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SOL 480 - INTRODUÇÃO AO GEOPROCESSAMENTO UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA DEPARTAMENTO DE SOLOS RRootteeiirroo ddee AAuullaa PPrrááttiiccaa AArrccGGIISS 1100 Elpídio Inácio Fernandes Filho Maola Monique Faria Alice Azevedo Scudeller Giovanni Giacomin Roberto Vianei Fontes Viçosa Novembro – 2012 SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 i Sumário 1. Características Gerais do ArcGIS ...................................................... 1 Prática 1 - Familiarização com o ArcGis .................................................... 5 PRÁTICA 2 - Produzindo um mapa ............................................................... 13 2.1Introdução ............................................................................................................. 13 Bibliografia .................................................................................................................. 18 2.2 Objetivo ................................................................................................................ 18 2.3 Problema .............................................................................................................. 18 2.4 Base de dados ....................................................................................................... 18 2.5 Comandos utilizados ............................................................................................. 19 2.6 Exercício ................................................................................................................ 19 Prática 3 - Trabalhando com tabelas de atributos ............................. 42 3.1Introdução ............................................................................................................. 42 3.2 Objetivo ................................................................................................................ 43 3.3 Problema .............................................................................................................. 43 3.4 Base de dados ....................................................................................................... 43 3.5 Comandos utilizados ............................................................................................. 44 3.6 Exercício ................................................................................................................ 44 Prática 4 . Trabalhando com o GPS de navegação ............................ 54 4.1 Introdução ............................................................................................................ 54 Bibliografia .................................................................................................................. 58 4.2 Objetivo ................................................................................................................ 59 4.3 Problema .............................................................................................................. 59 4.4 Base de dados ....................................................................................................... 59 4.5 Comandos utilizados ............................................................................................. 59 4.6 Exercício ................................................................................................................ 60 Prática 5 – Georreferenciamento de imagens ....................................... 76 5.1 Introdução ............................................................................................................ 76 Bibliografia .................................................................................................................. 81 5.2 Objetivo ................................................................................................................ 82 5.3 Problema .............................................................................................................. 82 5.2 Base de dados ....................................................................................................... 82 5.5 Comandos utilizados ............................................................................................. 82 5.6 Exercício ................................................................................................................ 83 SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 ii Prática 6 – Digitalização em tela ................................................................. 90 6.1 Introdução ............................................................................................................ 91 Bibliografia .................................................................................................................. 95 6.2 Objetivo ................................................................................................................ 96 6.3 Problema .............................................................................................................. 96 6.4 Base de dados ....................................................................................................... 96 6.5 Comandos utilizados ............................................................................................. 96 6.6 Exercício ................................................................................................................ 97 PRATICA 7 - Modelo Digital de Elevação ............................................... 107 7.1 Introdução .......................................................................................................... 107 Bibliografia ................................................................................................................ 108 7.2 Objetivo .............................................................................................................. 108 7.3 Problema ............................................................................................................ 108 7.4 Base de dados ..................................................................................................... 108 7.5 Comandos utilizados ........................................................................................... 109 7.6 Exercício .............................................................................................................. 109 SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 1 1. Características Gerais do ArcGIS O software ArcGIS foi desenvolvido pela empresa americana ESRI no fim da década de 1990 e constitui uma plataforma primária de última geração para realizar as análises em ambiente de SIG. Com o surgimento dos computadores pessoais de baixo custo e com capacidade de processamento de dados gráficos foi desenvolvida uma nova geração de softwares para Sistemas de Informação Geográfica (SIG). Esses softwares, conhecidos como Desktop Mapping (DM), tinham como objetivo espalhar nas organizações o uso de dados geográficos que antes estavam restritos a laboratórios bem equipados e caros. Com os DMs os usuários passaram a acessar os bancos de dados geográficos de seus próprios equipamentos pessoais, podendo gerar consultas, mapas e relatórios que antes precisavam ser "encomendados" em um centro de processamento de dados. Assim, os grandes avanços tecnológicos originaram softwares altamente eficazes para o processamento das informações geográficas. Os DMs deram origem também aos sistemas voltados para Internet, que possibilitam o acesso remoto a uma base de dados armazenada em um servidor WEB. Hoje, o ArcGISDesktop tem a capacidade de interagircom aplicativos como o Google Earth, por exemplo, exportando arquivos vetoriais. As principais características e funções do ArcGIS são: Utilização de várias projeções cartográficas definidas no momento da apresentação dos dados em tela, sem a necessidade de transformações físicas nos dados originais; Interface customizável que pode ser adaptada às necessidades dos usuários; Edição de dados tabulares, possibilitando a inclusão de novos itens nas tabelas alfa-numéricas, a exclusão de itens existentes e a alteração dos valores armazenados; Estabelecimento de relações entre tabelas do tipo 1 x n; Conexão com bancos de dados de mercado através de ODBC (Open Data Base Connectivity – é um padrão que permite a conectividade entre banco de dados de diferentes fabricantes); SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 2 Leitura direta de arquivos shapefiles (ArcView), coverages (Arc/INFO), CAD (Computer-Aided Drafting), imagens (TIFF, JPEG, BMP, etc.), grids (raster), TINs (Triangulated Irregular Networks) e tabelas (atributos); Acessar informações de um servidor WEB. Digitalização de dados vetoriais na tela ou através de mesa digitalizadora; Geração de análises espaciais com dados vetoriais e matriciais Processamento e análise de imagens de satélite; Processamento e análise de redes geográficas; Processamento e análise de dados 3D; Geração de mapas de alta qualidade; Este software integra cinco componentes principais, a saber: ArcMap, ArcCatalog, ArcToolbox, ArcGlobe e ArcScene. ArcMap: utilizado para criar e interagir com os mapas. As informações geográficas são visualizadas, editadas, analisadas e consultadas de forma interativa. São disponibilizadas duas formas de visualização dos dados: a visualização geográfica (Data View) e a visualização de layout (Layout View). ArcCatalog: é semelhante ao Windows Explorer, pois permite navegar a árvore de diretórios locais ou remotos para procurar, pré-visualizar, documentar e organizar arquivos. Entretanto, é adaptado às informações geográficas, pois simplifica os dados, os quais são constituídos por um conjunto de arquivos. ArcToolbox: é um aplicativo disponível apenas dentro dos demais: ArcMap, ArcCatalog, ArcGlobe e ArcScene. De maneira simples e direta, funciona como uma “caixa de ferramentas” de SIG utilizadas no geoprocessamento. Dentre elas destacam-se: análises espaciais, projeções, transformações, etc. ArcGlobe: é semelhante ao ArcMap, porém apresenta informações em uma visão 3D. As layers são associadas a uma fonte de dados tridimensional em comum. ArcScene: permite a visualização dos mapas, além de criar animações em uma apresentação dinâmica dos dados. Estes aplicativos trabalham em conjunto e são complementares para a construção de um SIG. Neste tutorial, em razão de sua maior utilidade, serão apresentados apenas os aplicativos ArcMap, ArcCatalog e ArcToolbox. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 3 Outra característica importante dos softwares de SIG é sua modularidade, ou seja, a partir de um núcleo principal é possível a adição de módulos específicos com novas funções. Os módulos são denominados "extensões" e podem ser adquiridos da ESRI ou outro fabricante qualquer. Muitos usuários têm desenvolvido extensões e as distribuído gratuitamente (ver site da ESRI: arcscripts.esri.com). Dentre algumas extensões podemos destacar: Spatial Analyst – Analisador espacial para o processamento de dados no formato raster; 3D Analyst – Analisador 3D – para a geração, visualização e análise de modelos tridimensionais; Export to KML – exporta arquivos georreferenciados para um formato reconhecido no Google Earth. 1.1. Dados compatíveis com ArcGIS O ArcGIS utiliza um modelo de dados próprio denominado Geodatabase. Neste formato, as informações vetoriais são estruturadas em Features Classes, e são integradas juntamente com as imagens, grids, TIN’s e tabelas em uma única base de dados. GEODATABASE é um conjunto de dados geográficos de diversos formatos, associados a um único arquivo; é também um banco de dados do Microsoft Access; ou ainda, um banco de dados relacionais (do Oracle, Microsoft SQL Server ou IBM DB2). Este formato é a estrutura nativa do ArcGIS. FEATURES CLASSES – são classes de feições que possuem a mesma representação espacial. São elas: pontos, linhas, polígonos e anotações. No entanto, outros formatos de dados também podem ser lidos pelo ArcGIS. A seguir é apresentada uma lista dos formatos compatíveis: Dados vetoriais ArcInfo (Windows); Modelos digitais do terreno ArcInfo (TIN); CAD nos formatos DWG e DXF; Microstation no formato DGN (IBGE); Arquivos Shapefile; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 4 Dados raster Arquivos ArcInfo no formato GRID; Imagens nos formatos TIFF, TIFF/LZW compressed, ERDAS, IMAGINE, BSQ, BIL, BIP, Sun rasterfiles, BMP, Run-lengthcompressed files, JPEG e catálogos de imagens ArcInfo; Display multimídia de imagens nos formatos: GIF, TIFF, JPEG Bancos de dados Formatos DBF, INFO, texto delimitado e conexões ODBC. O ArcGIS também permite realizar conversões entre alguns desses formatos através da ferramenta Conversion Tools do ArcToolbox. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 5 Prática 1 - Familiarização com o ArcGis Ao iniciar o ArcMap a janela de abertura tem como objetivo: facilitar ao usuário o acesso a um novo mapa (Figura 1) ou abrir um mapa salvo anteriormente (Figura 2). Figura 1. Iniciando um novo mapa. Figura 2. Abrindo um projeto salvo anteriormente. Ao selecionar a sua opção é dado início a edição do projeto e abre-se a interface do programa, que pode ser modificada com a finalidade de obter um melhor aproveitamento do espaço ou para que as ferramentas fiquem mais acessíveis ao usuário. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 6 Figura 3. Tela de visualização do ArcGis. Na tabela de conteúdos – Table of Contents (1) ficam listados as layers (ou temas) que estão sendo usados no projeto. É possível visualizar as layers de 4 maneiras e há ainda o ícone opções (Figura 4): Figura 4. Opções de visualização das layers. 1) List by drawing order: Esta opção mostra as layers na seqüência em que elas foram adicionadas ao projeto; 2) List by source: Esta opção mostra as layers e os diretórios onde elas se encontram; 3) List by visibility: Esta opção mostra as layers que estão sendo visualizadas na data view; 4) List by selection: Esta opção mostra a layer em que há alguma feição selecionada; 5) Options: Permite que o usuário personalize a tabela de conteúdos. 1 1 2 3 4 5 2 SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 7 As Layers podem ser visualizadas na Data Frame (2) de duas maneiras, Data View e Layout View. No modo Data View, são feitos os processamentos, e, no Layout View, são elaborados os Layouts finais para os mapas. Elas podem ser selecionadas na barra de ferramentas do menu principal em View ou no canto inferior esquerdo, próximo a barra de rolagem da Data frame (Figura 5). Figura 5. Opções para mudança na Data frame 1.2. Barras de ferramentas O software ArcGIS possui uma interface simples, onde muitas ferramentas são acessadas através de botões. Para habilitar qualquer uma das barras de ferramentas basta clicarno menu principal em ‘Customize → Toolbars’, ou ainda, clique com o botão direito sobre o menu principal, e selecione a barra desejada (Figura 6). Figura 6. Habilitando ferramentas. Em seguida são apresentadas algumas das barras de ferramentas mais utilizadas. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 8 Barra de Menu Principal (Main Menu) Figura 7. Menu Principal do Software. Esta é a principal barra de ferramentas, onde, de maneira geral, está o acesso para todas as funções do software (Figura 7). Algumas funções são habilitadas apenas para o modo Layout View. Em ‘File’, são gerenciados os arquivos de mapas, adicionada as layers e configurada a impressão do mapa. O ‘Edit’ permite algumas tarefas de edição, como, voltar ou avançar tarefas, copiar, colar, procurar, etc. Na ferramenta ‘View’, está a configuração da vista e de seus elementos, nela podem ser selecionas a Data view ou a Layout view e alguns elementos visíveis, como réguas e barras de rolagens. Em ‘Insert’, o usuário poderá inserir uma nova data frame, textos, figuras, ou ainda, no modo de Layout View, adicionar as escalas, legenda, figuras, objetos, etc. O menu ‘Selection’ envolve algumas ferramentas de seleção de feições. Em ‘Geoprocessing’, basicamente, estão disponibilizadas as ferramentas gerais de geoprocessamento. Em ‘Customize’ estão as outras barras de ferramentas e extensões além de algumas opções de configuração. No menu ‘Window’ estão as opções para as janelas auxiliares. Em ‘Help’ são indicadas as informações de ajuda. Barra Padrão (Standard) Figura 8. Barra de ferramentas Standard. Esta barra de ferramentas padrão (Figura 8) apresenta as funções como: criar um novo mapa, abrir um projeto existente, salvar e imprimir o mapa elaborado; recortar, copiar, colar e excluir gráficos e feições; voltar e avançar tarefas realizadas; adicionar uma layer; configurar a escala de trabalho; adicionar a barra de edição; adicionar a tabela de conteúdos, abrir o ArcCatalog, a janela de busca, o ArcToolbox e a janela de comando; Utilizar o model Builder e a ajuda de uma ferramenta específica. Barra de ferramentas Tools Figura 9. Barra de ferramentas Tools SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 9 Nesta barra (Figura 9) são realizadas as seguintes operações na Data View para a visualização dos dados espaciais: ‘Zoom In’, permite definir o local e tamanho do aumento da escala; ‘Zoom Out’, define o local e tamanho na diminuição da escala; ‘Pan’, permite ao usuário movimentar o posicionamento da Data View; ‘FullExtent’, ajusta o zoom para abranger todas as layers; ‘Fixed Zoom In’, aumenta em 25% a escala a partir do centro da Data View; ‘Fixed Zoom Out’, diminui em 25% a escala a partir do centro da Data View; ‘Go Back To Previous Extent’, volta ao zoom observado anteriormente; ‘Go To Next Extent’, avança para o zoom posterior; ‘Select Features’, seleciona as feições das Layers; ‘Clear Selected Features’, limpa a seleção das Layers; ‘Select Elements’, seleciona elementos gráficos da Data View e da ‘Layout View’; ‘Identify’, identifica as feições das Layers, abrindo uma janela com as informações da tabela de atributos; ‘Hiperlink’, permite abrir uma janela da internet ou um documento específico; ‘HTML pop up’, identifica a feição em um quadro em formato de tabela; ‘Measure’, mede a distância entre pontos definidos pelo usuário; ‘Find’, permite localizar atributos de uma feição; ‘Find route’, ferramenta do SIG que permite conectar lugares; ‘Go to XY’, localiza as coordenadas de um ponto específico. Barra de ferramentas do Layout View Figura 10. Barra de ferramentas de layout. Esta barra (Figura 10) é habilitada e operada apenas quando se utiliza o modo Layout View e tem as seguintes funções: ‘Zoom In’ permite definir o local e tamanho do aumento da escala na página (esta ferramenta é diferente do “zoom in” da Data View, porque ela não aumenta o fator de escala do mapa, mas apenas aproxima o papel da vista do leitor); ‘Zoom Out’, define o local e tamanho na diminuição da escala na página (da mesma maneira, esta ferramenta apenas afasta o papel, não alterando a escala do mapa); ‘Pan’, permite ao usuário movimentar o posicionamento da página a ser impressa; ‘Zoom Whole Page’, ajusta o layout para o tamanho do papel; ‘Zoom to 100%’, ajusta o zoom do papel para 100% ; ‘Fixed Zoom In’, aumenta o zoom do layout em 25% a partir do centro; ‘Fixed Zoom Out’, diminui o zoom do layout em 25% a partir do centro; ‘Go back to extent’, volta para o zoom SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 10 anterior; ‘Go forward to extent’, adianta para o próximo zoom; ‘Zoom Control’, controla o ajuste do zoom manualmente; ‘Toggle Draft Mode’, desabilita a visualização da Data Frame no Layout; ‘Focus Data Frame’, focaliza a Data Frame, de modo a adicionar gráficos diretamente na Data View; ‘Change Layout’, permite alterar o modelo de layout para um já elaborado pela ESRI; ‘Data drivenpage toolbar’, permite a partir de um único layout salvar múltiplos mapas. 1.3. Adicionando uma Layer Existem duas maneiras básicas de se adicionar uma Layer em seu projeto. a) Na barra Standart você encontra o ícone Add Data, e três opções de adição (Figura 11). A primeira delas é o ‘Add Data’ que é uma layer conhecida pelo usuário, que se encontra numa base de dados organizada por ele e pré- existente em seu computador. A segunda delas é o ‘Add Basemap’, nesta opção você busca dados na base de dados do ArcGIS, aquela que vem com a instalação do programa e a terceira delas é a ‘Add Data From ArcGis Online’, nessa você busca online uma base de dados disponibilizado pela ESRI. Figura 11. Adicionando dados ao projeto a partir da barra Standart. b) A segunda opção é ir à tabela de conteúdos e clicar com botão direito em layers, uma janela semelhante a da barra standard se abrirá. (Figura 12) Figura 12. Adicionando dados a partir da tabela de conteúdos. 2.3. As Layers na tabela do conteúdo Todas as Layers ficam organizadas na tabela de conteúdos dispostas em camadas, nas quais, a que está em cima na tabela, também será visualizada em cima das outras na ‘Data View’. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 11 Ainda na tabela de conteúdos, no lado esquerdo de cada Layer, você pode clicar sobre o sinal positivo (+) para visualizar ou negativo (-) para desabilitar a visualização da legenda da Layer. (Figura 13); Ao lado , o tic dentro do pequeno quadrado, pode ativar ou desativar a visualização da respectiva Layer na ‘Data View’ (Figura 13); Com um clique no botão esquerdo no texto da Layer, ela será selecionada e com mais um clique o usuário pode renomeá-la. Mais tarde na elaboração do Layout do mapa, este nome será utilizado na legenda. Figura 13. Modos de exibição das Layers. 2.4. Alterando o Zoom Na barra de ferramentas da Data View (Figura 14) existem alguns ícones que são utilizados nesta função, são eles: Figura 14. Barra de ferramentas ‘Data View’. 1) O ‘Zoom in’ e o ‘Zoom Out’ permite que delimitemos um retângulo sobre a área que queremos ampliar (Zoom In) ou reduzir (Zoom Out); 2) Clique também nos ícones ‘Fixed Zoom In’ e ‘Fixed Zoom Out’ para ampliar ou reduzir a escala em 25% a partir do centro da imagem visualizada; 3) Clique no ícone ‘Pan’ para modificar a o posicionamento da Data View; 4) Clique no ícone ‘Full Extent’ para visualizar todos os temas da tabela de conteúdos; Zoom In Zoom OutFixed Zoom In Fixed Zoom Out Pan FullExtent Go to next extent Go back to previous extent SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 12 5) Os dois ícones com setas azuis (‘Go back to extent’ e ‘Go forward to extent’) permitem voltar ou adiantar respectivamente a última cena da Data View. 2.5. Selecionando feições de uma Layer Na barra de ferramentas da Data View os ícones ‘Select Features’ e ‘Clear Selected Features’ (Figura 15) podem, respectivamente, selecionar ou apagar todas as feições das Layers. Figura 15. Selecionando Feições. A seleção de cada Layer também é controlada na tabela de conteúdos. Basta clicar na aba ‘List By Selection’ que está localizado na parte superior da tabela de conteúdos (Figura 16). Figura 16. Controle da seleção de cada layer. Select Features Clear Selected Features SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 13 PRÁTICA 2 - Produzindo um mapa 2.1 Introdução A Cartografia está presente em nossas vidas há muitos anos. Os primeiros registros em pedras feitos pelos “homens das cavernas” já indicavam a necessidade do homem registrar os eventos ocorridos ao seu redor e o território em que viviam. O primeiro mapa surgiu na extinta Babilônia, datado de 2500 a.C., confeccionado sobre uma placa de argila cozida, que representava o vale de um rio, provavelmente o Eufrates (Figura 18). Sendo assim, a Cartografia sempre esteve presente, e o continua sendo hoje em dia, em nossas vidas, seja para representar lugares, para navegar ou para desenvolver estudos, entre outros usos (Figura 17). A Cartografia é apresentada na forma de mapas, cartas ou plantas, que representam os aspectos naturais ou artificiais da superfície, subsuperfície ou até mesmo do espaço aéreo da Terra e do Espaço. Figura 18. Mapa de Ga-Sur datado de, aproximadamente, 4000 a.C. No Geoprocessamento, a Cartografia tem importância fundamental em sua aplicação, pois, em geral, os resultados advindos daquele são representados em forma de mapas, por ser uma representação mais simplificada, intuitiva e natural, além disso, serve como entrada de dados em muitas outras aplicações. Durante o 20º Congresso Internacional de Geografia, realizado em 1964, a Associação Cartográfica Internacional adotou a seguinte definição de Cartografia: Figura 17. Mapa de solos da bacia do Rio Doce - MG - Exemplo de Cartografia no nosso dia a dia. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 14 “Conjunto de estudos e operações científicas, artísticas e técnicas, baseado nos resultados de observações diretas ou de análise de documentação, com vistas à elaboração e preparação de cartas, planos e outras formas de expressão, bem como sua utilização”. Para a perfeita representação de elementos da Cartografia, tem-se a necessidade de utilizar símbolos para o entendimento do usuário do mapa. Alguns elementos são indispensáveis na apresentação de um mapa, tais como: Legenda: Tem por objetivo identificar as feições representadas no mapa através de símbolos, cores ou convenções, de modo a não gerar dúvidas sobre o objeto a que cada elemento se refere. A legenda também pode ser usada para representar proporções, como a população de uma cidade, por exemplo, além disso, também deve sempre ser compatível com a escala do mapa. Escala: Tem por objetivo representar a proporção entre as distâncias no mapa e na superfície real (Terrestre, subsuperficial ou Espacial). A escala pode ser utilizada para representar tanto as proporções horizontais quanto às verticais. Pode ser representada de duas maneiras: gráfica, onde se pode extrair a proporcionalidade a partir de uma medição no próprio mapa, onde uma barra ou linha é divida e identificada com as medidas na superfície real e; numérica, onde a proporcionalidade é representada através de números ou texto, podendo ser absoluta ou relativa. A escala absoluta independe de unidades e indica quanto uma unidade no mapa equivale a tantas unidades na superfície representada, por exemplo: 1:1.000 significa que uma unidade no mapa equivale a 1000 unidades na superfície. A escala relativa descreve uma proporção em texto, por exemplo, 1 centímetro no mapa equivale a 1 metro na superfície. As escalas, gráfica e numérica, devem ser utilizadas juntas, pois, quando um mapa é impresso em um papel, este sofre deformações (dilatação e contração do papel) e tem sua escala levemente alterada, para saber a escala em que está o mapa, utiliza-se a escala gráfica, que dilata ou contrai junto com o papel, já para uma leitura mais fácil do mapa, é melhor ter-se uma escala numérica, porém deve-se ter cuidado ao utilizar esta escala quando o mapa está impresso (Figura 19). SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 15 Figura 19. Tipos de escala). Fonte de dados e Data: Como a Cartografia é uma ciência, sabendo-se a procedência dos dados e a metodologia empregada para se fabricar o produto cartográfico, este produto pode ser, então, refeito por outras pessoas. É de suma importância saber quando os dados foram coletados e quando o produto cartográfico foi confeccionado, pois o ambiente está em constante mutação. Datum, Sistema Geodésico de Referência ou Sistema de Coordenadas: É um sistema coordenado, constituído de uma rede de paralelos (arcos paralelos a Linha do Equador, representados pela latitude) e meridianos (semicircunferências de círculos máximos, cujas extremidades são os dois pólos geográficos da Terra, representados pela longitude), utilizado para representar características terrestres, sejam elas geométricas ou físicas. Na prática, serve para a obtenção de coordenadas, que possibilitam a representação e localização em mapa de qualquer elemento da superfície do planeta. Este sistema pode ser: horizontal, para obtenção de coordenadas referentes a um plano ou; vertical, para obtenção de coordenadas referentes a altitude. Atualmente, o Sistema Geodésico de referência no Brasil é o SIRGAS2000 (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas, época 2000,4). Sistema de Projeção: Existem vários tipos de projeções cartográficas, cada qual gerando algumas distorções e evitando outras. São divididas basicamente em: Quanto à superfície projetiva: *Planas ou Azimutais, onde a superfície projetiva é um plano; *Cônica, onde a superfície projetiva é um cone e; *Cilíndrica, onde a superfície projetiva é um cilindro. Quanto ao tipo de distorções que a projeção evita: SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 16 *Conformes ou isogonais, que preservam os ângulos, consequentemente preserva também a forma dos elementos mapeados; *Equivalentes ou isométricas, que preserva as áreas dos elementos mapeados; *Equidistantes, que preservam as distâncias em uma determinada direção e; *Afiláticas, que não preserva nem os ângulos nem as áreas. Quanto à posição da superfície projetiva: * Para superfícies planas: +Polar: Plano tangente (ou secante) no pólo; +Equatorial: Plano tangente (ou secante) no Equatorial e; +Oblíquas: Plano tangente (ou secante) em um ponto qualquer. *Para superfícies cônicas: +Normal: Eixo do cone paralelo ao eixo da Terra; +Transversa: Eixo do cone paralelo ao eixo do equador e; +Oblíqua: Eixo do cone inclinado em relação ao eixo da Terra. *Para superfícies cilíndricas: +Equatorial: Eixo do cilindro paralelo ao eixo da Terra; +Transversa: Eixo do cilindro paralelo ao eixo do equador e; +Oblíqua: Eixo do cilindro inclinado em relação ao eixo da Terra. Quanto à posição do ponto de vista: *Gnomônica: O ponto de vista está localizado no centro da Terra; *Estereográfica: O ponto de vista está localizado na superfície da Terra, em um ponto diametralmente oposto da superfície que será mapeada e; *Ortográfica: O ponto de vista está localizado no infinito. Exemplos de Projeções (Figura 20): SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 17 Figura 20. Exemplos de Projeções. Fonte: Esri, 2010. Norte: A rosa dos ventos indica a orientação do mapa, ou seja, a direção do norte na região mapeada. É importante salientar que existem diferentes tipos de orientação, tais como: orientação magnética, onde a orientação da superfície se faz através do campo magnético da Terra (pode ser obtida através da página do Observatório Nacional: <http://obsn3.on.br/~jlkm/magdec/index.html>); orientação geográfica (ou verdadeira), onde a orientação da superfície se faz através do pólo norte geográfico e; orientação de quadrícula, onde a orientação do mapa se faz através da posição do norte na projeção cartográfica utilizada (a diferença entre o norte de quadrícula e o norte geográfico é a convergência meridiana, que pode ser obtida em: <http://www6.ufrgs.br/engcart/Teste/conv_mer.php>) (Figura 21). Figura 21. Tipos de Norte. Título: O objetivo do título de um mapa é passar a informação sobre o conteúdo do mapa, sua localização e o período em que foi realizado. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 18 Grade, grid ou canevá: É a materialização dos sistemas de coordenadas e de projeção no mapa. Possibilita ao usuário do mapa obter coordenadas de pontos de interesse com o auxílio de algum instrumento de medida (régua, compasso, entre outros). Bibliografia ENVIRONMENTAL SYSTEMS RESEARCH INSTITUTE, Inc. (ESRI). ArcGIS. Professional GIS for the desktop, versão 10 CA. 2011. IINSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA (IBGE). Disponível em: http://www.ibge.gov.br/home/. Acesso em 10 nov 2011. DUARTE, P. A. Fundamentos de cartografia. Florianópolis: Editora da UFSC, 2008. Notas de Aula da matéria EAM 431 – Projeções Cartográficas. 2.2 Objetivo A apresentação de um produto cartográfico é sempre a primeira impressão que se tem do mesmo, no entanto, este deve obrigatoriamente apresentar alguns elementos para que a leitura do mapa não seja prejudicada e o aproveitamento dele possa ser maximizado. Esta prática tem como objetivo fazer com que o aluno configure a página de layout de um mapa, bem como inserir os elementos obrigatórios do mesmo. 2.3 Problema Como produto final desta prática o aluno deverá apresentar um mapa do município de Viçosa-MG, em folha A3, orientada no sentido paisagem, com escala de 1:150.000. O mapa final deverá ter sistema de coordenadas geográficas, com datum WGS84. 2.4 Base de dados Para a realização desta prática, serão necessários os arquivos: SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 19 1. A layer do Município de Viçosa-MG, localizada no diretório c:\Usuario\SOL480\t1\Ex2 2. A layer da Zona da Mata mineira, localizada no diretório c:\Usuario\SOL480\t1\Ex2 2.5 Comandos Utilizados - Elaboração de Layout 2.6 Exercício A.1) Abra um novo documento do ArcMap. A.2) Adicione a layer Vicosa.shp. Para isso, clique no ícone Add Data e procure o diretório c:\Usuario\SOL480\t1\Ex2. Selecione a layer e clique em Add. A.3) O dado será aberto na aba Table of Contents da Data View do programa ArcMap. Isso pode ser percebido no canto inferior esquerdo da janela pelo ícone . Esta aba permite que você possa explorar, exibir e consultar o mapa em coordenadas, distâncias e ângulos do mundo real, baseado em um sistema de coordenadas e um sistema de projeção. A.4) Adicione a barra de ferramentas Layout no documento. Para isso, clique sobre Customize -> Toolbars ->Layout Figura 22. Adicionando dados ao projeto. Figura 23. Localização dos dados no diretório. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 20 A.5) A diferença entre as barras de ferramentas Tools e Layout é que a primeira pode ser trabalhada em ambos os campos de trabalho (Data View e Layout View), alterando o zoom nos dados que estão abertos, alterando, consequentemente, a escala do trabalho, enquanto que a última trabalha apenas no modo Layout View e altera somente o zoom do papel, ou seja, apenas aproxima (ou distancia) o papel da vista do usuário. A.6) Elaborando um Layout: A.7.1) Neste passo, iremos verificar o sistema de coordenadas e o sistema de projeção. Para isso, clique com o botão direito sobre a Data Frame (Layers) e, em seguida, clique sobre Properties. Em seguida, verifique que o sistema de coordenadas adotado é o sistema geográfico (onde se trabalha com Latitudes e Longitudes) atrelado ao elipsoide Figura 24. Localização da barra de ferramentas Layout. Figura 25. Localização das propriedades da Data Frame SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 21 (Datum) World Geodetic System 1984 (WGS84). A sigla para esse sistema de coordenadas é GCS_WGS_1984. A.7.2) O próximo passo será configurar o tamanho da folha que o mapa será impresso. Para isso, clique em File-> Page and Print Setup. A janela Page and Print setup irá se abrir. Nesta janela, existem duas opções para se configurar a impressão de um mapa. Na primeira delas (não será utilizada durante as aulas práticas), é necessária a existência de impressora (ou plotter) instalada em seu computador, para configurá-la, na parte Map Page Size mantenha a opção Use Printer Paper Settings habilitada. Na parte Printer Setup, no campo Name localize a sua impressora. Na parte Paper, configure o tamanho do papel no campo Size e no campo Orientation determine a orientação do papel na impressora ou plotter. Esta janela ainda te dá a opção de mostrar a margens de impressão de sua impressora, para isso, é só deixar habilitada a opção Show Printer Margins on Layout. Na segunda opção (que será utilizada durante as aulas práticas), não é necessária a existência de uma impressora (ou plotter) instalada no computador, para configurar o papel, mantenha desabilitada a opção Use Printer Paper Settings, configure o tamanho do papel no campo Page-> Standard Sizes para A3 (automaticamente os campos Comprimento (Width) e Altura (Height) serão atualizados) e mude a orientação do mesmo para paisagem, para isso, no campo Orientation, selecione landscape. Figura 26. Localização das configurações do papel e da impressora. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 22 Em ambas as opções é importante salientar que a opção Scale Map Elements proportionally to changes in Page Size deve estar desabilitada. Esta opção reescala o mapa para o tamanho da folha, distorcendo a escala verdadeira do mapa. Após o término da configuração da página de impressão bem como do papel, a janela Page and Print Setup deve se apresentar como na Figura 27. A.7.3) Para se definir uma melhor área de plotagem, o programa ArcMap dispõe de uma valiosa ferramenta que são as réguas guias da página de layout. Caso as réguas não estejam habilitadas, como mostrado na Figura 28, habilite-as da seguinte maneira: Clique em Customize ->Arc Map Options, uma janela irá se abrir. Nesta janela, no campo Rulers, habilitea opção Show. Aproveite e habilite também, no campo Snap elements to, a opção Guides. Figura 27. Janela de configurações do papel e da impressora. Figura 28. Layout sem réguas SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 23 Nessa elaboração de layout iremos definir as margens da folha como sendo três centímetros na margem esquerda, um centímetro na margem direita, e um centímetro e meio nas margens superior e inferior. Para realizar esta operação basta clicar sobre a régua que uma guia irá aparecer. Para saber qual a medida sobre o papel, basta arrastar a guia e a medida estará aparecendo no canto superior esquerdo da aba layout. Além das guias das bordas, crie também duas guias no eixo X, nas medidas 25 e 26 centímetros. Encaixe agora a Data Frame entre as guias da margem esquerda, superior, inferior e a guia com a medida de 25 centímetros. Na Figura 32 pode ser observado como deve ficar o encaixe. Figura 29. Localização das opções do ArcMap. Figura 30. Habilitando as réguas no Layout Figura 31. Layout com réguas SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 24 Após seguir estes passos, o tamanho do espaço destinado a Data Frame já está definido, os outros espaços serão utilizados para outros fins. Partiremos agora para a definição da escala do mapa. A.7.4) Neste exercício estamos definindo a escala do mapa de acordo com o espaço livre no papel, porém o contrário também poderia acontecer, ou seja, poderíamos definir o tamanho do papel utilizado de acordo com a escala do mapa final, este exemplo será dado mais a frente nesta apostila. Primeiramente, iremos centralizar a feição que queremos representar, no caso deste exercício, queremos representar o município de Viçosa. Para executar este passo, na aba Table of Contents, basta clicar com o botão direito sobre a layer Vicosa e, em seguida, clicar sobre Zoom To Layer. Figura 32. Layout encaixado entre as guias SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 25 Geralmente utilizamos números “inteiros” para a representação da escala. Repare que a escala está representada no mapa pelo número 1:140.140, que não é um número muito adequado para a representação da mesma, por isso, iremos tornar este número “mais arredondado”. Na aba Table of Contents, clique com o botão direito sobre a Data Frame e em seguida sobre Properties. A janela Data Frame Properties irá se abrir. Na aba Data Frame, no campo Extent, escolha a opção Fixed Scale e no quadro que irá se abrir, digite 150.000 e, em seguida, clique em OK. Repare que agora o escala está fixada em 1:150.000 e que não é possível fazer alterações diretamente nesta caixa de diálogos. Figura 33. Comando Zoom To Layer. Figura 34. Legenda não "arredondada" e não fixa. Figura 36. Propriedades do Data Frame. Figura 35. Fixando a escala em 1:150.000. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 26 A.7.5) Agora iremos configurar a grade de coordenadas do mapa. Para isso, clique novamente com o botão direito sobre a Data Frame Layers como feito anteriormente, novamente a janela Data Frame Properties irá se abrir. Clique sobre a aba Grids e, em seguida, sobre New Grid, a janela Grids and Graticules Wizard irá se abrir. Esta aba nos proporciona fazer três tipos de grades de coordenadas. A primeira opção é Graticulate, onde nos permite fazer uma grade de coordenadas dividas em latitudes e longitudes. A segunda opção é Measured Grid, que nos permite fazer uma grade no sistema da projeção utilizada. A terceira opção é Reference Grid, Figura 37. Escala "arredondada" e fixa. Figura 38. Aba Grids das propriedades do Data Frame. Figura 39. Janela Grids and Graticules Wizard. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 27 que nos permite fazer uma grade de coordenadas baseada em linhas e colunas. Como estamos utilizando um sistema de coordenadas geográficas, neste layout usaremos a primeira opção. Para isso, selecione a primeira opção e clique em avançar. A próxima janela nos dará a opção de escolher como queremos identificar nossa grade de coordenadas. No campo Appearance, se escolhermos a opção Labels Only, estaremos escolhendo mostrar somente os números da grade de coordenadas. Caso escolhermos a opção Tick Marks and labels, estaremos escolhendo a opção de mostrar as cruzetas nos encontros das longitudes e latitudes. Neste exercício, iremos utilizar a opção Graticule and labels, que nos mostra a linha materializando tanto a localização das longitudes (meridianos) quanto das latitudes (paralelos). A NBR 13.133, que normatiza levantamentos topográficos, em seu item 5.23.1, recomenda que a quadrícula deve ter 10 centímetros na escala do mapa, por exemplo, se o mapa está na escala 1:50.000, as distâncias da malha de coordenadas deverá ser de 5.000 metros (Lembrando que 1° de longitude vale, aproximadamente, 111 quilômetros, 1’ vale, aproximadamente, 1,8 quilômetros e 1” vale, aproximadamente, 31 metros na linha do Equador, essa distância varia com a variação da latitude). No campo Intervals, podemos definir de antemão qual será o espaçamento de cada linha dos paralelos e dos meridianos. Neste exercício, definiremos como espaçamento tanto dos meridianos quanto dos paralelos como sendo de cinco minutos. Clique em avançar nesta e na próxima tela e, na última tela, clique em Finish. O ArcMap irá voltar para a janela Data Frame Properties. Clique em OK e veja como ficou a disposição da malha de coordenadas. Figura 40. Definindo a materialização dos paralelos e meridianos e o espaçamento entre eles. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 28 A.7.6) Neste passo da elaboração do layout vamos inserir o título do mapa, a direção do norte e as escalas gráfica e numérica. Iniciaremos com a inserção do título. Para inserir o título no mapa, basta clicar em Insert ->Title. A janela Insert Title irá aparecer. Nesta, iremos digitar o título do mapa, que será “Viçosa-MG”. O título irá aparecer no mapa, desloque-o para o canto direito superior do layout, onde foi separado o espaço para alocação dessas informações. Figura 41. Layout com a malha de coordenadas. Figura 42. Localização da ferramenta de adição de título Figura 43. Janela para digitação do título. Figura 44. Layout com malha de coordenadas e título. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 29 A.7.7) Iremos agora inserir a indicação do norte no nosso mapa. Para isso, clique em Insert -> North Arrow. A janela North Arrow Selector irá se abrir. Nesta, escolha o tipo de norte que se deseja utilizar e em seguida clique em OK (para demonstração na prática, escolhemos o tipo ESRI North I). A rosa dos ventos será inserida no mapa, posicione-a no canto direito superior do mapa. A.7.8) Para a inserção da legenda do mapa, vamos seguir os seguintespassos. Clique em Insert -> Legend. A janela Legend Wizard irá se abrir. Nesta, iremos escolher quais as layers que entrarão na legenda, bem como o número de colunas que a mesma terá. No campo Map Layers estão todas as layers que estão contidas no projeto. Para adicionar qualquer layerpara a legenda, basta selecionar a mesma e dar um clique sobre a primeira seta que aponta para o campo Legend Items, que é o campo onde contém as layers que aparecerão na Figura 45. Localização da ferramenta de inserção da rosa dos ventos. Figura 46. Escolhendo o tipo de norte. Figura 47. Layout com malha de coordenadas, Título e Rosa dos Ventos. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 30 legenda. Para adicionar todas as layers de uma só vez, basta clicar na segunda seta que aponta para o mesmo campo . Para remover algum item da legenda (que deverá estar contido no campo Legend Items), basta selecionar a camada que se quer remover da legenda e clicar na primeira seta que aponta para o campo Map Layers . Do mesmo modo, para remover todos os itens da legenda de uma vez, basta clicar na segunda seta que aponta para o campo Map Layers . No campo Set the number of columns in your legend, pode ser definido quantas colunas terá a sua legenda, para alterar este número, basta clicar na seta apontando para cima para aumentar ou na seta apontando para baixo para diminuir. Nesta parte, iremos deixar apenas a layer Vicosa no campo Legend Items e em seguida vamos clicar em avançar. Figura 49. Escolhendo as layers que estarão contidas na legenda. Figura 48. Localização da ferramenta de inserção da legenda no layout. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 31 A janela seguinte nos proporciona mudar o nome do título da legenda, a cor, o tamanho e a fonte do texto, bem como a posição do texto em relação aos demais itens da legenda. No campo Legend Title mude o título da legenda para Legenda e Convenções. No campo Legend Title font Properties, em Size mude o tamanho da letra do título para 16, desmarque também a opção de negrito do texto. A próxima página nos permite criar bordas, mudar o fundo e o sombreamento da legenda. No campo Legend Frame, em Border, iremos criar a borda da nossa legenda. Para isso, clique na caixa e escolha a borda de 1 ponto. Em Background iremos escolher a opção White para que não existam elementos atrás da mesma que possam atrapalhar sua visualização. Nesta janela, em Gap, escolha a opção 4. Esta opção dará um espaçamento de 4 pontos para as feições da legenda. Em seguida clique em Avançar. Figura 50. Editando o texto do título da legenda. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 32 Na janela seguinte é possível mudar a forma dos elementos da legenda, para isso, basta clicar sobre cada elemento e, sequencialmente, mudar a forma de visualização do mesmo nos campos Line e Area, segundo o formato do arquivo vetorial. Neste exercício não iremos fazer mudanças nesta janela, portanto, clique em Avançar. Na última janela da configuração da legenda, é possível mudar o espaçamento entre o título e os itens da legenda, entre os itens da legenda, entre as colunas, entre o cabeçalho e as feições que representam as layers, entre os rótulos e Figura 51. Configurando a borda e o fundo da legenda. Figura 52. Configurando a forma de visualização das layers. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 33 as descrições, entre as feições que representam as layers e entre as feições que representam as layers e os rótulos. Nesta janela tampouco iremos fazer alterações. É importante dizer que a qualquer momento pode-se voltar e fazer alterações nesta e nas outras janelas também, para isso, basta clicar em Voltar até a janela em que se deseja fazer alterações. Também podemos ter uma vista prévia de como ficará a legenda no mapa, clicando no ícone Preview. Estando habilitada esta opção, pode concluir a confecção da legenda neste momento clicando no ícone Concluir. Para desabilitar a visualização e seguir adiante nas outras janelas de configuração da legenda, basta clicar novamente no ícone Preview. Para terminar de configurar a legenda, clique em Concluir e arraste a legenda para o canto direito do mapa. Figura 53. Configurando os espaçamentos dos itens da legenda. Figura 54. Layout com malha de coordenadas, Título, Rosa dos Ventos e Legenda. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 34 A.7.9) Em seguida serão inseridas as escalas gráfica e numérica no layout. Para inserir a escala numérica, basta clicar em Insert -> ScaleText. A janela Scale Text Selector irá se abrir. Nesta podemos escolher como queremos representar nossa escala numérica. Neste exercício iremos escolher o exemplo de escala absoluta (Absolut Scale). Para isso, clique sobre ela e clique em OK. Iremos agora adicionar a escala gráfica no layout. Para isso, clique Insert - >Scale Bar. A janela Scale Bar Selector irá se abrir. Neste exercício iremos escolher o exemplo de escala alternada (Alternating Scale Bar 1). Para isso, dê um clique sobre este tipo de escala e em seguida clique em Properties para fazer algumas edições. A janela Scale Bar irá se abrir. Nesta janela, na aba Scale and Units, no campo Units em Division Units, escolha a opção Meters e no campo Label digite “Metros”. No campo Scale na opção Whenresizing, escolha a opção Adjust Width, em Division value, digite 5000, em Number of Divisions, escolha 3 e em Number of subdivisions, escolha 2. Mantenha as outras opções da maneira que estão e clique em OK e OK na janela seguinte. Figura 55. Escolhendo o tipo de escala numérica. Figura 56. Localização da ferramenta de inserção da escala textual. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 35 Ambas escalas estarão contidas no mapa, arraste-as para o canto direito médio do layout assim como pode ser observado na Figura 59. A.7.10) O penúltimo passo na confecção de um layout é inserir um mapa de localização da informação especializada. Para inserir um mapa de localização iremos adicionar um novo conjunto de dados (um novo Data Frame). Para isso, basta clicar em Insert -> Data Frame. Figura 58. Escolhendo a escala gráfica. Figura 57. Configurando a escala gráfica. Figura 59. Layout com malha de coordenadas, Título, Rosa dos Ventos, Escala Gráfica e Escala Numérica. Figura 60. Inserindo uma nova Data Frame. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 36 Repare que a Data Frame será adicionada no layout e que sua borda está pontilhada, enquanto que a Data Frame que estávamos trabalhando não tem essa mesma borda. Outra maneira de saber em qual data frame está ativada é olhar sobre a tabela de conteúdos (Table of Contents) e ver qual Data Frame está em negrito. Para ativar uma Data Frame que não está ativa, pode-se clicar sobre ela no layout ou clicar com o botão direito do mouse e, em seguida, clicar sobre Activate.É importante dizer que somente se podem adicionar dados à Data Frame que está ativa, por isso é relevante saber qual a Data Frame está ativa no momento de inserção dos dados. Iremos agora adicionar o dado Zona_da_Mata ao novo Data Frame criado (New Data Frame). Para isso, primeiramente verifique se o mesmo está ativado, em seguida, clique sobre o ícone de adicionar dados e procure em seu diretório a layer acima citada e adicione-a ao mapa. Realoque o novo Data Frame abaixo da escala gráfica. Iremos agora dizer a localização do município de Viçosa-MG na região da Zona da Mata mineira. Para isso, clique com o botão direito sobre New Data Frame e, em seguida, sobre Properties. A janela Data Frame Properties irá se abrir. Nesta janela, na aba Extent Indicators, no campo Other data frames selecione a Data Frame Layers e, em seguida, clique na primeira seta que indica para o campo Show extent indicator for these data frames. O passo seguinte é clicar em OK e apreciar a localização de Viçosa-MG na Zona da Mata mineira. Figura 61. Ativando uma Data Frame. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 37 A Figura 64 mostra como deve estar o layout de forma aproximada. A.7.11) O último passo da elaboração do layout é inserir algumas informações textuais. Para isso, adicione a barra de ferramentas Draw ao programa. Para isso, clique em Customize -> Toolbars -> Draw. Figura 62. Propriedades do novo Data Frame. Figura 63. Adicionando a localização de Viçosa-MG na Zona da Mata mineira. Figura 64. Layout com malha de coordenadas, Título, Rosa dos Ventos, Escala Gráfica, Escala Numérica e Mapa de Localização. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 38 Nesta barra de ferramentas, utilizaremos a opção New Text para inserir informações textuais ao layout. Para isso, basta clicar sobre este ícone e dar um clique no local de inserção do texto e outro clique fora da caixa onde serão inseridos os textos. Após isso, clique com o botão direito do mouse sobre o texto criado e, em seguida, sobre Properties. A janela Properties irá se abrir. Nesta janela, na aba Text e no campo de mesmo nome, iremos inserir as seguintes informações: Sistema de coordenadas utilizado, datum do mapa, data de elaboração do mapa e autor do mapa. É possível mudar a configuração do texto inserido, como o tamanho da fonte, a justificação da mesma, o ângulo de rotação do texto e a fonte utilizada. Figura 65. Localização da barra de ferramentas Draw. Figura 66. Barra de ferramentas Draw. Figura 67. Propriedades do texto a ser inserido. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 39 Neste exemplo, iremos alterar o tamanho da fonte e a justificação do texto. Para executar a primeira das mudanças, clique sobre o botão Change Symbol, a janela Symbol Selector irá se abrir. Nesta, no campo Size altere o número para 12, em seguida, clique em OK. Na janela Properties, mude a justificação do texto para centralizado utilizando o ícone. Por último, clique em OK e posicione o texto abaixo do mapa de localização. Faça o mesmo agora para inserir o título do mapa de localização, que deve ser “Mapa de Localização do Município de Viçosa – MG” com tamanho 12, centralizado. O layout final do mapa é apresentado na Figura 70. Figura 68. Editando o texto inserido. Figura 69. Editando o tamanho do texto. Figura 69. Editando o alinhamento do texto. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 40 Repare que o mapa possui os elementos obrigatórios, os quais são: Título do mapa, Rosa dos Ventos, Escalas gráfica e numérica, Legenda, Malha de coordenadas, Mapa de localização, indicação do sistema de coordenadas, indicação do datum, data da elaboração do mapa e responsável pela elaboração do mesmo. Com o mapa pronto iremos agora transformá-lo em figura. Para isso, basta clicar em File -> Export Map. A janela Export Map irá se abrir. Nesta janela, iremos escolher exportar o mapa para o formato JPEG (O ArcMap permite exportar o mapa em vários formatos, tais como: JPEG, PDF, BMP, entre outros, para visualizar todos os formatos, basta clicar sobre o campo Tipo). Altere o nome da figura para “Prática 2 – XXXXX – NOME”, onde XXXXX é a sua matrícula e NOME representa o nome do aluno e indique seu diretório de trabalho. O ArcMap também permite alterar a resolução da imagem, para isso, clique sobre o opção Options. Na aba General, no campo Resolution, configure para 200 dpi (dots per inch – pontos/pixel por polegada). Alterando a resolução, automaticamente a altura e o comprimento também irão ser alterados. Depois de feitas todas as alterações, clique em Salvar para finalmente ter o mapa pronto em figura com formato JPEG. Figura 70. Layout final. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 41 Figura 71. Configurando e exportando o mapa para figura. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 42 Prática 3 - Trabalhando com tabelas de atributos 3.1 Introdução As informações armazenadas em tabelas são essenciais para as operações de SIG. Essas armazenam informações que auxiliam na rotulação, identificação bem como na simbologia dos dados armazenados. Além disso, as tabelas podem ser utilizadas para pesquisar, analisar, editar e criar novos campos de dados. É uma tabela no formato DBF na qual cada linha (RECORD) está associada a uma feição gráfica. Um RECORD pode conter infinitas colunas ou campos (FIELD), dos mais diferentes tipos, numéricos, data, booleano (SIM ou NÂO), textuais, etc. As colunas (fields) podem armazenar os seguintes tipos de dados: SHORT INTERGER: permite armazenar apenas números inteiros e positivos. LONG INTERGER: permite armazenar números decimais positivos. FLOAT: utilizado para inserir números de natureza decimais tanto positivos como negativos. DOUBLE: utilizado para representar números científicos cujo número máximo de caracteres são 7 dígitos. Utilizando (X ou E) no meio do valor é possível dobrá-lo. EX: Se você quisesse representar o número -3,125 em anotação científica, você diria -3.125x103 ou -3.125E3. O código binário quebraria este número separadamente e renomearia como número negativo; outra série de pedaços definiria os dígitos 3125 significantes. TEXT: representa uma série de símbolo alfanumérico, podendo incluir números textos e caracteres com vírgula e pontos. DATE: permite armazenar datas, tempos, ou datas e tempos. O formato pode ser configurado em hh:mm:ss ou dd/mm/aaaa. BLOB: permite armazenar campos binários de objetos grandes(imagens multimídias). GUID ou GLOBAL ID: representa uma chave primária de tabelas em banco de dados. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 43 Toda tabela possui pelo menos 3 campos: o primeiro deles, FID é um campo que existe em todas as tabelas, ele faz a ligação da tabela com os arquivos no mapa. O segundo campo (Shape*) indicando o formato dos shapes, que pode ser point, polyline e polygon. E outro campo,ou quantos campos o usuário necessitar, com as informações dos arquivos que pode ser editado para melhor atende-lo. 3.2 Objetivo Este exercício pretende abordar de maneira simples uma grande utilidade do SIG, que é trabalhar em áreas ligadas ao planejamento urbano regional. Nele veremos algumas operações básicas realizadas em tabelas de atributos que são muito úteis no dia-a-dia de quem trabalha com SIG. 3.3 Problema Para realizar o exercício, elaboramos uma situação hipotética na cidade de Viçosa-MG, para a qual temos disponível uma base de dados (Viçosa Digital) e, através dela, foi possível perceber que a distribuição de creches na cidade não atende aos moradores de todos os bairros. A proposta do exercício é utilizar das ferramentas de SIG e desta base de dados para encontrar um bairro em que possa ser instalada uma nova creche, seguindo determinados critérios. Para isso vamos considerar que a prefeitura da cidade vai desapropriar um terreno qualquer, caso seja necessário. O aluno deverá encontrar um bairro em que seja viável a instalação de uma nova creche. Para isso ele deve obedecer aos seguintes critérios e condições: O bairro não pode ter uma creche instalada; Ter um posto de saúde; Possuir algum tipo de área de lazer. 3.4 Base de dados A base de dados foi obtida de um programa feito pelo governo da cidade em parceria com o SAAE (Serviço Autônomo de Água e Esgoto de Viçosa) e algumas empresas interessadas no ramo. Em nossa base de dados não foram utilizados todos os shapes existentes e foram feitas ainda modificações em alguns arquivos para fins SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 44 didáticos. Temos então os shapes de bairros e seus centróides, cursos d’água, eixos de logradouros, creches já existentes, instalação de serviços básicos de saúde (farmácias, hospitais, postos de saúde e clínicas) e serviços ligados ao lazer (clubes e campos de futebol). O diretório de trabalho é C:\Usuario\SOL480\t1\Ex3 3.5 Comandos utilizados As principais operações a serem utilizadas são: Join (união) de tabelas de atributos baseado em localização espacial; Seleção de feição por atributos (Select by Attributes); Seleção de feição por localização (Select by Location); Elaboração de um layout. 3.6 Exercício Apresentando uma Tabela de atributos A.1) Para abrir a tabela de atributos de um arquivo, basta clicar em seu nome com o botão direito e selecionar Open Attribute Table. Figura 72. Abrindo a tabela de atributos. A.2) Uma vez aberta a tabela apresenta algumas opções a serem; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 45 Figura 73. A tabela de atributos. A.3) No primeiro ícone, table options encontram-se as várias ferramentas e opções da tabela, como por exemplo, adicionar campos, procurar dados, criar gráficos, realizar junções, imprimir e exportar entre outras funções; em related table , o usuário relaciona duas tabelas de atributos, cria um link entra elas, sem modificar a estrutura das tabelas; select by atributes , seleciona campos de uma tabela através de algum atributo indicado pelo usuário; switch selection , inverte uma seleção feita; clear selection , limpa as seleções da tabela; zoom to selected , da um zoom no shape que está selecionado; e delete selected , apaga um shape que foi selecionado. A.4) Na parte inferior da tabela ficam ainda as opções de ir para o início da tabela (move to beginig of table) , para o shape anterior (Move to the previous record) , indicar o número do shape que se deseja informação (Go to a specific record) , ir para o próximo (Move to the next record) ou para o fim da tabela (move to end of table) . O usuário tem ainda a opção de visualizar a tabela SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 46 de duas maneiras, mostrando todos os shapes existentes (Show all records) , ou alterando a visualização para apenas os selecionados (Show selected records) . Fazendo o “Join” de duas tabelas de atributos. O Join de tabela de atributos é uma maneira de unir as informações existentes em duas tabelas, fazendo apenas uma operação. Quando o Join é executado, uma nova layer é formada e a sua tabela de atributos irá possuir os campos das duas tabelas de entrada da operação. Existem duas possibilidades de unir as tabelas; umas delas é a partir de um campo que seja comum em ambas e a outra é unindo a partir de uma localização espacial. Neste exercício vamos utilizar esta segunda opção, visto que temos uma tabela com o código dos bairros, mas não temos os nomes dos mesmos e em outro shape temos o ‘centróide’ de cada bairro e os seus respectivos nomes. Teremos então um shape em formato de polígono que representa os bairros e os seus respectivos nomes. A.5) Inicie uma seção do ArcMap; A.6) Adicione as layers: centroide_bairros e bairros; A.7) Clique com o botão direito sobre o nome da layer bairros e selecione a opção “Open Attribute Table”; A.8) Em seguida, clique em table options ->Joins and Relates ->Join; Figura 74. Utilizando o Join. A.9) A aba do join data se abrirá; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 47 Figura 75. Join data. A.10) Na aba What do you want to joint to this layer, selecione Join data from another layer based on spatial location; A.11) Em 1. choose the layer to join to this layer, or load spatial data from disk, selecione a layer centroide_bairros que se encontra no diretório de trabalho. A.12) O número 2 diz que estamos fazendo um join de arquivos em formatos diferentes, um deles é polígono e o outro é ponto e pergunta se queremos conservar determinados atributos dos pontos ou se queremos incluir todos eles na nossa nova tabela, devemos marcar a segunda opção: “Each polygon will be given all the attributes…”. A.13) O numero 3 pede o diretório de saída para o novo shape e o seu nome, vamos então nomear o arquivo como: Join_bairros_centroide. A.14) Clique em OK. Seleção de feição por localização A.15) Adicione ao projeto as layers: esporte_lazer, Creches, saude, logradouros; A.16) Para descobrir quais os bairros que ainda não possuem creches vamos selecionar por localização aqueles que já possuem e utilizar de uma ferramenta que inverte esta seleção obtendo, portanto, aqueles que ainda não possuem; A.17) No menu principal vá em Selection -> Select By Location...; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 48 Figura 76. Selecionando atributos com base na localização. A.18) Na janela que se abre, no campo Selection method escolha Select features from; A.19) No campo Target Layer(s) marque a layer Join_bairros_centroide; A.20) No campo Source Layer selecione a Layer Creches; A.21) Em Spatial selection method selecione Target layer(s) features intersect the Source layer feature. Figura77. Configurando para selecionar os bairros com base no shape de creches. A.22) Clique em Apply. O shape Join_bairros_centroide aparecerá com algumas seleções que serão os polígonos que fazem interseção com as creches já existentes. A.23) Clique em OK e feche a janela. A.24) Abra a tabela de atributos. Os polígonos que foram selecionados na imagem aparecerão também selecionados na tabela. No menu principal da tabela vá em Switch Selection. A seleção será invertida e agora os polígonos dos bairros que não possuem creches estarão selecionados. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 49 Figura 78. Invertendo a seleção. A.25) Exporteo arquivo selecionado para uma nova layer. Para isso, vá a tabela de conteúdos e clique com o botão direito sobre o nome da layer (neste caso, join_bairros_centroide) vá em Data -> Export Data. Figura 81. Exportando as feições selecionadas. A.26) Na janela que se abre, no campo Export escolha Selected features. A.27) Em Use the same coordinate system as marque a primeira opção: this layer’s source data. A.28) Selecione o diretório de saída C:\Usuario\SOL480\t1\ex3 e de o nome Bairros_possiveis ao arquivo. A.29) Clique em OK. Será criado então um novo shape com os arquivos selecionados. Seleção de feição por atributo A.30) Nesta seção vamos selecionar arquivos dentro de um mesmo shape que tenham algum atributo comum. O exercício pede que encontremos um bairro em que tenha postos de saúde. Neste caso temos o shape saúde, mas nele há drogarias e farmácias; Hospitais; clínicas e postos de saúde. Vamos selecionar então somente os postos de saúde. A.31) Abra a tabela de atributos da layer saude; A.32) No menu principal da tabela clique em Select By Attributes. Figura 79. Salvando o novo shape. ra 80.Saveexported data SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 50 Figura 82. Selecionando feições com base em atributos. A.33) Na janela que se abre em Method selecione Create a new selection; A.34) Aparece em um quadro o nome das colunas da tabela de atributos, selecione “SUB_GRUPO” que é a coluna em que há descrição do tipo de serviço. A.35) Nos sinais de operação clique em ‘=’; A.36) Clique em Get Unique Values e no quadro em branco aparecerão os valores existentes dentro de sub_grupo e então selecione ‘POSTO DE SAÚDE’. A.37) Clique em Apply; Os pontos que representam os postos de saúde aparecerão selecionados no mapa, e seus respectivos valores na tabela de atributos Figura 83. Selecionando por atributos. A.38) Vá até a layer saúde, clique com o botão direito e selecione Data ->Export Data. A.39) Esta operação já foi feita alguns passos atrás, se precisar relembrar vá ao item (1.27). De o nome de saída “posto_saude” (observação: lembre-se que nomes de shapes não devem conter caracteres especiais, como espaços, acentos, ç entre outros). SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 51 Adição a uma seleção corrente A.40) Nesta operação serão selecionados por localização os bairros dentre os possíveis que não possuam posto de saúde e será “adicionada” a ela outra seleção, também por localização, dos bairros possíveis que possuam área de lazer. Desta maneira serão cumpridos todos os requisitos para a implantação da nova creche. A.41) A seleção por localização foi feita anteriormente no item 1.18, em caso de dúvidas consulte-o. Relembrando, vá ao menu principal e clique em selection -> select by location; A.42) Em Target layer(s), selecione sempre aquela layer em que você quer ver a seleção, neste exercício então, Bairros_possiveis. A.43) Em Source layer, escolha a layer a partir da qual será feita a seleção, neste exercício deseja-se os bairros localizados onde há postos de saúde, então: posto_saude. A.44) Clique em Apply; Figura 84. Selecionando feição com base na localização. A.45) Aparecerão selecionados no mapa os bairros que possuem postos de saúde. Desta maneira, sem fechar a ferramenta de seleção por localização vamos selecionar agora aqueles que também tenham área de lazer; A.46) Em Selection method escolha select from the currently selected features in; A.47) Em Target Layer, mantenha bairros_possiveis; A.48) E em Soure layer, selecione Esporte_Lazer; A.49) Mantenha as outras opções como estão; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 52 A.50) Clique em Apply. Figura 85. Selecionando feição com base em uma seleção já existente. A.51) Aparece selecionado apenas um bairro, que é o que buscamos para implementação de uma nova creche. A.52) Abra a tabela de atributos da layer Bairros_possiveis e veja o nome do bairro e então exporte-o. Clique com o botão direito na layer bairros_possiveis e vá em Data- >export data, dê o nome do bairro à nova layer; A.53) Elabore um layout. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 53 Figura 86. Layout final. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 54 Prática 4 . Trabalhando com o GPS de navegação 4.1 Introdução Nesta seção, vamos aprender a utilizar o GPS (Global Position System) de navegação, baixar os dados e utilizar os mesmos para a confecção de um mapa. Utilizaremos o GPS de navegação Etrex Vista HCX, (fabricado pela Garmin) para marcar pontos, trilhas, estimar área e, em seguida, descarregaremos no computador, a partir do software GARMIN MapSource, fornecido pelo fabricante do GPS. Após baixar os dados, iremos modificar os arquivos transformando-os em shapefiles,o qual é reconhecido pelo ArcGIS e elaborar um layout do campus da UFV com seus prédios centrais. Antes de iniciarmos a prática iremos aprender um pouco da história do GPS de navegação e de alguns conceitos envolvidos na sua utilização. Um pouco da história do GPS Um dos primeiros desafios científicos do homem foi se localizar no espaço. Primeiramente essa curiosidade era restrita ao entorno de sua casa, depois com a ampliação dessa curiosidade com a expansão do comércio e com as grandes navegações essa preocupação de como se localizar no espaço tornou-se preocupação mundial. Pois até aquele momento as estrelas, principalmente o Sol, e os planetas eram os referencias de orientação, mas essas eram dependentes das condições climáticas e da hora do dia. Por isso, a navegação é considerada a propulsora do desenvolvimento do sistema de apoio à orientação. Dentre os primeiros instrumentos desenvolvidos para este fim é a bussola, invento intitulado como sendo dos chineses (Observatório Astronômico de Santana Açores, 2011) Em 1957, com o inicio da corrida espacial dado pelo lançamento do Sputnik I pelos soviéticos foi iniciado também o aperfeiçoamento das técnicas para localização espacial. O rastreamento orbital do Sputnik era realizado através do conhecimento das coordenadas das estações terrestres de rastreamento e pelo desvio dos sinais gerado SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 55 pelo satélite (desvio Doppler). Com base no principio do efeito Doppler, os americanos iniciaram o desenvolvimento do sistema TRANSIT, sendo, anos mais tarde, expandido e chamado de Navy Navigation Satellite System (NNSS) (Paz & Cugnasca, 2011). Na década de 70 com o intuito de evitar a proliferação dos sistemas de satélite os Estados Unidos formularam o Defense Navigation Satellite System cujo objetivo era pesquisar a aplicação dos sistemas de satélite para a comunicação, marcação de tempo com precisão bem como controle do trafego aéreo. Em conseqüência desse processo com base na idéia da determinação das coordenadas de objetos sobre a superfície terrestre surge o sistema Navstar- GPS. Tal descoberta foi desenvolvida pelo Dr. McLure, do laboratório Jonhs Hopkins (Figueirêdo, 2005). Simultaneamente ao desenvolvimento do GPS, na antiga União Soviética foi elaborado um sistema similar a este denominado de GLONASS. Atualmente, encontra-se em desenvolvimento na Europa o Galileo e na China Beidou/Compass. O sistema GPS O Sistema de Posicionamento Global (do inglês Global Positioning System) foi desenvolvidopelo departamento de defesa dos Estados Unidos para ser a principal ferramenta de navegação das forças armadas americanas. O sistema tem como princípio que em qualquer lugar do mundo e a qualquer instante exista no espaço sobre o observador pelo menos quatro satélites GPS (Pina & Santos, 2000). Cada satélite GPS transmite dois tipos de ondas portadoras simultaneamente, conhecidas como L1 e L2. Estas são geradas a partir da freqüência fundamental (10,23 MHz), produzidas por osciladores de alta estabilidade. A onda L1 possui freqüência igual a 1575,42 MHz enquanto a L2 tem 1227,60 MHz (Monico, 2008). Estas permitem o processamento das informações em quaisquer condições de tempo. Com a modernização do sistema GPS, haverá uma terceira portadora denominada de L5, com freqüência de 1176,45 MHz. A combinação das duas ondas portadoras dão origem a uma sequencia binária, de +1 e -1 ou 0 e 1, denominada de PRN – Ruído Falsamente Aleatório (Pseudo Random Noise). Essa seqüência dá origem aos denominados códigos C/A (Coarse Acquisition) e P (Precise ou Protected) (Monico, 2008). É através dessa combinação de SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 56 códigos que as informações chegam aos receptores, sendo que o código P é de acesso restrito. O sistema GPS é formado por três segmentos (Pina & Santos, 2000; Timbó, 2000). Estes podem ser observados na Figura 87. Figura 87. Segmentos do sistema GPS Fonte: http://www.aero.org/education/primers/gps/elements.html Segmento Espacial: Sistema NAVSTAR – GPS formado por 24 satélites; 3 planos orbitais com 8 satélites cada; situados a uma altitude 20.000 km; órbita circular, período de 12 horas, e; elipsóide – GRS-80, Datum World Geodetic System WGS-84. Segmento de Controle: Consiste de estações de controle espacializadas estrategicamente em diversas regiões do mundo: Ascencion, Colorado Springs, Diego Garcia, Kwajalein e Hawaii. Estas são responsáveis pelo monitoramento de todos os satélites GPS, fazendo as correções orbitais e determinando erros nos relógios atômicos a bordo dos satélites. Estas também fornecem as efemérides das órbitas dos satélites, que se baseia na localização do satélite a partir de fixos de referencia no solo, isto é, a partir do processo inverso da navegação do usuário. Os dados monitorados são enviados a para a estação de controle matriz localizada em Colorado Springs. Segmento Receptor: engloba os receptores, aparelhos GPS, e antenas receptoras das informações dos satélites e calculam a sua posição aproximada e a velocidade. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 57 O principio do funcionamento do GPS é relativamente simples. Este consiste na medida da distancia entre o receptor e cada um dos satélites rastreados. As coordenadas da antena do receptor terrestre são dadas a partir do conhecimento das coordenadas dos satélites com base no sistema de referência World Geodetic System (WGS-84). A forma da Terra e o sistema GPS Newton no século XVIII constatou que o achatamento nos pólos terrestres influenciava a dinâmica orbital dos satélites naturais. Tal fato foi comprovado a partir de medições efetuadas sobre a superfície terrestre. Muitos outros setores da ciência contribuíram expressivamente para o desenvolvimento do GPS, dentre eles a microeletrônica e a comunicação via satélites (Zanotta, Cappelletto &Matsuoka, 2011). Por conta do achatamento dos pólos terrestres, causado pela combinação da ação da força da gravidade e o movimento de rotação terrestre considera-se que a forma geométrica mais semelhante à forma da Terra é o elipsóide e não a esfera (Figura 88) (Pina & Santos, 2000). Figura 88. Formas da Terra: Esfera e Elipsóide Fonte: Pina & Santos, 2000. Porém com a evolução tecnológica e cientifica, constatou-se que a superfície terrestre não é esférica nem elipsóidica e sim um elipsóide irregular, denominado de Geóide (Pina & Santos, 2000). O Geóide é definido como sendo o prolongamento do nível médio dos mares através dos continentes. Como este possui superfície irregular fez-se necessário a adoção, para efeito de calculo matemático, de uma superfície matematicamente SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 58 definida. Assim, adotou-se o elipsóide de revolução, gerado por uma elipse rotacionada em torno do eixo menor do geóide (Pina & Santos, 2000). A relação existente entre o esferóide, o geóide e o elipsóide de revolução é representada de forma exagerada na Figura 89. Figura 89. Formas de representação da superfície terrestre. Fonte: (Pina & Santos, 2000). Bibliografia FIGUEIRÊDO, D. Conceitos Básicos de Sensoriamento Remoto. 2005. Disponível em: http://www.conab.gov.br/conabweb/download/SIGABRASIL/manuais/conceitos_sm.p df. Acesso em 20 set 2011. FIGUEIRÊDO, D. Curso Básico de GPS. 2005. Disponível em: http://www.leb.esalq.usp.br/disciplinas/Topo/leb450/Angulo/Curso_GPS.pdf. Acesso em 20 set 2011. MONICO, J.F.G. Posicionamento pelo GNSS: descrição, fundamentos e aplicações. São Paulo: Ed. da Unesp, 2 ed., 2008. OBSERVATÓRIO ASTRONÔMICO DE SANTANA AÇORES. Como utilizar uma bússola. Projeto com a cabeça na lua. Disponível em: http://www.astrosurf.com/azores/WEBsiteOASA/bussola.PDF. Acesso em 20 set 2011. PAZ, S. M.; CUGNASCA, C. E. O sistema de posicionamento global (GPS) e suas aplicações. Disponível em: http://www.lps.usp.br/lps/arquivos/conteudo/grad/dwnld/ApostilaGPS.pdf. Acesso em 20 set 2011. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 59 PINA, M. de F. de; SANTOS, S. M. Conceitos básicos de Sistemas de Informação Geográfica e Cartografia aplicados à saúde. Brasília: OPAS, 2000. TIMBÓ, M. A. Elementos de Cartografia. 2000. Disponível em: http://www.leb.esalq.usp.br/disciplinas/Topo/leb450/Angulo/Curso_GPS.pdf. Acesso em 01 out 2011. ZANOTTA, D. C.; CAPPELLETTO, E.; MATSUOKA, M. T. O GPS: unindo ciência e tecnologia em aulas de física. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 33, n. 2, 2313, 2011. 4.2 Objetivo Esta prática tem por objetivo ensinar ao aluno a marcar pontos, trajetos e medir áreas a partir da utilização do GPS (Global Position System) de navegação, bem como baixar os dados e utilizar os mesmos para a confecção de um mapa. 4.3 Problema Como produto final, o aluno deverá elabora mapa de localização dos edifícios de uma determinada área do campus de Viçosa da Universidade Federal de Viçosa, elaborando o layout do mesmo em folha A4, orientação retrato e escala de 1:5.000. O mapa final deverá estar no sistema de projeção Universal Transversa de Mercator – UTM Zona 23 Sul e sistema de coordenadas SIRGAS2000. 4.4 Base de dados Para a realização desta prática, serão necessários os arquivos: 1. Dados do GPS 2. Camada de ruas e limite do campus, localizados no diretório c:\Usuario\SOL480\t1\ex4 4.5 Comandos utilizados No GPS: Configuração do aparelho; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 60 Marcar ponto; Marcar trilha; Calcular área. No MapSource: Descarregar pontos e trilhas marcados. No ArcGis: Exportação de arquivo em formato .dxf para formato .shp; Definição do sistema de coordenadas; 4.6 Exercício FAMILIARIZAÇÃO COM O GPS ETREX VISTA HCX Figura 90. Conhecendo o GPS. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 61 CONFIGURANDO O GPS A.1) Aperte o botão menu duas vezes seguidas em qualquer página que estiver.Fazendo isso, você irá diretamente para a página do menu principal de maneira rápida (Figura 91). Figura 91. Tela do menu principal do GPS. A.2) Utilizando o botão enter navegue até a opção "Definições" , tecle na mesma apertando o mesmo botão para baixo. Em seguida, navegue até "Unidades" , aperte o enter novamente. A página a seguir será exibida (Figura 92). Figura 92. Página de configuração das unidades. A.3) No campo Formato da posição navegue até encontrar a opção hdddo mm'ss.s". Encontrada a opção pressione enter. Dessa forma você estará configurando o GPS para gravar as coordenadas em graus, minutos e segundos do sistema de coordenadas geográficas. A.4) Navegue até Datum do mapa, pressione enter e navegue nas opções até encontrar a opção WGS 84. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 62 A.5) No campo Distância/Velocidade, proceda da mesma forma que nas opções anteriores e escolha a opção Métrico. A.6) Os demais campos são para fins de navegação marítima, portanto não precisam ser configurados. MARCANDO PONTOS A.7) Para marcar um ponto de forma rápida, pressione e mantenha pressionado o botão enter (Figura 93). Figura 93. Página de marcação de ponto. A.8) O campo nome do ponto deve ser preenchido conforme a finalidade do levantamento realizado. Para tal, navegue até esse campo e clique sobre ele. Neste momento aparecerá um teclado virtual formado por letras e números. MARCAÇÃO DE TRILHAS/TRAJETOS A.9) Aperte duas vezes seguidas o botão menu, atalho pra o menu principal, e navegue até a função Trajetos , clique sobre ela (Figura 94). Figura 94. Página para configuração da gravação de trilha. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 63 A.10) Clique sobre a opção configurações (setup) (Figura 95). Figura 95. Página para configuração do registro de trilha. A.11) Não habilite o envolver quando cheio (wrap when full). Ao habilitar esta função estará dizendo para o GPS que quando sua memória estiver cheia ele deverá substituir os dados já existentes em sua memória por aqueles que estão sendo coletados recentemente. Quando dessa função desabilitada, a memória atingir seu armazenamento máximo, o aparelho não salvará mais as trilhas percorridas, não ocasionando a perda de dados. A.12) No campo método de gravação (Record method) selecione a opção Distância. A.13) Configure a distância mínima disponível para 0,01 km, assim a trilha será marcada de maneira mais precisa. Mas se caso, for realizar longos caminhamentos de campo configure essa opção conforme a memória disponível do GPS. A.14) Feito isso, volte à página de configuração anterior e ligue a opção gravar trilha, selecionando o campo On (Figura 96). Figura 96. Opção para gravação de trilhas habilitada. A.15) Após percorrer a trilha desejada clique sobre a opção save para salva-la. A.16) Feito isso, aparecerá uma tela com a seguinte mensagem Quer gravar o trajeto completo? Clique em sim. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 64 A.17) Após esse procedimento, aparecerá uma tela com o nome da trilha, que por padrão vem com a data da realização do trajeto. Modifique este nome para trilha ufv. Cálculo de área A.18) No menu Trajetos, pressione a tecla menu; A.19) Será exibida a tela do menu da opção Trajetos (Figura 97); Figura 97. Menu cálculo de área. A.20) Clique em calculo de área. Será exibida uma tela com o mapa e sua posição atual; A.21) Clique na opção Iniciar (na parte inferior da tela) para iniciar o cálculo da área desejada (Figura 98); Figura 98. Iniciando cálculo de área. A.22) Comece a percorrer o perímetro da área para qual deseja-se calcular a área. A.23) Conforme você se movimenta, aparecerá na tela do GPS o percurso realizado; A.24) Quando terminar de percorrer o perímetro desejado, clique na opção Parar (Figura 99); Figura 99. Mapa mostrando o percurso realizado juntamente com a opção parar. A.25) Será exibida na tela o valor da área percorrida (Figura 100); SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 65 Figura 100. Área percorrida e opção Grave. A.26) Para alterar a unidade, clique sobre Unidade e escolha dentre as opções disponíveis (auto, ft²,yd², m², ac, ha, km², mi² ou nm²). A.27) Salve o percurso percorrido. Figura 101. Salvando o trajeto percorrido. Descarregando e Transformando os dados no software GARMIN MapSource A.28) Inicialmente iremos definir o diretório de trabalho, que será C:\Usuario\SOL480\t1\ex3 A.29) Abra o Garmin MapSource. Ele se encontra na navegacao do Windows: Menu Iniciar → Todos os programas → Garmin → Mapsource. A.30) Conecte o GPS na porta USB do computador e após ligue-o. O GPS não deve ser conectado ao computador já ligado, pois isto pode levar á queima do mesmo. A.31) Para o descarregamento dos Waypoints e Tracks iremos utilizar a opção Receive From Device . Em transfer → Receive From Device selecione para descarregar Waypoints e Tracks. A.32) Clique no botão Receive. Aguarde enquanto os dados são transferidos. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 66 Figura 102. Tela de descarregamento dos dados e dados descarregados na tela do programa. A.33) Clique no menu file → Save As A.34) Selecione o diretório C:\Usuario\SOL480\t1\ex3. Salve o arquivo com o nome PONTOS.gpx A.35) Agora, clique novamente no menu ‘File → Save As...’; A.36) Selecione o diretório C:\Usuario\SOL480\t1\ex3; A.37) No campo ‘Salvar como tipo:’ selecione o ‘DXF (*.dxf)’; A.38) Salve o arquivo com o nome ‘dadosGPS.dxf’; Figura 103. Exportando os dados para DXF. A.39) Na janela que se abre ‘DXF Export Customization’, no campo ‘Document Extents’ selecione o item ‘Use UTM coordinates’, para exportarmos o arquivo para o sistema de projeção UTM; A.40) Mantenha as outras opções e clique Ok; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 67 Figura 104. Exportando dados do GPS em coordenadas planas UTM. A.41) Feche o programa MapSource. Abrindo o arquivo no ArcGIS A.42) Abra o ArcMap: Menu Iniciar → Programas → ArcGIS → ArcMap; A.43) Crie um novo Mapa: New maps → Blank Map; A.44) Adicione a layer ‘dadosGPS.dxf’ através da função ‘Add Data’; A.45) Localize o diretório c:\Usuario\SOL480\t1\ex4; A.46) Selecione o arquivo dadosGPS.dxf; A.47) Clique ‘Add’; Figura 105. Adicionando os dados. A.48) Para editar este arquivo de pontos é necessário exportá-lo para shapefile. Neste momento, este arquivo é um grupo de Layers. Assim clique com o botão direito sobre a layer em, em seguida, clique sobre ‘Ungroup’; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 68 A.49) O arquivo é desmembrado em outros cinco (5). São eles: dadosGPS.dxf Annotation; dadosGPS.dxf Point; dadosGPS.dxf Polyline; dadosGPS.dxf Polygon; dadosGPS.dxf Multipatch. Desses, os que mais nos interessam são: dadosGPS.dxf Annotation, dadosGPS.dxf Point e dadosGPS.dwf Polyline; A.50) Vamos usar somente os arquivos com a extensão de ponto e de linha: dadosGPS.dwf Point; dadosGPS.dwf Polyline; e transformá-los para o formato de shapefile. A.51) Para isso, clique com o botão direito sobre os itens, um de cada vez, e, em seguida, ‘Data → Export Data...’ A.52) No campo ‘Salvar como tipo:’ selecione o ‘shapefile (shp); Figura 106. Exportando os dados para shapefile. A.53) Salve os arquivos nos diretórios: C:\Usuario\SOL480\t1\ex3\pontosGPS;C:\Usuario\SOL480\t1\ex3\tracksGPS Figura 107. Exportando os dados para o formato shapefile. A.54) Os outros arquivos não vão ser usados mais, e para que não causem confusão devem ser removidos da tabela de conteúdos. Clique com o botão direito em SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 69 dadosGPS.dxf Group Layer e selecione remove. Deixe na tabela de conteúdos somente os arquivos no formato shapefile. A.55) Os arquivos em formato CAD não possuem referencia espacial e quando transformados em shape, devemos definir a sua projeção. Para isso, No ArcToolBox → Data Management Tools → Projections and Transformations → Raster → Define projection. Figura 108. Definindo projeção. A.56) Na janela Define Projection, selecione a layer pontosGPS em ‘Input Dataset or Feature Class’; A.57) No campo ‘Coordinate System’ selecione a projeção, que deverá ser WGS 1984 UTM Zone 23S, sistema equivalente ao SIRGAS 2000, que é o sistema hoje oficialmente empregado no Brasil. Clique no ícone do campo e selecione o Sistema de Projeção; A.58) Na janela que se abre clique em ‘Select’. A.59) Em seguida, escolha a pasta ‘Projected Coordinate Systems’; A.60) Siga selecionando: UTM → WGS 1984 → Southern Hemysphere → WGS 1984 UTM Zone 23S; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 70 Figura 109. Definindo projeção do arquivo de pontos. A.61) Clique em ‘Add’ e, em seguida, clique Ok nas janelas seguintes; A.62) Faça o mesmo para a layer ‘tracksGPS’; Figura 110. Definindo projeção do arquivo de trilhas. Classificando os pontos de GPS por atributo A.63) Na tabela de conteúdo, dê um duplo clique sobre a Layer ‘pontosGPS’ ou clique com o botão direito e com o botão esquerdo em ‘Properties...’, para acessar as propriedades deste tema. A.64) Na janela ‘Layer Properties’, clique na aba ‘Symbology’ e, em seguida, selecione o item ‘Categories → Unique values’; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 71 A.65) No campo ‘Value Field’, escolha a opção ‘Name’ (atributo correspondente à legenda de cada ponto); A.66) Desmarque a opção ‘all other values’ e, em seguida, clique no botão ‘Add All Values’. Irão surgir vários pontos. Figura 111. Exibindo os pontos dos edifícios por atributos. A.67) Como pode ser observado existem vários pontos que não possuem nome de edifícios, por conta disso, esses deverão ser removidos. Para isso, clique sobre cada um destes e clique sobre o botão Remove. Para removermos mais de um item de uma única vez devemos selecionar o primeiro item e com a tecla shift pressionada clicar sobre o último item a ser removido; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 72 Figura 112. Removendo pontos que não configuram edifícios. Figura 113. Somente pontos que representam edifícios. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 73 A.68) Removido todos os pontos, iremos editar os nomes dos edifícios de forma a deixá-los sem abreviaturas. Par isso clique sobre o nome que aparece no campo Label e modifique os nomes. Figura 114. Alteração dos nomes dos pontos. A.69) O próximo passo será editar os pontos. Estes poderão ser editados conforme o símbolo da legenda do layout ou outro de sua preferência. Com um duplo clique no símbolo de cada nome os pontos serão editados, O tamanho dos símbolos deve ser editado de forma que não ocorra a poluição do mapa. Sugerimos que seja ajustado para tamanho 10 ou 12. Figura 115. Configurando a simbologia dos pontos. A.70) Clique em OK; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 74 A.71) Para melhor visualização da trilha no mapa, o símbolo utilizado para essa deverá ser editado. Para isso, na tabela de conteúdos clique duas vezes sobre o símbolo da mesma. Figura 116. Configurando a simbologia da trilha. A.72) Além dos símbolos iremos editar o nome que será visualizado no layout do mapa. Para isso clique com o botão direito do mouse sobre layer tracksGPS e selecione propriedades e vá ate a aba General, no campo Layer name altere o nome de visualização da mesma para Trilhas. Figura 117. Configuração trilhas. A.73) Feitas as configurações necessárias da simbologia e nomes dos arquivos, elabore um layout. Para auxiliar na confecção dos mapas, adicione os shapefiles: ruas e limite_ufv. A.74) Faça um layout de localização dos prédios da área central do campus da UFV. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 75 Figura 118. Localização de edifícios do campus da UFV. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 76 Prática 5 – Georreferenciamento de imagens 5.1 Introdução Diferenciação entre dados em formato matricial e dados vetoriais Começaremos a discussão sobre georreferenciamento de imagens diferenciando dados em formatos matriciais de dados em formatos vetoriais. Um dado em formato matricial é um dado constituído por linhas e colunas (daí o nome de formato matricial), em que cada célula (ou pixel – menor divisão do dado) tem armazenado um valor, que está relacionado a somente um atributo. Um dado em formato vetorial é uma feição representada por pontos, linhas ou polígonos, que podem ter conexões com mais de um atributo em sua tabela, sendo que sua menor feição representável é o ponto, representado espacialmente por sua topologia. Dados representados no formato matricial têm de ocupar todas as células da matriz, mesmo representando apenas uma feição (na representação de um rio, por exemplo, teríamos a representação do rio com um valor e nas outras células, valores “Sem Dados). Já dados no formato vetorial não necessitam ter representação dos valores “sem dados (na representação do mesmo rio, por exemplo, teríamos somente a representação dele e nada mais). Em seguida, é apresentada uma figura comparando a representação de feições em formato vetorial e matricial. Figura 120. Representação matricial de uma área. 0 0 0 0 1 1 2 0 0 0 1 1 2 2 0 0 0 1 1 2 2 0 0 0 1 1 2 2 0 0 0 1 1 2 2 0 0 1 2 2 2 2 0 1 2 2 2 2 2 Figura 119. Representação Vetorial da mesma área SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 77 Nas figuras anteriores, à esquerda, é representada uma área em formato matricial, onde cada célula tem um valor (neste caso, variando de 0 a 2) e cada valor representa um tipo de cobertura do solo de uma área. Já na figura a direita, a mesma área é representada por dados vetoriais. Repare que na representação vetorial há espaços que não têm representação nenhuma, ou seja, há um “vazio” no mapa, o que não ocorre na representação matricial, em que todas as células têm um valor armazenado. Neste exemplo, a célula tem um determinado tamanho no qual todas elas têm valores de cobertura vegetal, caso o tamanho da célula fosse menor do que o espaço entre o corpo d´água (representado pela cor azul) e as outras coberturas de solo, teríamos valores nulos na representação matricial (não necessariamente representados por zero). Em seguida, é apresentada uma tabela com vantagens e desvantagens relativas a utilização de dados matriciais e vetoriais. ¹Topologia: Define-se topologia como sendo a relação entre os nós e arcos de um ponto, linha ou polígono, descrevendo qual a ordem de criação do dado vetorial, seus vizinhos, sua continuidadee seu limite. O ponto é representado por apenas um nó. A linha (arco) é representada pela ligação do nó inicial e final, podendo ter, ou não, vértices (nós) intermediários. Já o polígono é representado por vários arcos conectados. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 78 Tabela 1. Vantagens e Desvantagens relativas ao uso de dados matriciais e vetoriais. Vantagens Dados Vetoriais Dados Matriciais - Representação fiel de limites - Representação mais adequada de superfícies contínuas - Armazenamento com menor espaço - Possível de se realizar análises topológicas - Possível de se realizar análises espaciais com maior rapidez e eficiência - Permite ligação com mais de um atributo - Melhor simulação de ambientes contínuos - Adequado para grandes e pequenas escalas - Estrutura de dados simplificada (linhas e colunas de coordenadas definidas) Desvantagens Dados Vetoriais Dados Matriciais - Em escalas muito pequenas, torna-se difícil a representação de muitos dados - Limites não representados com precisão - Mais adequado para escalas pequenas - A representação de superfícies contínuas é menos preciso (representação por isolinhas) - O armazenamento dos dados necessita de grande espaço - As análises espaciais tomam mais tempo e espaço de armazenamento - Possuem somente um atributo em cada pixel - Estrutura de armazenamento complexa (necessidade da criação de topologia) - Visualização não tão rápida quanto a visualização de dados vetoriais SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 79 Georreferenciamento de dados matriciais Já diferenciado a dado matricial de um dado vetorial, passaremos à tarefa de georreferenciar um dado matricial. Georreferenciamento é atribuir coordenadas atreladas a um sistema geodésico e definir um sistema de projeção a um dado em formato vetorial ou matricial, visando proporcionar-lhe orientação e escala, corrigindo algumas distorções e proporcionando outras (de acordo com o sistema de projeção que será utilizado). Para realizar um georreferenciamento de um dado matricial, é necessário o prévio conhecimento de coordenadas de alguns pontos tanto no sistema de coordenadas ao qual será georreferenciado o dado quanto no sistema de coordenadas em que se encontra (pode ser até mesmo as coordenadas de tela da imagem). Estes pontos com coordenadas conhecidas nos dois sistemas de coordenadas são conhecidos como pontos de controle, os quais devem ser facilmente identificados na imagem (por exemplo: encontro de rios, cruzamento de estradas, limite entre uma estrada asfaltada e uma estrada de terra, entre outros) e podem ter suas coordenadas conhecidas tanto em sistemas de coordenadas planos (X e Y ou N e E) como em sistemas de coordenadas geográficas (Latitude e Longitude). Outra característica dos pontos de controle é que estes devem, preferencialmente, estar bem distribuídos na imagem, de modo que a transformação que será realizada seja bem amostrada. Os tipos de transformações geométricas que podem ser realizadas no plano 2D são variáveis e podem ser: Ortogonal: definida por três parâmetros (translação no eixo X, translação no eixo Y e um fator de rotação), que faz necessário o conhecimento de, no mínimo, dois pontos de controle e tem como propriedade fundamental o comprimento invariante, ou seja, o tamanho dos lados não se altera; Isogonal: definida por quatro parâmetros (translação no eixo X, translação no eixo Y, um fator de rotação e um fator de escala), que faz necessário o conhecimento de, no mínimo, dois pontos de controle e tem como propriedade fundamental a preservação da forma; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 80 Afim: definida por seis parâmetros (translação no eixo X, translação no eixo Y, um fator de rotação, um fator de escala no eixo X, um fator de escala no eixo Y e um fator de não ortogonalidade entre os eixos),que faz necessário o conhecimento de, no mínimo, três pontos de controle e tem como propriedade fundamental o paralelismo invariante, assim, lados paralelos antes da transformação continuam paralelos depois da aplicação desta transformação; Projetiva: definida por oito parâmetros (A1, A2,A3,A4,A5,A6A7 eA8),que faz necessário o conhecimento de, no mínimo, quatro pontos de controle e tem como propriedade fundamental a preservação da colinearidade entre três pontos, ou seja, três pontos colineares antes da transformação permanecem colineares depois da transformação e; Polinomial: definida pela ordem do polinômio (podem ser de 1ª, 2ª ou 3ª ordem), que faz necessário o conhecimento de, no mínimo, n pontos (variam de acordo com o grau do polinômio, seguindo a equação n=(p+1)*(p+2)/2, onde p é a ordem de transformação). A Figura 120 exemplifica aplicação de cada transformação. Figura 121. Exemplos de transformações geométricas. Já com os pontos de controle prontos e definida a transformação geométrica que será utilizada, parte-se para o georreferenciamento da imagem. Sempre haverá um erro embutido neste processo, o que podemos fazer é controlar este erro dentro de uma “margem aceitável”. Esta “margem aceitável” é função da acuidade visual3 e da escala a qual serão georreferenciados os dados (é importante SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 81 salientar aqui que não há milagre na ferramenta “zoom” dos programas de SIG, os dados foram originalmente feitos para atender a uma determinada escala. O máximo que se pode fazer é utilizar estes dados para uma escala menor, fazendo-se a generalização destes dados), sendo assim, o erro gerado no georreferenciamento (também chamado de RMS, ou erro médio quadrático) é dado por: RMSmáx= 0,2mm x N Onde N é o denominador da escala que os dados irão ser georreferenciados. Após o georreferenciamento dos dados, é importante verificar a qualidade (acurácia) posicional da imagem. O Decreto-lei nº 89.817 de 1984 regulamenta a classificação de produtos cartográficos segundo sua acurácia, feita a partir do Padrão de Exatidão Cartográfica – PEC. Outro padrão de exatidão cartográfica que pode ser utilizado no Brasil é a metodologia definida na NBR 13.133 – Execução de Levantamentos Topográficos. A qualidade da imagem influencia diretamente na destinação (aplicação) da aplicação da mesma. O PEC divide a classificação de cartas em: A, B e C. Para mais informações sobre qualidade posicional, consultar <SANTOS, Afonso de Paula dos, M.Sc., Universidade Federal de Viçosa, Dezembro e 2010. Avaliação da acurácia posicional em dados espaciais com o uso da estatística espacial. Orientador: Dalto Domingos Rodrigues, Co-orientadores: Joel Gripp Júnior e Nerilson Terra Santos>. 3Acuidade visual: É a menor distância entre duas retas que o olho de um ser humano normal consegue distinguir, é definida como sendo 0,2 milímetros. Bibliografia Notas de aula de EAM451 – SISTEMA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA Notas de aula de EAM470 – FOTOGRAMETRIA I SANTOS, Afonso de Paula dos, M.Sc., Universidade Federal de Viçosa, Dezembro e 2010. Avaliação da acurácia posicional em dados espaciais com o uso da estatística espacial. Orientador: Dalto Domingos Rodrigues, Co-orientadores: Joel Gripp Júnior e Nerilson Terra Santos. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 82 5.2 Objetivo Desde a década de 70 são geradas imagens orbitais da Terra em série, sendo estas utilizadas para vários estudos, pesquisas e projetos. Para a maioria dessas aplicações,é necessário saber onde está localizada esta informação, para isso, torna-se necessário o georreferenciamento das imagens. Esta prática tem como objetivo fazer com que o aluno seja capaz de realizar um georreferenciamento de uma imagem, a qual possui seus pontos de controle conhecidos. 5.3 Problema Como produto final, o aluno deverá apresentar uma imagem georreferenciada (img_geo.tiff), fazendo o layout de uma parte da mesma em folha A4, orientação paisagem e escala de 1:5.000. O mapa final deverá estar no sistema de projeção Universal Transversa de Mercator – UTM e sistema de coordenadas SIRGAS2000. 5.2 Base de dados Para a realização desta prática, serão necessários os arquivos: 1. A imagem que será georreferenciada (para_geo.tiff), localizada no diretório c:\USUARIO\SOL480\t1\Ex5 2. Tabela com as coordenadas dos pontos de controle, bem como figura com a localização dos pontos de controle, que serão apresentadas durante o texto explicativo da aula prática. 5.5 Comandos utilizados Definição do sistema de coordenadas e projeção de um projeto; Utilização da ferramento Magnifier Georreferenciamento de uma imagem. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 83 5.6 Exercício A.1) Abrir o ArcMap e iniciar um novo projeto; A.2) Para se fazer um georreferenciamento, necessitamos habilitar a aba Georeferencing, para isso, clique na aba Customize -> Toolbars ->Georeferencing. A.3) Para que se possa ter um melhor controle sobre a localização dos pontos de controle que serão fornecidos, iremos desabilitar a opção Auto-Adjust. Para isso, na barra de ferramentas georeferencing, clique no ícone View Link Table e desabilite a opção Auto-Adjust. Figura 124. Desabilitando a opção Auto-Adjust. A.4) Com o prévio conhecimento do sistema de projeção e sistema de coordenadas da imagem (UTM 23 Sul e SIRGAS2000, respectivamente), já iremos definir os mesmos no projeto. Para isso clique com o botão direito sobre o Data Frame ativo e vá em propriedades. Na aba Coordinate System, na parte Select a coordinate system, vá em Figura 123. Localização da aba Georeferencing. Figura 122. Aba Georeferencing SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 84 Predefined ->ProjectedCoordinate System ->UTM ->South America->SIRGAS2000 UTM Zone 23S. Figura 125. Definindo o sistema de projeção e sistema de coordenadas. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 85 A.5) O passo seguinte a ser executado é adicionar a imagem que será georreferenciada. Para isso, clique no botão Add Data e, em seu diretório, adicione a imagem imagem_geo.tiff que está em seu diretório (C:/Usuário/SOL480/t1/Ex5). Após adicionar a imagem, caso surja uma janela como a da figura a seguir, clique em Yes. Essa janela te pergunta se você quer que sejam construídas “pirâmides” para uma visualização mais rápida da imagem. Figura 126. Criando pirâmides para visualização de imagens. A.6) Para começar o georreferenciamento, é necessária a inserção dos pontos de controle. Para isso, utilize a ferramenta Add Control Point . Para uma melhor exatidão na localização dos pontos de controle, pode-se utilizar a ferramenta Magnifier, que funciona como uma lente de aumento, localizada na aba Windows -> Magnifier. Os pontos de controle devem ser inseridos da seguinte forma: Clicar com o botão esquerdo do mouse sobre a localização do ponto (em coordenadas de tela) e em seguida clicar com o botão direito do mouse, uma janela se abrirá e então serão inseridas as coordenadas georreferenciadas da imagem. A tabela a seguir mostra as coordenadas dos pontos que serão utilizados no georreferenciamento, os quais são mostrados na figura a seguir. Figura 127. Localização da ferramenta Magnifier. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 86 Tabela 2. Coordenadas dos pontos de Controle. Ponto Coordenada X Coordenada Y 1 722768 7702260 2 721844 7702394 3 721946 7702752 4 720896 7702583 5 721086 7703368 6 721921 7703242 7 722647 7702787 A.7) Caso algum ponto de controle seja inserido de maneira equivocada durante o processo de georreferenciamento, pode-se apagar este ponto clicando-se sobre o botão View Link Table, em seguida, clicando-se sobre o ponto que se deseja apagar e por último clicando-se sobre o botão . Figura 128. Localização dos pontos de controle. Figura 129. Adicionando pontos de controle. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 87 A.8) Após inseridos todos os pontos de controle, abra novamente a janela View Link Table e marque a opção Auto Adjust. Este comando irá realizar a transformação das coordenadas de tela para as coordenadas terrestres. Em estudo realizado por Santos, A. de P. (2010), verificou-se que para se obter um padrão de exatidão cartográfica classe A para uma carta-imagem gerada a partir de uma imagem de um dos satélites da série IKONOS, deve-se utilizar, no máximo a escala de 1:5.000, o que nos permite um RMS (erro médio quadrático) de um metro no processo de georreferenciamento dessa imagem. Sabendo-se disso, ainda nesta aba, verifique o erro médio quadrático da transformação gerada. Caso o erro (Total RMS Error) esteja abaixo de um metro, clique em OK, caso contrário, apague os pontos de controle que obtenham maior RMS até se obter um erro menor que o permitido, caso ainda não se consiga um erro tolerável, apague todos os pontos e recomece a adicionar os pontos de controle. Vale a pena reparar que quando se seleciona um ponto na janela View Link Table o mesmo tem sua cor alterada na imagem, passando da cor azul para a cor amarela. Figura 130. Deletando pontos de controle. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 88 A.9) Para se visualizar a imagem georreferenciada, basta clicar com o botão direito do mouse sobre a imagem na aba Table Of Contents e em seguida clicar em Zoom To Layer. A.10) Existem duas maneiras para salvar a imagem georreferenciada. A primeira delas é clicar sobre o botão Georeferencing e em seguida sobre Update Georeferencing. Esta opção irá somente atualizar o sistema de coordenadas e sistema de projeção da imagem, não preservando assim a imagem bruta para alguma outra aplicação. A segunda opção para salvar uma imagem é a retificação da mesma, gerando uma outra imagem, georreferenciada, e preserva a imagem bruta. Para isso, clique sobre o botão Georeferencing e em seguida sobre Rectify. O ArcMap irá abrir uma janela chamada Figura 131. Verificando o RMS e exatidão dos pontos de controle e identificando um ponto não acurado. Figura 132. Verificando o RMS e a exatidão dos pontos de controle. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 89 Save As. Nesta aba, em Cell Size, digite 1 (que é a resolução geométrica da imagem IKONOS II), em Resample Type, selecione Nearest Neighbor (que é o algoritmo utilizado para atribuir os valores dos pixels da imagem georreferenciada), em OutputLocation, selecione a pasta com a sua turma, em Name digite img_geo.tif, em Format, selecione a opção TIFF, nas outras opções, deixe como está. Para terminar de salvar a imagem georreferenciada, clique em Save e aguarde o processamento. A.11) Fazer o Layout da imagem georreferenciada, utilizando a escala de 1:5.000, em papel A4 com orientação de paisagem. Figura 133. Localização da opção Update Georeferencing. Figura 134. Localização da opção Rectify. Figura 135. Salvando a imagem georreferenciada. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 90 Figura 136. Layout da imagem georreferenciada. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 91 Prática 6 – Digitalização em tela 6.1 Introdução O Sensoriamento Remoto (SR) pode ser entendido como sendo a técnica de aquisição de dados sobre um objeto sem que haja contato físico com o mesmo, ou seja, é a técnica de obtenção de informações acerca de algo sem que haja contato com o alvo. Se você está lendo este texto, você possui uma grande ferramenta de sensoriamento remoto: a visão humana. Assim como o sistema de posicionamento por satélites, o SR foi primeiramente utilizado para atender fins militares. Os primeiros relatos da utilização de fotos aéreas foram pombos-correio, que eram equipados com leves câmaras que possuíam disparadores automáticos. Os pombos eram levados para um determinado lugar e eram liberados, ao regressar ao local de origem, passavam sobre as áreas inimigas, obtendo informações preciosas para saber a posição e infra estrutura dos inimigos. No processo evolutivo da tecnologia, os pombos-correio foram substituídos por balões, que eram presos por cordas e elevados a uma altura suficiente para se tomar fotos da localização inimiga. Obviamente, estes balões eram equipados com câmaras fotográficas, convenientemente fixadas no balão. Um marco na história da fotogrametria foi obtido com a utilização de câmaras fotográficas acopladas em aviões, mas o que realmente gerou uma grande evolução no SR, incluindo nesta etapa a utilização de dados por usuários civis, foi o imageamento orbital. Figura 137. Pombos carregando Câmaras Fotográficas. Fonte: http://www.tiagoschmidt.com/blog/cate gory/geoprocessamento/ Figura 138. Foto tirada por pombos carregando câmaras. Fonte: http://www.tiagoschmidt.com/blog/category/geoprocessamento/ SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 92 O imageamento orbital começou a ser difundido a partir do programa americano LANDSAT (Land Remote Sensing Satellite), que teve seu primeiro satélite lançado em 1972, e desde então vem coletando imagens da Terra, criando um grande acervo de imagens para o desenvolvimento de estudos e pesquisas em várias áreas. O desenvolvimento nacional no imageamento orbital veio através de uma parceria entre Brasil e China, que fizeram um acordo para o desenvolvimento do programa CBERS (Satélite Sino-Brasileiro de Recursos Terrestres) em 1988, porém o primeiro satélite foi lançado somente em outubro de 1999. Atualmente existem vários programas em funcionamento, além dos programas CBERS e LANDSAT, tais como: QUICKBIRD, IKONOS, SPOT, entre outros. Os primeiros programas de satélites lançados foram criados pensando no monitoramento de recursos naturais (área de vegetação, área urbana, etc.), porém, atualmente, as imagens de satélite, além de continuar monitorando estes recursos, têm sua utilização variada, por exemplo, no planejamento urbano, na previsão de safras, na previsão do tempo, no estudo de viabilidade de projetos, na identificação de áreas de risco de uma cidade, na geração de bases cartográficas, entre outros usos. Para cada aplicação é necessário o conhecimento sobre algumas características de cada satélite. Estas características são: resolução espacial; resolução espectral; resolução radiométrica; e resolução temporal. Resolução espacial (ou resolução geométrica): Está relacionada com o tamanho do pixel no projeto do satélite (precisão nominal). Com o passar do tempo, há um desgaste físico do sensor, o que acaba ocasionando pixels com pequenas distorções, desta forma, os pixels são registrados com pequenas variações de Figura 139. Satélite CBERS 2B – INPE. Fonte: http://www.tiagoschmidt.com/blog/categ ory/geoprocessamento/ Figura 140. Exemplo de imagem da série de satélites QuickBird. Fonte: http://www.tiagoschmidt.com/blog/category/ge oprocessamento/ SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 93 tamanho. Como exemplo desse tipo de resolução, o sensor CCD do satélite CBERS 2B possui uma resolução geométrica de 20 metros, isso significa que cada pixel foi projetado para ter 20 metros de largura por 20 metros de comprimento. Figura 141. Resolução geométrica (cinco metros) de uma imagem do sistema RapidEye. Resolução espectral: Está relacionada com o número de bandas do espectro eletromagnético que o sensor trabalha, por exemplo, um satélite que opera na faixa espectral de radiação que compreende o espectro visível possui, geralmente, três bandas (B-G-R), ao passo que um satélite que opera além desse espectro, como na faixa que compreende o infravermelho próximo e médio tem mais de três bandas, sendo assim, este possui uma melhor resolução espectral do que aquele. Tabela 2. Resolução espacial dos Sensores WFI e CCD do satélite CBERS-2B. Satélite CBERS 2B Sensor WFI Sensor CCD B an d as Es p ec tr ai s (µ m ) 0,63 - 0,69 (vermelho) 0,51 - 0,73 (pan) 0,45 - 0,52 (azul) 0,77 - 0,89 (infra-vermelho) 0,52 - 0,59 (verde) 0,63 - 0,69 (vermelho) 0,77 - 0,89 (infra-vermelho) Resolução radiométrica: Está relacionada com o número de tons de cinza que o sensor do satélite consegue captar. É geralmente definida em bytes (oito bits). Quanto maior a capacidade do sensor em distinguir níveis de cinza do sensor do satélite, maior é a resolução radiométrica do mesmo. A seguir apresenta-se um exemplo contendo um recorte de uma imagem com três níveis de cinza e uma imagem representada com quatro níveis de cinza, sendo assim, a segunda imagem tem maior capacidade de distinção de níveis de cinza no terreno. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 94 Figura 142. Imagem representada com três níveis de cinza. Fonte: http://www.tiagoschmidt.com/blog/category/geoprocessamento/ Figura 143. Imagem representada por quatro níveis de cinza. Fonte: http://www.tiagoschmidt.com/blog/category/geoprocessamento/ Resolução temporal: Está relacionada ao tempo de revisitação do sensor do satélite a um mesmo lugar. Alguns sensores possuem a capacidade de inclinar sua câmara afim de realizar uma visada lateral, devido a este fato, esta resolução pode ser divida em duas: resolução temporal nadiral e resolução temporal oblíqua. Na primeira levado em consideração o tempo de revisitação de um sensor de um satélite a um lugar sendo que a direção adotada é o nadir¹ e a última é levado em conta o tempo de revisitação do sensor de um satélite com uma visada lateral. O Sensor CCD do satélite CBERS 2B possui uma resolução temporal nadiral de 26 dias, enquanto que sua resolução temporal oblíqua é de três dias). Figura 145. Visada Lateral do satéliteCBERS 2B – INPE. Fonte: http://www.tiagoschmidt.com/blog/category/ge oprocessamento/ Figura 144. Visada nadiral do satélite CBERS 2B – INPE. Fonte: http://www.tiagoschmidt.com/blog/category/ge oprocessamento/ SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 95 ¹Nadir: Direção de um vetor perpendicular ao geóide, cujo sentido é da maior altitude para a menor altitude. O fio de prumo materializa a direção do nadir, pois a ponta do fio aponta para baixo e tem direção paralela ao centro de massa da Terra. Os sensores dos satélites conseguem fazer as imagens devido a sua capacidade de captar a energia eletromagnética que é, basicamente, refletida e emitida pelos corpos na Terra. Cada corpo na superfície terrestre tem uma maneira de refletir a energia eletromagnética, criando-se “assinaturas espectrais” para cada objeto, por exemplo, a água quase não reflete a energia eletromagnética compreendida na região do infravermelho próximo do espectro eletromagnético, enquanto que a vegetação tem uma alta reflectância nessa mesma região. Devido a essa característica, podemos estudar e identificar materiais, corpos e regiões nas imagens. A identificação de feições nas imagens pode ocorrer de algumas maneiras, sendo algumas delas: padrões de ocorrência, reflectância, falsa cor, cor verdadeira, formato, entre outras. A interpretação visual de imagens (interpretação manual) permite o reconhecimento de padrões, formas e cores, fazendo a identificação de cada imagem de acordo com essas características. Existem algoritmos de classificação automática de imagens, os quais levam em conta a segmentação automática (reconhecimento de formas de maneira automática) e o valor de cada pixel (reflectância capturada). Bibliografia NASA. Landsat Then and Now. Disponível em: http://landsat.gsfc.nasa.gov/about/. Acesso em 12 nov 2011. INPE. CBERS. Disponível em: http://www.cbers.inpe.br. Acesso em: 12 nov 2011. FIGUEIREDO, D. Conceitos Básicos de Sensoriamento Remoto. Disponível em: http://www.conab.gov.br/conabweb/download/SIGABRASIL/manuais/conceitos_sm.p df. Acesso em 12 nov 2011. Notas de aula de ENF 310 – Fotogrametria e Fotointerpretação SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 96 6.2 Objetivo Desde a criada dos satélites de observação da Terra, muitos dados têm sido gerados, a correta interpretação destes dados tem que ser adquirida com tempo e experiência, sendo tanto na forma automática quanto na forma manual de interpretação. Esta prática tem como objetivo a estimulação do estudante a interpretação de imagens de satélite e extração de corretas informações das mesmas. 6.3 Problema Como produto final, o aluno terá de elaborar um mapa de uso e ocupação de uma área pré-determinada do campus de Viçosa da Universidade Federal de Viçosa, elaborando o layout do mesmo em folha A4, orientação paisagem e escala de 1:5.000. O mapa final deverá estar no sistema de projeção Universal Transversa de Mercator – UTM e sistema de coordenadas SIRGAS2000. 6.4 Base de dados Para a realização desta prática, serão necessários os arquivos: 1. Imagem georreferenciada durante o exercício anterior (img_geo.tiif), localizada no diretório c:\USUARIO\SOL480\t1\Ex6 2. Camada limite_a_ser_classificado.shp que irá definir o limite da classificação do uso e cobertura do solo,localizada no diretório c:\USUARIO\SOL480\t1\Ex6 6.5 Comandos utilizados Transformação de polígonos em linhas Transformação de linhas em polígonos Digitalização ponto a ponto Digitalização contínua Juntar (merge) e explodir (explode) em edições avançadas Adicionar campo textual na tabela de atributos Adicionar campo numérico na tabela de atributos SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 97 Editar o campo textual da tabela de atributos Calcular área no campo numérico da tabela de atributos. 6.6 Exercício A.1) Abra o ArcMap e inicie um documento em branco. A.2) Adicione a imagem georreferenciada (img_geo.tiff) no exercício anterior e também a camada (layer) limite_a_ser_classificado.shp. A.3) Transforme o arquivo limite_a_ser_classificado.shp do seu formato poligonal para um formato de linhas, para isso, no ArcTool Box, clique em Data Management Tools ->Features ->Feature To Line, o ArcMap irá abrir uma janela (Feature To Line). No campo Input Features , clique na seta e selecione a camada limite_a_ser_classificado.shp, no campo Output Feature Class, clique no ícone e escolha o diretório c:\USUARIO\SOL480\t1\Ex6\linhas_limite_classificacao.shp, nas demais opções deixe como está, clique em OK e aguarde o processamento A.4) Remova a layer limite_a_ser_classificado.shp, para isso, clique com o botão direito sobre a camada e clique em remove. Figura 147. Ferramenta FeatureTo Line. Figura 146. Exportando feições poligonais para feições lineares. Figura 148. Removendo uma camada. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 98 A.5) Daremos início agora a classificação da imagem georreferenciada. Para isso é necessário habilitar a barra de ferramentas de edição. Clique em Customize -> Toolbars -> Editor. Este passo pode ser substituído por um clique com o botão direito do mouse sobre uma das barras de ferramentas já habilitadas e em seguida clicar sobre Editor. A.6) Inicie a edição do arquivo linhas_limite_classificacao.shp, para isso, clique em Editor e em seguida Start Editing. A.7) Para uma melhor classificação dos temas que ainda serão definidos, iremos definir alguns parâmetros de digitalização. Primeiramente, clique sobre o botão Editor e em seguida clique sobre Options, uma janela se abrirá. Na aba General, defina a opção Stream Mode para 15 map units (metros, neste caso), clique em aplicar e em seguida em OK. Esta opção definirá uma distância mínima de 15 metros entre dois pontos a serem digitalizados quando a opção Streaming estiver habilitada. Figura 149. Localização da barra de ferramentas Editor. Figura 150. Localização dabarra de ferramentas Editor. Figura 151. Barra de ferramentas Editor. Figura 152. Começando uma edição de um arquivo vetorial. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 99 A.8) Em seguida, clique em Editor novamente e em seguida passe o mouse sobre a opção Snapping e em seguida sobre Snapping Toolbar, uma nova aba de ferramentas irá se abrir. Certifique-se que todas as opções da barra estão habilitadas. A.9) Definiremos agora a tolerância para que um vértice se conecte a outro. Para isso, clique sobre Snapping e em seguida sobre Options. A janela Snapping Options se abrirá. Nesta janela, na parte General, defina como tolerância 5pixels, em seguida clique em OK. Figura 154. Definindo a opção Stream Mode. Figura 153. Localização da opção Options da barra de ferramentas Editor. Figura 155. Barra de ferramentas Snapping. Figura 156. Localização da barra de ferramentas Snapping. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 100 A.10) Já com as configurações prontas, partiremos para a digitalização da imagem, separando as seguintes classes: Mata; Água; Agricultura e; Uso Antrópico. Esta separação será efetivada na transformação das linhas para polígonos após o términoda classificação. A.11) Para iniciar a digitalização, clique com o botão direito do mouse e selecione a camada linhas_limite_classificacao.shp na janela Create Features (esta abrirá automaticamente assim que a edição for inicializada), clicando sobre a camada, uma lista de opções irá se abrir na janela Construction Tools, dentre elas, selecione Line. Figura 159. Classes a serem digitalizadas. Figura 157. Definindo 5pixels como tolerância do Snapping. Figura 158. Abrindo as opções do Snapping SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 101 Serão apresentadas duas maneiras para se digitalizar uma imagem, a primeira é somente ir clicando sobre onde devem ser colocados os vértices das linhas definidoras dos limites. A segunda maneira é habilitando a opção Streaming, assim, somente em se passar o mouse sobre a imagem ele irá gerar um ponto da linha a ser digitalizada (segunda a tolerância estabelecida anteriormente). Ambas as opções devem começar através de um ponto conhecido e serem inicializadas com um clique do mouse e serem terminadas com um duplo clique do mouse. Se a opção para a digitalização for o modo contínuo (Stream Mode), algumas dicas serão apresentadas: 1ª: Sempre que for necessário pausar a digitalização, dê um clique no botão esquerdo do mouse, para continuar com a digitalização, clique novamente com o botão esquerdo do mouse, nesse intervalo de tempo, pode-se utilizar de qualquer outra ferramenta (por exemplo, a ferramenta pan para se modificar a localização da tela); 2ª: Sempre termine a edição (o botão F2 faz esse passo de forma mais simplificada) um pouco antes do ponto final do segmento, em seguida, desabilite a opção Streaming (o botão F8 faz este passo de forma simplificada) e, por último, feche a linha. Figura 160. Selecionando a opção para iniciar a digitalização. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 102 A.12) É sempre bom ir salvando as edições da camada durante a digitalização, para isso, clique em Editor e em seguida, clique sobre Save Edits. A.13) Ao final da digitalização, deve-se encontrar uma classificação parecida com a que segue na figura seguinte. Salve as edições e, quando estiver tudo pronto, mande parar as edições, para isso, clique em Editor e, em seguida, em Stop Editing. Figura 161. Digitalizando uma feição sem a opção Streaming ligada. Figura 162. Digitalizando uma feição com a opção Streaming ligada. Figura 163. Salvando edições Figura 164. Resultado da digitalização. Figura 165. Parando a edição. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 103 A.14) Com a edição finalizada, o passo seguinte é transformar as linhas digitalizadas para novos polígonos e, em seguida, calcular as áreas de cada classe e editar seus atributos. Para isso, no ArcToolBox clique em Data Management Tools -> Features -> Features to Polygon. Uma janela se abrirá. Em Input Features selecione a camada linhas_limite_classificacao, em Output Feature Class, clique no ícone e selecione o diretório c:\USUARIO\SOL480\t1\Ex6\Classificacao_poligonos.shp. Clique em OK e aguarde o processamento. A.15) Iremos agora juntar os polígonos de mesma classe que foram gerados na digitalização, para isso, inicie a edição da layer gerada anteriormente (Classificacao_poligonos.shp). Com a edição iniciada, selecione dois polígonos de mesma classe (basta clicar em um polígono e em seguida, com a tecla shift apertada, clicar no outro polígono de mesma classe) e clique em Editor e depois em Merge. Uma janela irá aparecer, nesta janela, selecione a sua referência, ou seja, selecione o polígono que será tomado como base para a junção dos polígonos. Esta referência que terá mantido seus atributos. Caso aconteça algum erro durante a junção das feições, basta selecionar a opção Explode aaaa da barra de ferramentas Advanced Editing, com as feições que foram unidas erradamente selecionadas. Após o término da junção dos polígonos, salve e finalize as edições. Figura 167. Localização da ferramenta FeatureTo Polygon Figura 166. Feature To Polygon. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 104 A.16) Após a união de todas as classes iguais, deve-se ter apenas quatro itens na tabela de atributos. Crie agora dois campos na tabela de atributos deste layer, um deles chamado Classe, do tipo texto com comprimento de 15 caracteres e o outro campo chamado Area do tipo double com duas casas antes e duas casas depois da vírgula (no campo Precision, digite 4 e no campo Scale, digite 2). A.17) Após a criação dos novos campos da tabela de atributos, inicie a edição mais uma vez. Com a tabela de atributos aberta, clique sobre uma classe criada e dê o nome Figura 168. Juntando polígonos de mesma classe. Figura 169. Adicionando campos na tabela de atributo. Figura 171. Campo Classe. Figura 170. Campo Área. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 105 a mesma na tabela de atributos (Lembrando que as classes são: Mata; Água; Agricultura e; Uso Antrópico). Após isso, clique com o botão direito sobre o campo Area e em seguida selecione Calculate Geometry, o ArcMap irá abrir uma janela. Na janela que se abriu, no campo Property, selecione Area, no campo Coordinate System, deixe selecionado Use coordinate system of the data source (certifique-se que o sistema de coordenadas seja SIRGAS2000, com sistema de projeção UTM na zona 23 Sul), no campo Units, selecione Hectares [ha], certifique-se também que a opção Calculate selected Records only está desabilitada. A.18) Abra a tabela de atributos. O passo seguinte será a edição dos símbolos para cada classe gerada, para isso, clique com o botão direito do mouse sobre a camada Classificacao_poligonos.shp e vá em propriedades. Na aba Symbology, selecione o campo Categories e em seguida a opção Unique Values. No campo Value Field, selecione Classe, em seguida desmarque a opção <all other values> e em seguida clique sobre Add All Values. Edite a cor de cada classe com um duplo clique sobre a caixa que contém a cor da mesma. Em Label, digite as áreas que aparecem na tabela de atributos da própria camada, para isso, basta um clique sobre o campo e em seguida a digitação da área. Figura 174. Tabela de atributos editada. Figura 172. Calculando áreas em hectares. Figura 173. Abrindo a ferramenta Calculate Geometry. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 106 A.19) Elabore o layout da classificação gerada. Não se esqueça de exportar o mapa para figura quando terminado o layout. Figura 175. Editando a simbologia do layer classificado. Figura 176. Layout final. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 107 PRATICA 7 - Modelo Digital de Elevação 7.1 Introdução A representação do relevo sempre foi almejada pela sua ampla visualização, que remete ao espaço tridimensional (3D). Com a cartografia, através dos mapas, atopografia do terreno passou a ser evidenciada pelas curvas de nível e os pontos cotados, fornecendo as formas de representação bidimensionais (2D) analógicas. Porém, essas não permitem fazer análises numéricas, como por exemplo, cálculos de volumes, e também não fornecem uma modelagem da superfície de maneira eficiente. Para chegar a uma modelagem tridimensional (3D) é preciso de uma coleta de dados que possuam amostragem de pontos cotados ou curvas de nível presentes na área a ser mapeada, quanto maior a quantidade de pontos amostrados com valores altimétricos, melhor é a qualidade de representatividade da variação da superfície. Essa modelagem, feita pelos softwares, que irá gerar o modelo digital de elevação – MDE. “Na forma trivial, os modelos digitais de elevação (MDE) são arquivos que contêm registros altimétricos estruturados em linhas e colunas georreferenciadas, como uma imagem com um valor de elevação em cada pixel.” (Valeriano, 2008, p. 21) Ou seja, o MDE, expressa os valores da altitude do relevo representando a topografia no ambiente digital. Ele é gerado a partir de dados brutos que contenham informação de altimetria, que através de uma interpolação ou triangulação gere uma superfície contínua. Através dele podem-se criar mapas de declividade, aspecto, mapas de relevo, sombreado, erosão, escoamento, etc. A obtenção desses dados advém de técnicas que possibilitem extrair a altimetria do terreno, como a estereoscopia, ou dados topográficos fornecidos por sensores como o MDE ASTER e o MDE SRTM. Esses dados fornecidos pelos sensores, gratuitamente, abrangem todo o território nacional, por isso são muito importantes para a geração de dados topográficos. “Seu uso, portanto, requer o desenvolvimento de processos de pré-tratamento, para que atendam, ou que se aproximem, à demanda técnica da modelagem do relevo por SIG e sua integração com outras informações.” (Valeriano, 2004, p. 24) Contudo, será mostrado de maneira simples como criar um MDE interpolando dados altimétricos, como as isolinhas, orientados pelo traçado de menor altitude no SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 108 relevo, que é a hidrografia. Deste MDE gerado vários outros mapas podem ser criados, como um mapa de declividade, que será realizado na atividade. Por esses mapas podem ser evidenciadas as áreas de riscos fornecendo uma importante informação, como por exemplo, atuação do poder público nas políticas de ocupação urbana, prevenindo que possíveis desastres naturais atinjam a população. Bibliografia VALERIANO, M. M. . Topodata: guia para utilização de dados geomorfológicos locais. São José dos Campos, SP: INPE: Coordenação de Ensino, Documentação e Programas Especiais (INPE-15318-RPE/818). 72p., 2008 (Boletim). VALERIANO, M. M. . Modelo digital de elevação com dados SRTM disponíveis para a América do Sul. São José dos Campos, SP: INPE: Coordenação de Ensino, Documentação e Programas Especiais (INPE-10550-RPQ/756). 72p., 2004 (Boletim). 7.2 Objetivo Neste capítulo, iremos aprender os procedimentos necessários para criar um Modelo Digital de Elevação (MDE), utilizando dois interpoladores, o TIN e o Topo to Raster, e a partir deles gerar mapas e informações relacionadas (declividade, curvas de nível, aspecto, sombreamento). A área de estudo compreende o município de Viçosa e todos os municípios situados no entorno de Viçosa. Os planos de informações estão definidos para o sistema métrico de coordenadas (UTM). 7.3 Problema Como produto final, o aluno deverá elaborar mapa do Modelo Digital de Elevação do município de Viçosa (MG) e vizinhos, bem como o de Declividade. 7.4 Base de dados Para a realização desta prática, serão necessários os arquivos: SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 109 1. hidrografia*, 2. curvas de nível*, 3. vicosa_vizinhos (limite do município de Viçosa e todos os municípios situados no entorno de Viçosa), (*)As layers são compostas por varias cartas que compõem a região. 4. O diretório de trabalho será definido como c:\Usuario\SOL480\t1\Ex7 7.5 Comandos utilizados União de feições baseado em atributos comuns (Dissolve) – união de áreas de municípios para construção de um único polígono, definindo o limite da área de trabalho; Buffer - Criação de uma área com tamanho definido no entorno do limite da área de estudo. Recortar planos de informações (Clip). União de layers - das cartas de hidrografia e curvas de nível (Merge). 3D Analyst e Spatial. Utilização dos módulos 3D Analyst e Spatial Analyst para interpolar as curvas de nível e criar um modelo digital do terreno para derivação de informações. Elaboração de layouts. 7.6 Exercício UNIÃO DE FEIÇÕES (DISSOLVE) O arquivo vicosa_vizinhos possui o limite de cada município do entorno de Viçosa. Para essa prática utilizaremos o limite da área que estão inseridos todos esses municípios, sem seus limites internos. A função Dissolve fará com que as feições com informações comuns se unam, gerando uma área única em função do campo em comum na tabela (NOMEMESO), uma vez que todos pertencem a uma mesma mesorregião. A.1) Inicie uma seção do ArcMap; A.2) Abra o ArcToolbox; A.3) Selecione Data Management Tools → Generalization → Dissolve; A.4) Na nova janela, selecione a layer vicosa_vizinhos no campo Input Feature; SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 110 A.5) Em Output Feature Class selecione o diretório de saída e dê o seguinte nome de saída para a layer: C:\Usuario\SOL480\t1\Ex7\limite_viz_vicosa. A.6) No campo: Dissolve_Field(s) (optional), selecione NOMEMESO; A.7) Dê OK. Figura 177. Executando a função Dissolve. FAZENDO A UNIÃO DAS LAYERS POR CONECTIVIDADE (MERGE) No site do IBGE são disponibilizadas cartas temáticas do levantamento topográfico em arquivo digital, que foram convertidas de DXF para shapefiles(shp). Nessa atividade utilizaremos as cartas das curvas de nível e de hidrografia da área de estudo. Essas cartas devem ser unidas, gerando uma única layer para diminuir o número de arquivos de entrada e aumentar a velocidade de processamento do software. A.8) Para começar, adicione na Data View as layers de curvas que se encontram no diretório C:\Usuario\SOL480\t1\Ex7 SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 111 (As cartas são: Barra longa, Ponte Nova, Porto Firme, Senador Firmino, Teixeiras, São Miguel do Anta, Viçosa e Ervália). A.9) Abra o ArcToolbox: Data Management Tools → General → Merge; A.10) Clique no campo Input Dataset e selecione todas as layers de curva; A.11) No campo Output Dataset selecione o diretório de saída para armazenar as layers, coloque o nome curvas; dê OK; Figura 178. Utilizando a ferramenta Merge para o tema de curvas de nível. A.12) Faça o mesmo passo (merge) para as layers de hidrografia, como feito para as curvas. Dê para o arquivo de saída o nome hidrografia. Figura 179. Utilizando a ferramenta Merge para o tema hidrografia. CRIANDO O MODELO DIGITAL DE ELEVAÇÃO Os arquivos vetoriais que trabalhamos que são as curvas de nível e a hidrografia, fornecem informações de altimetria para que seja elaborado o modelo SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 112 digital de elevação. As curvas de nível possuem as cotas altimétricas de cada curva e a hidrografia segue um padrão orientado, em que, as cotas de maiores altitudes ficam no início de cada rio (nascentes) e as cotas de menores altitudes ficam no fim do rio(foz). Para gerar o MDE é necessário usar os interpoladores, no qual, utilizam valores conhecidos para estimar valores de outros pontos, criando superfícies contínuas a partir de amostras pontuais. A.13) Para a execução dos interpoladores, inicialmente precisa ativar as extensões 3D Analyst e Spatial Analyst. A.14) Inicie uma nova seção do ArcMap; A.15) Adicione as layers curvas, hidrografia e limite_viz_vicosa que estão no diretório C:\Usuario\SOL480\t1\Ex7 A.16) Para facilitar, mantenha a tecla Ctrl pressionada, selecione as três layers e adicione-as; A.17) Ative as extensões 3D Analyst e Spatial Analyst. Para isso, clique na barra superior Customize →Extensions... Figura 180. Acessando o painel de extensões do ArcGis. A.18) Marque as extensões 3D Analyst e Spatial Analyst, selecionando a caixinha a esquerda do nome. A.19) Clique em Close para fechar a janela. Executando o interpolador TIN TIN (Triangular Irregular Network) consiste de um modelo topológico de dados vetoriais, no qual pontos com coordenadas planialtimétricas conhecidas são ligados por linhas formando triângulos de tamanho irregular, não sobrepostos. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 113 A.20) No ArcToolbox, dê os comandos: 3D Analyst TIN Management Create TIN A.21) Na janela Create TIN, dê o nome de saída do arquivo no campo Output TIN: selecione o diretório de trabalho e coloque o nome: C:\Usuario\SOL480\t1\Ex7\tin_viz_vicosa A.22) No campo Input Feature Class, selecione a layers: curvas, hidrografia e limite_viz_vicosa; A.23) Para cada layer, modifique os campos height_field, SF_type e tag_field de acordo com a Figura 180; A.24) Clique Ok e aguarde o processamento. Figura 181. Configurando a ferramenta Create TIN. CONVERTENDO O MDE PARA RASTER Ao criar o TIN, o ArcVIew também cria o mapa HIPSOMÉTRICO A.25) No ArcToolbox, dê os comandos: 3D Analyst Conversion From TIN TIN to Raster A.26) Na janela TIN to Raster selecione em Input TIN: a layer tin_vizinhos_vicosa; A.27) E no campo Output raster, localize o diretório do arquivo e o denomine para: C:\Usuario\SOL480\t1\Ex7\mde_viz_vico A.28) Para executar, modifique apenas o campo Sampling Distance (optional) e defina para CELLSIZE 10. A.29) Clique Ok e aguarde o processamento. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 114 Figura 182. Definindo o tamanho da célula do Raster. Executando o interpolador Topo To Raster A.30) Inicie uma nova seção do ArcMap; A.31) Adicione novamente as layers curvas, hidrografia e limite_viz_vicosa que estão no diretório C:\Usuario\SOL480\t1\Ex7 A.32) No ArcToolbox, localize o interpolador Topo to Raster: Spatial Analyst Tools Interpolation Topo to Raster A.33) Clique no campo Input Dataset e selecione todas as layers; A.34) No campo Feature Layer, escolha as opções conforme a Figura 182; A.35) Defina o tamanho de célula no campo Output cell size para 50; A.36) Clique Ok e aguarde o processamento. Figura 183. Configurando o interpolador Topo to Raster. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 115 CONFIGURANDO O MDE O MDE possui valores de altitude e para ser evidenciada essa variação altimétrica ele vai ser configurado de acordo com a representação de um mapa hipsométrico. Foram gerados dois tipos de MDE e para essa pratica fica a critério pessoal qual será utilizado. A.37) Na layer do MDE, dê um duplo clique ou clique com o botão direito sobre a layer e vá a Properties, para configurar a apresentação do MDE na janela de propriedades; A.38) Na aba General no campo Layer Name: digite Altitude (m) (Figura 183), ou pode ser renomeado na própria layer; A.39) Na aba Symbology, no campo Show: selecione Classified; A.40) No campo Classification, selecione nove classes e clique no botão Classify para configurar os intervalos de altitude. Observe que nesta janela são mostrados os valores estatísticos da informação do modelo (Figura 184); A.41) Na janela Classification no campo Break Values digite os valores inteiros para as nove classes definidas (550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900 e 1.000); A.42) Clique Ok; Figura 184. Nomeando a layer gerada para ‘Altitude (m)’. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 116 Figura 185. Selecionando nove classes com os respectivos valores de altitude. A.43) Agora na aba Symbology no campo Color Ramp configure as cores. Para isto, clique com o botão direito sobre o campo Color Ramp e escolha a opção Graphic View; A.44) No campo Color Ramp, selecione a paleta Elevation # 1; A.45) Clique em Aplicar; A.46) Mude a cor da segunda classe de um ton claro para verde escuro; A.47) Clique no campo Label, selecione Format Labels; A.48) Configure da seguinte maneira: No campo Category, selecione Numeric; e no campo Rounding, selecione Number of significant digits com 3 (três) números. A.49) Clique em OK. A.50) Marque o box Use hillshade effect e mantenha o default do Z como 1, esta opção mostrará a forma do relevo com um sombreamento. A.51) Clique em OK novamente. Figura 186. Definindo a paleta de cores em Color Ramp no campo ‘Elevation # 1’. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 117 Figura 187. Formatando os números da Label. Recortando a Layer A.52) No ArcToolbox, clique em Analysis Tols Extract Clip; A.53) Na janela Clip, no campo Input Features selecione o tema Hidrografia, em Clip Features selecione o shapefile limite_viz_vicosa. Desta forma, o tema de hidrografia será recortado pelos limites da região de Viçosa e municípios vizinhos, produzindo um shapefile com os mesmos atributos do tema original; A.54) Ainda nesta janela, em Output Feature Class indique o nome e o diretório do arquivo de saída, correspondente a hidrografia da região de Viçosa e municípios vizinhos: C:\Usuario\SOL480\t1\Ex7\hidrografia_clip.shp; A.55) Clique Ok e aguarde o processamento. Figura 188. Utilizando a ferramenta Clip para fazer o recorte da layer de hidrografia. A.56) Elabore o Layout para o MDE com os devidos elementos que compõem o mapa. Use escala fixa de 1:350.000, para o papel A4. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 118 SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 119 Figura 189. Modelo Digital de Elevação de Viçosa e região vizinha. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 120 Criando um modelo de declividade A.57) Clique Arc Toolbox → Spatial Analyst → Surface → Slope. A.58) Na janela ‘Slope’, no campo Input raster selecione a layer de entrada Altitude (m); A.59) No campo ‘Output raster:’ digite o nome do arquivo de saída em: C:\Usuario\SOL480\t1\Ex7\decli_percent; A.60) No campo Output measurement: escolha a opção PERCENT_RISE (percentagem); A.61) Clique em Ok. Figura 190. Estabelecendo os parâmetros para gerar o slope. Configurando o modelo de declividade A.62) Clique duas vezes sobre no nome da layer decli_percent; A.63) Na janela Properties, na aba ‘General’ dê o nome de Declividade (%); A.64) Clique na aba ‘Simbology’ e no campo ‘Show’ selecione Classified; A.65) No campo ‘Classification’, selecione seis classes e clique no botão ‘Classify’ para configurar os intervalos de declividade; A.66) No campo ‘Break Values’ digite os valores para os intervalos (3, 8, 20, 45, 75, 100); A.67) Clique em Ok; SOL480 –Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 121 Figura 191. Definindo o número de classes e o valor de declividade. A.68) Na janela Simbology no campo Label configure os intervalos e nomes das classes para 0 – 3 (Plano), 3 – 8 (Suave ondulado), 8 – 20 (Ondulado), 20 – 45 (Forte ondulado), 45 – 75 (Montanhoso) e > 75 (Escarpado); A.69) No campo Color Ramp selecione a paleta Slope; A.70) Marque o box Use Hillshade effect; A.71) Clique em OK. Figura 192. Nomeando as classes de declividade e sua respectiva legenda. A.72) Elabore o Layout para o modelo de declividade com escala fixa de 1:350.000, para o papel A4. SOL480 – Introdução ao Geoprocessamento – Tutorial 1 122 Figura 193. Layout do mapa com as classes de declividade (slope)
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