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Sumário Carta ao Aluno .................................................................................................................... 3 Introdução ........................................................................................................................... 4 Objetivos ............................................................................................................................. 6 CAPÍTULO 1 - CONHECIMENTOS CARTOGRÁFICOS ..................................................... 7 CAPÍTULO 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA .....................................................................12 2.1 – Sistema de coordenadas geográficas. ................................................................13 2.2 – Projeções Cartográficas. ......................................................................................15 2.3 – Projeção UTM ........................................................................................................18 CAPÍTULO 3 - SENSORIAMENTO REMOTO ....................................................................23 CAPÍTULO 4 – GEOPROCESSAMENTO E SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS ..................................................................................................................44 5 – APLICAÇÕES DO GEOPROCESSAMENTO ...............................................................54 6 – CONCLUSÃO ...............................................................................................................57 RESUMO .............................................................................................................................58 CONTEÚDO DE FIXAÇÃO: ................................................................................................59 LEITURA COMPLEMENTAR .............................................................................................60 REFRÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS : ...................................................................................61 Carta ao Aluno Caro(a) aluno(a), Seja bem-vindo a Disciplina de Geoprocessamento ambiental! O Geoprocessamento é uma ferramenta de trabalho extremamente importante em diferentes ramos do conhecimento científico-acadêmico e, também, na gestão pública, na conservação e licenciamento ambiental, no ordenamento territorial das cidades, na identificação de áreas de risco de inundações e deslizamentos, etc. Através da análise das informações e de dados espacialmente delimitados, o geoprocessamento possibilita ao profissional de diversas áreas a tomada de decisão com um embasamento muito maior e, também com maior precisão. O surgimento do geoprocessamento só foi possível devido ao desenvolvimento tecnológico. Ou seja, as informações que eram utilizadas para a confecção de mapas de papel, que tinham diferentes finalidades e aplicabilidade, a partir da segunda metade do século XX passaram a ser guardadas em computadores com capacidade de processamento e armazenamento de dados cada vez maiores. Esses dados armazenados são tratados através de técnicas matemáticas e computacionais e são utilizados em diferentes setores. As bases do geoprocessamento são o sensoriamento remoto e a cartografia. Portanto, começaremos os nossos estudos destacando os principais pontos da cartografia e do sensoriamento remoto, essenciais para que entendamos o desenvolvimento do geoprocessamento. Introdução O ser humano sempre teve necessidade de armazenar informações de alguma forma. As grandes expedições geográficas à África e à Ásia, nos século XVIII e XIX, financiadas pelas potências imperialistas da época, tinham como finalidade coletar dados e informações sobre esses continentes, que seriam posteriormente dominados pelos países europeus. Essas informações deram origem a inúmeros relatos e, sobretudo, mapas, que eram considerados objetos estratégicos nessa disputa pela conquista de novos territórios, riquezas minerais e naturais e mercado consumidor. Contudo, para cada aspecto era necessário o desenho de um novo mapa. Ou seja, para se delimitar os tipos de vegetação se confeccionava um mapa, para o relevo outro mapa, para se delimitar a existência e localização de povos autóctones ou reserva de minério eram feitos outros mapas. Quase todas as informações deveriam ser espacializadas e delimitadas. Um trabalho complexo, caro e que deveria ser refeito devido a necessidade de aperfeiçoamento dos dados coletados. De uma forma em geral, porém com um nível de desenvovimento tecnológico mais preciso, o armazenamento de dados em papel, ou seja, em mapas isolados ou mapas temáticos, continuou até a segunda metade do século XX. A evolução que alterou profundamente toda essa forma de armazenamento de informações foi o desenvolvimento tecnológico da segunda metade do século XX, especificamento o desenvolvimento da computação. A possibilidade de armazenamento de um grande número de dados e informações diferentes, a agilidade no cruzamento desses e, especificamente, a facilidade de espacializá-los revolucionou vários ramos de pesquisa como a cartografia, a agricultura de precisão, os transportes, a comunicação, o planejamento urbano etc. Nessa disciplina iremos abordar as bases do geoprocessamento, a saber, a cartografia e o sensoriamento remoto. Sem esses conhecimentos a espacialização das informações se mostra inviável, assim como, a geração de imagens e a confecção de mapas. Iremos estudar, também, o Sistema de Informações Geográficas (SIG), que é a ferramenta computacional para o geoprocessamento. O SIG permite que análises complexas de diversos bancos de dados sejam georreferenciadas e se transformem em informações úteis e precisas para diferentes ramos profissionais. Dessa forma, a aquisição de dados deve estar diretamente ligada ao objetivo do trabalho e ter parâmetros bem definidos. Estudaremos, também, a utilização do geoprocessamento em duas áreas específicas, a gestão das cidades e o licenciamento ambiental. Vamos começar! Objetivos A disciplina de Geoprocessamento Ambiental propõe-se apresentar essa ferramenta de trabalho essencial para os profissionais de diversas áreas, tanto ambiental quanto na gestão pública. Abordaremos, para tanto, os principais conhecimentos da cartografia que são essenciais para que consigamos compreender o processo de georreferncialmente das imahgens, dos doados e das informações coletadas. Estudaremos, também, os princípios básicos do Sensoriamento Remoto área de conhecimento que está bastante atrelada ao geoprocessamento. No avançar da disciplina estudaremos a aplicação do geoprocesamento no licenciamento ambiental e na gestão das cidades. Dessa forma, os objetivos específicos dessa disciplina são: Conhecer os principais conteúdos da cartografia. Conhecer os aspectos teóricos e práticos do sensoriamento remoto. Aprender o que é o geoprocessamento. Avaliar a importância do geoprocessamento para diversas áreas profissionais atualmente. CAPÍTULO 1 - CONHECIMENTOS CARTOGRÁFICOS Um dos maiores desafios da humanidade, hoje e sempre, é como representar o Planeta Terra em uma simples folha de papel? Ou seja, como transpor as regiões do nosso planeta esférico para uma folha e, ao mesmo tempo, respeitar as dimensões, as proporções das áreas e o formato dos continentes e oceanos? Esse é o desafio primeiro da Ciência Cartográfica. Em 1966 a Associação Cartográfica Internacional (ACI – Sigla em inglês) definiu a cartografia como: "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, sedia o geoprocessamento está presente no cotidiano de grande parte da população do planeta, mesmo que isso não seja percebido pela maior parte das pessoas. Mas, o simples fato de utilizarmos o celular para chamar um transporte por aplicativo de celular faz com que estejamos usando os conhecimentos cartográficos aliados ao sensoriamento remoto e ao geoprocessamento. Na gestão das cidades o geoprocessamento é uma ferramenta essencial para a construção de cadastros de imóveis urbanos visando a cobrança de IPTU ou para o controle do crescimento desordenado da cidade em direção às áreas de proteção ambiental ou de risco. Uma outra grande utilização do geoprocessamento está no monitoramento da vazão de rios tanto em períodos de estiagem quanto para minimizar os riscos de enchentes em períodos chuvosos. Dessa forma, não há como negar que esse conhecimento é essencial para os profissionais que desejem expandir a sua área de atuação e enfrentar novos desafios que o geoprocessamento possibilita ultrapassar. RESUMO A disciplina Geoprocessamento visa mostrar a importante ferramenta de trabalho que para diferentes ramos profissionais atuais. Para tanto, os conhecimentos da cartografia, que estão na base tanto do sensoriamento remoto quanto do geoprocessamento são aboradados na primeira parte desse curso. Conhecimentos como a forma real da Terra e as projeções Cartográficas mostram-se essenciais pois o aluno deve estar ciente de que em todo mapeamento haverá algum nível de distorção ou erro, que deve ser minimizado com a utilização de técnicas matemáticas de correção. Em um segundo momento abordamos a tecnologia do sensoriamento remoto destacando seus elementos principais como os diferentes tipos de energia e de geração de imagens. A partir desse momento nos debruçamos sobre a tecnologia de satélites e das formas de gerar imagens para diferentes fins. Essas imagens são as bases do geoprocessamento, sobretudo no mapeamento de áreas de impactos ambientais urbanos ou rurais. Por fim, as importâncias do geoprocessamento e do SIG foram destacadas. Dessa forma, foi possível reconhecer que o conhecimento da tecnologia do geoprocessamento é essencial para o profissional que queira avançar na sua carreira e profissão. CONTEÚDO DE FIXAÇÃO: Para ter acesso a mais de 20000 mapas de todos os tipos produzidos pelo IBGE acesse https://mapas.ibge.gov.br/ Para download de dados ambientais acesse o site do Ministério do Meio Ambiente em http://mapas.mma.gov.br/i3geo/datadownload.htm O Instituto Nacional de Pesquisa Espacial disponibilisa farto material sobre a geração de imagens e informção sobre as características dos principais satélites em órbita atuamente. Acesse http://www.dgi.inpe.br/siteDgi/portugues/index.php https://mapas.ibge.gov.br/ http://mapas.mma.gov.br/i3geo/datadownload.htm http://www.dgi.inpe.br/siteDgi/portugues/index.php LEITURA COMPLEMENTAR Para o aprofundamento na utilização do geoprocessamento para projetos ambientais acesse http://www.dpi.inpe.br/gilberto/tutoriais/gis_ambiente/ Através do site do IBGE você pode conhecer mais sobre o Sistema Geodésico brasileiro. Acesse http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/default_sgb_int.shtm?c=1 Acesse o artigo Identificação De Áreas Com Risco De Inundação Por Meio De Análise Ambiental E Geoprocessamento para conhecer a utilização do geoprocessamento para minimizar os impactos das fortes chuvas em áreas urbanas. Acesse file:///C:/Users/Renata/Downloads/186-1014-1-PB.pdf http://www.dpi.inpe.br/gilberto/tutoriais/gis_ambiente/ http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/geodesia/default_sgb_int.shtm?c=1 ../../Renata/Downloads/186-1014-1-PB.pdf REFRÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS : CÂMARA, G. DAVIS, C. MONTEIRO, A.M.V. Geoprocessamento: Teoria e Aplicações – Introdução à Ciência da Geoinformação. São José dos Campos: 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 10/01/2018. CÂMARA, G. Análise de Arquiteturas para Bancos de Dados Geográficos Orientados a Objetos. São Paulo: USP, 1994. CÂMARA, G., CASANOVA, M.A. HEMERLY, A.S. MAGALHÃES,G. C., MEDEIROS, C.M.B. Anatomia de Sistemas de Informação Geográfica. São José dos Campos: Inpe, 1996. Disponível em http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/anatomia.pdf Acesso em 15/01/2018. MEDEIROS, A. Desenvolvimento de uma aplicação webmapping direcionada a pesquisas educacionais. João Pessoa: Ed. IFPB, 2009. _____________ Web Mapping. Brasil Escola, 2012. Disponível em https://www.infoescola.com/geografia/web-mapping/ Acesso em 15/12/2017. MENEZES, Paulo Roberto. ALMEIDA, Tati. Introdução ao Processamento de Imagens de Sensoriamento Remoto. Brasília: Ed. Unb, 2012. Disponível em http://www.cnpq.br/documents/10157/56b578c4-0fd5-4b9f-b82a-e9693e4f69d8. Acesso em 12/01/2018. NOVO, E.M.L.M. Sensoriamento Remoto: Princípio e Aplicações. São Paulo: Ed. Blucher, 2010. http://mtc-m12.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/sergio/2004/04.22.07.43/doc/publicacao.pdf http://mtc-m12.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/sergio/2004/04.22.07.43/doc/publicacao.pdf http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/anatomia.pdf%20Acesso%20em%2015/01/2018 http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/anatomia.pdf%20Acesso%20em%2015/01/2018 https://www.infoescola.com/geografia/web-mapping/ http://www.cnpq.br/documents/10157/56b578c4-0fd5-4b9f-b82a-e9693e4f69d8voltam 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." (Associação Cartográfica Internacional, 1966) Desde a antiguidade os dados geográficos do nosso planeta como os recursos naturais, os relevos, as vegetações, os caminhos, as estradas, a densidade e a diversidade das populações, etc têm sido desenhados pelos cartógrafos e utilizados para diferentes fins. Por exemplo, vários dados, organizados, sistematizados e representados em mapas se transformaram em informações estratégicas para o domínio territorial, econômico e político dos territórios da Ásia e da África. Podemos, assim, afirmar sem medo de errar, que a cartografia teve um papel significativo no processo de desenvolvimento de várias nações, que hoje são grandes potências. Região da central da África – Congo Belga – 1880. Fonte: Mapa de aproximadamente 1880 do geógrafo e cartógrafo austríaco, Joseph Chavanne em sua missão ao Congo, financiada pela Associação Internacional do Congo para fazer levantamentos topográficos visando a instalação de plantações belgas na região. Disponível em Biblioteca Digital Mundial - https://www.wdl.org/pt/item/63/. Devemos dar crédito aos gregos por terem criado as bases da cartografia, utilizada até os dias atuais. Foram os gregos os que primeiro admitiram que a Terra possuía uma forma esférica, com dois polos e delinearam as linhas imaginárias, que são as coordenadas geográficas. Os gregos chegaram a essa conclusão observando as sobras projetadas em lugares distantes um do outro no mesmo horário. Se a Terra fosse plana, as sombras teriam o mesmo comprimento. Mas, como eles verificaram, as sobras tinham tamanhos diferentes, o que só poderia acontecer se a Terra fosse esférica. https://www.wdl.org/pt/item/63/ Para saber, de forma divertida, como o grego Eratóstenes conseguiu provar que a Terra era redonda acesse: https://youtu.be/wiYE6tVUpXg Do século XIX até a segunda metade do século XX a cartografia evoluiu bastante na confecção de mapas e na coleta de dados. A invenção da aviação e o desenvolvimento da aerofotogrametria aumentou a precisão dos mapeamentos e ampliou a área passível de investigação. Contudo, devido a dificuldades técnicas de confecção de mapas, esses, até a década de 50, ainda eram feitos e impressos de forma analógica, ou seja, em papel de diferentes dimensões. Isso dificultava o cruzamento de dados que conduziriam a análises mais aprofundadas. A partir da década de 70, com a evolução da informática e o aumento da capacidade de armazenamento de dados pelos computadores, a cartografia começa a vivenciar um novo momento no qual o mapeamento, com grande precisão e dinamismo, de grandes extensões de terra ou de eventos como os desmatamentos, se torna possível. Nesse momento, o grande aliado dos cartógrafos passa a ser o sensoriamento remoto. Contudo, em uma folha de papel ou na tela do computador, a questão primeira dos cartógrafos continua. Como representar uma superfície esférica, a Terra, em uma superfície plana? Essa questão continua atual pois a principal função da cartografia é a comunicação de algum tipo informação seja ela física, econômica ou populacional. A confecção de um mapa, seja ele analógico seja ele digital, requer muitos conhecimentos não apenas sobre desenho, arte e tecnologia, mas também sobre a sobre a própria Terra. O conhecimento básico, apesar de muito complexo, que um cartógrafo deve possuir é sobre a forma da Terra. Comumente afirmamos que a Terra é redonda. Porém, o formato da Terra é muito mais complexo: a Terra é, na verdade, um Geóide. No século XVII, o físico inglês Isaac Newton, afirmou que o formato da Terra não poderia ser esférico pois, como a Terra é composta de partes sólidas e líquidas, o movimento de rotação, faria com que houvesse um achatamento dos seus polos e um https://youtu.be/wiYE6tVUpXg alongamento na altura do equador. Dessa forma, Newton afirmou que a Terra seria, na verdade um elipsoide. Elipsóide Contudo, a Terra não é composta de um único material. Esses diferentes materiais, partes sólidas compostas por vários tipos de rocha, e partes líquidas, se deformam desigualmente com a atuação da força gravitacional. Por isso que a Terra não é uma esfera e nem um elipsoide. A Terra tem, na verdade, a forma de um geóide. GEÓIDE Quer ver o Geóide em moviemento? Acesse https://youtu.be/F9FtljxHqzU Essa forma geoidal da Terra traz muitos problemas para quem trabalha com Geodésia, engenheiros cartógrafos, geógrafos e outros profissionais que precisam ter precisão nos cálculos matemáticos da forma da Terra, como por exemplo os engenheiros aeroespaciais, que trabalham com lançamentos de satélites. Isso porque calcular matematicamente a forma da Terra e a força gravitacional em cada uma de suas partes não é tarefa fácil. Mas, em termo de raio da Terra, o do geóide, do elipsóide e da esfera se diferem muito pouco um dos outros. Por causa disso, para fins de mapeamento e representação gráfica, iremos considerar que a Terra é uma esfera. CAPÍTULO 2 – SISTEMA DE REFERÊNCIA Quando buscamos nos localizar na superfície da Terra precisamos indicar para alguém o local preciso que estamos. Quando estamos em uma cidade isso é fácil: nós dizemos o nome da rua em que estamos e um número de prédio ou casa, não é mesmo? Mas, quando queremos localizar um objeto em uma porção da superfície da Terra qualquer, como devemos fazer? Por exemplo, uma transportadora enviou uma carga de soja do estado do Mato Grosso para ser exportada pelo porto de Santos, em São Paulo. Em um dado momento, a transportadora decide localizar o caminhão com a carga para ter uma previsão de chegada desse no porto. A transportadora, então, aciona o GPS (Global Positioning System) do caminhão para saber onde ele está. As informações que a transportadora ira receber não são a estrada e um número qualquer. Ela receberá as coordenadas geográficas precisas do caminhão. Ou seja, ele receberá a latitude, a longitude e a altitude do veículo. Essas informações serão enviadas à transportadora através de sinais de satélites que estarão conectadas com o aparelho de GPS do caminhão. Chegamos a conclusão, então, de que os sistemas de referência servem para localizar qualquer coisa, pessoa, veículo, carga, aviões, eventos, como as queimadas, etc, O que é um Sistema de Referência? Para que serve um Sistema de Referência? sobre a superfície da Terra. Para tanto, são utilizadas, quando em uma superfície esférica, o sistema de coordenadas geográficas e, quando em uma superfície plana, o sistema UTM, por exemplo. 2.1 – Sistema de coordenadas geográficas. A posição de um ponto sobre a superfície terrestre pode ser determinada através das coordenadas geográficas que são a longitude e a latitude. A longitude é medida a partir do Meridiano Central, onde localiza-se o observatório inglês de Greenwich, e é medida de 00 a 1800 tanto para Leste (East–E) quanto para Oeste (West-W). Quando não há a indicação de Leste ou Oeste, podemos ficar conhecendo a localização do ponto na superfície terrestre através do sinal de positivo (+) e negativo (-). Para Leste as coordenadas são positivas enquanto para Oeste as coordenadas são negativas. Dessa forma, as linhas imaginárias dos meridianos marcam as longitudes.A Latitude é medida a partir da Linha do Equador e são medidas de 00 a 900 tanto para Norte quanto para Sul. Quando não há indicação de Norte ou Sul podemos identificar a localização do ponto na superfície terrestre através do sinal de positivo (+) para Norte e de negativo (-) para o Sul. Assim, as linhas imaginárias dos paralelos marcam as latitudes. Vamos verificar se nós entendemos o que foi dito até agora? Assinale a alternativa que contêm a latitude e a longitude corretas dos pontos destacados. a) A - 500 de longitude Norte e 1000 latitude Sul. b) B – 800 de longitude Oeste e 400 de latitude Norte. c) C – 400 de longitude Oeste e 200 de latitude Sul. d) D – 100 de longitude Sul e 200 de latitude Leste. e) A – 100 de longitude Norte e 500 de latitude Norte 2.2 – Projeções Cartográficas. Vamos voltar à pergunta feita na parte inicial da nossa disciplina. Como representar uma superfície esférica, a Terra, em uma superfície plana? A Terra é uma superfície esférica, ou seja, um objeto em três dimensões (3D), enquanto uma folha de papel, consequentemente o mapa, é uma superfície em duas dimensões (2D). Por isso, foram desenvolvidas as Projeções Cartográficas que possibilitam a representação de uma superfície esférica em um plano. O problema é que não há projeção cartográfica que consiga representar perfeitamente a superfície da Terra. Toda projeção contém algum tipo de erro, ou distorção. Esses podem ser na forma, na área, nas dimensões, etc. Cada uma das projeções apresenta um erro maior ou menos em um dos aspectos citados ou em uma parte específica da representação do globo terrestre. Dessa forma, existem projeções que são mais comumente utilizadas para representar as regiões do globo de baixas latitudes enquanto outras são utilizadas para representar as regiões do globo de altas latitudes. Quando representamos pequenas dimensões, o problema das distorções não é grave. Contudo, quando necessitamos representar um país, um continente ou o globo inteiro o problema das distorções se agrava muito. As projeções cartográficas são classificadas quanto ao tipo de superfície utilizada ou o grau de deformação que irá provocar. Quanto ao tipo de superfície utilizada elas são classificadas em Plana ou Azimutal, Cilíndrica ou Cônica. Projeção Plana ou Azimutal – projeta o globo terrestre em um plano que pode ser tangente ou secante a superfície da Terra. Somente, no máximo, metade do globo terrestre fica visível nessa projeção e ocorre uma grande distorção nas bordas da projeção e as distâncias são preservadas. Geralmente é utilizada para representar as regiões polares. Projeção Cônica – a superfície da Terra é projetada em um cone que envolve o globo. Nessa projeção a área fica distorcida. Caso o cone envolva completamente o globo terrestre, quanto mais distante do centro da projeção maior será a distorção das distâncias. Nas projeções cônicas os meridianos são linhas retas que convergem para um ponto central e os paralelos formam círculos concêntricos a esse ponto. Projeção Cilíndrica – a superfície da Terra é envolvida por um cilindro tangente ou secante que é depois desenrolado. Nessa projeção, os meridianos e os paralelos são por retas perpendiculares, ou seja, formam sempre um ângulo de 900 graus entre eles. Os países próximos ao Equador apresentam pequenas distorções, mas os polos apresentam grandes distorções. Quanto ao grau de deformação da superfície quer será representada as projeções são classificadas em conformes, equivalentes e equidistantes. Conforme – não há distorção dos ângulos de áreas de pouca dimensão. Nesse tipo de projeção os meridianos e paralelos formam ângulos retos e a escala se mantém em todas as direções. Nessa projeção, devido a manutenção dos ângulos a forma da superfície é distorcida. O exemplo mais conhecido de uma projeção conforme é a projeção de Mercator. Representação do globo segundo a Projeção de Mercator Equivalentes – não há deformações nas áreas representadas que são iguais às da Terra, mas como há deformação nos ângulos da projeção, as formas da superfície representada são muito distorcidas. Por causa disso, essa projeção é utilizada sobretudo em cartogramas temáticos. Projeção equivalente de Peters Eqüidistantes – nesse tipo de projeção a representação das distâncias não sofre deformação. Ou seja, o cumprimento ou a distância entre um ponto e outro é preciso. Porém, isso não se mantém em todo o globo. As partes mais preservadas são as próximas ao Equador. Projeção Equidistante 2.3 – Projeção UTM Tanto para o geoprocessamento quanto para o sensoriamento remoto é essencial que conheçamos a Projeção Universal Transversa de Mercator (UTM). Essa projeção é uma variação, muito importante, da Projeção Cilíndrica de Mercator. Essa projeção foi proposta pela primeira vez no início da década de 50 do século XX, nos Estados Unidos, e visava abranger de forma única todas as latitudes do planeta. O Brasil passou a adotar a projeção UTM ainda na década de 50 para o mapeamento de todo o território nacional, tanto pelo IBGE quanto pelo Exército brasileiro. Nessa projeção, o cilindro que envolve a Terra não está tangente à Terra em toda a extensão do Equador, e sim, dos meridianos tendo os polos como eixo de rotação. Ou seja, o cilindro está perpendicular ao eixo de rotação da Terra. Dessa forma, a projeção UTM é secante a Terra. Essa projeção tem por característica principal minimizar as distorções das direções em prejuízo da distância e da área. Cilindro Transverso - Projeção UTM Na projeção UTM, a Terra é dividida em 60 fusos ou zonas UTM de 60 de longitude cada um. O objetivo dessa divisão é garantir a menor distorção possível dentro da área de cada fuso. Os fusos são numerados de 1 a 60, da esquerda para a direita em relação à longitude 1800 oeste, ou seja, o anti-meridiano de Greenwich. Esses fusos são gerados a partir da rotação realizada no cilindro, de forma que o meridiano de tangência divida o fuso em duas partes iguais de 30 cada uma. A diferença da latitude é feita em zonas de 40 que aparecem, na projeção UTM, como faixas horizontais. Projeção UTM Da mesma forma, no eixo Y, a origem é a linha do Equador e os valores negativos também são evitados. Assim, em direção ao Norte os valores partem de zero Km e vão até 10 000 Km. Em direção ao Sul, os valores partem de 10 000 Km e vão diminuindo. Ampliando cada uma desses fusos aparece um conjunto de coordenadas cartesianas, nas quais o Equador representa o eixo X e o meridiano central do fuso representa o eixo Y. No exemplo ao lado, os limites desse fuso são os meridianos 420 W (oeste) e 480 W (oeste). Isso porque esse é o fuso 23, que é o fuso que passa por São Paulo. Dessa forma, o meridiano central desse fuso é o 450 W (oeste). O fuso central marca o início da contagem das distâncias no eixo X. Para evitar as distâncias negativas, foi estabelecido que a origem do fuso central é de 500 Km. Em direção a direita, no eixo X são acrescidos valores positivos. Em direção a esquerda, no eixo X, são diminuídos os valores sem nunca chegar a números negativos. O sistema UTM é limitado entre os paralelos 840 N e 800 S. Em latitudes maiores que essas as deformações se tornam muito expressivas inviabilizando a utilização da projeção UTM. Numeração dos fusos UTM Por queas coordenadas UTM são tão importantes? A projeção UTM minimiza as deformações de um mapa a níveis toleráveis, representando-os em um sistema ortogonal. Assim, a projeção UTM possibilita que o mapeamento da superfície terrestre tenha um alto grau de precisão. A maior parte dos aparelhos de GPS utiliza as coordenadas UTM como localizador. Para o sensoriamento remoto e para o geoprocessamento a possibilidade de localizar um ponto com precisão na superfície da Terra é essencial. Todos os eventos tratados no geoprocessamento têm que ser georrefernciados. O georreferenciamento nada mais é do que “amarrar” os pontos de uma imagem de satélite ou uma fotografia aérea com as suas coordenadas corretas e precisas. Por isso, devido à precisão, o sistema UTM é essencial para o Geoprocessamento. CAPÍTULO 3 - SENSORIAMENTO REMOTO A partir da segunda metade do século XX o mundo vivencia um grande salto tecnológico. A competição entre as grandes superpotências da época nos setores bélicos e espaciais fez com que os avanços científicos fossem numerosos. Dentre esses destaca-se a corrida espacial. A partir do lançamento do primeiro satélite artificial pelos Soviéticos, no dia 10 de outubro de 1957, o Sputinik, a corrida espacial se iniciou. A partir desse momento, a tecnologia de satélites avançou enormemente. A tecnologia de sensores remotos instalados nos satélites também foi uma consequência da corrida espacial, principalmente porque as primeiras utilizações dessa tecnologia foram militares. Atualmente, os sensores remotos estão instalados em diferentes tipos de satélites e produzindo imagens com definições espaciais cada vez maiores, que são utilizadas cotidianamente na gestão das cidades, na preservação ambiental, na gestão de recursos hídricos, na agricultura, etc. O sensoriamento remoto é, para alguns uma arte pois inclui imagens, tratamento de imagens, definição de resolução, etc. Para outros, o sensoriamento remoto é uma ciência de base, que evolui todos os dias, e propicia o avanço de outras ciências correlatas, como o geoprocessamento. Sendo uma arte ou uma ciência, a definição mais aceita postula que o sensoriamento remoto é a atividade que possibilita a obtenção de informações da Terra sem que tenhamos contato direto com os objetos presentes em sua superfície. Essas informações, que nem sempre são imagens, podendo ser também outros tipos de dados, são obtidas através da captação da energia emitida ou refletida pela superfície da Terra. Contudo, apesar de atualmente o sensoriamento remoto ser relacionado diretamente aos satélites e aos radares, no passado nem sempre foi assim. Por exemplo, as fotografias aéreas são, da mesma forma que as imagens de satélite, produtos do sensoriamento remoto. As fotografias aéreas são tomadas a partir de câmeras posicionadas em aviões ou em balões sem que se tenha contato com a superfície do planeta. Sabe-se que as primeiras fotografias aéreas foram tiradas ainda no século XIX, durante a Guerra Civil Americana, utilizando-se balões como meios de transportes das câmeras fotográficas. Muito posteriormente, a Primeira Grande Guerra é o marco do início da tomada de fotografias aéreas a bordo de aviões. Essa prática se intensificou fortemente na Segunda Guerra Mundial, como uma forma de reconhecer o terreno de combate e o poder das tropas inimigas. As necessidades bélicas da Segunda Guerra mundial também foram as responsáveis por outras invenções essenciais para o desenvolvimento e ampliação dos usos do sensoriamento remoto por outros setores além do militar. Nesse período histórico foram inventados o filme de infravermelho. E, a utilização dos radares, invenção do início da década de 30, foi fortemente ampliada. A invenção do filme de infravermelho foi essencial na Segunda Guerra Mundial para detectar tropas inimigas camufladas e impedir a morte de muitos soldados. O filme de infravermelho possibilitou a identificação da presença de militares inimigos não detectáveis por fotografias que estavam dentro da faixa do visível do espectro solar. A vegetação sadia reflete a energia infravermelha muito mais intensamente do que a energia verde. Dessa forma, o que é vegetação aparece em vermelho e o que é camuflado aparece em tons azulados ou verdes. Como não temos fotografias tiradas com filmes de infravermelho na Segunda Guerra Mundial, vamos analisar duas imagens atuais formuladas a partir das informações emitidas pelo satélite OrbView-3, do início do ano 2000, de uma área do Rio de Janeiro, onde o contraste entre vegetação e área construída é muito grande. Imagens do Satétite OrbView – 3. Imagens do Jóquei Clube do Rio de Janeiro Fonte: imagens do satélite OrbView – 3. Disponível em https:// https://earthexplorer.usgs.gov/ A partir do fim da Segunda Guerra mundial, toda essa tecnologia ficou disponível para usos científicos, ambientais, planejamento urbano, etc. Reparou que na segunda imagem, que está sendo tratada com um filtro infravermelho, o que é vegetação aparece em vermelho e o restante em azulado? Esse foi o mesmo processo usado na 2ª Grande Guerra para descobrir inimigos camuflados. https://processamentodigital2.wordpress.com/2012/01/16/usgs-cenas-do-sensor-orbview-3-disponiveis-para-download/ O sensoriamento remoto, sobretudo a geração de imagens, depende diretamente da existência de uma fonte de energia. As fontes de energia podem ter diferentes naturezas. Essas podem ser a energia radiante, ou seja, a radiação solar, ou pode ser um sinal emitido por um radar ou um flash de uma câmera fotográfica. Não podemos ignorar que a fonte de energia mais abundante e poderosa que existe é o próprio sol. O sol, devido a sua altíssima temperatura, emite energia para tudo o sistema solar. Essa energia, em forma de radiação eletromagnética, se propaga no vácuo em uma velocidade de 300.000 Km/s. Quando a energia radiante atinge a Terra é em parte absorvida, se transformando em calor, e em parte refletida de volta para o espaço. A energia radiante também pode ser gerada através de outras fontes terrestres como uma lâmpada, por exemplo. Muito antes do sensoriamento remoto ser pensado por algum ser humano uma descoberta muito simples revolucionou os conhecimentos da humanidade sobre a luz. Essa descoberta é extremamente importante para várias atividades até hoje, dentre essas o sensoriamento remoto. Na década de 60 do século XVII, o físico inglês Isaac Newton fez um dos mais simples e, ao mesmo tempo, mais revolucionários experimentos de sua época. Newton comprou um prisma de vidro em uma feira de objetos da cidade de Cambridge e realizou um experimento que ficou conhecido como na época como Fenômeno das Cores. O simples experimento consistia em fazer passar um feixe de luz branca por esse prisma e ver projetado do outro lado um claro e visível arco-íris. A esse arco-íris, Newton, deu o nome de Spectrum. Esse experimento provou que a radiação solar visível, ou seja, a luz branca, é, na verdade, uma mistura de luzes de cores diferentes, que vai do violeta ao vermelho. Newton e o experimento do Fenômeno das Cores Feixe de luz após passar por um prisma A propagação da energia emitida pelo Sol difere da propagação das diferentes formas de energia que conhecemos, pois se propaga em ondas. Ilustrando de forma simples, podemos pensar em uma corda que agitamos com os braços em movimentos ascendentes e descendentes. Quanto mais velocidade imprimimos nos movimentos maior energia dispendemos. Essa energia irá se propagar pela corda formando ondas, que podem ser mais longas ou mais curtas. Quanto mais energia colocamos nos movimentos dos braços menores serãoos intervalos entre as ondas. Esse intervalo é chamado de Comprimento de Onda e depende da Frequência com que agitamos a corda. Propagação da energia sobre uma corda Imagem disponível em http://fisicaevestibular.com.br/novo/ondulatoria/acustica/cordas-vibrantes/ A frequência é dada pela diferença entre as cristas das ondas e é medida em unidades de hertz (Hz). Quanto mais distantes as cristas estiverem, maior será o comprimento de onda. Quanto mais próximas estiverem as cristas, menor será o comprimento de ondas. Comprimento e Frequência de ondas. Todos os tipos de energia dependem de um meio para se propagar, como uma corda ou um filamento metálico, por exemplo. Porém, a energia radiante, ou seja, a energia que vem do Sol, se propaga no vácuo através de um campo chamado pelos físicos de Campo Eletromagnético. Por causa dessa característica, a energia radiante é chamada de radiação eletromagnética. http://fisicaevestibular.com.br/novo/ondulatoria/acustica/cordas-vibrantes/ Se organizarmos os diferentes tipos de radiação eletromagnética, ou seja, as diferentes frequências das radiações, formaremos o Espectro Eletromagnético. Quando Newton decompôs um feixe de luz branca, ele descobriu uma faixa do espectro eletromagnético que é a Faixa do Visível. Essa é a frequência de ondas que o nosso sensor remoto, ou seja, o nosso olho humano, consegue detectar. Todas as radiações que estão fora dessa faixa do visível não são detectadas pelo olho humano, mas atingem o nosso corpo, e todos os elementos da Terra constantemente. Por isso, quando vamos a praia nos protegemos da radiação ultravioleta passando os famosos protetores solares. Mas nós não estamos vendo os raios ultravioletas, não é mesmo? Será que eles de fato nos atingem? O espectro eletromagnético mostra a distribuição da radiação eletromagnética por regiões chamadas de bandas espectrais. O espectro eletromagnético vai das ondas longas, como as ondas de rádio, de baixa frequência, até as ondas curtas, como os raios gama (Y). Uma particularidade é que a banda do infravermelho pode ser subdividida em três regiões, o infravermelho próximo, o infravermelho médio e o infravermelho médio e o distante, também chamado de termal. Quer saber mais sobre como a radiação ultravioleta está presente no nosso cotidiano e como ela nos afeta? Acesse https://youtu.be/-Bt- YLDHxz8 Espectro Eletromagnético Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) destaca as características mais importantes de algumas bandas ao espectro eletromagnético. LUZ Conjunto de radiações para as quais o sistema visual humano é sensível. ULTRAVIOLETA Radiação mais energética que a luz, com comprimento de onda menor, que penetra profundamente na pele causando queimaduras. RAIOS X Mais energética do que a ultravioleta e mais penetrante sendo amplamente usada na medicina para obter imagens do interior do corpo humano. INFRAVERMELHA Radiação gerada em grande quantidade pelo Sol, mas que também pode ser gerada artificialmente por objetos aquecidos. ESPECTRO SOLAR Conjunto de radiações geradas pelo Sol. Uma das características mais importante tanto para o sensoriamento remoto quanto para o geoprocessamento é a capacidade de interação da radiação eletromagnética com os objetos da superfície da Terra. Quando a radiação incide sobre qualquer objeto ela pode ter três comportamentos. Ela pode ser refletida, absorvida ou transmitida pelo objeto. O fator que mede a capacidade de um corpo de refletir a energia radiante chama-se Reflectância. Dessa forma, a reflectância pode ser definida como a diferença entre a quantidade de radiação incidente sobre o objeto e a quantidade refletida por ele. O fator que mede a capacidade de um corpo de absorver a energia radiante chama-se absortância. Dessa forma, a absortância pode ser definida como a capacidade de um corpo de absorver a radiação incidente sobre ele. E, o fator que mede a capacidade de um corpo de transmitir a energia incidente sobre ele chama-se transmitância. De uma forma geral podemos afirmar que um objeto negro, ou objeto de vidro totalmente escuro tem uma baixa reflectância, uma alta absortância e um valor nulo para a transmitância. O que irá determinar a capacidade de refletir, absorver ou transmitir a radiação eletromagnética são as características físico-químicas de cada objeto, em diferentes comprimentos de onda. Para o sensoriamento remoto, o fator mais importante é, sem dúvida, a reflectância. Essa capacidade de refletir de forma diferente os comprimentos de onda que cada objeto possui chama-se Assinatura Espectral. Definindo melhor, a assinatura espectral é a intensidade com que um objeto qualquer, um telhado, uma estrada, um rio, uma folha, um tipo de rocha, reflete a radiação eletromagnética incidente sobre ele nos diferentes comprimentos de onda. O aparelho capaz de medir o comportamento da luz (radiação) considerando os comprimentos de onda do visível, e frações da faixa do infravermelho chama-se espectrorradiômetro. Vamos ver um exemplo importante para o meio ambiente: Assinatura espectral de uma folha verde Uma folha verde apresenta o comportamento espectral acima. Vamos detalhá-lo. As letras B, G, R e IR, correspondem as faixas, ou bandas, do azul (blue em inglês), do verde (green em inglês), do vermelho (red em inglês) e do Infravermelho (infrared em inglês). A folha verde reflete ou absorve a energia de forma diferente em cada uma das bandas citadas. Podemos observar que na banda do visível (B, G, R), ou seja, o que pode ser detectado pelo olho humano, a reflectância é pequena. Ou seja, há uma grande absortância nessa banda. Contudo, quando analisamos a banda do infravermelho (IR) percebemos que há a reflectância é muito mais alta. Por que isso acontece? Como vimos anteriormente, as características físico-químicas dos alvos são os responsáveis pela assinatura espectral. Dessa forma, a pequena reflectância da folha verde deve-se aos pigmentos da folha, principalmente a clorofila. Contudo, na banda do infravermelho, a grande reflectância é consequência da interação da radiação com a estrutura celular superficial da folha. Essa característica das vegetações, de forma em geral, é muito importante para os estudos ambientais, e como vimos anteriormente, foi importante, também, na Segunda Guerra Mundial para detectar inimigos camuflados, não é mesmo? Para os estudos ambientais, através da análise da reflectância da vegetação na faixa do IR podemos verificar a saúde da vegetação. Muitas vezes, essa apresenta uma aparência saudável, mas a sua estrutura celular está comprometida por fatores físicos, como períodos de estresse hídrico, ou químicos, como a utilização excessiva de agrotóxicos. Essas variações são identificáveis em imagens de satélite, na banda do infravermelho, ou seja, quando utilizamos a falsa-cor. O sensoriamento remoto é, de forma simplificada, um sistema de coleta de dados e de tratamento desses, ou seja, a análise dos mesmos. A coleta dos dados é a detecção da radiação eletromagnética emitida pelos objetos. Como esse processo acontece? Um dos objetivos das imagens geradas por sensoriamento remoto é identificar a natureza do objeto e diferenciá-lo de outros objetos. Para tanto são analisadas as características de absorção da radiação eletromagnética, ou seja, a assinatura espectral e a diferença da reflectância entre os materiais em específico comprimento de onda, que se materializa nos diferentes tons de cinza de uma imagem. Primeiro é necessária que haja uma emissão de radiação eletromagnética por alguma fonte. Essa radiação interage com o objeto, uma parte é absorvida e uma outraé refletida. Essa radiação recebe o nome de radiação de retorno e propaga-se pela atmosfera até atingir o sensor, que está, geralmente, localizado em um satélite, como aparece na ilustração abaixo. Ilustração de Captação de Dados por Sensoriamento Remoto A energia eletromagnética que chega ao sensor instalado nos satélites é transformada em um sinal que será enviado para uma estação de recepção e, posteriormente, será analisado e se converterá na informação desejada. No caso da ilustração, o sensor está instalado em um satélite, mas ele pode estar, como já vimos, em um balão, um avião ou, com grande frequência atualmente, em um drone. Como podemos perceber na ilustração, os sensores remotos têm a capacidade tanto de detectar a energia eletromagnética emitida da Terra quanto de enviar a informação para a estação de captação. Existem dois tipos de sensores: a) os passivos, que necessitam da existência de uma fonte de energia eletromagnética externa, ou seja, utilizam quase sempre a luz solar, e b) os ativos que possuem a própria fonte de energia eletromagnética. Os radares, por exemplo, são exemplos de sensores ativos pois emitem o próprio sinal que ao se chocar com um anteparo, ou seja, um objeto, retorna e é captado por um sensor remoto. Os radares possuem características de obtenção de dados mesmo sem a presença da luz solar, ou seja, conseguem imagear tanto de dia quanto de noite e em qualquer condição meteorológica. Essa característica é muito importante porque os sensores óticos que dependem da luz do sol, ou seja, os sensores passivos, têm limitações decorrentes da presença de nuvens ou tempo ruim, por exemplo. Câmaras de vídeo, câmaras fotográficas, radiômetros, scanners, radares são sensores remotos. Você já pensou que o olho humano também é um sensor remoto? A diferença é que o olho humano gera imagens para o nosso cérebro apenas na faixa do visível, enquanto que as câmeras fotográficas podem ser preparadas para imagear em regiões invisíveis ao olho humano, como a do infravermelho próximo. O desenvolvimento da tecnologia das câmeras digitais revolucionou o sensoriamento remoto. A possibilidade de utilização de um chip CCD com muitos detetores sensíveis permitiu a geração de imagens com mais definição e detalhes. O CCD é o termo genérico para o sensor que é utilizado para gravar e armazenar a energia eletromagnética. O surgimento dessa tecnologia revolucionou o sensoriamento remoto pois abriu a oportunidade de gerar imagens instantâneas para futuras análises e transformação em informações. Além disso, o CCD apresenta uma maior estabilidade e é considerado o melhor sensor para as câmaras digitais. A essa capacidade de gerar imagens com grande quantidade de detalhes dá-se o nome de resolução espacial. A câmera pode gerar imagens pancromáticas em tons de cinza ou, após modificações na sua configuração, pode geram imagens coloridas. As imagens coloridas são geradas a partir de dispositivos ópticos formado por prismas e filtros que faz com que a luz seja separada nas cores primárias do azul, do vermelho e do verde. São, dessa forma, geradas três imagens, cada uma de uma cor, que são gravadas em um arquivo de computador. Essas imagens são chamadas de monocromáticas. Quer saber mais sobre a utilização dos radares? Veja essa utilização da empresa Vale do Rio Doce. http://mundogeo.com/blog/2000/01 /01/aplicacoes-ambientais-de- radar-na-vale/ Ilustração de uma Câmera Digital Colorida com os sensores CCD nas cores primárias. Fonte: INPE As imagens monocromáticas são posteriormente compostas para se transformarem em uma única imagem, porém que informam características diferentes de em cada faixa ou combinação de faixas. Combinação de cores monocromáticas A combinação de cores permite o recurso de gerar imagens chamadas de falsa-cor. A falsa-cor é um artifício utilizado na hora de observar a imagem no computador porque não há uma cor básica que corresponda ao infravermelho. Como vimos a interação de energia com a composição físico-químico de uma vegetação nos fornece importantes informações sobre a saúde da vegetação. Dessa forma, é utilizada a cor azul para representar a banda do verde, a cor verde para representar a vermelha e a vermelha para representar a banda infravermelha. A imagem gerada tem a forma esperada pelos profissionais, assim como a textura. Porém, as cores são diferentes. Por isso é chamado de falsa-cor. As câmeras podem ser modificadas para identificar tanto a radiação do infravermelho quanto de outras bandas. Isso é possível a partir do uso de chips e filtros convenientes. Imagem em cor verdadeira Imagens em Falsa-Cor Fonte: Site Processamento digital. Disponível em http://www.processamentodigital.com.br composicao-colorida-rgb-para- imagens-landsat-8/ Nos sensores orbitais como o Landsat, o Spot e o Cbers os sensores possuem muitas bandas. Vamos ver o exemplo do satélite Landsat-8 em comparação com os satélites Landsat 5 e Lansat 7. Quickview Resultado Landsat 7 Landsat 5 Landsat 8 Infravermelho 4, 3, 2 5,4,3 Cor Natural 3, 2, 1 4,3,2 Falsa Cor 5,4,3 6,5,4 Falsa Cor 7,5,3 7,6,4 Falsa Cor 7,4,2 7,5,3 Fonte: https://landsat.usgs.gov/how-do-landsat-8-band-combinations-differ-landsat-7-or-landsat-5-satellite-data http://www.processamentodigital.com.br/wp-content/uploads/2013/06/falsa_cor_432.jpg http://www.processamentodigital.com.br/wp-content/uploads/2013/06/Cor_Natural_321.jpg http://www.processamentodigital.com.br/wp-content/uploads/2013/06/Falsa_Cor_543.jpg http://www.processamentodigital.com.br/wp-content/uploads/2013/06/Falsa_Cor_753.jpg http://www.processamentodigital.com.br/wp-content/uploads/2013/06/Falsa_Cor_742.jpg http://sis.posestacio.com.br/sistema/rota/rotas_81/1532/scorm/01_topico/02_topico/objetos/img_22.png http://sis.posestacio.com.br/sistema/rota/rotas_81/1532/scorm/01_topico/02_topico/objetos/img_22.png Cada banda apresenta características e ações específicas pois cada uma corresponde a uma faixa espectral. A tabela abaixo apresenta uma exemplificação das principais características e aplicações para estudos ambientais dos sensores multiespectrais TM dos satélites LANDSAT 5 e 7. Banda Intervalo espectral (µm) Principais características e aplicações das bandas TM e ETM dos satélites LANDSAT 5 e 7 1 (0,45 - 0,52) Apresenta grande penetração em corpos de água, com elevada transparência, permitindo estudos batimétricos. Sofre absorção pela clorofila e pigmentos fotossintéticos auxiliares (carotenóides). Apresenta sensibilidade a plumas de fumaça oriundas de queimadas ou atividade industrial. Pode apresentar atenuação pela atmosfera. 2 (0,52 - 0,60) Apresenta grande sensibilidade à presença de sedimentos em suspensão, possibilitando sua análise em termos de quantidade e qualidade. Boa penetração em corpos de água. 3 (0,63 - 0,69) A vegetação verde, densa e uniforme, apresenta grande absorção, ficando escura, permitindo bom contraste entre as áreas ocupadas com vegetação (ex.: solo exposto, estradas e áreas urbanas). Apresenta bom contraste entre diferentes tipos de cobertura vegetal (ex.: campo, cerrado e floresta). Permite análise da variação litológica em regiões com pouca cobertura vegetal. Permite o mapeamento da drenagem através da visualização da mata galeria e entalhe dos cursos dos rios em regiões com pouca cobertura vegetal. É a banda mais utilizada para delimitar a mancha urbana, incluindo identificação de novos loteamentos. Permite a identificação de áreas agrícolas. 4 (0,76 - 0,90) Os corpos de água absorvem muita energianesta banda e ficam escuros, permitindo o mapeamento da rede de drenagem e delineamento de corpos de água. A vegetação verde, densa e uniforme, reflete muita energia nesta banda, aparecendo bem clara nas imagens. Apresenta sensibilidade à rugosidade da copa das florestas (dossel florestal). Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo a obtenção de informações sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Serve para análise e mapeamento de feições geológicas e estruturais. Serve para separar e mapear áreas ocupadas com pinus e eucalipto. Serve para mapear áreas ocupadas com vegetação que foram queimadas. Permite a visualização de áreas ocupadas com macrófitas aquáticas (ex.: aguapé). Permite a identificação de áreas agrícolas. 5 (1,55 - 1,75) Apresenta sensibilidade ao teor de umidade das plantas, servindo para observar estresse na vegetação, causado por desequilíbrio hídrico. Esta banda sofre perturbações em caso de ocorrer excesso de chuva antes da obtenção da cena pelo satélite. 6 (10,4 - 12,5) Apresenta sensibilidade aos fenômenos relativos aos contrastes térmicos, servindo para detectar propriedades termais de rochas, solos, vegetação e água. 7 (2,08 - 2,35) Apresenta sensibilidade à morfologia do terreno, permitindo obter informações sobre Geomorfologia, Solos e Geologia. Esta banda serve para identificar minerais com íons hidroxilas. Potencialmente favorável à discriminação de produtos de alteração hidrotermal. Fonte: http://www.dgi.inpe.br/Suporte/files/Cameras-LANDSAT57_PT.php A quantidade de satélites em atuação na órbita da Terra atualmente é muito grande. Tão grande que hoje os cientistas pensam que regulamentar o direito de empresas e países de lançarem seus próprios satélites é uma necessidade cada vez maior. Pois http://www.dgi.inpe.br/Suporte/files/Cameras-LANDSAT57_PT.php depois que esses deixam de funcionar são abandonados no espaço e colocam em risco a integridade de outros satélites ou até mesmo a Estação Espacial Internacional (ISS). Mas, nesse momento uma pergunta chave nos vem a cabeça, por que precisamos de tantos satélites? Se pensarmos nos fins militares essa resposta é fácil de ser dada. Nenhum país quer compartilhar os seus avanços militares com o outro e, em caso de conflito, todos querem poder espionar o inimigo com segurança e independência, não é mesmo? Mas, quando não pensamos em fins militares, por que existem tantos satélites em órbita? A resposta está nas resoluções de cada satélite e nos objetivos deles. Quando pensamos em sensoriamento remoto temos que pensar nos objetivos de cada informação que será levantada. Assim, um satélite pode gerar imagens que são excelentes para um geólogo, que quer ter informações sobre o tipo de rocha de uma área, mas que não são adequadas para as prefeituras controlarem o crescimento urbano ou cobrarem IPTU. Por que isso acontece? Menezes, P.R., Almeida,T. (2012, pg. 24) escrevem que: “Atualmente, o sensoriamento é constituído por uma razoável constelação de satélites que oferecem imagens para atender as necessidades de uma ampla demanda de usuários. Para aqueles usuários que necessitam de uma observação detalhada do tamanho e das formas dos objetos, há os sensores que detectam áreas unitárias inferiores a 1 metro, e com meios para visualização estereoscópica 3D, muito úteis para levantamentos cadastrais multifinalitários, urbanos e cartografia digital. Os interessados em monitoração para o acompanhamento da evolução e de mudanças da paisagem podem recorrer aos sensores com alta taxa de revisita à área. Já os que se interessam em determinar a composição ou constituição dos minerais ou rochas, a procura é pelos sensores com um grande número de bandas Quer saber mais sobre o perigoso lixo espacial? Leia essa reportagem da BBC de Londres http://www.bbc.com/portugu ese/noticias/2015/08/15080 6_lixo_espacial_ab espectrais. Por isso, uma forma de se abordar as potencialidades de um sensor é pelo dimensionamento de suas resoluções.” Ou seja, existem satélites que são mais ou menos adequados a certos tipos de usos. Para sabermos qual será o satélite mais adequado para identificar um objeto na superfície da Terra ou resolver um problema devemos estudar as resoluções desse satélite. Em sensoriamento remoto existem quatro diferentes resoluções, ou parâmetros, principais que devem ser analisados no momento de se escolher uma imagem gerada por um satélite específico: Resolução Espacial, Resolução Temporal, Resolução Radiométrica e Resolução Espectral. Resolução Espacial – refere-se a capacidade do sensor de identificar e distinguir os objetos na superfície da Terra. A resolução espacial define tamanho do menor objeto que pode ser identificado em uma imagem. Para determinarmos qual é a melhor resolução espacial para um determinado fim, devemos analisar, também, o tipo de terreno que estaremos tratando. Para um trabalho em áreas abertas como os terrenos naturais, como por exemplo as florestas, áreas rurais e relevos, a resolução espacial não necessita ser tão alta pois os objetos são muito similares. Contido, em regiões urbanas há a necessidade de um sensor com alta resolução espacial para que ruas, casas, construções irregulares, por exemplo, sejam identificadas. Resolução Espacial Satélite SPOT – 5m de Resolução Espacial Satélite LANDSAT – 30m de Resolução Espacial Fonte: http://www.vasgeo.com.br/2013/03/resolucao-espacial-espectral-radiometrica-sensoriamento-remoto.html Resolução Temporal – refere-se ao tempo de revisita que um satélite faz em uma área. Dessa forma, dada a sua órbita, o satélite obtém imagens de um mesmo evento ou lugar sempre na mesma hora em períodos de tempo regulares. Por exemplo, os satélites Landsat possuem um tempo de revisita de 16 dias. Ou seja, a cada 16 dias ele passara http://www.vasgeo.com.br/2013/03/resolucao-espacial-espectral-radiometrica-sensoriamento-remoto.html exatamente na mesma hora em um mesmo ponto da superfície terrestre. A resolução temporal é de importância imperativa no acompanhamento de processos de desmatamento ou desastres ambientais. Em casos específicos como no monitoramento meteorológico, o tempo de revisita tem que ser muito menor pois os fenômenos são muito mais dinâmicos do que os ambientais, por esta razão a resolução temporal é de 15 minutos, como o satélite Meteosat-8, ou de 12 horas como o do satélite NOAA, por exemplo. Imagem Ilustrativa do Satélite Sentinel 2B da Agência Espacial Europeia Resolução Radiométrica – refere-se a capacidade de um sensor de identificar e detectar a radiação de retorno de um objeto ou área scaneada. Quanto maior a resolução radiométrica maior será o brilho de uma imagem e quantidade de níveis de cinza presentes. Resolução Radiométrica Fonte: Menezes, Paulo Roberto. Almeida, Tati. Introdução Ao Processamento De Imagens De Sensoriamento Remoto. 2012. Disponível em Http://Www.Cnpq.Br/Documents/10157/56b578c4-0fd5-4b9f-B82a-E9693e4f69d8 Resolução Espectral – Está relacionado ao número e a largura das bandas espectrais que um sensor consegue identificar. Segundo Novo (1989), resolução espectral é "uma medida da largura das faixas espectrais e da sensibilidade do sistema sensor em distinguir entre dois níveis de intensidade do sinal de retorno". Um sensor será mais sensível de acordo com a quantidade de bandas que ele tiver. Quantos mais bandas maior será a sensibilidade para receber a radiação de retorno ou emitida pela superfície terrestre. http://www.cnpq.br/Documents/10157/56b578c4-0fd5-4b9f-B82a-E9693e4f69d8 As imagens representam formas de captura indireta de informação espacial e constituem uma peça importante em um trabalho de geoprocessamento. Dessa forma, são importantes características da imagem de satélite o númeroe a largura de bandas do espectro eletromagnético capturadas, a menor área da superfície terrestre observada instantaneamente por cada sensor, o nível de quantização registrado pelo sistema sensor e o intervalo entre duas passagens do satélite pelo mesmo ponto. Essas características referem-se, respectivamente, a quais resoluções? a) Resolução espacial, resolução espectral, resolução radiométrica e resolução temporal. b) ) Resolução espacial, resolução espectral, resolução temporal e resolução radiométrica. c) a) Resolução espectral, resolução espacial, resolução radiométrica e resolução temporal. d) d) Resolução espectral, resolução espacial, resolução temporal e resolução radiométrica. e) e) Resolução temporal, resolução espectral, resolução espacial e resolução radiométrica. CAPÍTULO 4 – GEOPROCESSAMENTO E SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS Quando falamos de geoprocessamento estamos nos referindo a um conjunto de técnicas e ferramentas que visam através da utilização do computador e da matemática resolver questões e problemas que ocorrem no espaço geográfico. Por causa disso, o geoprocessamento está na esfera da Geomática. Ou seja, localiza-se na tríplice fronteira entre os conhecimentos geográficos, cartográficos e matemáticos. Para tanto, o geoprocessamento utiliza um conjunto de informações espaciais para chegar aos seus objetivos. E quais são os objetivos do geoprocessamento? Obter informações geográficas que subsidiem a tomada de decisão em diferentes situações. O conjunto de tecnologias que são utilizados no geoprocessamento podem ser ilustradas da seguinte forma: A cartografia, a geodésia e a fotogrametria e o sensoriamento remoto nós já estudamos, vamos agora entender o que é o Sistema de Informações Geográficas (SIG). Sistema de Informações Geográficas (SIG) Podemos definir os Sistemas de Informações Geográficas como sendo sistemas computacionais, compostos tanto de hardware quanto de software, capazes de realizar analises complexas, armazenar, manipular integrar dados georreferenciados da Terra de fontes diferentes. Além disso, esses dados podem e devem ser passíveis de serem transformados em documentos cartográficos. Segundo Câmara et All (1996) os SIGs são “são sistemas de informação construídos especialmente para armazenar, analisar e manipular dados geográficos, ou seja, dados que representam objetos e fenômenos em que a localização geográfica é uma característica inerente e indispensável para tratá-los. Dados geográficos são coletados a partir de diversas fontes e armazenados via de regra nos chamados bancos de dados geográficos.” No Brasil, o SIG se desenvolveu a partir dos esforços do Instituto nacional de Pesquisas Espaciais – Inpe, que na década de 90 desenvolveu o Sistema de Processamentos de Informações Geográficas chamado Spring. O objetivo do Spring é o tratamento de imagens do Sensoriamento Remoto, criar mapas temáticos e cadastrais e Georreferenciar é determinar com precisão um ponto sobre a superfície da Terra. Ou seja, é determinar corretamente a sua latitude e a longitude. Atualmente, uma das ferramentas mais utilizadas no georreferenciamento de áreas é o GPS. gerar modelagens para diversos fins. Como esse software é livre e está disponível para todos na internet e um dos seus grandes feitos foi disseminar o SIG no meio acadêmico e profissional tanto no Brasil quanto em outras partes do mundo. A importância dos Sistemas de Informações Geográficos é que eles possibilitam a integração de dados de diferentes naturezas, desde que esses sejam georreferenciados. Assim, os SIGs são utilizados no controle cadastral, em demografia, na otimização do tráfego, no cadastro de imóveis rurais, na administração de recursos naturais, no monitoramento de chuvas, no controle de epidemias, etc. Uma grande vantagem do SIG é a possibilidade de manipular dados tanto gráficos quanto não gráficos de forma integrada. Assim, torna-se possível, por exemplo, a partir da localização de uma área foco de uma determinada epidemia infantil, cruzar essa informação com o número de escolas primárias existentes em uma área. Dentre várias utilizações possíveis dos SIGs destacam-se, sem dúvida três delas: a) a produção de mapas; b) o suporte para a análise espacial de eventos; c) se constituir como banco de dados geográficos para armazenamento e recuperação de informação espacial. O SIG se estrutura contendo como componentes a interface com o usuário, a entrada e integração de dados, as funções de processamento gráfico e de imagens, a visualização e plotagem, o armazenamento e a recuperação de dados (banco de dados). No nível mais alto do SIG está o homem, que irá definir como o sistema será operado. No nível intermediário o SIG se converte em uma ferramenta de processamento de dados espaciais através das funções de entrada, edição, análise, visualização e saída de informações. E, no nível mais baixo, o SIG se caracteriza por ser um gerenciador de banco de dados geográficos com as funções de armazenamento e recuperação de dados espaciais e seus atributos. Arquitetura de um SIG Com o SIG torna-se possível integrar em uma única base os dados de diversas fontes possibilitando uma análise integrada das diversas informações espaciais existentes. Dessa forma, através de algoritmos são gerados mapas que possibilitam a visualização do conteúdo das bases de dados (Câmara, 1994) Como exemplo, temos o Mapa de Cobertura Vegetal e dos Usos das Terras do Municípios do Rio de Janeiro em 2001. Fonte: Secretaria Municipal de Meio Ambiente. Disponível em http://www.rio.rj.gov.br/web/smac/sig-floresta Os bancos de Dados Geográficos são todo lugar físico ou virtual no qual os dados possam estar armazenados. É importante destacar que os dados têm que estar armazenados em uma forma que possam ser relacionados quando solicitados, ou seja, todos tem que ter uma mesma base para que possam se comunicar e serem interligados quando necessário. Por exemplo, o cadastro de logradouros de uma cidade tem que se cruzar com o de proprietário de imóveis para fins de cobrança do IPTU. Se isso não acontecer a cidade terá imóveis que devem pagar o IPTU, mas não saberá quem são os donos dos imóveis e não poderá fazer a cobrança. Os bancos de dados Geográficos são também chamados de Banco de Dado Espacial. Esses permitem a análise e a medição de distâncias entre os pontos, pois possuem feições geométricas nas tabelas. Atualmente, há na internet, a disposição de qualquer usuário, diversas fontes de dados. Os mais comuns desses são os mapas digitais on-line, os WebGis ou Webmapping que permitem ao usuário o cruzamento de informação ou o destaque de áreas ou eventos de forma instantânea e com precisão. Segundo Medeiros (2012) podemos destacar três tipos básicos de mapas: http://www.rio.rj.gov.br/web/smac/sig-floresta 1) Mapas Estáticos - São mapas na forma de imagem (nos formatos JPEG e PNG, por exemplo) que são inseridas em páginas da internet. Apresenta baixa interação com o usuário. 2) Mapas Gerados a partir de formulários - Esta tecnologia consiste em disponibilizar ao usuário um formulário onde são solicitadas informações quanto à área geográfica de interesse. 3) Navegação baseada em mapas dinâmicos - Neste tipo de web mapping, o usuário seleciona uma área de seu interesse em um mapa geral, o que resulta na navegação para outro mapa ou imagem mais específico, ou seja, com informações mais detalhadas desta região. Os dados utilizados são classificados em quatro grupos, os textuais, os numéricos, os vetoriais e os matriciais, também chamados de raster. Os dados textuais estão disponibilizados em formato de texto descritivo sem interpretaçãoprévia. Os dados numéricos são classificados como “dados que estão ligados a codificações em número do campo do real” (Silva, 2003). Não necessariamente representam valorações crescentes ou decrescentes. Esses podem representar apenas a existência de algum atributo específico como a ocorrência de um tipo de solo. Os dados vetoriais são representações gráficas do mundo real em um par de coordenadas x, y. Podem ser expressos como pontos, linhas ou polígonos. Representação de dados Vetoriais o Os pontos representam atributos que não têm área ou comprimento, ou seja, pontos de alagamentos em uma cidade depois de um forte temporal. Esses pontos são apenas marcados no mapa para futuras intervenções públicas. Ou, o mapa dos locais mais violentos de um estado, que poderá servir de subsídio para uma política pública de segurança, como no exemplo abaixo. Regiões Mais Violentas do Estado da Paraíba Fonte: Governo do Estado da Paraíba. www.paraiba.pb.gov.br/ o As linhas são vários pontos interligados que possuem comprimento ou extensão linear. Dessa forma, representam rios, estradas, linhas de transporte, curvas de nível, etc. Veja um exemplo no mapa abaixo. Evolução do Plano Cicloviário do Rio de Janeiro de 2012 a 2015. http://www.paraiba.pb.gov.br/ Fonte: Site Mobilize – Mobilidade Urbana Sustentável. Disponível em http://www.mobilize.org.br/mapas/23/mapa-do- plano-cicloviario-do-rio-de-janeiro-rj.htm o Os polígonos representam no mínimo três vértices conectados gerando polígonos fechados que definem áreas e perímetros. Geralmente são mapas temáticos que exibem uma informação em destaque. Desmatamento em Sinop-MT entre 1986 e 2016. Fonte: amazonia.org. Disponível http://amazonia.org.br/2017/02/a-terra-de-oportunidades-desenvolvimento-chega- a-mato-grosso-com-bala-e-devastacao/ O dado raster ou matricial é uma representação do mundo real em uma grade regular que é semelhante a uma célula. Segundo Neri nos dados raster ou matricial “cada célula possui um código referente ao atributo estudado. Assim o computador reconhece a que elemento ou objeto pertence determinada http://www.mobilize.org.br/mapas/23/mapa-do-plano-cicloviario-do-rio-de-janeiro-rj.htm http://www.mobilize.org.br/mapas/23/mapa-do-plano-cicloviario-do-rio-de-janeiro-rj.htm célula. Analisando de outra forma, os dados raster são semelhantes a fotografias tiradas com câmeras digitais. Se olharmos de forma aproximada veremos que a fotografia é composta por pixels. Quanto maior a quantidade de pixels maior será a qualidade da imagem. Dados raster – Representação de Pixels Fonte: http://mapschool.io/index.pt.html Apesar de ilustrados com cor os pixels, ou seja as células, podem não ter cor ou ter números que significam algum atributo como temperatura, índices pluviométricos, ou outro atributo que esteja sendo analisado. Representação de dados Raster em duas resoluções diferentes Fonte: Medeiros , A. M.L., Dados Geográficos. Disponível em https://www.infoescola.com/geografia/dados-geograficos/ Como podemos verificar na ilustração acima a imagem da esquerda possui um nível de detalhamento, ou seja, resolução espacial, maior que a imagem da esquerda. Ou seja, http://mapschool.io/index.pt.html https://www.infoescola.com/geografia/dados-geograficos/ há uma quantidade maior de pixels na imagem da direita que fará com que a imagem fique mais nítida e com maior quantidade de informação. A escolha de utilizar dados vetoriais ou raster dependerá do objeto e do objetivo do trabalho. Os dois dados têm vantagens e desvantagens para diferentes mapeamentos. Por ser uma representação matricial, os dados raster representam melhor atributos que são contínuos no espaço como, por exemplo, um tipo de solo de uma região. Contudo, sem dúvida os dados vetoriais apresentam uma precisão espacial maior. 5 – APLICAÇÕES DO GEOPROCESSAMENTO A tecnologia do geoprocessamento faz com que os seus usos sejam variados. Esses incluem a gestão de cidades, a preservação de áreas de preservação permanente, o controle ambiental como a poluição de rios e lagoas o controle da vazão de rios e o mapeamento de enchentes, por exemplo. Vamos analisar algumas dessas aplicações. O geoprocessamento para estudos ambientais possui três vertentes principais: A primeira é o controle do desmatamento e da perda da biodiversidade. A partir do cruzamento de dados ambientais é possível delimitar as áreas de espécies endêmicas e calcular os riscos de sua extinção, por exemplo. Vamos analisar o mapa abaixo que delimita as áreas de ocorrência dos Micos Leões Dourados e dos Saguis no Estado do Rio de Janeiro. Como sabemos, os Micos-leões-Dourados são uma espécie endêmica da Mata Atlântica do Sudeste e estão em sério risco de extinção. A introdução dos saguis nos ecossistemas nos quais habitavam os Micos-Leões-Dourados praticamente levou essa espécie a extinção. Área de ocorrência de Saguis, Micos-Leões e Micos-Leões-Dourados no Estado do Rio de Janeiro. Fonte: Laboratório de Ciências Ambientais – UENF. A delimitação e o monitoramento por geoprocessamento da área de ocorrência de cada espécie pode possibilitar o isolamento da reserva de Poço das Antas garantindo a reprodução e sobrevivência da espécie. A segunda vertente está ligada ao desenvolvimento sustentável através do monitoramento dos recursos naturais existentes no planeta. Dessa forma, as áreas de proteção permanente representam, por exemplo, a garantia da existência de mananciais de água no futuro. O Controle da expansão urbana em direção a áreas de mata nativa também é uma das aplicações do geoprocessamento na área ambiental e urbana. Contudo, o licenciamento ambiental é, atualmente uma das atividades que mais demandam a utilização do Geoprocessamento para delimitação tanto de áreas de preservação natural e cultural quanto para limitar as áreas de impactos ambientais de qualquer tipo de empreendimento. No início da década de 80 do século passado, foi regulamentada a Política Nacional do Meio Ambiente (PNMA), que se configura como a base legal do licenciamento ambiental no Brasil. A PNMA instituiu importantes instrumentos de proteção do meio ambiente visando conjugar crescimento econômico com desenvolvimento sustentável. Dentre esses instrumentos de regulação encontram-se o Estudo de Impacto Ambiental (EIA) e as Licenças prévia (LP), de instalação (LI) e de operação (LO). Desde o primeiro momento, ou seja, a solicitação da Licença Prévia, o geoprocessamento se configura como uma tecnologia imprescindível para a continuação ou não do empreendimento. Um exemplo bastante ilustrativo do usos do geoprocessamento em prol da preservação ambiental e cultural dos povos indígenas ocorreu com a revogação da Licença de Instalação da Mineradora Canadense Belo Sun em área próxima a Reserva Indígenas dos Ticunas. Nessa luta pela preservação do seu ambiente, os Ticunas mapearam a área de instalação da mina e utilizaram o SIG para cruzar informações como poluição da mina, utilização e vazão do rio e impacto nas rotas de navegação indígenas, conseguindo, dessa forma provar que o projeto precisa ser modificado. Abaixo podemos visualizar o mapa elaborado para o Estudo de Impacto Ambiental da instalação da Mineradora Belo Sun. Quer saber mais sobre a utilização do geoprocessamento pelos índios Ticunas na sua luta contra a mineradora canadense Belo Sun? Acesse https://www.socioambiental.org/pt- br/noticias-socioambientais/justica- derruba-licenca-de-belo-sun 6 – CONCLUSÃO Hoje em