe não depende somente da escala, mas também da base de dados que deu origem às cartas, além do trabalho de campo realizado para levantar as informações que não puderam ser obtidas na interpretação das imagens, mas que são importantes e que precisam ser representadas no desenho (PARANHOS FILHO et al., 2016). Nas Figuras 2.2 e 2.3 apresenta-se a forma como a escala interfere no nível de detalhe do que pode ser representado em um mapa. T2 36 Noções de escala e projeções cartográficas Fonte: Fontanailles (2013). Fonte: IBGE (1999). Figura 2.2 - No mapa 1 (esquerda) apresenta-se uma porção maior do globo, sendo a escala pequena. No mapa 2 (direita), a porção apresentada é menor, porém a escala é maior. Neste caso, apresenta-se somente a escala gráfica. Figura 2.3 - Exemplo de como a escala pode interferir na representação de objetos da superfície terrestre e no detalhamento de uma carta. Para escolher a escala mais adequada à representação cartográfica que se deseja fazer, devem-se levar em consideração diversos aspectos, como a representatividade e a natureza do que deve ser representado; o conhecimento da escala da base de dados que será utilizado; e a precisão do trabalho que se deseja realizar. Desse modo, outro conceito que deve ser aqui apresentado é o de precisão gráfica. A menor grandeza medida no terreno e que pode ser representada no mapa em uma escala é denominada de precisão gráfica, conhecida também por T2 37Noções de escala e projeções cartográficas erro gráfico ou então erro de graficismo. De acordo com alguns estudos, o menor objeto que pode ser representado em um desenho ou observado a olho nu possui o valor de 0,2 mm, sendo este o erro admissível (IBGE, 1998; PARANHOS FILHO et al., 2016). Com este valor é possível calcular o erro ou então o menor objeto que se pode representar em uma determinada escala, ou então qual a melhor escala para representar o objeto, sendo os mesmos calculados de acordo com a Equação 2.1. Por exemplo: considerando que a porção da superfície terrestre que se queira representar possua objetos de 20 m de extensão, a escala que se deve utilizar para representá-los deverá ser igual ou maior que 1:100.000, já que: N = 20 / 0.0002 → N = 100.000 → Escala = 1:100.000 Exemplos de escalas e os erros gráficos a elas associados são apresentados na Tabela 2.2. N = D / e m Equação 2.1 Onde N = denominador da escala; D = extensão do objeto; e m = erro tolerável em metros Fonte: Adaptado de Paranhos Filho et al. (2016). Tabela 2.2 - Escalas de trabalho e erro gráfico associado. Escala Erro de Graficismo ou a dimensão do menor objeto que se pode representar 1:1.000 0,2 m 1:10.000 2 m 1:50.000 10 m 1:100.000 20 m Os elementos ou objetos que são menores que o erro tolerável não poderão ser representados no mapa. Porém, dependendo da relevância que os mesmos possuem no desenho, utilizam-se convenções cartográficas ou símbolos cartográficos para representá-los (IBGE, 1998; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 a). A escala numérica está relacionada também a medidas lineares, indicando quantas vezes a distância foi ampliada ou reduzida. Já quando se trata de superfície, emprega-se a escala de área, podendo estabelecer quantas vezes uma carta foi ampliada ou reduzida (IBGE, 1998). Nesse caso, uma consideração importante que se deve fazer quando se trata dos erros de trabalhos em cartas é que a variação linear em uma carta tem propagação quadrática em área (PARANHOS FILHO et al., 2016). T2 38 Noções de escala e projeções cartográficas Essa situação deve ser considerada quando se altera a escala de uma carta, sendo que a legislação específica (Decreto nº 89.817/1984 e Decreto nº 5.334/2005– BRASIL, 1984; 2005) traz que: “Art 11 - Nenhuma folha de carta será produzida a partir da ampliação de qualquer documento cartográfico. § 1º - Excepcionalmente, quando isso se tornar absolutamente necessário, tal fato deverá constar explicitamente em cláusula contratual no termo de compromisso; § 2º - Uma carta nas condições deste artigo será sempre classificada com exatidão inferior à do original, devendo constar obrigatoriamente no rodapé a indicação: “Carta ampliada, a partir de (... documento cartográfico) em escala (... tal)”. § 3º - Não terá validade legal para fins de regularização fundiária ou de propriedade imóvel a carta de que trata o “caput “ do presente artigo.” (BRASIL, 1984). Na Tabela 2.3 apresentam-se exemplos dessa variação. Fonte: Adaptado de Paranhos Filho et al. (2016). Tabela 2.3 - Exemplo de como uma área de 25 km² é representada em uma carta e os valores envolvidos com a transformação para diferentes escalas, tendo como base uma carta na escala de 1:100.000. Área no terreno: 25 km² = 5 km x 5 km Área no terreno: 25 km² = 5 km x 5 km Escala Erro gráfico (m) Área no mapacm x cm Variação linear em relação a 1:100.000 Variação de área em relação a 1:100.000 1:100.000 20 5 x 5 1 1 1:50.000 10 10 x 10 Ampliação 2x Ampliação 4x (2²) 1:25.000 5 20 x 20 Ampliação 4x Ampliação 16x (4²) 1:10.000 2 50 x 50 Ampliação 10x Ampliação 100x (10²) 1:1.000 0,2 500 x 500 Ampliação 100x Ampliação 10.000x (100²) 1:200.000 40 2 x 2 Redução 2x Redução 4x (2²) 1:500.000 100 1 x 1 Redução 5x Redução 25x (5²) 1:1.000.000 200 0,5 x 0,5 Redução 10x Redução 100x (10²) Sendo assim, de uma maneira geral, para estabelecer a escala adequada para o trabalho deve-se levar em consideração os conceitos de erro gráfico e PEC (Padrão de Exatidão Cartográfica), bem como os conceitos de precisão e acurácia (para atendimento da legislação específica), além de observações sobre os limites entre a topografia e a geodésia. T2 39Noções de escala e projeções cartográficas O PEC, determinado pelo Decreto-Lei nº 89.817/1984 (BRASIL, 1984), estabelece o erro padrão, que permite controlar a qualidade do produto cartográfico (levantamento topográfico – planimetria e altimetria), classificando as cartas em A, B ou C (Tabela 2.4) (PARANHOS FILHO et al., 2016). Alguns exemplos de valores toleráveis de erros de localização e altimetria, de acordo com a escala da carta, são apresentados na Tabela 2.5. 1PEC – Padrão de Exatidão Cartográfica, 2Erro padrão, desvio padrão e erro médio quadrático são considerados sinônimos. Fonte: Brasil (1984).Tabela 2.4 - Valores de PEC e erro padrão planimétricos e altimétricos de acordo com o Decreto nº 89.817/1984 (BRASIL, 1984). Carta PEC Planimétrico Erro padrão2 PEC Altimétrico Erro padrão2 Classe A 0,5 mm x Escala 0,3 mm x Escala 1/2 equidistância 1/3 da equidistância Classe B 0,8 mm x Escala 0,5 mm x Escala 3/5 equidistância 2/5 da equidistância Classe C 1,0 mm x Escala 0,6 mm x Escala 3/4 equidistância 1/2 da equidistância Fonte: Adaptado de Martin (2016 a). Tabela 2.5 - Exemplos de erros toleráveis na carta de acordo com a escala do trabalho (BRASIL, 1984). Escala Classe PEC Planimétrico (m) Altimétrico (m) 1:2.000 A 1,0 0,5 B 1,6 0,6 C 2,0 0,75 1:10.000 A 5,0 2,5 B 8,0 3,0 Atualmente, com a introdução de novas tecnologias, muitos produtos cartográficos são gerados através de processos digitais. Sendo assim, os erros relacionados a esses processos diferem dos erros que ocorriam antigamente. Portanto, está sendo desenvolvido o PEC-PCD (Produtos Cartográficos Digitais) que determina valores específicos para mapeamentos digitais (PARANHOS FILHO et al., 2016) (Tabela 2.6). Com os novos valores estabelecidos através do PEC-PDC, as classes A, B e C do Decreto 89.817/1984 passam a ser as classes B, C e D (BRASIL, 1984). Na Tabela 2.7 exemplifica-se essa modificação. Tabela 2.6 - Valores de PEC-PCD e erro-padrão planimétricos (INDE). Classe A Classe B Classe C Classe D PEC-PCD 0,28 mm 0,5 mm 0,8 mm 1,0 mm Erro padrão 0,17 mm 0,3 mm 0,5 mm 0,6 mm T2 40 Noções de escala e projeções cartográficas Fonte: Adaptado de Martin (2016 b). Tabela 2.7 - Padrão de Exatidão Cartográfica da Planimetria de Produtos Cartográficos Digitais. PEC decreto 89.817/1984 PEC-PCD 1:1.000 1:2.000 PEC (m) EP (m) PEC (m) EP (m) A 0,28 0,17 0,56 0,34 A B 0,50 0,30 1,0 0,6 B C 0,80 0,50 1,6 1,0 C C 1,0 0,60 2,0 1,2 De acordo com Paranhos Filho et al. (2016), o PEC deve ser considerado determinante à acurácia da correção da imagem (de satélite, por exemplo), bem como a relação entre o PEC e a resolução espacial para a escolha da carta. Por exemplo, não se pode utilizar imagens Landsat com resolução espacial de 30 m para produzir materiais na escala de 1:50.000, sendo então sugerida a escala 1:80.000. Projeções Cartográficas Antes de estabelecer em qual escala o mapa ou a carta serão produzidos, é necessário estabelecer um método onde cada ponto da superfície terrestre corresponda a um ponto na carta, simultaneamente. Ou seja, a elaboração de um mapa requer um método que combine os pontos da superfície terrestre e seus pontos correspondentes no plano de projeção do mapa. Essa correspondência é obtida através dos sistemas de projeções cartográficas (IBGE, 1998; CÂMARA et al., 2001). Os sistemas de projeções cartográficas são fórmulas matemáticas que transformam as coordenadas geográficas, a partir de uma superfície elipsoidal (forma da Terra), em coordenadas planas, conservando a correspondência entre elas. Foram desenvolvidos de modo a solucionar o problema de transpor uma porção da superfície curva da Terra para um plano da carta (CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). É interessante destacar que, mesmo utilizando sistemas de projeções, sempre haverá deformações, porém de forma reduzida. Sendo assim, não se possui solução perfeita para a questão – diferentes técnicas de representação são aplicadas de modo a atingir determinado objetivo, ou seja, é necessário considerar a finalidade da carta que se quer construir para se estabelecer qual o sistema de projeção que melhor se ajusta ao pretendido (IBGE, 1998; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). T2 41Noções de escala e projeções cartográficas Portanto, características como a localização da superfície a ser representada, direções e áreas devem ser observadas na escolha do sistema de projeção a ser adotado. Outros fatores, como forma e dimensão da região e a finalidade do trabalho (precisão), também devem ser considerados (CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). Na literatura cartográfica são detalhadas 400 projeções, apesar de ser teoricamente possível um número infinito de projeções, sendo que dessas 400, apenas algumas dezenas são realmente empregadas (PISSARRA, 2016). As projeções cartográficas são classificadas de acordo com o tipo de superfície de projeção adotada e de acordo com as propriedades de deformação que as caracterizam (Figura 2.4). Em relação ao tipo de superfície de projeção adotada têm-se as projeções planas ou azimutais, cilíndricas, cônicas. Já em relação às propriedades que a projeção conserva, têm-se as equidistantes, equivalentes ou isométricas, conformes ou isogonais e afiláticas (IBGE, 1988; CÂMARA et al., 2001). O tipo de contato com a superfície de projeção é classificado em tangente ou secante. Quando tangente, o cilindro, cone ou o plano encosta na Terra em um único ponto ou em uma única linha. Quando secante, as formas cortam ou interceptam a Terra em mais de um ponto. Independente se secante ou tangente, o local de contato é muito importante, pois ele define a linha ou o ponto onde haverá menor distorção na projeção (PISSARRA, 2016). Figura 2.4 - Classificação das projeções cartográficas. Planas Planas Polar – plano tangente ao polo Equatorial – plano tangente ao Equador Cônicas Cônicas Normal – eixo do cone paralelo ao eixo da Terra Transversa – eixo do cone perpendicular ao eixo da Terra Cilíndricas Cilíndricas Equatorial – eixo do cilindro paralelo ao eixo da Terra Transversa – eixo do cilindro perpendicular ao eixo da Terra T2 42 Noções de escala e projeções cartográficas Planas Horizontal – plano tangente em um ponto qualquer Cônicas Horizontal – eixo do cone inclinado em relação ao eixo da Terra Cilíndricas Horizontal – eixo do cilindro inclinado em relação ao eixo da Terra Fonte: Modificado de IBGE (1998). Na projeção plana ou azimutal o mapa é elaborado através de uma superfície de projeção plana tangente ou secante a um ponto na superfície da Terra (Figura 2.5) (CÂMARA et al., 2001; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). Podem ser polares, equatoriais e oblíquas, dependendo da localização do ponto de tangência (CÂMARA et al., 2001; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). A distorção aumenta conforme se distancia do ponto de tangência e secância (Figura 2.6). É ideal para mapas das regiões polares e somente uma parte da superfície terrestre é visível. Fonte: Câmara et al. (2001); Francisco (2016). Fonte: Câmara et al. (2001); Francisco (2016). Figura 2.5 - Projeção plana ou azimutal. Figura 2.5 - Projeção plana ou azimutal. T2 43Noções de escala e projeções cartográficas O símbolo da ONU (Organização das Nações Unidas) é o globo terrestre em uma projeção azimutal, sendo o ponto escolhido no polo Norte, por ser um local que possibilita a visualização de todos os continentes (Figura 2.18) (TAVARES, 2014; SEED, 2016). Fonte: Tavares (2014). Figura 2.18 - O símbolo da ONU é o globo terrestre representado na projeção azimutal. Na projeção cônica, a superfície de projeção utilizada é um cone que envolve a Terra e que, posteriormente, é desenvolvido num plano (Figura 2.7). Podem ser tangentes ou secantes, apresentando paralelos circulares e meridianos que convergem para um único ponto (vértice do cone) (CÂMARA et al., 2001; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). São utilizadas para representar mapas de países de latitudes intermediárias ou os hemisférios Norte ou Sul. Através da utilização da secância, a deformação pode ser diminuída desde que os dois paralelos escolhidos sejam dois terços da área a ser mapeada (Figura 2.8) (PISSARRA, 2016). Fonte: Câmara et al. (2001); Francisco (2016). Figura 2.7 - Projeção cônica. T2 44 Noções de escala e projeções cartográficas Fonte: Pissarra (2016). Figura 2.8 - Distorções da projeção cônica. Na projeção cilíndrica emprega-se um cilindro, tangente ou secante, à superfície terrestre como superfície de projeção e desenvolve-se esse cilindro num plano (Figura 2.9). Nessa projeção os paralelos são retose horizontais e os meridianos são retos e verticais, e acarreta deformação exagerada onde as latitudes são elevadas (Figura 2.10) (CÂMARA et al., 2001; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). Fonte: Francisco (2016). Fonte: Francisco (2016). Figura 2.9 - Projeção cilíndrica. Figura 2.9 - Projeção cilíndrica. A projeção cilíndrica é a mais empregada para representar toda a superfície terrestre, pois tende a diminuir a grande distorção que as projeções cônicas e azimutais geram em áreas que estão distantes do ponto de contato. A projeção de Mercator é uma projeção cilíndrica, sendo uma das mais antigas e importantes (CÂMARA et al., 2001; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). T2 45Noções de escala e projeções cartográficas Fonte: Câmara et al. (2001). Figura 2.11 - Mesma área representada em projeções diferentes. Na Figura 2.11 tem-se a comparação da representação de uma porção da superfície terrestre nos sistemas de projeção descritos anteriormente. As projeções equidistantes conservam as proporções entre as distâncias na superfície amostrada, em determinadas direções. São as projeções que não apresentam deformações lineares. A mais comum é a projeção cilíndrica equidistante, onde os meridianos e paralelos são linhas retas que se cortam em ângulos retos (Figura 2.12) (CÂMARA et al., 2001; CARVALHO e ARAÚJO, 2008 b). São empregadas para mapas de rádio ou sismologia e também para a navegação (QGIS, 2016). Alguns exemplos são as projeções cônica equidistante, cilíndrica equidistante e azimutal equidistante. Fonte: QGIS (2016). Figura 2.12 - Projeção cilíndrica equidistante de Plate Carree. A projeção equivalente ou isométrica é aquela que conserva a área, porém há deformação dos ângulos (Figura 2.13). São consideradas as mais adequadas para trabalhar em ambiente SIGs (sistemas de informações geográficas). Projeções cilíndricas, cônicas e azimutais podem ser equivalentes ou isométricas. Alguns exemplos são as de Alber, de Lambert e de Mollweide (CÂMARA et al., 2001; QGIS, 2016). T2 46 Noções de escala e projeções cartográficas Fonte: QGIS (2016). Figura 2.13 - Projeção cilíndrica equivalente de Mollweide. Os paralelos são linhas retas e os meridianos curvas. Na maioria dos atlas atuais os mapas múndi seguem essa projeção. As projeções conformes ou isogonais mantêm os ângulos ou as formas de pequenos objetos, sendo utilizadas quando é importante que haja a preservação das relações angulares (Figura 2.14). Projeções cônicas, cilíndricas e azimutais também podem ser conformes ou isogonais. São utilizadas para tarefas de navegação ou meteorologia. A projeção de Mercator e a projeção cônica conforme Lambert são exemplos desse tipo de projeção (CÂMARA et al., 2001; QGIS, 2016). Fonte: QGIS (2016). Figura 2.14 - A Projeção de Mercator é uma projeção cilíndrica conforme. Mantém os ângulos, mas não respeita as proporções reais, aumentando o Hemisfério Norte. Uma das projeções mais empregadas é a projeção Universal Transversa de Mercator (UTM), onde a superfície de projeção é um cilindro transverso e a projeção é conforme. Sendo assim, os meridianos e paralelos não são linhas retas, com exceção do meridiano de tangência e do Equador. Esse sistema divide o globo terrestre em 60 fusos, de 6º em 6º de longitude (Figura 2.15) (IBGE, 1998). Devido à sua extensão, o Brasil possui oito fusos (do 18, a oeste, ao 25 a leste) (Figura 2.16). T2 47Noções de escala e projeções cartográficas O mapeamento sistemático do Brasil nas escalas 1:500.000 e maiores é realizado na projeção UTM (IBGE, 1998). Já as cartas na escala 1:1.000.000 são representadas na projeção cônica conforme de Lambert, com dois paralelos padrão (PARANHOS FILHO et al., 2016). Fonte: Cartografia Escolar. Fonte: Loch (2006). Figura 2.15 - Zonas UTM que dividem o globo terrestre. Figura 2.16 - O Brasil é dividido em oito zonas (fusos) UTM. O sistema UTM somente pode ser empregado se a área de estudo está dentro de um único fuso ou se a área de estudo se prolonga até 30’ sobre os fusos adjacentes (55 km no Equador). Por exemplo, para trabalhar com áreas que se encontram em dois os mais fusos, sugere-se trabalhar com mapeamentos distintos (caso a área seja muito grande), extrapolar o fuso em até 30’ tentando abranger toda a área, ou então adotar outro sistema de projeção que possibilite trabalhar com grandes áreas (HOLLER, 2009). No caso do Estado de Mato Grosso do Sul, por exemplo, ao se fazer sua representação T2 48 Noções de escala e projeções cartográficas em um mapa não se pode aplicar o sistema de projeção UTM, pois o mesmo se encontra em dois fusos: o fuso 21 e o fuso 22. Já nas projeções afiláticas, o comprimento, área e ângulos não são conservados (CÂMARA et al., 2001). A projeção de Robinson é um exemplo de projeção afilática, sendo utilizada nos livros atuais para a representação do globo terrestre (Figura 2.17). Fonte: IBGE (2016). Figura 2.17 - Globo terrestre representado na Projeção de Robinson. A projeção policônica é um exemplo, sendo muito utilizada pelo US Geological Survey (Serviço Geológico dos Estados Unidos). Sua superfície de representação é formada por diversos cones e possui pequena deformação próxima ao centro do sistema, aumentando conforme se aproxima da periferia. Sua utilização é apropriada para representar países ou regiões com extensão predominantemente norte-sul e reduzida extensão leste-oeste (IBGE, 1998). Existem vários outros sistemas de projeções, como a projeção interrompida de Goode, a qual é diferente das demais projeções e cuja finalidade principal é valorizar as áreas continentais, tanto sua forma quanto sua área (Figura 2.18). Apresenta a desvantagem de não possibilitar a medida de distâncias intercontinentais e de não representar áreas oceânicas e polares (CÂMARA et al., 2001; PENA, 2016). T2 49Noções de escala e projeções cartográficas De uma maneira resumida, apresentam-se na Tabela 2.8 os mais importantes sistemas de projeções cartográficas. Fonte: PENA (2016). Figura 2.18 - Projeção interrompida de Goode. Tabela 2.8 - Principais projeções, suas classificações, aplicações e características. Albers Cônica Equivalente Mapeamentos temáticos e de áreas com extensão predominante leste-oeste. Preserva área. Substitui com vantagens todas as outras cônicas equivalentes. Bipolar Oblíqua Cônica Conforme Indicada para base cartográfica confiável dos continentes americanos. Preserva ângulos. Usa dois cones oblíquos. Cilíndrica Equidistante Cilíndrica Equidistante Mapas Múndi e mapas em pequenas escalas. Trabalhos computacionais Altera área e ângulos. Gauss-Krüger Cilíndrica Conforme Cartas topográficas antigas. Altera a área, porém as distorções não ultrapassam 0,5%. Preservam os ângulos. Projeção Classificação Aplicações Características Estereográfica Polar Azimutal Conforme Mapeamento das regiões polares, da Lua, Marte e Mercúrio. Preserva ângulos e tem distorções de escala. Lambert Cônica Conforme Mapas temáticos, políticos. Cartas militares e aeronáuticas. Preserva ângulos. Lambert Million Cônica Conforme Cartas ao Milionésimo. Preserva ângulos Mercator Cilíndrica Conforme Cartas náuticas. Mapas geológicos, magnéticos e Múndi. Preserva ângulos Miller Cilíndrica Mapas Múndi e mapas em escalas pequenas. Altera área e ângulos. Policônica Cônica Mapeamento temático em escalas pequenas. Altera área e ângulos. UTM Cilíndrica Mapeamento básico em escalas médias e grandes. Cartas topográficas. Preserva ângulos. Altera a área, porém as distorções não ultrapassam 0,5%. Fonte: Adaptado de Câmara et al. (2001). T2 50 Noções de escala e projeções cartográficas Decreto nº 89.817, de 1984 No Decreto nº 89.817, de 1984, são disponibilizadas as normas técnicas para elaboração de material cartográfico. Dispõe dos principais pontos que devem ser analisados quando se está fazendo um mapa, carta ou planta: erro de graficismo, principais elementos que devem ser apresentados em um mapa (escalas, projeção),referencial que deve ser utilizado no levantamento. Decreto nº 89.817, de 1984. Disponível em: <http://www.planalto.gov.br/ccivil_03/ decreto/1980-1989/D89817.htm>. Acesso em 30 de março de 2016. Geografia (Escalas) Em um episódio do Programa Eureca da TV Educativa, a Professora Eliane G. O. Dias apresenta um resumo sobre os principais conceitos relacionados à escala. Apesar de ser um vídeo sobre preparação para o vestibular, a temática dos episódios é muito relevante, visto que a professora, através de linguagem simplificada e de fácil entendimento, trata dos principais conceitos relacionados à escala, como sua definição e os tipos de escala. A evolução da Cartografia. Disponível em: <https://www.youtube.com/ watch?v=VhoDiOveDNU>. Acesso em 30 de março de 2016. Tempo: 16 minutos. Projeções Cartográficas Em um episódio do Programa Eureca da TV Educativa, a Professora Eliane G. O. Dias apresenta um resumo sobre os principais conceitos relacionados à Cartografia e também aos sistemas de projeções cartográficas. São indicados os motivos pelos quais tais sistemas são necessários para a representação de mapas. Projeções Cartográficas. Programa Eureca. Disponível em: <https://www.youtube. com/watch?v=YJ9NW7nnloU>. Acesso em 30 de março de 2016. Tempo: 11:17 minutos Noções Básicas de Cartografia – Elementos de Representação De acordo com o IBGE (1998), quando se produz cartas e mapas, é necessário associar os elementos representáveis a símbolos e convenções. Tais convenções abrangem símbolos que representam as feições e objetos do terreno, proporcionalmente à sua importância sob o ponto de vista das aplicações da ACOMPANHE NA WEB T2 51Noções de escala e projeções cartográficas carta. Sendo assim, na página disponibilizada pelo IBGE são apresentados os símbolos utilizados nas cartas e mapas. Você irá identificar como elementos da hidrografia, da vegetação, das unidades político-administrativas e localidades são representados nas cartas. Noções Básicas de Cartografia – Elementos de Representação. Disponível em: <http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/cartografia/manual_nocoes/ elementos_representacao.html>. Acesso em 30 de março de 2016. PEC, o que é e como aplicar (partes 1 e 2) Na publicação feita por Laurent Martin (agrônomo e mestre em Sensoriamento Remoto Aplicado no Reino Unido) apresenta-se uma discussão sobre o Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC), estabelecido no Decreto nº 89.817/1984. O autor apresenta as modificações ocorridas nos valores toleráveis devido à criação do Padrão de Exatidão Cartográfica dos Produtos Cartográficos Digitais (PEC-PDC). PEC, o que é e como aplicar (partes 1 e 2). Engesat. Disponível em: <http://coral. ufsm.br/cartografia/index.php?option=com_content&view=article&id=42&Item id=38>. Acesso em 02 de abril de 2016. Exercício – Padrão de Exatidão Cartográfica Para quem está começando a trabalhar com Geoprocessamento, uma dica é visitar a Biblioteca Digital dos Simpósios Brasileiros de Sensoriamento Remoto. Nesse site estão disponibilizados os trabalhos publicados em todos os SBSR já realizados. Assim, você terá noção de alguns trabalhos que podem ser feitos utilizando o Geoprocessamento. Biblioteca Digital – SBSR. Disponível em: <http://aquarius.ime.eb.br/~ivanildo/ prodcart/Qualidade_exercicio_pec_gabarito>. Acesso em 02 de abril de 2016. Instruções: Agora, chegou a sua vez de exercitar seu aprendizado. A seguir, você encontrará algumas questões de múltipla escolha e dissertativas. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido. Questão 1 Para a representação de porções da superfície terrestre em mapas devem ser AGORA É A SUA VEZ T2 52 Noções de escala e projeções cartográficas levados em consideração diversos fatores fundamentais, como escala e sistema de projeção cartográfica. Sendo assim, conceitue a escala, indicando quais são os tipos de escala que podem ser utilizados. Por que ela é importante? Questão 2 Assinale V para verdadeiro ou F para falso, de acordo com os conceitos apresentados neste tema: ( ) A escala empregada no trabalho não interfere no nível de detalhe que poderá ser visualizado no mapa. ( ) O menor objeto que pode ser representado em um desenho possui o tamanho de 0,2 mm. ( ) Todos os sistemas de projeções geram algum tipo de deformação na representação. ( ) Para trabalhos em ambiente SIG, a projeção cartográfica mais adequada é a projeção equivalente ou isométrica. ( ) As projeções afiláticas conservam o comprimento, área e ângulos dos objetos que são representados. Assinale a alternativa correta que corresponde ao preenchimento das lacunas acima: a) V, V, F, V e F b) V, F, F, V e F c) V, F, F, V e V d) F, V, V, V e F e) F, V, F, F e V. Questão 3 Em relação à definição de mapas e cartas pode-se afirmar que: I. A escala é um dos elementos obrigatórios em um mapa. II. Nas escalas, maiores denominadores indicam maior riqueza de detalhes. Enquanto menores denominadores indicam nível de detalhamento menor. III. Os sistemas de projeções cartográficas levam em consideração a superfície geoidal para fazer a correspondência entre coordenadas geográficas e coordenadas planas. T2 53Noções de escala e projeções cartográficas IV. As projeções que levam em consideração o tipo de superfície de projeção adotadas são as projeções cilíndricas, planas ou azimutais e cônicas. Está(ão) correto(s), apenas, o(s) item(s): a) I. b) II c) II e III d) I e IV e) Todas estão corretas. Questão 4 Indique qual a menor dimensão real de um elemento natural ou artificial representável nas seguintes escalas: 1:25.000 1:50.000 1:250.000 Questão 5 Qual a escala de uma carta na qual uma estrada de 1600 m reais é representada por 64 cm? T2 54 Noções de escala e projeções cartográficas T2 55Noções de escala e projeções cartográficas Neste tema você aprendeu sobre os conceitos e sobre a importância da definição da escala e do sistema de projeção cartográfica utilizados na elaboração dos mapas. É de fundamental importância que você não se esqueça de que, de acordo com o Decreto-Lei 89.817/1984, tais informações são de presença obrigatória nos mapas, cartas e plantas. Ressalta-se que a escala é a proporção entre o que se deseja representar (realidade) e a própria representação e que existem dois tipos de escala, a numérica e a gráfica. Existem vários tipos de projeções que podem ser utilizados, mas nenhuma deles representa a superfície terrestre sem deformações, sendo que a finalidade do mapa será um dos fatores que irá contribuir para a escolha da projeção mais adequada. FINALIZANDO T2 56 Noções de escala e projeções cartográficas T2 57Noções de escala e projeções cartográficas BRASIL. Decreto nº 89.817, de 20 de Junho de 1984. Normas técnicas da cartografia nacional. Diário Oficial da Presidência da República. Secretaria de Planejamento da Presidência da Repúbica – SEPLAN/PR. Disponível em <http://www.planalto. gov.br/ccivil_03/decreto/1980-1989/D89817.htm>. Acesso em: 17 mar. 2016. BRASIL. Decreto Nº 5.334, de 6 de janeiro de 2005. Dá nova redação ao art. 21 e revoga o art. 22 do Decreto Nº 89.817 de 20 de Junho de 1984. Normas técnicas da cartografia nacional. Diário Oficial da Presidência da República. Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão – MP. Disponível em <http://www.planalto.gov. br/ccivil_03/_Ato2004-2006/2005/Decreto/D5334.htm>. Acesso em: 17 mar. 2016. CÂMARA, Gilberto; DAVIS, Clodoveu; MONTEIRO, Antônio Miguel Vieira. Introdução à Ciência da Geoinformação. São José dos Campos, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE. 2001. Disponível em <http://mtc-m12.sid.inpe.br/ col/sid.inpe.br/sergio/2004/04.22.07.43/doc/publicacao.pdf>. Acesso em: 17 mar. 2016. CARTOGRAFIA ESCOLAR. A cartografia da sala de aula. Disponível em <https:// cartografiaescolar.wordpress.com/coordenada-utm/>. Acesso em Acesso em: 22 mar. 2016. CARVALHO, Edilson Alves de; ARAÚJO, Paulo César de. Escala. Leituras cartográficase interpretações estatísticas I. Natal: EDUFRN. 2008. 248 p. a. Disponível em <http:// www.ead.uepb.edu.br/ava/arquivos/cursos/geografia/leituras_cartograficas/Le_ Ca_A05_J_GR_260508.pdf>. Acesso em: 31 mar. 2016. CARVALHO, Edilson Alves de; ARAÚJO, Paulo César de. Projeções Cartográficas. Leituras cartográficas e interpretações estatísticas I. Natal: EDUFRN. 2008. 248 p. b. Disponível em <http://www.ead.uepb.edu.br/ava/arquivos/cursos/geografia/ leituras_cartograficas/Le_Ca_A11_J_GR_260508.pdf>. Acesso em: 31 mar. 2016. FONTANAILLES, Gilvan. 2013. Blog Geografalando. Disponível em <http:// geografalando.blogspot.com.br/2013/02/1-serie-em-3-bimestre.html>. Acesso em: 05 abr. 2016. FRANCISCO, Wagner de Cerqueria e. Projeções Cartográficas. Brasil Escola. 2016. Disponível em <http://brasilescola.uol.com.br/geografia/projecoes-cartograficas. htm>. Acesso em: 31 mar. 2016. HOLLER, Wilson. Além das coordenadas UTM. Mundo GEO. 2009. Disponível em <http://mundogeo.com/blog/2009/01/06/alem-das-coordenadas-utm/>. Acesso em: 06 abr. 2016. REFERÊNCIAS T2 58 Noções de escala e projeções cartográficas IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Noções Básicas de Cartografia. 1998. 127 p. IBGE. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. Noções Básicas de Cartografia. 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Resolução espacial: as imagens de satélite e as fotografias aéreas, por exemplo, são dados que apresentam estrutura matricial (dados raster), onde seu elemento principal é denominado pixel. A resolução espacial de uma imagem relaciona-se ao tamanho que esse pixel representa na realidade. É dimensão ao solo representada pelo pixel (LGA, 2011; PARANHOS FILHO et al., 2016). Superfície elipsoidal: o elipsoide é a forma que mais se aproxima da forma real da Terra. Sendo assim, a superfície elipsoidal é a superfície de referência utilizada GLOSSÁRIO T2 60 Noções de escala e projeções cartográficas nos cálculos que fornecem subsídios para a elaboração de uma representação cartográfica (IBGE, 1998; PARANHOS FILHO et al., 2016). Sistemas de Informações Geográficas (SIGs): são sistemas que envolvem hardware (computador), software (programas), dados, dados geográficos e pessoal qualificado para capturar, armazenar, manipular e analisar informações referenciadas geograficamente. Representam uma importante ferramenta para análises ambientais. US Geological Survey - USGS (Serviço Geológico dos Estados Unidos): é uma organização científica que fornece informações relevantes e úteis sobre os recursos naturais, ecossistemas e ambientes. De maneira geral, o USGS recolhe, monitora, analisa e disponibiliza dados relacionados às condições naturais de recursos, questões e problemas (USGS, 2014). Tema 3 Sistema de informação geográfica As Geotecnologias ou Geoprocessamento remetem às técnicas empregadas no processamento e análise de dados espaciais ou informações geográficas. Essas tecnologias geram grande quantidade de dados que devem ser armazenados, processados e recuperados de forma prática (CHRISTOPHERSON, 2012). Sendo assim, há necessidade de um sistema que seja capaz de realizar essas funções de modo eficiente. E para atender essa necessidade, são empregados os Sistemas de Informações Geográficas (SIGs), os quais, em conjunto com a Cartografia e o Sensoriamento Remoto, formam as Geotecnologias. De maneira geral, SIG é o conjunto formado por computador (hardware), programas (software), dados geográficos e pessoal qualificado, sendo utilizado para capturar, armazenar, atualizar, manipular, analisar e exibir todas as formas de informações referenciadas geograficamente (ESRI, 1997) (Figura 3.1). Os SIGs possuem grande quantidade de aplicações, que vão desde a agricultura, cartografia, planejamento urbano, gerenciamento de serviços de utilidade pública, monitoramento de recursos naturais, até o acompanhamento da distribuição de epidemias. As principais formas de se empregar um SIG estão relacionadas a (CÂMARA et al., 2001): • Geração e produção de mapas; • Estrutura para análises espaciais de fenômenos (expansão de doenças, criminalidade, por exemplo); • Estrutura de banco de dados geográficos, com funcionalidades relacionadas ao armazenamento e recuperaçãode informação espacial. POR DENTRO DO TEMA T3 62 Sistema de informação geográfica Fonte: Adaptado do LABGIS e de Sene (2013). Figura 3.1 - Esquema de funcionamento de um SIG. Esses sistemas são capazes de integrar dados de diversas fontes e formatos, sendo os mais indicados para agregar dados, informações e cartas de naturezas e escalas diferentes. Um conjunto de layers pode representar diferentes feições geográficas do mundo real (Figura 3.2). Fonte: Adaptado de ESRI (2011). Figura 3.2 - Um SIG possibilita a integração de dados de diversas fontes e formatos. Como exemplo, cita-se a combinação de dados climáticos e cartas topográficas ou de solos, os quais em um SIG podem ser analisados de maneira conjunta, levando toda a informação para uma base comum, permitindo sua integração e uso (PARANHOS FILHO et al., 2003). Histórico O desenvolvimento dos SIGs iniciou na década de 1960, pioneiramente no Canadá, seguindo posteriormente para a Europa e Estados Unidos. No Canadá, os SIGs foram desenvolvidos como parte de um plano estratégico do governo com o intuito de listar ou registrar automaticamente os recursos naturais, como um inventário, visto a necessidade de planejar a utilização dos recursos naturais e do solo (CÂMARA et al., 2001; MATIAS, 2001). T3 63Sistema de informação geográfica Já nos anos 70 foram desenvolvidos os fundamentos matemáticos utilizados para a Cartografia, surgindo então a topologia, que possibilitou as análises espaciais entre os elementos cartográficos (CÂMARA et al., 2001). Em 1973 surgiu o ESRI – Environmental Systems Research Institute, importante iniciativa privada atuante na área dos SIGs (MATIAS, 2001). Entretanto, foi a partir da década de 1980 que essa tecnologia se difundiu, já que houve a diminuição dos custos necessários à aquisição de equipamentos de trabalho, influenciado pelo desenvolvimento de imagens de satélite, Sistemas de Posicionamento Global (GPS) e de computadores pessoais (CÂMARA et al., 2001; SENE, 2013). São três as gerações de sistemas de informação geográfica (CÂMARA, 1995). A primeira geração é do período de 1980 a 1990, a qual utilizava como base o CAD cartográfico, com banco de dados limitados, utilizados principalmente em projetos isolados. Nessa época não havia a preocupação em gerar arquivos digitais. A segunda geração é entre 1990 e 1997, caracterizada por conceber o processamento de imagens. A terceira geração iniciou-se no final da década de 1990, sendo caracterizada por grandes bases de dados geográficos e podendo ser vista como sistemas orientados à troca de informações entre instituições e demais usuários (CÂMARA, 1995). No Brasil, os primeiros SIGs começaram a ser criados a partir do início dos anos 80, quando o criador do primeiro SIG, Dr. Roger Tomlinson, visitou o país. Após sua vinda ao Brasil, vários grupos de pesquisadores se interessaram em contribuir para o desenvolvimento dessa tecnologia (CÂMARA, 1995). Estrutura de um SIG • De maneira geral, os componentes que formam os SIGs são (CÂMARA et al., 2001): • Interface com o usuário – como o sistema é manipulado e operado; • Entrada e integração de dados; • Funções de análise e consulta espacial; • Visualização e plotagem; • Armazenamento e recuperação de dados. Na Figura 3.3 apresenta-se como se relacionam os componentes principais de um sistema de informação geográfica. É interessante destacar que, dependendo do objetivo e necessidade, cada sistema irá implantar tais componentes de forma diferenciada, porém deverão apresentar todos os itens citados (CÂMARA et al., 2001). T3 64 Sistema de informação geográfica Fonte: Câmara et al. (2001). Figura 3.3 - Principais componentes que formam um SIG. Topologia Em SIGs, o conceito de topologia é muito importante. Na matemática, topologia significa o estudo matemático dos espaços e de suas formas (FERNANDES et al., 2011). Nos SIGs, ela é utilizada de duas formas. A primeira, como uma ferramenta que possibilita a criação de mapas evitando que diversos problemas ocorram entre os polígonos na hora de desenhá-los (PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). Às vezes, alguns erros podem ocorrer ao se trabalhar com vetores, como o não fechamento de polígonos, espaços entre polígonos ou a sobreposição dos mesmos. Também existem os pontos que não se reúnem em um só ponto (nó), onde ocorrem lacunas entre as linhas e uma sobreposição de uma linha, a qual termina além da linha que deve ligar (Figura 3.4). A ocorrência desses erros não permite a relação entre os elementos, sendo necessária a utilização da topologia para corrigi-los (QGIS, 2016). Fonte: QGIS (2016). Figura 3.4 - A utilização da topologia corrige erros entre os vetores. T3 65Sistema de informação geográfica A segunda utilização da topologia nos SIGs está relacionada à forma como o computador estabelece as relações espaciais entre os elementos presentes em um mapa. A topologia é o modo como se relacionam pontos (nós), arcos (linhas) e polígonos entre si e com o banco de dados espacial (que são as tabelas de atributos presentes em um arquivo vetorial, onde estão dispostas diversas informações sobre aquele polígono, ponto ou arco) (PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). Uma base digital ou um mapa é formado por dois tipos de informações: a espacial (um dado espacial ou dado geográfico possui uma localização expressa como coordenadas de um mapa) e a descritiva (outras informações relacionadas ao local, como o nome do local, área, perímetro, etc.). O que diferencia um SIG é a capacidade que ele possui de integrar esses dois tipos de informações, permitindo ao sistema examinar as relações espaciais entre as feições existentes no mapa. Assim, é possível clicar sobre uma feição no mapa e acessar os dados tabulares do mesmo (ESRI, 1997). Por exemplo, no arquivo vetorial das bacias hidrográficas urbanas de Campo Grande, ao clicar com o botão sobre um determinado polígono, as informações referentes a esse local serão apresentadas (Figura 3.5). Fonte: O autor. Figura 3.5 - Exemplo de como a topologia relaciona o arquivo vetorial ao banco de dados com informações. Para representar uma linha (arco), utiliza-se a topologia arco-nó. Um nó é considerado como o ponto de intersecção entre duas ou mais linhas, correspondendo ao ponto inicial ou final de cada linha (Figura 3.6) (CÂMARA et al., 2001). T3 66 Sistema de informação geográfica Fonte: Câmara et al. (2001). Figura 3.6 - Exemplo de representação de uma rede elétrica que utiliza topologia arco-nó. Para a representação de elementos gráficos do tipo área, utiliza-se a topologia arco-nó-polígono. Nesse tipo de topologia, as propriedades topológicas de áreas são descritas de forma que as informações associadas aos elementos possam ser manipuladas da mesma maneira que os correspondentes elementos em um mapa temático (Figura 3.7) (CÂMARA et al., 2001). Fonte: Câmara et al. (2001). Figura 3.7 - Exemplo de representação polígonos que utiliza topologia arco-nó-polígono. CAD X SIG A existência de “rivalidade” entre SIG e CAD é bastante antiga e considerável. Normalmente, é dito que o CAD é menos desenvolvido e que o SIG é muito complicado. A grande questão é que os dois são ferramentas utilizadas em atividades diferentes, T3 67Sistema de informação geográfica com métodos de trabalho específicos, mas que, muitas vezes, por inexperiência do usuário, acabam sendo utilizados para as mesmas operações (CÂMARA e MEDEIROS, 1998; CARREIRA, 2010). Para Rocha (2000), CAD ou Computer Aided Design (desenho auxiliado por computador) são sistemas que armazenam dados espaciais como entidades gráficas. O CAD possui propriedades gráficas como cor e espessura, sendo o desenho realizado apenas para a visualização. Os elementos criados representam o que realmente é necessário visualizar, por exemplo: um poste de iluminação é representado por um pé e uma lâmpada. Quando se salva o arquivo CAD (formato DWG), são gravados o tipo de tracejado, cor da linha,espessura (CARREIRA, 2010) (Figura 3.8). Fonte: Carreira (2010). Figura 3.8 - Exemplo de uma representação no CAD (à esquerda) e a mesma representação num SIG (à direita). No CAD não há conexão com banco de dados, bem como não é permitida a consulta ao banco. Porém, mesmo tendo sido criado para a elaboração de projeto de arquitetura e engenharia, o CAD é frequentemente utilizado em cartografia digital (CÂMARA e MEDEIROS, 1998; ROCHA, 2000). No SIG os dados sempre são acompanhados de informações topológicas e informações tabulares (atributos). Sendo assim, é possível associar aos elementos geométricos (polígonos, linhas e pontos), que representam objetos ou áreas sobre o território, informações de vários tipos, como textos, fotos, desenhos, etc. Para os dados raster é possível relacionar a cada célula (pixel) um número infinito de atributos. Em imagens de satélite, por exemplo, além das coordenadas X e Y, associa-se um atributo relacionado à cor (Z). Em modelos digitais de elevação (MDE), o Z corresponde à altitude. Além disso, o SIG produz mapas e cartas de acordo com uma projeção geográfica, T3 68 Sistema de informação geográfica enquanto o CAD utiliza apenas a geometria cartesiana, não levando em consideração a curvatura terrestre, o que pode gerar distorções em área e perímetro. O SIG possui ainda a capacidade de relacionar espacialmente objetos que estejam em cartas e escalas diferentes (PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016) (Figura 3.9). Fonte: Adaptado de Rufino (2008). Figura 3.9 - Principais diferenças entre SIG e CAD. Ao se converter um projeto CAD em SIG, as simbologias empregadas no primeiro são perdidas, já que o SIG trabalha com pontos, linhas e polígonos como forma de representar os dados (CARREIRA, 2010). É interessante destacar que muitos CADs possibilitam a instalação de complementos cartográficos que projetam e registram as informações geograficamente (PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). SIGs Livres e Gratuitos Há uma grande variedade de softwares disponíveis, com vários tipos de licenças. A licença de um programa está relacionada ao grau de permissão que o usuário possui sobre o mesmo. No caso dos programas comerciais, por exemplo, tal licença é limitada, pois softwares comerciais são desenvolvidos por uma empresa para a obtenção de lucros. Já nos softwares proprietários, a distribuição, cópia e modificação não são permitidas ou necessitam de permissão ou do pagamento para utilizá-los (FSF, 2002). Existem também os softwares livres, que são aqueles disponibilizados com a possibilidade e permissão de qualquer usuário copiá-lo e distribuí-lo, na sua forma original ou então com as alterações realizadas pelo usuário. Alguns programas possuem uso livre, porém seu código-fonte não é disponibilizado (MEDEIROS, T3 69Sistema de informação geográfica 2011). Um ponto aqui deve ser discutido: quando se diz que um programa é livre refere-se à liberdade de utilização e modificação e não à gratuidade. O software gratuito são aquele que pode ser utilizado sem haver a necessidade de pagamento de licença, ou seja, não requer sua compra, está disponível de forma gratuita na rede. Várias são as opções de programas gratuitos disponibilizados na rede. O GIMP, por exemplo, é um excelente programa para criação e edição de imagens. O OppenOffice é um pacote de escritório composto por programas para escrita, planilhas, apresentações. Em relação aos softwares livres e gratuitos para Geoprocessamento, vários vêm se firmando, sendo desenvolvidos e disponibilizados na rede. Alguns dos mais utilizados serão apresentados abaixo. O SPRING (Sistema de Processamento de Informações Georreferenciadas) é um exemplo de SIG brasileiro, o qual foi desenvolvido através da parceria entre o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), com o Centro Científico IBM-RIO, entre outras instituições (SPRING, 2012) (Figura 3.10). Sua interface não é intuitiva e de fácil entendimento como a dos demais SIGs (MMA, 2016). Durante um bom tempo era somente gratuito, passando recentemente a ser um projeto Open Source. É empregado no processamento de imagens, análises espaciais, modelagem numérica de terreno e em consulta a banco de dados espaciais (MEDEIROS, 2011). O site oficial do SPRING é <http://www.dpi.inpe.br/ spring/>. Fonte: Mioto et al. (2015). Figura 3.10 - Interface do SPRING. T3 70 Sistema de informação geográfica O projeto gvSIG iniciou-se em 2004, na Espanha. Desenvolvido em linguagem Java, apresenta uma interface de rápido entendimento, estando disponível em diversas versões, como desktop, portable (versão portátil que funciona a partir de pendrive) e mobile (para dispositivos móveis, utilizados para coletar dados em campo) (MEDEIROS, 2011; MIOTO et al., 2016) (Figura 3.11). Neste SIG é possível trabalhar com todos os formatos de dados espaciais, possuindo diversas ferramentas de análise e gerenciamento de informações geográficas (GVSIG ASSOCIATION, 2009). O site oficial do gvSIG é <http://www. gvsig.com/pt>. Fonte: O autor. Figura 3.11 - Interface do gvSIG. Um dos SIGs que está se posicionando cada vez mais é o QGIS, antes denominado de Quantum GIS, e que foi iniciado em fevereiro de 2002 (Figuras 3.12 e 3.13). Através dele é possível realizar diversas operações, como visualização, edição e análise de dados, geração de mapas para impressão, entre outras opções (MEDEIROS, 2011). Permite a instalação de vários plugins que adicionam funcionalidades específicas, como acesso a dados de GPS, por exemplo (MMA, 2016). O site oficial do QGIS é <http://www.qgis.org/en/site/>. T3 71Sistema de informação geográfica Fonte: O autor. Fonte: O autor. Figura 3.12 - Interface do QGIS. Figura 3.13. Visualização de dados vetoriais no QGIS versão 2.12 – Lyon (QGIS DEVELOPMENT TEAM, 2015). O GRASS, que em português significa “Sistema de Suporte à Análise de Recursos Geográficos”, é o mais antigo sistema livre para aplicações em SIG (CEPSRM, 2016). É o SIG mais completo para processamento de dados espaciais, podendo ser empregado em análises espaciais, modelagem ambiental, mapas temáticos e também no processamento de imagens (Figura 3.14). Sua principal restrição está relacionada à sua interface menos intuitiva, assim como acontece no SPRING (MEDEIROS, 2011; MMA, 2016). O site oficial do GRASS é <https://grass.osgeo.org/>. T3 72 Sistema de informação geográfica Fonte: GRASS GIS (2014). Figura 3.14. Interface do GRASS. Análise Espacial Entender a distribuição espacial de fenômenos ocorridos no espaço é muito importante para o entendimento de questões relacionadas a diversas áreas, tanto para a saúde como para o ambiente. Esses estudos têm se tornado cada vez mais comuns, principalmente pela disponibilidade de SIGs de baixo custo e muitos gratuitos e de fácil utilização (CÂMARA et al., 2004). Uma das operações que os SIGs permitem fazer é apresentar espacialmente variáveis, como teores, população, índices de qualidade ambiental, de vida e de qualquer outro dado espacial através de mapas (CÂMARA et al., 2004; PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). Para isso, necessita-se somente de um banco de dados e de uma base geográfica, com vetores de um município, por exemplo, e o SIG possibilita a apresentação de um mapa colorido, permitindo a visualização do padrão espacial do fenômeno (CÂMARA et al., 2004). Assim, por exemplo, pode ser verificado se a distribuição dos casos de uma doença forma algum padrão espacial, se existem ou não indicativos de associação com alguma fonte de origem, se a doença variou no espaço (PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). Pode-se também verificar se existe concentração espacial na distribuição de roubos e relacionar essas ocorrências às características socioeconômicas dessas áreas (CÂMARA et al., 2004). Esses problemas fazem parte da análise espacial de dados geográficos e a ênfase da análise espacial é avaliar propriedades e relacionamentos,levando em consideração a posição espacial do fenômeno, ou seja, é incorporar o espaço à análise que se deseja realizar (CÂMARA et al., 2004). T3 73Sistema de informação geográfica O exemplo mais citado de análise espacial já realizado é o produzido por John Snow, no século XIX. Nesse século ocorreram muitas epidemias de cólera em Londres e o entendimento dos mecanismos das causas da doença era muito vago. Alguns grupos associavam a doença aos miasmas e outros associavam à ingestão de água insalubre (CÂMARA et al., 2004; PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). John Snow, em 1854, durante um dos surtos, colocou em um mapa o local de mais de 500 mortes pela doença e a posição das bombas de fornecimento de água em Londres (Figura 3.15). Fonte: Câmara et al. (2004). Figura 3.15 - Mapa com os casos de cólera identificados por John Snow, na cidade de Londres, em 1854. Esse mapa mostrou que a maioria das mortes ocorreu próxima a uma determinada bomba (em Broad Street), demonstrando a ligação da contaminação da água com a ocorrência da cólera. Com a identificação da bomba contaminada, seu fechamento foi realizado, o que dominou o surto de cólera (CÂMARA et al., 2004; PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). Outro exemplo de análise espacial é apresentado no trabalho de Antonialli et al. (2007). Nesse trabalho, os autores mapearam a evolução da leishmaniose visceral humana no Estado de Mato Grosso do Sul entre o período de 1911 a 2004. Até o ano de 1994 a doença era endêmica de Corumbá, MS, e através da análise dos mapas foi possível perceber que a partir de 1998 casos foram registrados fora do município (Figura 3.16). Esses casos disseminaram-se, adentrando o Estado de Mato Grosso do Sul, no sentido oeste-leste, acompanhando a BR 262, a Ferrovia Novo Oeste e o Gasoduto Bolívia-Brasil, chegando a São Paulo (Figura 3.17) (ANTONIALLI et al., 2007). T3 74 Sistema de informação geográfica Fonte: Adaptado de Antonialli et al. (2007). Fonte: Antonialli et al. (2007). Figura 3.16 - Mapa com os casos de leishmaniose visceral humana em Mato Grosso do Sul. Figura 3.17 - A expansão da doença em MS coincide no tempo e no espaço com a implantação do Gasoduto Bolívia–Brasil. Principais Operações SIG Inúmeras são as operações SIGs. Neste tema somente algumas serão abordadas. Um dos recursos muito utilizado nos SIGs é a criação de polígonos (buffers) T3 75Sistema de informação geográfica que contornam um objeto a uma determinada distância. Os buffers podem ser construídos ao redor de qualquer tipo de representação vetorial (pontos, linhas e polígonos) (Figura 3.18) (DAVIS, 2000). Um exemplo de utilização está relacionado à criação das Áreas de Preservação Permanente (APPs), as quais dependem da largura da calha principal do rio para ser estabelecida. Fonte: Davis (2000). Figura 3.18 - Buffer de linhas. A função overlay ou sobreposição permite sobrepor dois ou mais níveis de informação (ou mapas) com o objetivo de gerar um terceiro mapa. Em um SIG, além da sobreposição também é possível a operação entre cartas, usando mapas como parâmetros em equações, somando, multiplicando ou fazendo outra operação matemática. Esse procedimento recebe o nome de álgebra de mapas (PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). Um exemplo da aplicação de álgebra de mapas é a obtenção de mapas de vulnerabilidade natural e ambiental, os quais são resultados de operações entre mapas de declividade, geologia, pedologia e uso e ocupação de um determinado local (Figura 3.19). Fonte: Adaptado de Tiviroli e Paranhos Filho (2009). Figura 3.19 - Álgebra de entre mapas de geologia (1), geomorfologia (2) e solos (3) para gerar o mapa de vulnerabilidade natural à erosão (4). Nos SIGs também é possível realizar a obtenção da porcentagem de diferentes classes de cobertura do solo, técnica chamada de classificação de imagens. Através dessa técnica identifica-se a quantidade de cada classe cobertura do solo, sendo muito útil no estudo da evolução ambiental de determinadas regiões. A comparação das características de um mesmo local em diferentes épocas é T3 76 Sistema de informação geográfica denominada de análise multitemporal. No exemplo da Figura 3.20, tem-se a análise multitemporal da cobertura do solo do Município de Luis Eduardo Magalhães, Estado da Bahia, entre o período de 1987 a 2007. Fonte: Menke et al. (2009). Figura 3.20 - Exemplo de análise multitemporal da evolução do uso do solo no Município de Luis Eduardo Magalhães, Estado da Bahia. Em um banco SIG, classes mais detalhadas podem ser agregadas, gerando níveis mais simples, com menos detalhes. Um exemplo é quando se produz uma carta de cobertura, agregando dois ou três tipos de cerrados diferentes em uma única classe (PARANHOS FILHO e GAMARRA, 2016). Diante do exposto, os SIGs são poderosíssimas ferramentas empregadas na realização de análises não somente na área ambiental, mas também nas áreas da saúde, do transporte, do saneamento. Com o desenvolvimento dos SIGs livres e gratuitos, essa tecnologia se tornou disponível para todos aqueles que queiram e necessitam de ferramentas capazes de fornecer excelentes resultados em um rápido período de tempo. Usando e abusando do Geoprocessamento No jornal técnico Bate Byte, desenvolvido pela Companhia de Informática do Paraná (CELEPAR), tem-se um resumo sobre Geoprocessamento e são apresentadas ACOMPANHE NA WEB T3 77Sistema de informação geográfica algumas utilizações dos sistemas de informações geográficas (SIGs) no serviço público, nos bancos, transporte, seguradoras, entre outros. Usando e abusando do Geoprocessamento. 2009. Iolanda Oliveira Barcelos. Disponível em <http://www.batebyte.pr.gov.br/modules/conteudo/conteudo. php?conteudo=1740>. Acesso em 26 abr. 2016. Fiscalize Também – Sistema de Informações Geográficas da Mineração (SIGMINE) No vídeo publicado pela Escola Superior do MPU é apresentado o Sistema de Informações Geográficas da Mineração, o SIGMINE. Através desse SIG é possível verificar se há exploração minerária em terras indígenas, áreas de quilombos, em unidades de conservação, entre outros. Basta selecionar um ponto qualquer no mapa e visualizar as áreas georreferenciadas dos processos em trâmite no Departamento Nacional de Produção Mineral (DNPM). Fiscalize Também – Sistema de Informações Geográficas da Mineração (SIGMINE). Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=P1zGkZwfZDg>. Acesso em 26 abr. 2016. Tempo: 07:44 minutos. Sistemas de Informação Geográfica (SIG) (Partes 1 e 2) Em um vídeo publicado pela empresa VasGEo – Soluções em Geotecnologias é apresentado um resumo sobre os principais aspectos relacionados aos sistemas de informações geográficas. Conceitos de hardware, software são discutidos. No vídeo também são apresentados alguns SIGs que são utilizados atualmente, como o QGIS. Sistemas de Informação Geográfica (SIG) – Parte 1 e Parte 2. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=RSKV4p4kCOU>. Acesso em 26 abr. 2016. Tempo: 34 minutos SIGTÉRIO – Aplicação de Geotecnologia na Informatização de Cemitérios Anderson Medeiros, em seu blog (http://andersonmedeiros.com/) comenta um artigo que trata sobre a informatização de cemitérios através da utilização de geotecnologias. Com levantamento de campo e utilização de um SIG, elaborou- se uma aplicação com vistas à melhoria da administração do cemitério Santa Catarina, no Bairro dos Estados, em João Pessoa-PB. SIGTÉRIO – Aplicação de Geotecnologia na Informatização de Cemitérios. T3 78 Sistema de informação geográfica Anderson Medeiros. 2016. Disponível em: <http://andersonmedeiros.com/sigterio-geotecnologias-na- informatizacao-de-cemiterios/>. Acesso em 26 abr. 2016. Morfometria de Bacias Hidrográficas Através de SIGs Livres e Gratuitos No artigo publicado por Mioto et al. (2014) são apresentadas as características morfométricas da Bacia Hidrográfica do Córrego Guassú, a qual é utilizada como fonte de abastecimento de água do Município de MundoNovo, MS. Os parâmetros morfométricos foram calculados através da utilização de SIGs livres e gratuitos, como o gvSIG e o QGIS. Morfometria de Bacias Hidrográficas Através de SIGs Livres e Gratuitos. 2014. Anuário do Instituto de Geociências da UFRJ. Disponível em: <http://ppegeo.igc.usp.br/pdf/anigeo/v37n2/v37n2a02.pdf>. Acesso em 26 abr. 2016. Elaboração de Carta de Adequabilidade Ambiental de Uma Pequena Propriedade Rural no Município de São Miguel Arcanjo, São Paulo, Utilizando Técnicas de Geoprocessamento Meira et al. (2016), em seu artigo publicado na Revista de Engenharia Sanitária e Ambiental, elaboraram a carta de adequabilidade ambiental de uma propriedade rural através das geotecnologias. Os autores empregaram a álgebra de mapas entre cartas de declividade, solo e usos restritos para identificar quais eram as áreas potenciais para a adequação ambiental. Elaboração de carta de adequabilidade ambiental de uma pequena propriedade rural no Município de São Miguel Arcanjo, São Paulo, utilizando técnicas de geoprocessamento. 2016. Revista de Engenharia Sanitária e Ambiental. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/esa/v21n1/1413-4152-esa-21-01-00077. pdf>. Acesso em 26 abr. 2016. Instruções: Agora, chegou a sua vez de exercitar seu aprendizado. A seguir, você encontrará algumas questões de múltipla escolha e dissertativas. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido. AGORA É A SUA VEZ T3 79Sistema de informação geográfica Questão 1: Os SIGs, em conjunto com a Cartografia e o Sensoriamento Remoto, formam as Geotecnologias ou Geoprocessamento. De maneira geral, como um SIG é formado e quais são suas principais formas de emprego? Questão 2: Assinale V para verdadeiro ou F para falso, de acordo com os conceitos apresentados neste tema: ( ) Em um SIG não é possível integrar dados de diversas fontes e formatos. ( ) Topologia é a forma como o SIG estabelece as relações espaciais entre os elementos presentes em um mapa. ( ) CAD e SIG são ferramentas utilizadas nas mesmas atividades. ( ) SIG livre e SIG gratuito são equivalentes. ( ) Com os SIGs é possível realizar análises espacial da distribuição de fenômenos ocorridos no espaço. Assinale a alternativa correta que corresponde ao preenchimento das lacunas acima: a) V, V, F, V e F b) V, F, F, V e F c) V, F, F, V e V d) F, V, F, F e V e) F, V, F, V e V. Questão 3: Em relação aos sistemas de informações geográficas, pode-se afirmar que: I. Alguns dos componentes que formam os SIGs são a entrada e integração de dados, visualização e plotagem, armazenamento e recuperação de dados. II. O SIG produz mapas com uma projeção geográfica, enquanto o CAD utiliza apenas geometria cartesiana, desconsiderando a curvatura terrestre. III. QGIS, gvSIG e GRASS são alguns exemplos de SIGs livres e gratuitos que vêm sendo muito utilizados em aplicações ambientais. T3 80 Sistema de informação geográfica IV. Uma das operações do SIG é a criação de buffers, que são polígonos criados contornando um objeto a uma determinada distância. Está(ão) correto(s) apenas o(s) item(s): a) II. b) IV c) II e III d) I e IV e) Todas estão corretas. Questão 4: Indique as principais diferenças existentes entre os sistemas de informações geográficas (SIGs) e os CADs (Computer Aided Design). Questão 5: Você foi convidado a participar de um projeto para a análise ambiental de uma área próxima a um rio. Com a utilização de um SIG é possível estabelecer as faixas das Áreas de Preservação Permanente (APPs) desse rio? Se a resposta for positiva, de qual modo? T3 81Sistema de informação geográfica Neste tema você aprendeu sobre os conceitos e sobre a importância dos sistemas de informações geográficas (SIGs). Entendeu que esses sistemas são fundamentais para a realização de análises ambientais e que atualmente existe uma série de SIGs disponíveis de forma gratuita na rede e que podem ser utilizados nas mais diversas atividades. Você observou que os SIGs permitem a análise de dados de diferentes fontes, formatos e escalas e que existem diferenças quando se trata dos CADs. É importante ressaltar que tanto os CADs como os SIGs são excelentes ferramentas, mas que devem ser utilizados em atividades específicas. Verificou também que os SIGs podem ser utilizados em várias áreas do conhecimento, como na saúde, através das análises espaciais apresentadas como exemplo. FINALIZANDO T3 82 Sistema de informação geográfica T3 83Sistema de informação geográfica ANTONIALLI, S A C; TORRES, Thais Gisele; PARANHOS FILHO, Antonio Conceição Paranhos; TOLEZANO J E. 2007. Spatial analysis of American Visceral Leishmaniasis in Mato Grosso do Sul State, Central Brazil. Journal of Infection. p. 509-514. Disponível em <http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/ S016344530600257X>. Acesso em 26 abr. 2016. CÂMARA, Gilberto. 1995. Modelos, linguagens e arquiteturas para banco de dados geográficos. Tese de Doutorado. Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. 237 p. CÂMARA, Gilberto; MEDEIROS, José Simião de. 1998. Princípios básicos em Geoprocessamento. In: Sistemas de Informações Geográficas – Aplicações na Agricultura. ASSAD, Eduardo; SANO, Edson (organizadores). 2 ed. CÂMARA, Gilberto; DAVIS, Clodoveu; MONTEIRO, Antônio Miguel Vieira. 2001. Introdução à ciência da geoinformação. Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. 345 p. CÂMARA, Gilberto; MONTEIRO, Antônio Miguel; FUCKS, Suzana Druck; CARVALHO, Marilia Sá. 2004. Análise espacial e geoprocessamento. In: Análise Espacial de Dados Geográficos. FUCKS, Suzana Druck; CARVALHO, Marília Sá; CÂMARA, Gilberto; MONTEIRO, Antônio Miguel Vieira. Disponível em: <http://www.dpi.inpe. br/gilberto/livro/analise/cap1-intro.pdf>. Acesso em 24 abr. 2016. CARREIRA, Duarte. 2010. QGIS e CAD. Disponível em <http://blog.viasig.com/ category/cad/>. Acesso em 23 abr. 2016. CEPSRM. 2016. Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia – Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Página Dinâmica para Aprendizado do Sensoriamento Remoto. Disponível em <http://www.ufrgs.br/ engcart/PDASR/softwares.html#6>. Acesso em 23 abr. 2016. CHRISTOPHERSON, Robert W. 2012. Geossistemas: uma introdução à geografia física. 7. edição. Editora Bookman – Porto Alegre. 728 p. DAVIS, Clodoveu. 2000. Criação de buffers. MundoGEO. 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Campo Grande: Editora UFMS. 2016. 383 p. T3 85Sistema de informação geográfica PARANHOS FILHO, Antonio Conceição; FIORI, Alberto Pio; DISPERATI, Leonardo; LUCCHESI, Cristiane; CIALI, Alessandro; LASTORIA, Giancarlo. 2003. Avaliação multitemporal das perdas dos solos na Bacia do Rio Taquarizinho através de SIG. Boletim Paranaense de Geociências. n. 52. Editora da UFPR. Curitiba, PR. p. 49-59. PARANHOS FILHO, Antonio Conceição; GAMARRA, Roberto Macedo. 2016. SIG – Sistema de Informações Geográficas. In: Geotecnologias em Aplicações Ambientais. PARANHOS FILHO, Antonio Conceição; MIOTO, Camila Leonardo; MARCATO JUNIOR, José; CATALANI, Thais Gisele Torres (organizadores). 1. Ed. Campo Grande: Editora UFMS. 2016. 383 p. PARANHOS FILHO, Antonio Conceição; CATALANI, Thais Gisele Torres. 2016. Modelagem do Terreno. In: In: Geotecnologias em Aplicações Ambientais. PARANHOS FILHO, Antonio Conceição; MIOTO, Camila Leonardo; MARCATO JUNIOR, José; CATALANI, Thais Gisele Torres (organizadores). 1. ed. Campo Grande: Editora UFMS. 2016. 383 p. PORTILHO, Gabriela. 2009. O que é um pixel? Revista Mundo Estranho. Editora Abril. Disponível em <http://mundoestranho.abril.com.br/materia/o-que-e-um- pixel>. Acesso em 23 abr. 2016. QGIS. 2016. Topologia. Disponível em <http://docs.qgis.org/2.2/pt_PT/docs/ gentle_gis_introduction/topology.html>. Acesso em 23 abr. 2016. ROCHA, Cézar Henrique Barra. 2000. Geoprocessamento: tecnologia transdisciplinar. Ed do Autor. Juiz de Fora, Minas Gerais. 220 p. RUFINO, Alexandra Alves. Introdução ao Geoprocessamento. 2008. Disponível em <http://slideplayer.com.br/slide/358103/>. Acesso em 19 abr. 2016. SENE, Eustáquio de. Geografia Geral e do Brasil: espaço geográfico e globalização. 2. ed. São Paulo: Scipione. 2013. SILVA, Vanessa Cecília Benavides; MACHADO, Patrícia de Sá. 2010. Iniciando no ArcGIS. Centro Universitário de Belo Horizonte. Disponível em <https:// unibhgeografia.files.wordpress.com/2011/04/apostila-arcgis-prof-patricia.pdf>. Acesso em 23 abr. 2016. SOUZA, Leandro; PAULO, Marcos; FILHO, Ricardo; IVY, Paula; SOUZA, Vinícius. 2010. Informática Aplicada. Disponível em <http://inforadm2010.blogspot.com. br/2010/08/2-o-que-e-codigo-fonte-o-que-e-codigo.html>. Acesso em 26 abr. 2016. SPRING. 2012. Disponível em <http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/index. html>. Acesso em 22 abr. 2016. T3 86 Sistema de informação geográfica TIVIROLI, Valter Alexandre; PARANHOS FILHO, Antonio Conceição. 2009. Análise da vulnerabilidade natural da Bacia do Rio Negro, MS. Encontro de Iniciação Científica da UFMS. Disponível em <http://www.propp.ufms.br/gestor/titan.php?t arget=openFile&fileId=445>. Acesso em 25 abr. 2016. Hardware: é a estrutura física do computador, ou seja, o conjunto de componentes do computador, que são: monitor, teclado, gabinete e mouse. Software: são os programas que possibilitam a realização de atividades em um computador, ou seja, é o conjunto de instruções, regras, programas. Layers: são camadas ou planos de informação que representam os dados espaciais, sendo a representação espacial georreferenciada que descreve as formas e as dimensões dos elementos do mundo real (SILVA e MACHADO, 2010). Em um SIG é possível trabalhar com diversos layers sobrepostos. Raster: um dado raster é um tipo de formato de dados espaciais. São dados memorizados através da criação de uma grade regular, onde a cada célula vem associado um valor que representa um atributo. Também pode ser chamado de dado matricial. Imagens de satélite, fotografias aéreas, modelos digitais de elevação são exemplos de dados raster. Pixel: é a menor unidade de uma imagem digital. O termo vem da expressão picture element (elemento da imagem, em inglês). Ao dar um zoom numa imagem digital é possível identificar que ela é formada por vários quadradinhos, que são os pixels. Os pixels são agrupados em linhas e colunas para formar uma imagem (PORTILHO, 2009). Modelos Digitais de Elevação (MDE): é um tipo de modelo digital de terreno (MDT – forma de representação de uma característica ou de algum fenômeno espacial ambiental da superfície terrestre), que representa o relevo do terreno, ou seja, é um modelo que representa digitalmente a superfície topográfica do terreno (PARANHOS FILHO e CATALANI, 2016). São empregados para a delimitação automática de bacias hidrográficas e também para gerar mapas de declividade de uma determinada área. Código-fonte: os programas de computador são formados por códigos escritos em ordem lógica pelos programadores através de diversas linguagens. Esses códigos são chamados de código-fonte (SOUZA et al., 2010). Um programador precisa “escrever” o software em uma linguagem computacional (como o C++, por exemplo). GLOSSÁRIO Tema 4 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Definição de Sensoriamento Remoto O sensoriamento remoto é uma tecnologia imersa nas geotecnologias, o qual pode ser aplicado a inúmeras atividades, além de prover dados fundamentais à alimentação de ambientes de Sistemas de Informação Geográfica (SIG’s), assunto tratado no tema anterior. O sensoriamento remoto é uma técnica para observar a superfície da Terra ou da atmosfera. Meneses e Almeida (2012) afirmam que o termo Sensoriamento Remoto foi criado para indicar o desenvolvimento de nova tecnologia capaz de obter imagens da superfície terrestre a distâncias remotas. Por isso, a definição mais conhecida ou clássica de sensoriamento remoto é: POR DENTRO DO TEMA “Sensoriamento remoto é uma técnica de obtenção de imagens dos objetos da superfície terrestre sem que haja um contato físico de qualquer espécie entre o sensor e o objeto” (MENESES E ALMEIDA, 2012, pg. 3). “Sensoriamento Remoto é uma ciência que visa o desenvolvimento da obtenção de imagens da superfície terrestre por meio da detecção e medição quantitativa das respostas das interações da radiação eletromagnética com os materiais terrestres”. Os mesmos autores indicam, ainda, uma definição mais ampla e científica, qual seja: T4 88 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Paranhos Filho et al. (2016) resumem que o Sensoriamento Remoto é a obtenção de dados ou imagens de um objeto ou fenômeno que está distante do sensor de amostragem. Isto inclui, além das imagens de satélite e radar, as fotografias aéreas, digitais ou não digitais. Portanto, essas definições apresentam como ponto em comum a forma, de maneira remotamente, isto é, a uma determinada distância, e o meio, o sensor, pelo qual os dados ambientais são adquiridos. As imagens de satélite representam amostras de energia eletromagnética apóssua interação com a atmosfera e com a superfície terrestre. Estas amostras podem ser registradas eletronicamente ou fotograficamente. Existe diferença entre a imagem de satélite e uma fotografia tradicional, porque a fotografia passa pelo processo de revelação e abrange o filme/película. A sensibilidade da fotografia depende do tipo de filme utilizado; por outro lado, a imagem depende das características do sensor que o amostrará (PARANHOS FILHO et al., 2016). As imagens de satélite oferecem possibilidades interessantes de gerarem informações precisas para avaliação e evolução de diversas variações temáticas da superfície terrestre, que podem ser utilizadas para vislumbrar a evolução do uso e ocupação da área em estudo, através das tendências e das relações entre os elementos da paisagem e, consequentemente, dos impactos causados no meio ambiente, possibilitando simulações, que podem auxiliar em ações de planejamento, além de possibilitar a detecção de mudanças geoambientais (GRIGIO, 2008). A disponibilização de dados de sensores remotos, aliada às evoluções computacionais, tornou mais rápida e dinâmica a entrada de dados em ambiente SIG, assim como a geração de suas saídas (produtos). Desta maneira, a utilização de SIG’s no planejamento e gestão ambiental, no contexto atual, aponta uma solução de rápida implementação e de grande utilidade. Espectro Eletromagnético A radiação eletromagnética apresenta como característica sua dualidade, no seguinte sentido de se apresentar como forma de ondas e outra de energia. Assim, sua propagação se dá pelo espaço vazio, como a luz solar. Esse conceito de dualidade é extremamente importante para o sensoriamento remoto, porque, ao analisar uma imagem proveniente do sensoriamento remoto, a coexistência da radiação eletromagnética na forma de onda e na forma de energia deverá ser considerada a fim de esclarecer o que se observa nas imagens com referência às características dos objetos, portanto seu comportamento espectral (MENESES E ALMEIDA, 2012). A energia eletromagnética pode ser mensurada em função de espectro eletromagnético que é o desempenho de seu comprimento de onda ou de sua frequência (Figura 1). T4 89Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Fonte: (LIU, 2007) Figura 1 - Espectro da Radiação Eletromagnética. Paranhos Filho et al. (2016) apontam que os sensores captam a radiação eletromagnética emitida pela superfície do alvo imageado em comprimento de onda específico. O desenvolvimento da refletância de um corpo em função do comprimento de onda define o seu comportamento espectral, isto é, sua assinatura espectral. Assim, as informações gravadas pelos sensores nada mais são que o registro das interações da energia eletromagnética com a superfície da Terra (LIU, 2007). A Figura 2 mostra as variações de energia refletidas pelos objetos da superfície terrestre, como a vegetação, a água e o solo, que refletem, absorvem e transmitem radiação eletromagnética em proporções que variam com o comprimento de onda. Fonte: Florenzano (2002). Figura 2 - Comprimento de onda da vegetação, da água e do solo. T4 90 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Os alvos de interesse da superfície terrestre podem então ser identificados, mapeados e estudados com base nas suas características espectrais. Portanto, para fazer uso efetivo dos dados obtidos por sensoriamento remoto é necessário conhecer as características espectrais dos vários materiais de estudos nas inúmeras aplicações; na prática, é necessário conhecer fatores que influenciam estas características. Observe a Figura 3, que é mais um exemplo das assinaturas espectrais de determinados alvos. Fonte: Jensen (1986). Figura 3 - Assinatura espectral de vários objetos sobre a superfície terrestre. Por meio do mecanismo de assinatura espectral, o Sensoriamento Remoto proporciona muitas aplicações em mapeamento do uso e cobertura da Terra, agricultura, mapeamento de solos, silvicultura, observação militar e levantamento geomorfológico, monitoramento do desmatamento, a dinâmica da vegetação, a dinâmica de qualidade da água, planejamento urbano e outras. A radiação é a forma de propagação da energia eletromagnética que se dá por meio de espaço livre ou indiretamente pela reflectância, espalhamento e irradiância ao sensor (LIU, 2007). A fonte de radiação eletromagnética pode ser o próprio objeto, porque apresenta uma temperatura acima de zero absoluto, o que significa uma movimentação aleatória das partículas dos átomos, de maneira a emitir uma radiação eletromagnética. Temos, também, a fonte mais potente, o Sol, proporcional à sua alta temperatura de superfície e a Terra. Entretanto, a radiação solar, ao chegar à superfície terrestre, sofre várias influências atmosféricas, como os espalhamentos, absorção, refletâncias múltiplas (LIU, 2007). O espalhamento colabora para enfraquecer a eficiência do sensoriamento remoto na identificação dos alvos terrestres. Como exposto por Meneses e Almeida (2012), os gases e particulados (aerossóis) da atmosfera propiciam o espalhamento do eixo de radiação solar ou até mesmo da radiação refletida pelas superfícies. Nesse caso, o sensor T4 91Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto receberá a energia refletida não somente do alvo (Lp), mas adicionada da radiação que a atmosfera espalhou (Latm), esse efeito é devido à atenuação da atmosfera (Figura 4). Destaca-se ainda que a atmosfera terrestre é um sistema complexo e extremamente dinâmico, mas existem métodos utilizados para minimizar seus efeitos. Fonte: Meneses e Almeida (2012). Figura 4 - Atenuação atmosférica da energia refletida do alvo que chega ao sensor. A radiância espectral medida pelos sensores de satélite é afetada pela absorção e espalhamento por partículas atmosféricas. Assim, para obter assinaturas espectrais precisas é necessário remover a interferência atmosférica, utilizando métodos de correção atmosférica. Existem inúmeros algoritmos que processam essa correção atmosférica e são encontrados nos Sistemas de Informação Geográficos. Satélites e Sensores Os satélites são classificados em dois tipos: os geoestacionários e os de órbita polar, também conhecidos como geossincronizado e solar sincronizado, respectivamente. Em relação às suas aplicações, são divididos em três grupos: os satélites de comunicação, satélites meteorológicos e satélites de recursos ambientais (LIU, 2007). Os satélites geoestacionários têm sua posição num ponto fixo no espaço, de tal maneira sincronizado com a rotação da Terra. Os satélites de órbita polar recebem esse nome pois estão circulando de polo a polo da Terra, variando altura com relação à órbita e descrevendo uma órbita elíptica. Os satélites podem ser reconhecidos como sensores óticos, os quais operam na região ótica do espectro eletromagnético (nas faixas do visível, infravermelho próximo e infravermelho termal) e se caracterizam, também, por serem passivos. Os sensores de micro-ondas (os de radar) podem ser passivos ou ativos, esses quando servem como uma fonte e um receptor de energia eletromagnética (LIU, 207). Temos também os sensores não imageadores, imageadores e fotográficos. São os sensores que diferem uma imagem de satélite de outra. T4 92 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Características das Imagens de Satélites As imagens de satélites são constituídas por um arranjo de elementos sob o formato de uma malha ou grid. Cada parte desse grid apresenta uma localização definida em um sistema de coordenadas do tipo “linha e coluna”, representados por “x” e “y”, respectivamente. Para um mesmo sensor, cada parte do grid, o pixel, representa um valor chamado de “digital number” (DN) (CROSTA, 1993). A intensidade de um pixel é digitalizada e gravada como um número digital. Assim, o DN de cada pixel representa a intensidade da energia eletromagnética (refletida ouemitida) medida pelo sensor (Figura 5). O endereço de um elemento de imagem é indicado por sua linha e coluna na imagem coordenadas bidimensional. Há uma correspondência entre o endereço de linha-coluna de um pixel e as coordenadas geográficas (por exemplo, longitude, latitude) do local imageado. A localização exata de cada pixel no terreno deve ser derivável a partir dos seus índices de linha e coluna, dada a geometria da imagem e os parâmetros da órbita de satélite (CRISP, 2001). Fonte: (PDASR, s/ dada). Figura 5 - (a) imagem digital com grupo de pixels selecionados; (b) zoom da janela de 9x9 pixels; (c) valor dos contadores digitais da função. Vários tipos de medição podem ser feitos a partir do imageamento da superfície por um único pixel. Cada tipo de medição forma uma imagem que carrega alguma informação específica sobre a área. Uma imagem é formada de múltiplas camadas. Cada imagem é um componente da camada na imagem multicamada (em layers). Dependendo do tipo do sensor acoplado no satélite, diferentes características das imagens são apresentadas. Essas características são os tipos de resolução de uma imagem de satélite. São quatro os tipos de resolução: T4 93Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto 1. Resolução Espectral 2. Resolução Espacial 3. Resolução Radiométrica 4. Resolução Temporal. Vamos explicar cada uma delas, pois o entendimento delas é muito importante para a escolha da imagem de satélite a ser empregada para um determinado objetivo. 1. Resolução Espectral Refere-se ao intervalo de comprimento de ondas do espectro eletromagnético. Por exemplo, um sensor espectral de oito bandas mede a energia eletromagnética em oito diferentes comprimentos de ondas. Os sensores que medem ao menos quatro intervalos diferentes de comprimento de ondas são chamados de multiespectrais. A compreensão das diferentes resoluções espectrais é fundamental para o reconhecimento de diferentes coberturas do solo (PARANHOS FILHO et al., 2016). Meneses e Almeida (2012) apontam que o termo resolução espectral envolve pelo menos três parâmetros de medida: a. o número de bandas que o sensor possui; b. a largura em comprimento de onda das bandas; c. as posições em que as bandas estão situadas no espectro eletromagnético. Veremos um exemplo prático referente ao efeito da resolução espectral na identificação de um determinado alvo. Na Figura 6 (A), onde uma banda de comprimento de onda abrange 1,55 a 1,75 µm - infravermelho médio, não identifica grandes rios, pois a baixa reflectância da água e da vegetação é praticamente igual nesse comprimento de onda, não ocorrendo contraste entre os dois tipos de alvos. Já a Figura 6 (B) mostra uma banda de comprimento 0,76 a 0,9 µm - infravermelho próximo, nessa banda os rios estão mais nítidos para a identificação, porque a água possui uma baixa reflectância, enquanto a vegetação da floresta (mata ciliar) tem uma alta reflectância, estabelecendo uma razão de alto contraste entre os dois alvos (MENESES E ALMEIDA, 2012). T4 94 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Fonte: A autora. Figura 6 - Imagens da região do Pantanal nas bandas do visível (a) e do infravermelho próximo (b), exemplificando o efeito da resolução espectral no contraste do rio com a vegetação. Conclui-se que objetos que são consideravelmente menores do que a resolução espacial podem ser identificados na imagem de satélite caso seu contraste com os objetos vizinhos seja suficientemente alto, proporcionando seu destaque. A visualização das imagens de satélite coloridas é dada pela mesma propriedade que forma as paletas. Com base nas três cores básicas (ou primárias), como o azul, o verde e o vermelho, a mistura em proporções adequadas pode gerar a maioria das cores encontradas no espectro visível. Observe na Figura 7 que as matizes formadas podem ser agrupadas em vermelho (do inglês Red-R), Verde (Green-G) e Azul (Blue-B). A mistura das três cores primárias forma o branco. Fonte: Nota de Aula (2016). Figura 7 - Cores de luz primária, a partir da combinação de vermelho, verde e azul são obtidas todas as cores do visível. T4 95Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Portanto, as imagens multiespectrais coloridas são formadas através da combinação de várias faixas do espectro imageado, as chamadas bandas espectrais. A formação das imagens chamadas de “falsa cor” é porque a luz visível é composta de três bandas ou canais – R; G, B. É com esses canais que os SIG’s também trabalham, e ao combinar nesses canais as bandas espectrais, teremos como resultado uma imagem colorida. Com o intuito de facilitar a fotointerpretação das imagens, muitas vezes, o operador do sistema, com base principalmente em sua experiência, combina as bandas de maneiras diferentes. Por exemplo, o R corresponde ao infravermelho próximo, o G ao infravermelho médio e o B ao visível azul. O resultado é uma imagem colorida, mas com cores diferentes das reais, daí o nome composição falsa-cor (PARANHOS FILHO et al., 2016). Na Figura 8 a vegetação ganha destaque, estando em vermelho. Fonte: A autora. Figura 8 - Combinação falsa-cor, em destaque a vegetação em vermelho. 2. Resolução Espacial A resolução espacial é a característica mais comumente avaliada. Trata-se da dimensão ao solo representada pelo pixel da imagem (PARANHOS FILHO, 2016). Cada satélite produz uma resolução espacial característica, como exemplo, o satélite chamado CBERS (Satélite Sino-brasileiro de recursos terrestres), que gera uma imagem com resolução espacial de 20 metros. Veremos outros exemplos no tópico sobre as caraterísticas dos principais satélites. A resolução espacial é determinada pela projeção geométrica no terreno subtendido pelo campo de visão instantânea, denominado IFOV (MENESES E ALMEIDA, 2012). A resolução espacial é determinada principalmente pelo campo de vista instantânea (IFOV) do sensor, que é uma medida da área da superfície vista por um único elemento detector num dado instante no tempo, assim o tamanho do pixel é determinado pela distância de amostragem. A imagem “alta resolução” refere-se a uma imagem de tamanho pequeno do pixel, nela, detalhes finos podem ser observados, por exemplo, as imagens IKonos, temos também a de “média resolução” mostrada na Figura 9 (B), imagem Spot. Por outro lado, uma imagem de “baixa resolução” é uma imagem que T4 96 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto tem um grande tamanho do pixel, assim, apenas características grosseiras podem ser observadas na imagem, por exemplo, as imagens Landsat mostradas na Figura 9 (A). Observe a relação de comparação entre a resolução espacial e a escala de trabalho. A Tabela 1 apresenta algumas escalas de trabalho propostas para elaboração de uma carta temática. Importante destacar que nos produtos cartográficos produzidos por imagens de satélite, além do erro graficismo (tema tratado em discussões anteriores), deve-se levar em conta o erro/precisão e a acurácia da correção geométrica aplicada à imagem de satélite (PARANHOS FILHO, 2016). Fonte: Meneses e Almeida (2007). Figura 9 - A) imagens dos satélites, Landsat com resolução espacial de 30m, B) Spot com 10 m e C) Ikonos com 1 m, de uma porção do lago Paranoá de Brasília. Fonte: Paranhos Filho (2012). Tabela 1 - Resolução espacial e escalas de trabalho sugeridas como referência na elaboração de cartas temáticas. Resolução Espacial Maior Escala de Trabalho Sugerida 1m 1:5.000 10m 1:25.000 15m 1:40.000 20m 1:50.000 A resolução espacial é importante porque ela define a escala de trabalho, embora não seja o único parâmetro a ser considerado ao estabelecer a escala. Paranhos Filho (2016) destaca ainda que, relacionado ao tamanho do pixel, um termo comum de ser empregado é o “estouro” de pixel, o qual se refere à imagem com um zoom tal que permite a individualização dos pixels da imagem, o que prejudica a interpretaçãoda imagem. 3. Resolução Radiométrica Segundo Paranhos Filho (2016), a resolução radiométrica é a quantidade máxima de níveis de informação em que a imagem pode ser obtida, é a amplitude de valores possíveis para os números digitais dos pixels que compõem a imagem. Quanto maior é a quantização, maior será a qualidade visual da imagem, observe a Figura 10. T4 97Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Fonte: Meneses e Almeida (2012). Figura 10 - Exemplos de imagens com diferentes níveis de quantização ou de resolução radiométricas. Devido à capacidade de armazenamento finito, um número digital é armazenado com um número finito de bits (dígitos binários). O número de bits determina a resolução radiométrica da imagem. Por exemplo, um número digital de 8 bits varia de 0 a 255 (ou seja, 28), enquanto que um número digital de 11 bits varia de 0 a 2047 (ou seja, 211). O valor detectado de intensidade tem de ser dimensionado e quantizado para caber dentro deste intervalo de valor. 4. Resolução Temporal Refere-se ao intervalo de tempo necessário para que o satélite reamostre o mesmo ponto da superfície terrestre (PARANHOS FILHO, 2016). Portanto, nada mais é do que a frequência com que o sensor revisita uma área e obtém imagens periódicas ao longo de sua vida útil. Isso só é possível porque os satélites de sensoriamento remoto executam sempre o mesmo plano de órbita, sendo assim ele é sempre fixo e ortogonal ao sentido de rotação da Terra. Assim, o satélite passa sobre o mesmo ponto da superfície da Terra na mesma hora (MENESES E ALMEIDA, 2012). A resolução temporal é importante, pois possibilita o monitoramento da cobertura do solo. O trabalho de Paranhos Filho et al. (2014) é um exemplo de aplicação da dinâmica da resolução temporal para o mapeamento, no caso: a análise da variação da cobertura do solo no Pantanal de 2003 a 2010 através de sensoriamento remoto, o qual utilizou imagem Modis para executar o trabalho de anos diferentes. A Figura 11 mostra o resultado desse mapeamento. T4 98 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Observe que o que difere uma imagem de satélite de outra é o tipo de sensor, o qual resulta em características de resoluções diferentes. A Figura 12 exemplifica todos os tipos de resolução. Fonte: Paranhos Filho (2014). Figura 11 - Cobertura do solo em 2003 e 2010. Fonte: Paranhos Filho et al. (2016). Figura 12 - Exemplo de dados de resoluções. O conceito de cada resolução pode ser resumido em: “Resolução Espectral: se refere ao intervalo do espectro eletromagnético amostrado. Resolução Espacial: é o tamanho que o pixel da imagem representa ao solo. Resolução Radiométrica: é a quantidade de níveis de T4 99Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto informação de uma imagem. Resolução Temporal: é o tempo necessário para que o satélite obtenha uma nova imagem do mesmo ponto da superfície” (PARANHOS et al., 2016, pg. 31). Conhecer cada resolução é muito importante no conhecimento de qual imagem será empregada para um determinado objetivo. Portanto, o Sensoriamento Remoto é uma ciência extensa, que abrange muitas áreas de apoio e desenvolvimento. Empresas da iniciativa pública e da iniciativa privada têm usado recursos do sensoriamento remoto para executar suas atividades (assunto ilustrado no último tema a ser trabalhado). Sem dúvida, as imagens de satélites desempenham um papel importante no sensoriamento remoto, fornecendo informações sobre a superfície da Terra. O sistema de Sensoriamento Remoto oferece basicamente quatro componentes principais para medir e registrar dados sobre uma área com uma determinada distância. Estes componentes incluem a fonte de energia, o caminho de transmissão, o alvo e o sensor do satélite. A fonte de energia, a energia eletromagnética, é muito importante, como já foi exposto anteriormente, pois é o meio necessário para transmitir a informação a partir do alvo para o sensor. O Sensoriamento Remoto produz informações sobre o mapeamento da cobertura do solo, por meio da classificação de características espectrais, tais como a vegetação, solo, água, florestas e área urbanas. Apresenta assim inúmeras aplicações, como em mapeamento do uso da terra e da cobertura, agricultura, mapeamento de solos, silvicultura, urbanismo, investigações arqueológicas, observação militar e levantamento geomorfológico, as mudanças de cobertura da terra, o desmatamento, a dinâmica da vegetação, a dinâmica de qualidade da água, crescimento urbano, planejamento urbano, entre outras. O sensoriamento remoto é uma ciência exploratória, uma vez que fornece imagens de áreas de uma forma rápida e eficiente, e tenta demonstrar o cenário atual em uma área de estudo. As fotografias aéreas são outra vertente de trabalho de informação geoespacial, entretanto apresentam algumas limitações, como o custo e o tempo para desenvolvimento dos métodos de aquisição. Os benefícios do uso do sensoriamento remoto são inúmeros, como no uso para ingressar em áreas de difícil acesso para trabalho de campo, e fornecer uma pesquisa mais detalhada, permanente e objetiva, que oferece uma perspectiva diferente. Assim, a detecção remota é a ciência de aquisição de informações sobre a superfície da Terra sem realmente estar em contato com a mesma. O processo de detecção T4 100 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto remota envolve uma interação entre a radiação incidente e os alvos de interesse. Sensoriamento Remoto Aplicado às Áreas de Meteorologia, Hidrologia, Agricultura e Meio Ambiente O vídeo é uma palestra com o pesquisador Doutor Flavio Andre Cecchini Deppe, do Instituto Tecnológico Simepar, Centro Politécnico da UFPR. Nesta palestra são apresentados termos técnicos do Sensoriamento Remoto, os vários tipos de imagens e a importância de se entender o comportamento espectral dos alvos e as características dos sensores remotos e as inúmeras aplicações nas áreas de meteorologia (radares de obtenção de dados precipitação, por radares e satélites), hidrologia (monitoramento de áreas inundadas e informação sobre altimetria), agricultura (monitoramento fenológico por índice de vegetação) e, por fim, no meio ambiente (monitoramento de desmatamento e plumas de queimada). Sensoriamento Remoto Aplicado às Áreas de Meteorologia, Hidrologia, Agricultura e Meio Ambiente. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=HpvV485CBPo>. Acesso em 21 de abril de 2016. Tempo: 41:50 minutos. Sensoriamento Remoto Esse vídeo mostra a dinâmica de obtenção e gerenciamentos das aquisições das imagens de satélites pelo Instituto de Pesquisa Nacional. Demonstra a dinâmica de distribuição das imagens CBERS. Sensoriamento Remoto. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=rSRWKiOatPo> Acesso em 02 de junho de 2016. Tempo: 3:24 minutos. As Fotografias Aéreas Verticais como uma Possibilidade na Construção de Conceitos no Ensino de Geografia O artigo da autora Valéria Cazzeta trata sobre a aplicação de conceito de fotografias aéreas verticais para discussão do uso do território por meio da elaboração de ACOMPANHE NA WEB T4 101Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto croquis, com alunos de uma classe da 6ª série do Ensino Fundamental de uma escola pública de Rio Claro (SP). Perceba a aplicação na investigação de um instrumental técnico – o Sensoriamento Remoto - para construir conceitos geográficos em contexto escolar. Cazzeta, Valéria. As Fotografias aéreas verticais como uma possibilidade na construção de conceitos no ensino de geografia. Cad. Cedes, Campinas, v. 23, n. 60, p. 210-217, agosto 2003. Disponível em <http://www.scielo.br/pdf/%0D/ccedes/v23n60/17277.pdf>. Acesso em 21 de abril de 2016. Sensoriamento remoto: Observando a Terra Desde o Espaço Nessa palestra com o professor do Instituto de Física da UFRGS, Jorge Ricardo Ducati, é discutida a obtenção dasinformações sobre objetos sem ter contato físico com eles, observando-os à distância. Neste programa você conhecerá diversas técnicas de sensoriamento remoto, desde níveis microscópicos até os satélites em órbita. Além de ficar por dentro também das inovadoras pesquisas que a UFRGS realiza com imagens da superfície terrestre captadas do espaço. Sensoriamento remoto: observando a Terra desde o espaço. Jorge Ricardo Ducati. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=Dx3vzJ08ua0> Acesso em 21 de abril de 2016. Tempo: 28:41 minutos. Sensoriamento Remoto Revisão Essa é uma aula de revisão do Instituto Federal de Pernambuco sobre todos os temas trabalhados nesse tema de aula, como o conceito de Sensoriamento Remoto, características das imagens de satélites por meio de suas resoluções e as possíveis aplicações. Aproveite para fazer uma revisão sobre o assunto. Aula de revisão Sensoriamento Remoto Revisão. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=esvsd0IMGE8> Acesso em 21 de abril de 2016. Tempo: 17:23 minutos. Divisão de Geração de Imagens Nesse site estão disponibilizadas várias imagens pelo Instituto Nacional de Pesquisa Espacial. As imagens dos satélites Landsat, Cbers e outros estão ofertadas para consulta e download. Aproveite para navegar nessa página e verificar os dados de T4 102 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto sensoriamento remoto disponíveis sobre o Brasil, acesse o catálogo de imagens e observe a quantidade de satélites disponíveis. Divisão de Geração de Imagens. Disponível em <http://www.dgi.inpe.br/siteDgi/index_pt.php> Acesso em 21 de abril de 2016. Análise da Variação da Cobertura do Solo no Pantanal de 2003 a 2010 Através de Sensoriamento Remoto Nesse artigo, já citado no corpo do texto do seu Caderno de Atividades, os autores apresentam como proposta o uso de imagens MODIS para estimar as diferenças de cobertura do solo do Pantanal entre os anos de 2003 e 2010, avaliando a capacidade dessas imagens na identificação das mudanças na cobertura do solo da região do Pantanal. Observe a importância das resoluções no sucesso dessa pesquisa. Paranhos Filho, A. C.; Moreira, E. S.; Oliveira, A. K. M.; Pagotto, T. C. S. & Mioto, C. L. 2014. Análise da variação da cobertura do solo no Pantanal de 2003 a 2010 através de sensoriamento remoto. Eng. Sanit. Ambient., (19): 69 - 76. Disponível em <http://www.scielo.br/pdf/esa/v19nspe/1413-4152-esa-19- spe-0069.pdf> Acesso em 29 de abril de 2016. Brasil - Tecnologias Brasileiras Ajudam Vigilância do Desmatamento na Amazônia Nessa reportagem é mostrado o uso de geotecnologias, destacando as imagens de satélites no monitoramento do desmatamento como um fundamental instrumento no sucesso da fiscalização na floresta amazônica. Após o uso de imagens de satélites e programas de computador, em sete anos, o desflorestamento da floresta caiu de 27 mil quilômetros quadrados para 6 mil. Brasil-Tecnologias brasileiras ajudam vigilância do desmatamento na Amazônia. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=EX04eqcrFcg>. Acesso em 29 de abril de 2016. Tempo: 7:42 minutos. T4 103Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Instruções: Agora, chegou a sua vez de exercitar seu aprendizado. A seguir, você encontrará algumas questões de múltipla escolha e dissertativas. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido. Questão 1 Os sistemas de Sensoriamento Remoto disponíveis atualmente fornecem dados repetitivos e consistentes da superfície da Terra. Defina o Sensoriamento Remoto. Questão 2 A fonte de radiação eletromagnética, o sistema sensor e o alvo são os principais componentes envolvidos no processo de aquisição de dados de sensoriamento remoto passivo. Assinale a alternativa que é parâmetro medido pelo sistema sensor. a) Radiância. b) Reflexos dos alvos. c) Irradiância. d) Retroespalhamento. e) Radiação. Questão 3 Sobre as características das imagens de satélites, julgue as afirmações a seguir: I. Resolução radiométrica é medida pelo número de bits. II. A resolução temporal é medida em metros. III. Resolução espectral é medida em dias. Está(ão) correto(s), apenas, o(s) item(s): a) I b) II c) I e II AGORA É A SUA VEZ T4 104 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto d) II e III e) I, II e III. Questão 4 As características das imagens são marcadas pela sua resolução espacial, temporal, radiométrica e espectral. Defina cada uma delas. Questão 5 As imagens representam formas de captura indireta de informação espacial e constituem num importante instrumento em um trabalho com geotecnologias. Descreva a importância de conhecer as características das resoluções de uma imagem de satélite. T4 105Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto Neste tema você aprendeu sobre o conceito de Sensoriamento Remoto e seu princípio de funcionamento. O sensoriamento remoto é uma técnica para observar a superfície da Terra ou a atmosfera sem que haja contato com a mesma, e utiliza o espectro eletromagnético como meio de coletar as informações. O funcionamento é pelo registro da energia eletromagnética refletida ou emitida pela superfície-alvo. A quantidade de radiação de um objeto (chamada radiância) é influenciada por propriedades do objeto e pela radiação que atinge o objeto (irradiância). Você verificou que a diferença das imagens de satélites é dada pelo tipo de sensor responsável pelo imageamento, o qual gera características diferentes nas suas resoluções. Agora você sabe o quão importante é conhecer a resolução espacial, espectral, radiométrica e temporal de uma imagem de satélite, para poder determinar a aplicação da imagem no alcance de um objetivo. Não se esqueça de que a escolha de uma imagem de satélite é feita por meio das características de suas resoluções. FINALIZANDO T4 106 Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto T4 107Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto AULA DE REVISÃO DE SENSORIAMENTO REMOTO. Disponível em <https://www. youtube.com/watch?v=esvsd0IMGE8> Acesso em 21 de abril de 2016. CAZZETA, V. As Fotografias aéreas verticais como uma possibilidade na construção de conceitos no ensino de geografia. Cad. Cedes, Campinas, v. 23, n. 60, p. 210-217, agosto 2003. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/%0D/ ccedes/v23n60/17277.pdf> Acesso em 21 de abril de 2016. CRISP - Centre for Remote Imaging, Sensing and Processing. (2001) CD-Rom. PRINCIPLES OF REMOTE SENSING. Disponível em <http://www.crisp.nus.edu. sg/~research/tutorial/rsmain.htm> Acesso em 29 de abril de 2016. CROSTA, Álvaro Penteado. Processamento Digital de Imagens de Sensoriamento Remoto. Ed. rev. Campinas, SP: IG/UNICAMP, 1993. DUCATI, Jorge Ricardo. Sensoriamento remoto: observando a Terra desde o espaço. Disponível em <https://www.youtube.com/watch?v=Dx3vzJ08ua0> Acesso em 21 de abril de 2016. FLORENZANO, Tereza Gallotti. Imagens de satélites para estudos ambientais. São Paulo: Oficina de Textos, 2002. GRIGIO, A. M. 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Geoestacionário: Satélite que possui mesma velocidade angular à da Terra, dando a ilusão de estar parado sobre uma determinada área terrestre (PARANHOS FILHO, GLOSSÁRIO T4 109Introdução ao geoprocessamento – conceitos de sensoriamento Remoto 2016). Precisão: É o grau de concordância de uma série de medidas feitas sobre condições similares. Ainda, desvio de um conjunto de valores de sua média. Traduz, portanto, a confiabilidade da imagem em possibilitar ao usuário uma avaliação da dispersão ao se tomar posições planimétricas. Associa-se ao desvio padrão das medições (PARANHOS FILHO et al., 2016). Radiação eletromagnética: A radiação eletromagnética é definida como sendo a forma de energia que se move na forma de ondas ou partículas eletromagnéticas à velocidade da luz e que não necessita de um meio material para se propagar (SAUSEN, 2005). Satélites meteorológicos: São destinados somente para recepção e transmissão de informações meteorológicas. Existem duas classes, os geoestacionários e os de órbita polar. O primeiro mantém a mesma posição relativa ao Equador, quando da rotação da Terra. Já o segundo, a órbita inclui passagens próximas ou sobre ambos os polos da Terra (INMET, s/ data). Sensor: Dispositivo que capta e registra, sob a forma de imagem, a energia refletida ou emitida pela superfície terrestre (terreno, acidentes artificiais, fenômenos físicos e outros) (PNAD, 2003). Tema 5 Dados ambientais e geoprocessamento Geoprocessamento Paranhos et al. (2016) afirmam que o geoprocessamento é um conjunto de técnicas de processamento e análise de dados espaciais. É também uma ferramenta que permite a integração de vários níveis de informação, como, por exemplo, o cálculo de erosão em uma determinada área, e ainda, integrando-se dados socioeconômicos e distribuição da população, pode-se analisar a inclusão e exclusão social, além de classificar e quantificar os recursos naturais. Garcia (2014) delimita três tipos de dados empregados no Sistema de Informação Geográfica (SIG): os dados planimétricos, dados ambientais e dados cadastrais. Os dados planialtimétricos são aqueles que possuem informação de localização e de altitude para as áreas representadas. Os dados ambientais são aqueles que representam fenômenos ligados aos espaços geográficos diversos, com temática ambiental, e os dados cadastrais são objetos geográficos que possuem atributos e podem estar associados a várias representações gráficas. Para modelagem e estudos realizados com técnicas de geoprocessamento é importante levar em consideração que os dados ambientais também são dados espaciais, possuindo posição no espaço, ou seja, os dados ambientais são posicionados em uma determinada região do globo terrestre (PARANHOS FILHO et al., 2016; MEDEIROS, 2010 ). Os dados ambientais são obtidos normalmente como um conjunto de valores, que podem estar regular ou irregularmente distribuídos, dependendo da forma como são coletados, para representar uma determinada feição ou fenômeno da natureza (PARANHOS et al., 2016). Raster e Vetores Uma grande questão dentro do Geoprocessamento é trazer a natureza para dentro do computador, de modo a reproduzi-la de forma mais compatível possível com a realidade. POR DENTRO DO TEMA T5 112 Dados ambientais e geoprocessamento Os dados espaciais são apresentados de duas formas: dados raster (ou matricial) e dados vetoriais. Nos dados raster a representação é exibida na forma de uma grade regular (matriz), com um número de colunas e linhas, onde a cada pixel vem associado um valor correspondente ao atributo analisado. Esse atributo pode ser cor (imagens de satélite, por exemplo) ou outras informações, como altitude (modelos digitais de elevação) ou teor de algum elemento químico (PARANHOS FILHO et al., 2016). Já os dados ambientais representados no formato vetorial possuem a localização e os atributos gráficos associados a três feições, são eles: a. Pontos (nós ou vértices); b. Arcos (linhas); c. Polígonos (áreas). Essas feições também são denominadas de elementares gráficos (PARANHOS FILHO et al., 2016; MEDEIROS, 2016). Na Figura 5.1 visualiza-se a representação na forma matricial e na Figura 5.2 a representação vetorial. Fonte: Adaptado de Câmara (2001). Fonte: Adaptado de Câmara (2001). Figura 5.1 - Dados espaciais apresentados no formato matricial. Figura 5.2 - Dados espaciais apresentados no formato vetorial. T5 113Dados ambientais e geoprocessamento Na Figura 5.3 mostra-se a representação de um dado no formato matricial e o mesmo dado no formato vetorial. A Figura 5.4 ilustra a abordagem dos dados espaciais em formato raster e vetorial e seus atributos. Fonte: Adaptado de Paranhos Filho et al. (2016). Figura 5.3 - Mapas apresentados no formato matricial (b) e no formato vetorial (c). Figura 5.4 - Dados raster e vetorial de um determinado cenário. Fonte: Garcia (2014). T5 114 Dados ambientais e geoprocessamento A escolha do formato para reproduzir os dados espaciais depende do que se deseja representar, ou seja, devem ser levados em consideração alguns fatores, já que cada formato apresenta vantagens e desvantagens na sua utilização (PARANHOS FILHO et al., 2008; MEDEIROS, 2016). Em ambiente SIG os dados raster e vetoriais podem ser utilizados em conjunto. Por exemplo, pontos podem indicar a localização de escolas, hospitais, supermercados; linhas podem se referir ao sistema de coleta de esgoto ou rede de drenagem, ruas; polígonos representam quadras, unidades de conservação, bacias hidrográficas. As imagens de satélite, fotografias aéreas e modelos digitais de superfície são apresentados no formato matricial, sendo empregados no diagnóstico, gestão ambiental e planejamento. Os dados raster e vetoriais apresentam características distintas. Com relação aos dados raster temos (GARCIA, 2014): a. A estrutura de dados é simples; b. As intervenções de superposição são simplesmente executadas; c. As operações matemáticas sãocumpridas com precisão; d. As operações de modelagem e simulação são facilitadas – ideal para análise em área. De acordo com Garcia (2014), com relação ao modelo vetorial tem-se que: a. A composição de dados é complexa; b. A codificação da topologia é eficaz, apreciações de redes; c. Modelo aconselhado para gráficos que se aproximam de representações feitas à mão; d. Exibe alta precisão geométrica. Geoestatística A geoestatística tem por objetivo a modelagem por meio do conhecimento da distribuição e variabilidade espaciais, obtendo as incertezas previstas na interpolação dos dados ambientais (YAMOTO; LANDIM, 2013). Para o emprego da geoestatística devem ser considerados: os conceitos das variáveis regionalizadas e a hipótese de estacionaridade. Variável regionalizada é a função casual (aleatória) para um conjunto de variáveis aleatórias, possuindo dependência espacial. Conforme Burrough (1987) citado em Camargo (1997), a variável regionalizada T5 115Dados ambientais e geoprocessamento pode ser entendida pelos componentes como: a. Um componente estrutural associado a um valor médio constante ou a uma tendência constante; b. Um componente aleatório espacialmente correlacionado; c. Um ruído aleatório ou erro residual. A teoria de estacionaridade admite o evento do efeito proporcional, em que a média e a variância sejam constantes na área de estudo. Para isso, a variável deve proporcionar certa homogeneidade em suas propriedades estatísticas e as correlações presentes nela conservar-se para as mesmas distâncias, levando-se em conta a escala (BETTINI, 2007). A hipótese de estacionaridade de segundo grau define que a esperança matemática e a correlação das variáveis aleatórias dependem exclusivamente da distância espacial entre elas, denominada como h (YAMOTO; LANDIM, 2013). A função que mede a variância entre as duas variáveis regionalizadas separadas por uma distância h é chamada de semivariograma: Onde: N (h) é o número de pares experimentais de observações Z (xi) e Z (xi + h) indica a magnitude da variável e são separados por uma distância h, e xi é a medida de posição espacial da variável Z. Portanto, para o reconhecimento da dependência espacial é necessário conhecer o semivariograma, por este ser o responsável pela representação desta dependência, definida como a esperança matemática do quadrado da diferença entre os valores das amostras que estão separadas por uma dada distância entre elas. De acordo com Landim (2003), a obtenção do semivariograma dos dados reais, ou mesmo dos resíduos, é de fundamental importância nos estudos geoestatísticos e faz parte da chamada análise estrutural. Pois, por meio do semivariograma encontram-se os pesos ótimos a serem associados às amostras que irão estimar um ponto (PORTO et al., 2011). O método geoestatístico, empregado para estimar pontos distribuídos no espaço e/ou tempo, é chamado do krigagem. O princípio da krigagem é estimar valores não conhecidos obtidos por meio da combinação de valores amostrados T5 116 Dados ambientais e geoprocessamento adjacentes àquele que se deseja obter, levando-se em consideração, no modelo, a estrutura de variação espacial. Isto pressupõe a existência de correlação entre os dados, exigindo saber até onde espacialmente esta correlação importa (ISAAKS; SRIVASTAVA, 1989). O método de krigagem foi desenvolvido pelo engenheiro de minas sul-africano Daniel G. Krigem, que, ao trabalhar com dados de concentração de ouro, concluiu que somente a informação dada pela variância não seria suficiente para explicar o fenômeno em estudo. Esse método é empregado para estimar valores não conhecidos dentro de um espaço. O semivariograma experimental (Figura 5.5) deve ser ajustado a um modelo teórico para, assim, obter os parâmetros utilizados na integração da krigagem, que são: o efeito pepita (Co), sendo o valor da função do semivariograma na origem representando o valor da descontinuidade; a semivariância estrutural (C), que representa a diferença entre o patamar e o efeito pepita; o patamar (C + Co), que indica o ponto a partir do qual as amostras tornam-se independentes por causa da distância que as separa; e o alcance (a), sendo a distância a partir da qual as amostras passam a ser independentes, refletindo o grau de homogeneização (ISAAKS;SRIVASTAVA, 1989). Fonte: A autora. Figura 5.5 - Semivariograma. Onde: Y(h): Semivariância C: Semivariância estrutural C0: Efeito Pepita C + C0: Patamar ou soleira a: Alcance O efeito pepita demonstra a descontinuidade, obtendo a resposta do semivariograma para distâncias menores do que a menor distância entre as T5 117Dados ambientais e geoprocessamento amostras. Vieira e Lombardi Neto (1995) afirmam que a garantia da estacionaridade é verificada com a existência do patamar. A interpolação das variáveis regionalizadas, por meio da krigagem apresenta- se como uma ferramenta importante em diversos estudos ambientais. Entretanto, vale salientar a necessidade da avaliação do semivariograma na compreensão da dependência espacial e na precisão na interpolação dos dados. Imagem de Satélite As imagens de satélites são os principais produtos do sensoriamento remoto e uma importante fonte de informações ambientais, em destaque sobre a superfície da Terra. Obtida por um sensor que captura dados sobre um objeto ou cena remotamente, as imagens de satélites identificam o alvo pelas características espectrais únicas (reflectância ou regiões de emissão). A extração das informações utilizadas de uma imagem de satélite adquirida em seu formato bruto passa por duas etapas distintas: o tratamento e a interpretação (CASTILLO, 2002). Devido à obtenção da radiância espectral nas regiões no vermelho e infravermelho, o mapeamento de vegetação é possível utilizando imagens de satélite. As respostas espectrais nessas regiões podem ser respostas nos índices de vegetação espectrais que estão diretamente relacionados com a fração de radiação fotossinteticamente ativa. As assinaturas espectrais da vegetação fotossinteticamente ativa e da não ativa mostraram diferenças óbvias e podem ser utilizadas para estimar a quantidade de vegetação e qualidade das gramíneas, entre outras aplicações (BEERI et al., 2007). Vamos verificar quais são os principais programas de satélite/sensor no imageamento e geração de informações da Terra: Landsat TM e ETM+ O programa Landsat é o mais utilizado ao longo da história e amplo no monitorando da Terra. Desde o primeiro satélite Landsat, que foi lançado em 1972, seguiu-se uma série de sensores de imagem multiespectral mais sofisticados, nomeados TM-Thematic Mapper, alcançando a campanha do Landsat 4 (1982), Landsat 5 (1984), Landsat 6 (1993, falhou o lançamento), e o Landsat 7 (1999) (Thematic Mapper adicionais, conhecido como ETM+). Existem arquivos de milhões de imagens dos sensores TM e ETM+, os quais apresentam como ponto forte a continuidade dos dados da superfície terrestre globais desde a sua criação. O Landsat fornece uma resolução espacial de 30 m para as bandas T5 118 Dados ambientais e geoprocessamento multiespectrais e 60 m para a banda do infravermelho termal. Existem inúmeros casos de sucesso na avaliação dos produtos Landsat aplicadas no mapeamento da vegetação, principalmente em escalas regionais. Ao longo da história do conjunto de dados do Landsat é muito comum utilizá-lo para mapear a cobertura vegetal e estudar as alterações da vegetação espaçotemporais. Devido às diferentes características espectrais dos sensores (isto é, TM e ETM+) na série de imagens Landsat, é necessário corrigir a reflectância espectral entre as imagens adquiridas por esses sensores. Sendo necessário no monitoramento da cobertura da vegetação e, assim, na detecção de mudanças de cobertura da terra (CAKIR et al., 2006). Alguns estudos, os mais desafiadores, utilizam imagem Landsat para o mapeamento da vegetação a nível de espécie, em um ambiente heterogêneo, entretantose faz necessária a integração a outros dados auxiliares. Pense na aplicabilidade desses produtos em Estudos de Impacto Ambiental (EIA), por exemplo, em que há necessidade do mapeamento da cobertura e uso do solo. A resolução temporal é relativamente baixa e pode ser um dos fatores para restringir sua aplicação em mapeamento da vegetação. A resolução temporal é de 16, isto é, a cada período de 16 dias o satélite imageia o mesmo ponto da superfície terrestre. Este impõe um problema para o mapeamento da vegetação usando imagens Landsat, especialmente quando o interesse em mapear em estação chuvosa, durante a qual a presença de nuvem pode diminuir consideravelmente a qualidade da imagem, assim a aquisição da imagem de uma mesma área pode ultrapassar os 16 dias. O Quadro 5.1 mostra cada faixa do espectro que cada banda do sensor TM e ETM+ amostra. Fonte (USGS, 2016). Quadro 5.1 - Faixa Espectral imageada pelo Landsat. Banda Faixa espectral 1 0,45 a 0,52 µm - azul 2 30,52 a 0,60 µm - verde 3 0,63 a 0,69 µm - vermelho 4 0,76 a 0,90 µm - infravermelho próximo 5 1,55 a 1,75 µm - infravermelho médio 6 10,4 a 12,5 µm - infravermelho termal 7 2,08 a 2,35 µm - infravermelho distante T5 119Dados ambientais e geoprocessamento Um novo satélite Landsat 8 foi lançado em 11 de fevereiro de 2013 (Figura 5.6), o qual apresenta dois sensores: o Operacional Terra Imager (OLI) inclui bandas patrimônio refinados, juntamente com três novas bandas: uma banda azul profundo para estudos costeiro/aerossol, uma faixa do infravermelho de ondas curtas e uma banda de avaliação da qualidade; e o Sensor Termal Infravermelho (TIRS) fornece duas bandas térmicas. Estes sensores fornecem uma melhor relação sinal-ruído e desempenho radiométrica (SNR) quantizado através de uma gama dinâmica de 12 bits (isso se traduz em 4.096 potenciais níveis de cinza em uma imagem em comparação com apenas 256 níveis de cinza em instrumentos de 8 bits). A melhoria de sinal para o desempenho permite uma melhor caracterização do estado de cobertura do solo e condição. Os produtos são entregues como imagens de 16 bits (dimensionadas para 55.000 níveis de cinza). Landsat 8 imagens tem um grande tamanho do arquivo, a cerca de 1 GB comprimido (USGS, 2016). Fonte (USGS, 2016). Figura 5.6 - Satélite Landsat 8 em órbita. SPOT Constituído por iniciativa do governo francês em 1978, com a participação da Suécia e Bélgica, o programa do satélite SPOT é gerenciado pelo Centro Nacional de Estudos Espaciais - CNES, que é o responsável pelo desenvolvimento do programa e operação dos satélites. As imagens obtidas de observação da Terra pelo satélite SPOT são úteis para inúmeras aplicações, como: estudos ambientais, acompanhamento, previsão e gestão dos recursos naturais e as atividades humanas. Cinco satélites SPOT já foram lançados, a partir do SPOT 1 a SPOT 5, nos anos de 1986, 1990, 1993, 1998 e 2002, respectivamente. Imagens SPOT apresentam uma ampla gama de resoluções de 1 km escala global (imagens de vegetação SPOT) para 2,5 m escala local. O SPOT apresenta como característica dois canais VFC (traduzido como T5 120 Dados ambientais e geoprocessamento “visível de alta resolução”), instrumentos de imagem no local nos satélites 1, 2 e 3, e os correspondentes instrumentos de HRVIR (traduzido como “alta resolução visível e infravermelho”) no SPOT 4 e HRG (traduzido como “alta resolução geométrica”), e o SPOT 5 realiza varredura nos modos pancromáticas ou multiespectrais. Além disso, SPOT 4 e 5 também têm um segundo instrumento de imagem, referido como SPOT VEGETAÇÃO (VGT), que recolhe dados com uma resolução espacial de 1 km e uma resolução temporal de um dia. Imagens SPOT, particularmente SPOT VGT, são muito úteis para a observação e análise a evolução das superfícies de terra e compreensão sobre mudanças na cobertura terrestre em grandes áreas. Por causa dos vários instrumentos, dos sensores e as frequências de revisita, os satélites SPOT são capazes de obter uma imagem de qualquer lugar na Terra todos os dias, acrescido de uma vantagem: o mapeamento de cobertura da vegetação pode ser feito em escalas flexíveis (regional, nacional, continental ou global). Huang e Siegert (2006) estudaram os processos de desertificação utilizando séries temporais de imagens SPOT VEGETAÇÃO e elaboraram um mapa de cobertura do solo com uma ênfase especial na detecção de vegetação esparsa no norte da China. Um sistema de classificação para diferentes tipos de cobertura do solo com uma ênfase especial na esparsa cobertura vegetal foi desenvolvido para resolver problemas relacionados com as mudanças sazonais e as condições naturais altamente variáveis. Huang e Siegert (2006) observaram que as imagens SPOT VEGETAÇÃO são muito úteis para detectar a dinâmica de alterações ambientais em larga escala, devido à grande área e sensibilidade das imagens para o crescimento da vegetação. Além disso, imagens SPOT também são eficazes em monitorar a distribuição e o crescimento de plantas. Mathieu et al. (2006) utilizaram imagens do SPOT 4 VEGETAÇÃO para produzir um mapeamento da vegetação e prever a distribuição de habitats local do leste de Nova Zelândia, em Otago. MODIS MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, traduzido como Imageador Espectroradiômetro de Resolução Moderada) é um instrumento fundamental a bordo do satélite Terra (EOS AM) e do satélite Aqua (EOS PM). Terra MODIS e o Aqua MODIS juntos são capazes de ver toda a superfície da Terra a cada 1-2 dias. O MODIS foi lançado para coletar essas informações e tem como característica a ampla cobertura espacial e espectral, possuindo 36 bandas, sendo duas delas de 250 m de resolução espacial, cinco bandas de 500 m e as outras 29 bandas com 1000 m (ANDERSON et al., 2003). A principal aplicação é mapear dinâmicas e processos de vegetação em grande escala. Devido à resolução espacial grosseira, mapeamento da vegetação em uma T5 121Dados ambientais e geoprocessamento escala local ou escala regional, não é recomendado. Contudo, fusão de imagens através da combinação de vários tipos de imagens pode possivelmente levar a melhores resultados do mapeamento. Existem vários produtos derivados do sensor MODIS, disponíveis de forma gratuita na internet, um deles contém o índice de vegetação por diferença normalizada (Normalized Difference Vegetation Index – NDVI, traduzido como “índice de vegetação por diferença normalizada”) em uma composição de imagens de 16 dias, sem presença de nuvens e resolução espacial de 250 m. Esse índice permite realizar estudos sobre as condições da cobertura vegetal, descrevendo e reconstituindo dados de variações fenológicas (RUDORFF et al., 2007). A Figura 5.7 mostra o produto NDVI do MODIS do Bioma Pantanal. Fonte: A autora. Figura 5.7 - Imagem NDVI do sensor MODIS do Bioma Pantanal. AVHRR Transportado a bordo do NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration, traduzido como “Administração Oceânica e Atmosférica Nacional”) série do Satélite Ambiental de Órbita Polar, o sensor de AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer, traduzido como “Radiômetro Avançado de Muito Alta Resolução”) apresenta uma resolução radiométrica em bandas largas, realizando a varredura nos canais do visível, infravermelho próximo e térmicas. Dados de imagem AVHRR apresentam duas resoluções espaciais, a de 1.1 km para a cobertura de área local e 5 km para a área de cobertura global. Ambos são amplamente usados para estudar e monitorar as condições de vegetação nos ecossistemas, incluindo florestas, tundra, campos, terras agrícolas, mapeamento da cobertura da T5 122 Dados ambientais e geoprocessamento terra e produção de mapas em grande escala nestes assuntos. Uma das vantagens de AVHRR é o baixo custo e a alta probabilidade de obtenção de uma imagem livre de nuvem no local de visita da superfície da Terra. As imagens de AVHRR têm um arquivo com longa história (desde 1978, quando o primeiro AVHRR foilançado), o que facilita estudar mudanças de longo prazo de vegetação. Um exemplo é o estudo de Barbosa et al. (2006), que avaliaram os ecossistemas naturais da região Nordeste do Brasil, onde eles experimentaram episódios de seca persistente e a degradação ambiental, examinaram a heterogeneidade espacial e temporal dos ecossistemas naturais da região Nordeste usando um período de 20 anos (1982-2001) de séries temporais de NDVI e observações derivadas de instrumento AVHRR. As imagens AVHRR sofrem certas limitações na calibração, geometria, tração orbital, a cobertura espectral limitada e as variações na cobertura espectral, especialmente no período inicial de aplicações. Sua utilidade tem sido restrita, porque o seu uso muitas vezes introduz erros substanciais em vários estágios de processamento e análise. IKONOS IKONOS produz uma imagem para fins comerciais, lançado em 1999. Foi o primeiro a recolher publicamente imagens de alta resolução disponíveis em 1 m e 4 m de resolução. Apresenta dois sensores de imagens, multiespectrais e pancromática. Sensor de pancromática recolhe imagem a 1 m, enquanto o multiespectral bandas (incluindo azul, verde, vermelho e infravermelho próximo) tem uma resolução espacial de 4 m. Ambos os sensores têm uma faixa de largura de 11 km e 3-5 dias de intervalo de revisita. As imagens IKONOS estão equivalentes a uma escala espacial para campo e medições tipicamente realizadas na pesquisa ecológica e cobertura do solo. Como tal, as observações IKONOS podem servir como uma fonte de medidas nos terrenos ‘virtuais’ para o espaço de menor resolução e observatórios globais (GOWARD et al., 2003). Idealmente, IKONOS pode ser usado para mapear a cobertura vegetal em escala local ou validar cobertura vegetal classificadas de outras imagens do sensoriamento remoto (GOWARD et al., 2003). QuickBird Semelhante a IKONOS, QuickBird oferece alta precisão e até mesmo imagens de alta resolução com imagens pancromáticas em 60-70cm de resolução, além das imagens multiespectrais em 2,4 m e 2,8 m de resolução espacial. Coleções globais de imagens QuickBird facilitam as aplicações que vão desde monitoramento de cobertura da Terra até modelagem em ecologia (incluindo T5 123Dados ambientais e geoprocessamento vegetação mapeamento). Imagens QuickBird são normalmente utilizadas para estudar especialmente tópicos em áreas relativamente pequenas (ou à escala local), uma vez que é impraticável a aplicação de imagens QuickBird para usos em grande área, devido ao seu alto custo e parâmetros técnicos rígidos. Semelhantes a IKONOS, as imagens de QuickBird podem ser usadas para mapear a cobertura vegetal em uma escala local ou utilizadas para fins de validação. A Figura 5.8 mostra uma imagem com 0,7 m de resolução espacial. Fonte: Nota de aula Paranhos (2008). Figura 5.8 - Quickbird com resolução de 0,70 m. CBERS Um programa de cooperação entre China e Brasil tem realizado um importante passo para o desenvolvimento de satélites de sensoriamento remoto, um produto dessa cooperação é o satélite CBERS (China-Brasil Earth Resources Satellite). O primeiro satélite desenvolvido (CBERS-1) foi lançado no dia 14 de outubro de 1999, com grande sucesso pelo lançador chinês Longa Marcha 4B, no Centro de Lançamento de Taiyuan, na China. Sua órbita é heliossíncrona a uma altitude de 778 km e obteve a cobertura completa da Terra em 26 dias. O segundo satélite (CBERS-2) foi lançado com sucesso do mesmo centro de lançamento, em 21 de outubro de 2003, que transporta a carga idêntica ao CBERS-1. Não foi possível colocar em órbita o CBERS-3, então, em dezembro de 2014 o CBERS-4 foi lançado para ocupar a órbita dos seus antecessores (INPE, s/data). A Figura 5.9 mostra a estação de lançamento do CBERS-4. T5 124 Dados ambientais e geoprocessamento Fonte: INPE, s/data. Figura 5.9 - Lançamento CBERS-4 em 07 de dezembro de 2014. As características únicas do CBERS-1 e 2 são úteis pela presença de multissensores com diferentes resoluções espaciais e temporais. Esses recursos foram especialmente concebidos para resolver a ampla gama de escalas de espaço e tempo envolvidas em ecossistemas brasileiros e chineses. CBERS possui três sensores a bordo: o WFI (Wilde Field Imager), câmera CCD de alta resolução e do Infrared Multispectral Scanner (IRMSS). A cobertura espectral e a largura de faixa dos sensores estão resumidas na Figura 5.10. Fonte: INPE (ano) Figura 5.10 - Parâmetros de imageamento do CBERS-2 CCD, IR-MSS e WFI e Landsat ETM+ (pan = pancromático; IV = infravermelho). aINPE (2006). bGoward et al. (2001) e Campbell (2002) T5 125Dados ambientais e geoprocessamento Visando atender as necessidades de ambos os países no mapeamento em múltiplas escalas, por exemplo, sobre áreas de difícil acesso, os referidos satélites foram configurados para registrar dados da superfície terrestre através de três sistemas ópticos: a câmera imageadora de alta resolução, o imageador por varredura de média resolução (IR-MSS - Infrared Multispectral Scanner), e o imageador de campo de visada (LINO et al., 2000 ; INPE, 2006). Os dados do CBERS podem ser obtidos gratuitamente mediante cadastro eletrônico na página eletrônica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Além dos sensores acima mencionados, há muitos outros na aplicação de estudos ambientais. Entretanto, a maioria dos satélites enunciados fornece imagens gratuitas, o que democratiza o acesso a informações sobre a cobertura da Terra. Imagens de Satélite na Sala de Aula Esse vídeo é uma entrevista de Elisabete Caria Moraes, pesquisadora do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) e coordenadora de um curso sobre sensoriamento remoto. A entrevistada explica como professores de ensino básico e ensino superior podem usar imagens de satélite em suas aulas. Perceba a facilidade e gratuidade no acesso a dados ambientais, como são as imagens de satélites. Imagens de satélite na sala de aula - Elisabete Caria Moraes. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=YYAWykIbhXU>. Acesso em 07 de maio de 2016. Tempo: 13:54 minutos. Desativação do Satélite CBERS-2B - Reportagem Reportagem mostra as operações do satélite CBERS-2B. Lançado em 19 de setembro de 2007, este satélite foi construído a partir de equipamentos e peças remanescentes do CBERS-2 e tinha vida útil estimada em dois anos. O CBERS-2B gerou aproximadamente 74.000 imagens com a câmera CCD, 11.000 com a WFI e 300.000 com a HRC, apenas sobre a América do Sul. O total de órbitas percorridas (voltas em torno da Terra) chegou a 13.000. Foram distribuídas gratuitamente cerca de 270.000 imagens deste satélite a usuários brasileiros e outras 60.000 a usuários de mais de 40 países. ACOMPANHE NA WEB T5 126 Dados ambientais e geoprocessamento Desativação do Satélite CBERS-2B – Reportagem. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=tOIgLzWp32o>. Acesso em 20 de junho de 2016. Tempo: 00:45 minutos. Colocando Dados no Mapa: A Escolha da Unidade Espacial de Agregação e, Integração de Bases de Dados em Saúde e Ambiente Através do Geoprocessamento A leitura do artigo de Christovam Barcellos e Simone M. Santos aborda um interessante tópico, em relação a uma oportunidade de observação da aplicação do geoprocessamento na manipulação de dados ambientais, bem como uma revisão dos principais conceitos. O trabalho discute alguns problemas encontrados no georreferenciamento de dados de saúde e ambiente, bem como alguns critérios para a escolha da unidade espacial mínima de agregação de dados, permitindo a qualidade e intercâmbio entre camadas de informações. O caso do abastecimento de água no município do Rio de Janeiro pode ser utilizado como exemplo de avaliação de condições de saúde em microáreas, onde diversas fontes de informação com diferentes características construtivas são dispostas em mapas e inter-relacionadas no espaço na forma de camadas. Colocando dados no mapa: a escolha da unidade espacialde agregação e integração de bases de dados em saúde e ambiente através do geoprocessamento. A evolução da Cartografia. JESUS. VI (1), jan/mar, 1997. Disponível em <http://scielo.iec.pa.gov.br/pdf/iesus/v6n1/v6n1a03.pdf>. Acesso em 10 de maio de 2016. Sobre Geoestatística e Mapas Artigo sobre a aplicação da geoestatística na confecção de mapas geológicos do professor Paulo M. Barbosa Landim, da UNESP, autor de livros sobre o assunto de geoestatística. Na primeira parte do trabalho é feita uma introdução sobre os aspectos quantitativos na interpretação dos fenômenos geológicos, em seguida, conceitos básicos sobre a metodologia geoestatística e, na última parte, uma aplicação clássica da geoestatística linear, baseada nos conceitos de estacionaridade da covariância e do variograma, para a confecção de mapas. Sobre geoestatística e mapas. 2006. Disponível em <http://ocs.ige.unicamp.br/ojs/terraedidatica/article/ viewFile/1008/442> Acesso em: 12 de maio de 2016. T5 127Dados ambientais e geoprocessamento Instruções: Agora, chegou a sua vez de exercitar seu aprendizado. A seguir, você encontrará algumas questões de múltipla escolha e dissertativas. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido. Questão 1 “A coleta de informações sobre a distribuição geográfica de recursos minerais, propriedades, animais e plantas sempre foi uma parte importante das atividades das sociedades organizadas. Até recentemente, no entanto, isto era feito apenas em documentos e mapas em papel; isto impedia uma análise que combinasse diversos mapas e dados. Com o desenvolvimento simultâneo, na segunda metade deste século, da tecnologia de Informática, tornou-se possível armazenar e representar tais informações em ambiente computacional, abrindo espaço para o aparecimento do Geoprocessamento” (CÂMARA, 2001, p. 1). Ao ler o texto acima, descreva a importância da associação entre geoprocessamento e os estudos ambientais. Questão 2 Atualmente, existem dezenas de sistemas de imageamento de recursos terrestres que operam em diferentes resoluções. Assinale a alternativa correta. a) Para o sensor Terra/ MODIS, os dados de Índice de Vegetação (NDVI) podem ser adquiridos na internet. b) O tamanho do pixel no terreno do sensor Landsat TM é superior a 1 hectare. c) O sistema CBERS-2 CCD é resultado da parceria Itália e Brasil. d) A imagem do sensor MODIS é ideal para o mapeamento local, por exemplo, de áreas urbanas. e) O sistema SPOT é uma iniciativa do governo brasileiro. Questão 3 A estrutura de armazenamento que facilita análises espaciais de proximidade e de vizinhança entre objetos representados em geoprocessamento é: a) Raster. AGORA É A SUA VEZ T5 128 Dados ambientais e geoprocessamento b) Matricial. c) Digital. d) Vetorial. e) Celular. Questão 4 A avaliação do semivariograma é fundamental para a interpolação das variáveis espaciais, por meio da krigagem. Por que se faz necessário avaliar o semivariograma? Questão 5 Os dados espaciais são apresentados de duas formas: dados raster (ou matricial) e dados vetoriais, como mostra na figura abaixo. Os Sistemas de Informação Geográfica trabalham com esses dois tipos de arquivos, embora cada forma tem suas características voltadas a determinada aplicação. Descreva as características de dados raster e dados vetoriais. Fonte: Adaptado de Paranhos Filho et al. (2016). Figura 5.11 - Mapas apresentados no formato matricial (b) e no formato vetorial (c). T5 129Dados ambientais e geoprocessamento Neste tema você relembrou os conceitos e sobre a importância do geoprocessamento, que é um conjunto de técnicas para o processamento de dados espaciais. Em particular, houve destaque para os dados ambientais e suas particularidades de representação. Técnicas como a geoestatística evidenciam a importância do conhecimento sobre a manipulação dos dados ambientais. Foram apresentados inúmeros sensores na aplicação de estudos ambientais e que sua aquisição é pela internet de forma gratuita, o que provoca a democratização no acesso a informações ambientais. FINALIZANDO T5 130 Dados ambientais e geoprocessamento T5 131Dados ambientais e geoprocessamento ANDERSON, L. O.; LATORRE, M. L.; SHIMABUKURO, Y. E.; ARAI, E.; JÚNIOR, O. A. de C. Sensor MODIS: uma abordagem geral. INPE-10131-RPQ/752 São José dos Campos - São Paulo, 2003. BARBOSA, H. A.; HUETE, A. R.; BAETHGEN, W. E. (2006). A 20-year study of NDVI variability over the Northeast Region of Brazil. J Arid Environ 67:288–307. BEERI, O; PHILLIPS, R; HENDRICKSON, J. et al. (2007) Estimating forage quantity and quality using aerial hyperspectral imagery for northern mixed-grass prairie. Remote Sens Environ 110:216–25. BETTINI, C. Conceitos básicos de Geoestatística. In: Meirelles, M. S. P.; Câmara, G.; Almeida, C. M. (Ed.). Geomática: modelos e aplicações ambientais. Brasília: Embrapa, cap. 4, p. 193-234, 2007. CASTILLO, Ricardo. A imagem de satélite como estatística da paisagem: crítica a uma concepção reducionista da Geografia. Ciência Geográfica, Bauru - VIII, v. 1, n. 21, jan. /abr., 2002. CÂMARA, Gilberto; DAVIS, Clodoveu; MONTEIRO, Antônio Miguel Vieira. Introdução à Ciência da Geoinformação. São José dos Campos, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE. 2001. Disponível em <http://mtc-12.sid.inpe.br/col/ sid.inpe.br/sergio/2004/04.22.07.43/doc/publicacao.pdf>. Acesso em: 10 maio. 2016. CAMPBELL JB. 2002. Introduction to Remote Sensing. New York: The Guilford Press, 3rd ed., cap. 6, 157–203. CAMARGO, E. C. G. Desenvolvimento, implementação e teste de procedimentos geoestatísticos (krigagem) no sistema de processamento de informações georreferenciadas (SPRING). Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, 1997. CAKIR H. I.; KHORRAM S.; NELSON SAC (2006). 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ETM (Enhanced Thematic Mapper): O sensor ETM foi projetado para ser levado a bordo do Landsat 6, no entanto, não entrou em operação devido à falha ocorrida no lançamento do satélite. Em relação ao seu antecessor, o sensor TM, foi incluída uma nova banda pancromática (banda 8) com 15 metros de resolução espacial e mantidas as demais configurações técnicas (EMBRAPA, 2009). Semiovariograma: é uma função que mostra a medida do grau de dependência espacial entre amostras ao longo de um suporte específico. (LANDIM, 2006, p. 23). GLOSSÁRIO Tema 6 Estudos de caso Geotecnologias O Geoprocessamento é o conjunto de técnicas utilizadas no processamento e análise de dados espaciais, sendo formado principalmente por três grandes áreas: Cartografia, Sensoriamento Remoto e Sistemas de Informações Geográficas (SIGs). Por se revelarem excelentes alternativas para a relação custo x benefício, o Geoprocessamento ou as Geotecnologias vêm sendo empregadas nas mais diversas áreas do conhecimento, como nas Engenharias, Geografia, Biologia, Arquitetura e Urbanismo, Gestão Ambiental e até mesmo nas áreas relacionadas à Saúde, como Medicina, Enfermagem e também no Direito, entre outras. Sua utilização tem crescido cada vez mais, principalmente por estarem disponíveis de forma gratuita na internet diversos dados e informações, como imagens de satélite e dados vetoriais (limites municipais, hidrografia, limite de bacias hidrográficas), assim como sistemas de informações geográficas (SIGs), como o QGIS, gvSIG e o SPRING, o que permite que qualquer pessoa que esteja interessada possa utilizar e conhecer tais ferramentas. Nos temas anteriores foram apresentados os principais conceitos relacionados ao Geoprocessamento. Desse modo, neste tema serão apresentados diversos estudos de caso que empregam as Geotecnologias, de modo a facilitar a compreensão e aplicabilidade dos conceitos apresentados anteriormente. Geotecnologias para o estabelecimento de áreas para corredores de biodiversidade Devido à degradação ambiental causada pelas atividades humanas, principalmente pelo desenvolvimento desordenado, grandes áreas florestadas acabam sofrendo o processo de fragmentação, com a consequente perda da conectividade entre diversos habitats. Uma forma de conservar e recuperar a biodiversidade são os corredores de biodiversidade, os quais possibilitam o fluxo POR DENTRO DO TEMA T6 136 Estudos de caso gênico entre os fragmentos remanescentes e as áreas de preservação permanente (OLIVEIRA et al., 2015). Assim, Oliveira et al. (2015) buscaram identificar áreas que pudessem servir de corredores de biodiversidade no Município de São Gabriel do Oeste (MS), importante região econômica do Estado, analisando-se espacialmente os fragmentos de vegetação remanescentes na região. Para isso, os autores utilizaram uma imagem do satélite Landsat 5, sensor TM (Thematic Mapper), onde foram identificadas as áreas correspondentes à vegetação natural, através do processo de classificação de imagens. Gerou-se também a carta de classes da terra para mecanização através do Modelo Digital de Superfície (MDS) da missão Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), a qual permitiu identificar as áreas que poderiam ser destinadas à exploração agrícola e também identificar áreas que, devido à sua declividade, não permitiam a mecanização do solo. Parâmetros relacionados aos fragmentos de vegetação também foram analisados, como o Índice de Circularidade (IC), o qual é obtido através de uma equação e que foi examinado em conjunto às áreas dos fragmentos para dimensionar a estrutura da paisagem e caracterizar os locais de vegetação (OLIVEIRA et al., 2015). Como resultado, gerou-se a carta de fragmentos (Figura 6.1), indicando apenas a vegetação remanescente nativa. Foram mapeados 1.342 fragmentos, com a área total de 108.153,6 ha de vegetação nativa, sendo que apenas dois fragmentos apresentaram área superior a 10.000 ha. Oliveira et al. (2015) relatam que os fragmentos identificados apresentam-se distribuídos de maneira desigual, com grupos formados por várias unidades e outros isolados por extensas áreas de pastagens e monoculturas. Os mesmos notaram que as áreas que indicaram maiores fragmentos são áreas com declividade maior que 45º, as quais são consideradas áreas de preservação permanente, conforme a Lei nº 12.651 (BRASIL, 2012). O mapa com os corredores de biodiversidade no Município de São Gabriel Fonte: Oliveira et al. (2015). Figura 6.1 - Mapas de fragmentos de vegetação do Município de São Gabriel do Oeste, MS. Apresenta-se somente a vegetação nativa. T6 137Estudos de caso do Oeste, MS é indicado na Figura 6.2. Oliveira et al. (2015) remetem ao fato de que a estratégia que leva à conservação dos fragmentos é gerar condições que promovam movimento de genes entre uma população e outra, principalmente aquelas isoladas, com o intuito de manter a integridade ecológica das mesmas. De acordo com o trabalho, o município apresenta duas áreas prioritárias, parceladas em áreas de importância para a biodiversidade, isso porque estão localizados nessas áreas os maiores fragmentos de vegetação nativa de São Gabriel do Oeste. Como conclusão, os autores citam que as técnicas utilizadas auxiliam na execução de um planejamento ambiental adequado, de modo a cumprir a legislação específica, e que é possível a criação de corredores de biodiversidade na área de estudo, mostrando-se como alternativa para o aumento do fluxo de indivíduos de espécies diferentes. Fonte: Oliveira et al. (2015). Figura 6.2 - Mapa de identificação de corredores de biodiversidade no Município de São Gabriel do Oeste. Geotecnologias na investigação de contribuição pluvial parasitária em rede coletora de esgoto Em seu trabalho, Ribeiro et al. (2015) realizaram o mapeamento de pontos de extravasamento da rede coletora de esgoto em vias públicas no Município de Três Lagoas, MS. O principal objetivo do trabalho foi produzir uma metodologia T6 138 Estudos de caso para delinear a bacia de contribuição de coletor de esgoto sanitário, de modo a investigar os motivos que causavam o extravasamento frequente de esgoto doméstico em Poços de Visita (PV). A área de estudo compreendeu um poçode visita de esgoto que transbordava frequentemente em períodos de chuva (Figura 6.3). Os autores utilizaram informações vetoriais de planialtimetria (ruas, quadras, redes de água e de esgoto, redes de drenagem, topografia) que estavam em formato DWG (padrão CAD). Esses dados foram exportados para o formato shapefile e passaram pelo processo de georreferenciamento no gvSIG, utilizando o datum oficial brasileiro SIRGAS 2000. Para a obtenção do traçado do limite da bacia de contribuição ao montante do PV, os autores empregaram ferramentas presentes no gvSIG (SIG livre e gratuito). Com o intuito de obter maior precisão da área delimitada, realizou-se o levantamento topográfico dos cruzamentos das vias e em pontos mais altos na área de estudo. Os arquivos vetoriais das ligações domiciliares disponibilizados pela Empresa de Saneamento Sanesul também não estavam georreferenciados. Então, realizaram- se coletas das coordenadas geográficas de cada residência através de receptor GPS (Global Positioning System), atrelando-se as informações das coordenadas geográficas ao cadastro das residências, sendo tais informações atreladas ao banco de dados SIG. A análise hidráulica dos condutores também foi realizada, de modo a verificar a capacidade de escoamento da tubulação do trecho à jusante da bacia de contribuição. Fonte: Ribeiro et al. (2015). Figura 6.3 - Localização do PV em estudo – Município de Três Lagoas, MS. T6 139Estudos de caso Assim, observando-se todas as informações contidas no banco de dados SIG, foi obtido o valor da área e perímetro da bacia de contribuição, sendo 64,23 ha e 3,22 km, respectivamente (Figura 6.4). Analisando o banco de dados com demais informações, os autores puderam verificar as possíveis causas para o transbordamento do PV. Fonte: Ribeiro et al. (2015). Figura 6.4 - Apresentação do banco de dados SIG, com destaque para a bacia de contribuição delimitada no trabalho. Com a caracterização de consumo das residências especializadas, ficou facilitada a análise da quantidade de esgoto gerada em sua bacia de contribuição, descartando a hipótese de que o coletor não tem capacidade de escoamento do mesmo. Os autores remetem ao fato de que os transbordamentos ocorrem devido às contribuições parasitárias. Os autores destacam que o estudo poderá servir de base para avaliação de outros pontos críticos no sistema, já que se tem um banco de dados composto. Também poderá ser empregado para definir as regiões passíveis de monitoramento e\ou ações concentradas de educação ambiental, a fim de reduzir as ocorrências de impactos ambientais negativos. Geração de mapas de vulnerabilidade natural e ambiental Para que se faça a adequada gestão do território, de modo a obter o controle da situação ambiental de uma região, é imprescindível a realização do zoneamento, sendo este um dos principais instrumentos para a gestão do território. Neste processo, é necessária a realização de uma série de estudos e levantamentos, que irão subsidiar a tomada de decisão com o intuito de melhor gerenciar a utilização dos recursos hídricos (COSTA NETO, 2010). O Município de Ponta Porã, no sul de Mato Grosso do Sul, é uma área de importância geopolítica, já que faz divisa com a República Federativa do Paraguai. Municípios que se encontram nesse tipo de situação devem possuir ferramentas T6 140 Estudos de caso para controle de seus territórios e, com isso, desenvolver estudos que tragam informações interessantes para essas áreas (KLAIS et al., 2012). Desse modo, com o objetivo de avaliar o uso e ocupação do Município de Ponta Porã (MS) e determinar a vulnerabilidade natural (VN) e ambiental (VA) da região, Klais et al. (2012) empregaram a técnica de álgebra de mapas, a qual consiste na realização de operações matemáticas entre mapas (ver Tema 3). Para a obtenção da carta de vulnerabilidade natural, que consistiu no cruzamento entre as cartas de geologia, aptidão dos solos e declividade, os autores utilizaram imagens do satélite Landsat 7, sensor ETM+ em conjunto com a carta temática de Geologia do projeto RADAM (dados de geologia); o mapa de aptidão do Solo do Atlas Multirreferencial do Estado de Mato Grosso do Sul (dados de aptidão do solo) e modelo digital de superfície (MDS) da missão Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) (dados de declividade). Para a carta de VA, necessita-se do mapa de uso e ocupação do solo, o qual foi elaborado através do método da classificação da imagem do satélite Landsat 5, sensor TM. Como resultado, Klais et al. (2012) verificaram que a maior parte do Município de Ponta Porã apresenta média VN (62,8%); com 20,7% de baixa VN; 12,8% alta VN e 3,7% muito alta (Figura 6.5). Fonte: Klais et al. (2012). Figura 6.5 - Carta de vulnerabilidade natural (VN) do Município de Ponta Porã, MS. Em relação à carta de vulnerabilidade ambiental, os autores verificaram que 75,2% do território variou de alta a muito alta vulnerabilidade; 11% média VA; 13,10% baixa VA e 0,7% muito baixa (Figura 6.6). T6 141Estudos de caso Como conclusão, os autores verificaram que a maior parte da área de estudo se encontra em uma situação intermediária a estável e que as cartas de VN e VA devem ser empregadas pela administração municipal de Ponta Porã no planejamento e ocupação do solo, direcionando o manejo agrícola nos locais onde há maior vulnerabilidade. Fonte: Klais et al. (2012). Figura 6.6 - Carta de vulnerabilidade ambiental (VA) do Município de Ponta Porã, MS. Gravidez na adolescência no Estado do Mato Grosso do Sul De acordo com a Organização Mundial da Saúde, a adolescência inicia-se aos 10 anos e termina aos 19 anos de idade. No Brasil, a gravidez e suas complicações nessa fase são importantes causas de mortalidade, ocorrendo principalmente pelo fato de as jovens ainda não terem desenvolvido de maneira completa seu corpo (MARTINS et al., 2014). Devido à sua grande importância para a saúde pública, a gravidez na adolescência vem sendo objeto de diversos estudos e um dos principais fatores relacionados aos eventos é a questão socioeconômica das jovens mães. Nesse sentido, Martins et al. (2014) objetivaram descrever a proporção de nascidos vivos e a taxa de fecundidade de mães na faixa etária entre 15 a 19 anos e analisar a correlação desses dados com indicadores socioeconômicos no Estado de Mato Grosso do Sul, no ano de 2008. A área de estudo compreendeu as 11 Microrregiões de Saúde (MRS) do Estado de Mato Grosso do Sul: Corumbá, Coxim, Aquidauana, Jardim, Ponta Porã, Naviraí, Dourados, Campo Grande, Nova Andradina, Três Lagoas e Paranaíba. Para o estudo, foram incluídas mulheres de 15 a 19 anos que tiveram filhos nascidos vivos no ano T6 142 Estudos de caso de 2008, residentes no referido Estado, cujas informações (idade e escolaridade) estavam disponibilizadas no banco de dados do Sistema de Informações sobre Nascidos Vivos (Sinasc) (MARTINS et al., 2014). Como resultado, dos 40.867 nascidos vivos no Estado, 22% (8.991) eram de mães com idade entre 15 e 19 anos. Analisando-se a distribuição geográfica, a proporção de filhos de mães adolescentes (PFA) de 15 a 19 anos em 2008, apresentou valores maiores nas MRS de Naviraí (25,8%), Ponta Porã (25%) e Paranaíba (24,9%). A MRS de Campo Grande registrou a menor proporção (19,5%) (Figura 6.6) (MARTINS et al., 2014) (Figura 6.7). Fonte: Martins et al. (2014). Figura 6.7 - Proporção de filhos de mães adolescentes nascidos em MS no ano de 2008. Outros indicadores também foram avaliados, como índice de responsabilidade social, taxa específica de fecundidade e analfabetismo funcional de mães de 15 a 19 no Estado (MARTINS et al., 2014). Os autores relatam que para o ano de 2008, a proporção de nascidos vivos em mães com faixa etária de 15 a 19 anos variou entre 19,5% a 25,8% na área de estudo. Em relação à taxa de fecundidade das mães adolescentes, notou-se que a mesma foi maior nas MRS com maior percentual de analfabetismo funcional e pioresindicadores de desenvolvimento social e econômico. Ou seja, o estudo demonstrou maior frequência de nascidos vivos de mães adolescentes em regiões com os piores indicadores socioeconômicos regionais. O estudo revelou a importância de se reforçar as medidas voltadas à prevenção da gravidez da adolescência nos locais menos desenvolvidos do Estado. Os autores relatam que a verificação da distribuição das mães adolescentes nas microrregiões auxilia a possibilidade de utilização do Sinasc como um sistema de informações que auxilie no direcionamento de ações que objetivam a melhora da saúde materna e dos recém-nascidos, relacionando-se políticas de saúde reprodutiva e programas que incentivem a maior procura à consulta de pré-natal, atenção especializada e T6 143Estudos de caso multidisciplinar durante o período de gestação. Perceba que a metodologia foi aplicar estudo ecológico com medidas agregadas por microrregião, calculadas a partir de (i) dados do Sistema de Informações sobre Nascidos Vivos (Sinasc) para o ano de 2008 e de (ii) indicadores de desenvolvimento social e econômico, utilizou um gerenciador de bases de dados espacial. Geotecnologias na administração de cemitérios Para a correta administração pública é de fundamental importância o adequado planejamento. Essa questão também é necessária para os cemitérios, pois em alguns municípios esses locais acabam sendo desprezados, gerando inúmeros problemas e causando a perda de informações (IBARGOYEN et al., 2014). Nesse sentido, os autores propuseram a criação de uma metodologia para auxiliar na coleta, organização, distribuição, localização e manipulação digital dos dados referentes aos jazigos do Cemitério São José, localizado no Município de Santa Maria (RS). Primeiramente foi realizado um trabalho de campo, onde foram coletados dados com receptores Global Navigation Satellite Systems (GNSS), onde foi identificada a quantidade de jazigos. Realizou-se também o levantamento da situação cadastral dos mesmos, através da utilização dos livros de registros e foi efetuado o cadastro dos dados de cada jazigo de forma manual, já que não havia informações em alguns dos livros (IBARGOYEN et al., 2014). Esses dados foram convertidos para o formato digital, sendo posteriormente utilizados para compor o banco de dados no SIG TerraView, o qual é distribuído gratuitamente pelo site do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). Para complementar o banco, também foram inseridos os dados vetoriais medidos em campo, os quais foram utilizados para produzir a planta do cemitério. Esses dados foram projetados, ou seja, foi definida a projeção cartográfica e o datum (IBARGOYEN et al., 2014). Com essas informações tornou-se possível consultar informações por atributo, como nome do falecido, proprietário, quadra em que se encontra o jazigo, entre outras. Na Figura 6.8 tem-se um exemplo de busca, onde se seleciona o nome do falecido (IBARGOYEN et al., 2014). T6 144 Estudos de caso Fonte: Modificado de Ibargoyen et al. (2014). Figura 6.8 - Consulta ao banco de dados através do nome do falecido. Além disso, pode-se verificar a situação cadastral de cada jazigo simplesmente clicando com o cursor do mouse sobre o jazigo de interesse. Uma nova janela irá se abrir, mostrando as informações referentes àquele local (Figura 6.9). Os autores concluíram que através dessa ferramenta os administradores podem controlar de maneira adequada a conservação das dependências do cemitério, assim como planejar ações que visam a melhoria da ocupação e estrutura organizacional do espaço. Fonte: Modificado de Ibargoyen et al. (2014). Figura 6.9 - Consulta da situação cadastral de um referido jazigo. Geotecnologias na identificação da impermeabilidade de solos urbanos A impermeabilização do solo e a ocupação desordenada das áreas urbanas geram diversos transtornos, principalmente quando se trata do escoamento superficial, o qual muitas vezes é inadequado, gerando assim diversos pontos de T6 145Estudos de caso alagamento (GUTIERREZ et al., 2011). Para contribuir com a discussão, Gutierrez et al. (2011), em seu trabalho, determinaram as relações existentes entre o crescimento espacial da área urbanizada da cidade de Campo Grande (MS), demonstrando as modificações ocorridas na área urbana do município e também a aplicação das geotecnologias no planejamento da drenagem urbana. Para a realização da pesquisa os autores empregaram o SPRING, SIG disponibilizado de forma gratuita pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e imagens do satélite Landsat 5, sensor TM, de diferentes anos (1984 e 2007). Essas imagens foram classificadas, trazendo como resultado nove classes temáticas de uso do solo (área urbana, cerrado, cerradão, pasto, mata, água, queimada, área úmida e agricultura). Os autores também calcularam os seguintes índices para a classe temática área urbana: • NDVI (índice de vegetação por diferença normalizada), o qual indica o vigor vegetativo e pode ser utilizado no monitoramento de uma região; • ISA (área de superfície impermeável), calculado através da relação entre o NDVI e a fração de cobertura vegetal, resultando nas superfícies que não permitem a infiltração da água no solo; • Escoamento superficial, o qual está relacionado à parte da precipitação que escoa sobre a superfície do terreno – quanto maior a impermeabilização superficial, maior o escoamento superficial. Como resultado, em relação ao NDVI, Gutierrez et al. (2011) verificaram que houve aumento dos níveis em tons escuros de 1984 para 2007 (Figura 6.10). Lembrando que os valores de tal índice variam entre -1 e 1 e que são apresentados em níveis de cinza (0 a 255), onde os valores próximos de zero até 1 são locais com a presença de vegetação (pontos mais claros). E que valores próximos a -1 (pontos mais escuros) indicam locais sem vegetação, como área construída, corpos aquosos. T6 146 Estudos de caso Fonte: Gutierrez et al. (2011). Figura 6.10 - (A) NDVI da área urbana do Município de Campo Grande (MS) de 1984. (B) NDVI da área urbana do Município de Campo Grande (MS) de 2007. O ISA apresenta sua escala de valores variando de zero a 100, sendo expressa em escala de cores (as áreas em azul indicam locais altamente permeáveis com valores próximos a zero e as áreas em verde e amarelo indicam locais com permeabilidade intermediária) (Figura 6.11). Analisando os mapas resultantes, nota-se que ocorreu o crescimento da impermeabilização nas áreas já urbanizadas, chegando próximo a 100% de impermeabilização em 2007. Fonte: Gutierrez et al. (2011). Figura 6.11 - (A) ISA da área urbana do Município de Campo Grande (MS) de 1984. (B) ISA da área urbana do Município de Campo Grande (MS) de 2007. Os dados do índice de escoamento superficial também são indicados por cores. Levando em consideração uma precipitação de 100 mm, as áreas próximas ao vermelho indicam os locais onde o escoamento variou entre 75% e 100%. Isso significa que em uma área que possui 80% de escoamento, dos 100 mm que choveram, 80% escoaram e os 20% se dividiram em evaporação e infiltração. Nos mapas (Figura 6.12), nota-se que há predominância da cor laranja nos dois anos estudados, com a diminuição das áreas em verde no ano de 2007, o que indica o aumento do escoamento superficial. T6 147Estudos de caso Fonte: Gutierrez et al. (2011). Figura 6.12 - (A) Escoamento superficial da área urbana do Município de Campo Grande (MS) de 1984 (B) Escoamento superficial da área urbana do Município de Campo Grande (MS) de 2007. Como conclusão, os autores relatam que esse trabalho demonstrou que a impermeabilização do solo interfere diretamente no ordenamento e no planejamento territorial e que os resultados podem auxiliar na tomada de decisões, possibilitando identificar os locais onde o uso do solo está inadequado, e as alterações ocorridas na cobertura vegetal. Geotecnologias na análise da piezometria É de fundamental importânciao conhecimento do comportamento da água subterrânea para se tomar qualquer decisão na gestão de uma bacia hidrográfica. Tais informações são obtidas através da superfície piezométrica, a qual determina o fluxo de água nos aquíferos (REGHUNATH et al., 2005). Em alguns municípios há escassez de dados piezométricos, os quais são considerados importantes parâmetros de análise para a obtenção de melhorias no uso e no aproveitamento dos recursos hídricos. Nesse sentido, Miranda (2013) realizou a análise estrutural para descrever a variabilidade espacial da piezometria baseada na função do semivariograma, com o objetivo de estimar valores em locais não amostrados. Para isso, utilizou a Krigagem, a qual é uma operação mais complexa que leva em consideração a tendência dos valores conhecidos na vizinhança de cada ponto a ser estimado (ver Tema 5). A área de estudo compreendeu a Sub-Bacia do Rio Coxim, localizada na porção central do Município de São Gabriel do Oeste (MS). Os dados utilizados foram obtidos em um trabalho de campo, sendo amostrados 22 poços de forma aleatória. Com um GPS (Sistema de Posicionamento Global) foram coletados o posicionamento e as altitudes geométricas dos poços e para a identificação do T6 148 Estudos de caso nível estático dos poços empregou-se uma sonda elétrica. A piezometria foi calculada pela subtração da altitude e o nível estático, sendo a mesma o dado de entrada na Krigagem para obter o mapeamento (MIRANDA, 2013). Os dados piezométricos passaram por diversas análises estatísticas, empregando- se testes, chegando ao resultado apresentado na Figura 6.13. Analisando o modelo digital da superfície piezométrica, percebe-se que a direção do fluxo da água subterrânea é preferencialmente na direção norte-sul. Nota-se que a água cursa toda a área de estudo para abastecer a região sul da mesma, onde se localiza a malha urbana do município em questão (MIRANDA, 2013). Fonte: Miranda (2013). Figura 6.13 - Mapa da piezometria da Sub-Bacia do Rio Coxim em São Gabriel do Oeste (MS). A autora destaca que é de suma importância o controle das atividades potencialmente poluidoras na Sub-Bacia do Rio Coxim, pois caso haja contaminação, o fluxo do recurso hídrico subterrâneo irá atingir as regiões de captação urbana. Geotecnologias aplicadas ao saneamento básico As estações de tratamento de esgoto (ETE) são as unidades operacionais do sistema de esgotamento sanitário, onde é realizada a remoção das cargas poluentes do esgoto, o qual é posteriormente devolvido ao ambiente de acordo com os padrões exigidos pela legislação ambiental (SANESUL, 2009). Atualmente, vários são os fatores que devem ser observados para que se possa indicar áreas apropriadas para a instalação de uma ETE. Os principais fatores que devem ser considerados são a disponibilidade de área, distância entre corpos d´água que servirão como corpo receptor, topografia da região, condições de T6 149Estudos de caso acesso, distância da área urbana, entre outros (ARCEIVALA, 1981). Nesse sentido, com o intuito de auxiliar na identificação de áreas para a instalação de ETE, Ribeiro (2011) propôs uma nova metodologia, a qual utiliza álgebra de mapas para elaborar cartas de aptidão à instalação de ETE. A área piloto para o desenvolvimento da metodologia foi o Município de Coronel Sapucaia (MS). As cartas temáticas, separadas em limitante e não limitantes, empregadas foram (RIBEIRO, 2011): • Cartas de cursos d´água, estradas e de uso e ocupação do solo, elaboradas a partir de imagem do satélite Landsat 5, sensor TM (todas limitantes); • Carta de declividade (não limitante), obtida através do MDS SRTM; • Carta de solos (não limitante), obtida do mapa de solos do Estado de Mato Grosso do Sul; • Carta de distância máxima do perímetro urbano (limitante), obtida através da geração de um buffer de 3 km da área urbana do município; • Carta de faixas de distância do perímetro urbano (não limitante), obtida a partir de buffers. A operação matemática realizada por Ribeiro (2011) é apresentada na Figura 6.14. As cartas limitantes foram multiplicadas entre si e o resultado foi multiplicado pela média geométrica das cartas não limitantes. Fonte: Ribeiro (2011) Figura 6.14 - Cartas empregadas para a elaboração da carta de aptidão à instalação de ETE em Coronel Sapucaia, MS. Além das cartas, foram levados em consideração os dados referentes à rosa dos ventos, pois a direção dos ventos é de fundamental importância para a definição de um local para a instalação de ETE. T6 150 Estudos de caso Como resultado, foram identificados possíveis locais para a construção da ETE em Coronel Sapucaia (Figura 6.15). Com o mapa, foram realizados trabalhos de campo e verificado qual o melhor local para a realização do empreendimento. A carta de aptidão à instalação de ETE pode auxiliar na avaliação das condições ambientais da região onde se pretende instalar esse tipo de empreendimento. Porém, o autor relata que outros pontos também devem ser avaliados, como a distância do corpo receptor, o processo de aquisição da propriedade onde a ETE será instalada, entre outros. Destaca-se que essa metodologia já foi empregada em diversos municípios do Estado de Mato Grosso do Sul. Fonte: Ribeiro (2011) Figura 6.15 - Carta de aptidão à instalação de ETE em Coronel Sapucaia, MS. Conforme notamos ao longo do estudo, existem várias formas de aplicar os diversos conhecimentos dos temas que estudamos. Os exemplos apresentados neste tema utilizaram imagens de satélite, modelos digitais de superfície e técnicas de processamento de imagens, como classificação para obtenção da cobertura do solo, cálculo de declividade, álgebra de mapas, entre outros. Na leitura de todos os temas você pôde perceber que o conjunto: Sensoriamento Remoto, Cartografia e Sistema de Informação Geográfica que integram as geotecnologias, são importantes tecnologias que auxiliam em vários trabalhados, economizando tempo, recursos financeiros e recursos humanos, e ainda possibilitando o fornecimento de dados fundamentais para o desenvolvimento de relevantes tecnologias. T6 151Estudos de caso Manejo florestal de precisão em florestas tropicais: parte 1 - Dia de Campo na TV Este vídeo mostra para o manejo de florestas tropicais, o Modeflora desenvolvido pela Embrapa, que utiliza de forma integrada aparelhos GPS, barômetros, imagens de radar de alta resolução, coordenadas geográficas, programas de sensoriamento remoto e outros recursos tecnológicos para fornecer a localização exata das árvores e detalhes do relevo e da hidrografia, entre outras questões essenciais para o bom manejo da floresta. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=b1whGb2J5b0>. Acesso em 27 de junho de 2016. Tempo: 05:31 Manejo florestal de precisão em florestas tropicais: parte 2 - Dia de Campo na TV Este vídeo é a continuação da apresentação do Modeflora desenvolvido pela Embrapa que utiliza de forma integrada várias geotecnologias. Observe as aplicações e os benefícios das geotecnologias em otimizar tempo, recursos financeiros e recursos humanos. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=jwSYlD5Ma7c>. Acesso em 27 de junho de 2016. Tempo: 03:07 Baixando Dados Vetoriais - Ministério do Meio Ambiente – MMA Para ampliar os conhecimentos sobre Geotecnologias, o vídeo disponibilizado pela equipe G3 Geotecnologias demonstra de forma clara e objetiva como se faz o download de dados vetoriais disponibilizados pelo site do Ministério do Meio Ambiente. Ao fazer o download, esses dados poderão ser abertos em um SIG e utilizados em diversos trabalhos. É importante lembrar que, caso você utilize os dados em algum trabalho, os mesmos devem ser referenciados, pois possuem direitos autorais. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=YttgOguP8gs>. Acesso em 13 de junho de 2016. Tempo: 6:22 ACOMPANHE NA WEB T6 152 Estudos de caso Monitoramento de Queimadas – INPE O INPE (Instituto Nacional de PesquisasEspaciais) desenvolveu o projeto “Monitoramento de Queimadas e Incêndios por satélite em tempo quase-real”, para monitorar o foco de queimadas e incêndios florestais no Brasil. Os dados são para a América do Sul e a Central, África e Europa e a atualização ocorre a cada três horas em todos os dias do ano. As informações são disponibilizadas no portal e de modo gratuito para os usuários. Na aba “Situação atual” são disponibilizados os dados sobre os focos de incêndio nas últimas horas, os municípios brasileiros com mais focos, entre outras informações interessantes. Disponível em: <http://www.inpe.br/queimadas/>. Acesso em 13 de junho de 2016. Estudo localiza águas subterrâneas mais vulneráveis no Cerrado Um conjunto de especialistas da Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) delineou as regiões de águas subterrâneas do Cerrado que estão mais sujeitas à contaminação por agentes químicos. A pesquisa foi realizada através de imagens de satélite e SIG (Sistema de Informação Geográfica) e inovada de tal forma que não necessitou de análises em campo. Como resultado, os pesquisadores relatam que os lençóis freáticos mais vulneráveis foram localizados no sudeste, centro-oeste e centro-leste de Mato Grosso, oeste da Bahia, sudoeste de Goiás e norte de Mato Grosso do Sul. Disponível em: <https://www.embrapa.br/busca-de-noticias/-/noticia/12716085/ estudo-localiza-aguas-subterraneas-mais-vulneraveis-no-cerrado>. Acesso em 13 de junho de 2016. Portal MundoGEO Para quem deseja sempre se manter informado sobre as Geotecnologias, sugere- se o acesso ao portal da MundoGEO. A empresa MundoGEO conta com vários canais, como revistas, portal de conteúdo, cursos online, entre outros, que tratam especificamente de informações geoespaciais, possuindo como objetivo atualizar e conectar os profissionais das áreas de Geomática e Soluções Espaciais. No site da empresa, os usuários podem ter acesso a diversas informações atualizadas sobre Geoprocessamento, Cartografia, GIS (SIG), satélites, de forma gratuita. Além disso, o portal disponibiliza a Revista MundoGEO, a qual apresenta diversos conteúdos e informações sobre geotecnologias. Disponível em: <http://mundogeo.com/>. Acesso em 13 de junho de 2016. Geoprocessamento como ferramenta no licenciamento ambiental de postos de combustíveis Neste artigo é apresentado de forma prática o uso de geotecnologias no T6 153Estudos de caso cadastramento de postos de gasolina para aperfeiçoar o licenciamento ambiental. Observe que é utilizado um banco de dados integrado em um Sistema de Informação Geográfica que facilita a análise ambiental do estabelecimento e a fiscalização. Disponível em: <http://www.scielo.br/pdf/sn/v20n1/a06v20n1>. Acesso em 21 de jun. de 2016. Instruções: Agora, chegou a sua vez de exercitar seu aprendizado. A seguir, você encontrará algumas questões de múltipla escolha e dissertativas. Leia cuidadosamente os enunciados e atente-se para o que está sendo pedido. Questão 1 As Geotecnologias estão sendo cada vez mais utilizadas e têm influenciado diversas áreas do conhecimento, como Engenharias, Geografia, Biologia, Arquitetura e Urbanismo, Gestão Ambiental e até mesmo nas áreas relacionadas à Saúde, como Medicina, Enfermagem e também no Direito, entre outras. Por quais motivos esse fato vem ocorrendo? Questão 2 O geoprocessamento emprega vária técnicas para análise dos dados espaciais, e o Buffer é uma dessas técnicas utilizadas em Geoprocessamento, que tem o objetivo de analisar: a) adjacência; b) conectividade; c) contiguidade; d) intervisibilidade; e) proximidade. Questão 3 Sobre o Geoprocessamento, julgue as afirmações a seguir: AGORA É A SUA VEZ T6 154 Estudos de caso I. Os Sistemas de Informações Geográficas (SIGs) não são capazes de relacionar dados de diferentes escalas e formatos. II. A resolução espacial de imagens de satélite varia de sensor para sensor e está relacionada à dimensão do solo representada pelo pixel da imagem. III. Classificação de imagens resulta na proporção de cada classe de cobertura do solo encontrada em uma determinada área. IV. A utilização de sistemas de projeções não gera deformações nas representações. Está(ão) correto(s), apenas, o(s) item(s): a) I b) II c) I e IV d) II e III e) Todas as afirmativas estão corretas. Questão 4 O Geoprocessamento é o conjunto de técnicas relacionadas à coleta, processamento e análise de dados espaciais ou informações geográficas e pode ser dividido em três linhas gerais: Cartografia, Sensoriamento Remoto e pelos Sistemas de Informações Geográficas. Descreva cada uma delas. Questão 5 Atualmente, existe uma infinidade de satélites e sensores disponíveis de forma gratuita na internet. Um dos programas mais conhecidos e difundidos é o Programa Landsat. Discorra sobre as principais características desse sistema e indique qual é o único satélite desse programa que está coletando imagens. T6 155Estudos de caso Neste tema você aprendeu sobre algumas das aplicações das Geotecnologias através dos oito estudos de casos apresentados. Compreendeu que essas ferramentas vêm sendo empregadas nas mais variadas áreas do conhecimento, por serem excelentes alternativas para a relação custo x benefício, além de proporcionar ótimos resultados. Você verificou, através dos estudos de casos, que o Geoprocessamento pode ser aplicado de modo a contribuir para: a conservação de espécies, como no primeiro estudo de caso, onde se apresenta uma proposta para a criação de corredores de biodiversidade; o adequado planejamento ambiental, através da criação de mapas de vulnerabilidade natural e ambiental, de cartas de aptidão para a instalação de estação de tratamento de esgoto e da identificação das áreas impermeáveis de um município; além de contribuir para a identificação de locais prioritários para o desenvolvimento de medidas relacionadas à saúde, como no caso da espacialização do índice de natalidade em mães adolescentes no Estado de Mato Grosso do Sul. Nesse tema foram apresentados somente alguns casos, contudo a aplicabilidade das Geotecnologias aumenta cada dia mais. FINALIZANDO T6 156 Estudos de caso T6 157Estudos de caso ARCEIVALA, S. J. 1981. Wastewater treatment and disposal. New York: Marcel Dekker. 892 p. BRASIL. Leis, Decretos etc. Presidência da República Casa Civil Subchefia para Assuntos Jurídicos. Poder Legislativo. Lei n° 12.651, de 15 de maio de 2012. Diário Oficial da União, Poder Legislativo, Brasília, DF: 2012. COSTA NETO, J. F. da. 2010. Elaboração de mapas de vulnerabilidade natural à erosão como subsídio ao zoneamento ambiental em bacias hidrográficas com o uso de geoprocessamento. Revista Brasileira de Espeleologia, v. 1, n. 1, p. 52- 60. Disponível em: <http://www.icmbio.gov.br/revistaeletronica/index.php/RBEsp/ article/view/72>. Acesso em 14 de junho de 2016. GUTIERREZ, L. A. C.; SOUZA, G. F. de; PEREIRA, G.; PARANHOS FILHO, A. C.; ARIMA, G. A.; BARBASSA, A. P. 2011. Mapeamento temporal dos índices: área de superfície impermeável e escoamento superficial da área urbanizada de Campo Grande – MS. Caminhos da Geografia, v. 12, n. 37, p. 269-288. Disponível em: <http://www. seer.ufu.br/index.php/caminhosdegeografia/article/view/16403>. Acesso em 14 de junho de 2016. IBARGOYEN, E. 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Modelo digital de superfície (MDS): o MDS é um tipo de modelo digital de elevação (MDE) que traz informações sobre a superfície de um terreno. Diferentemente de um MDE, o MDS considera tudo aquilo que está acima da superfície do terreno, como construções (feições artificiais) e árvores (feições naturais) (NOGUEIRA, 2008). Planialtimetria: é o levantamento topográfico de medidas em campo, onde são realizadas tanto medidas horizontais (planimetria) como verticais (altimetria) de todos os pontos de interesse (LOCH; CORDINI, 2000). As medidas angulares e lineares são realizadas levando em consideração os planos horizontal e vertical (TULER; SARAIVA, 2014). Georreferenciamento: consiste em estabelecer, para cada pixel da imagem, coordenadas referenciadas a algum sistema de coordenadas do terreno ou projeção (PARANHOS FILHO et al., 2016). Datum: é a superfície de referência posicionada em relação ao planeta. Tem-se o datum planimétrico, o qual é a origem para o sistema de coordenadas (latitude e longitude) e o datum altimétrico, o qual é a origem e referência para o cálculo das altitudes. GLOSSÁRIO U N O PA R C A RTO G RA FIA E G EO PRO C ESSA M EN TO A M B IEN TA L Cartografi a e Geoprocessamento Ambiental