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Benjermino Monteiro Nacossa Celia Antônio Mendiate Jacinto Renato Cardoso Miranda Horácio Dias Renato Pedro Mujojo GEOPROCESSAMENTO (Licenciatura em Gestão Ambiental e Desenvolvimento Comunitário) Universidade Rovuma Campus de Nacala-Porto Março, 2020 2 Benjermino Monteiro Nacossa Celia Antônio Mendiate Jacinto Renato Cardoso Miranda Horácio Dias Renato Pedro Mujoj GEOPROCESSAMENTO Universidade Rovuma Campus de Nacala-Porto Março, 2020 Trabalho de carácter avaliativo na cadeira de Técnica Profissional II do curso de Licenciatura em Gestão Ambiental Desenvolvimento Comunitário, 2º ano. Orientador: Dr. Emílio de Ana 3 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 4 2. BREVE HISTÓRICO DO GEOPROCESSAMENTO ........................................................... 5 2.1. Evolução Internacional ........................................................................................................ 5 3. GEOPROCESSAMENTO....................................................................................................... 6 3.1. Definições E Conceitos ........................................................................................................ 6 3.2. PRINCIPAIS COMPONENTES DO GEOPROCESSAMENTO ....................................... 7 3.2.1. Informática ....................................................................................................................... 7 3.2.2. Sistemas de informações geográficas (SIG)..................................................................... 7 3.2.2.1. Estrutura Geral de UM SIG .......................................................................................... 8 3.2.3. Sensoriamento remoto .................................................................................................... 10 3.2.4. Sistema de posicionamento global (GPS) ...................................................................... 10 3.2.5. Cartografia digital .......................................................................................................... 10 3.2.6. Topografia e levantamentos de campo ........................................................................... 11 3.2.7. Processamento digital de imagens.................................................................................. 11 4. ANÁLISE ESPACIAL .......................................................................................................... 12 5. IMPORTÂNCIA DO GEOPROCESSAMENTO ................................................................. 13 6. APLICAÇÃO DO GEOPROCESSAMENTO ...................................................................... 14 CONCLUSÃO .............................................................................................................................. 15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................................... 16 4 1. INTRODUÇÃO O presente trabalho da cadeira Técnico Profissional II tem como objectivo, a abordagem do tema Geoprocessamento. Nele busca-se apresentar o geoprocessamento de uma maneira clara, ampla e relativamente aprofundada, tentando desta forma sintetizar o conhecimento relativo ao tema A colecta de informações sobre a distribuição geográfica de recursos minerais, propriedades, animais e plantas sempre foi uma parte importante das atividades das sociedades organizadas. Até recentemente, no entanto, isto era feito apenas em documentos e mapas em papel; isto impedia uma análise que combinasse diversos mapas e dados. Com o desenvolvimento simultâneo, na segunda metade deste século, da tecnologia de Informática, tornou-se possível armazenar e representar tais informações em ambiente computacional, abrindo espaço para o aparecimento do Geoprocessamento. Nesse contexto, o termo Geoprocessamento denota a disciplina do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento da informação geográfica e que vem influenciando de maneira crescente as áreas de Cartografia, Análise de Recursos Naturais, Transportes, Comunicações, Energia e Planeamento Urbano e Regional. As ferramentas computacionais para Geoprocessamento, chamadas de Sistemas de Informação Geográfica (GIS), permitem realizar análises complexas, ao integrar dados de diversas fontes e ao criar bancos de dados geo-referenciados. Tornam ainda possível automatizar a produção de documentos cartográficos. Pode-se dizer, de forma genérica, “Se onde é importante para seu negócio, então Geoprocessamento é sua ferramenta de trabalho”. Sempre que o onde aparece, dentre as questões e problemas que precisam ser resolvidos por um sistema informatizado, haverá uma oportunidade para considerar a adoção de uns SIG. 5 2. BREVE HISTÓRICO DO GEOPROCESSAMENTO 2.1. EVOLUÇÃO INTERNACIONAL As primeiras tentativas de automatizar parte do processamento de dados com características espaciais aconteceram na Inglaterra e nos Estados Unidos, nos anos 50, com o objetivo principal de reduzir os custos de produção e manutenção de mapas. Dada a precariedade da informática na época, e a especificidade das aplicações desenvolvidas (pesquisa em botânica, na Inglaterra, e estudos de volume de tráfego, nos Estados Unidos), estes sistemas ainda não podem ser classificados como “sistemas de informação”. Os primeiros Sistemas de Informação Geográfica surgiram na década de 60, no Canadá, como parte de um programa governamental para criar um inventário de recursos naturais. Estes sistemas, no entanto, eram muito difíceis de usar: não existiam monitores gráficos de alta resolução, os computadores necessários eram excessivamente caros, e a mão-de-obra tinha que ser altamente especializada e caríssima. Não existiam soluções comerciais prontas para uso, e cada interessado precisava desenvolver seus próprios programas, o que demandava muito tempo e, naturalmente, muito dinheiro. Além disto, a capacidade de armazenamento e a velocidade de processamento eram muito baixas. Ao longo dos anos 70 foram desenvolvidos novos e mais acessíveis recursos de hardware, tornando viável o desenvolvimento de sistemas comerciais. Foi então que a expressão Geographic Information System foi criada. Foi também nesta época que começaram a surgir os primeiros sistemas comerciais de CAD (Computer Aided Design, ou projeto assistido por computador), que melhoraram em muito as condições para a produção de desenhos e plantas para engenharia, e serviram de base para os primeiros sistemas de cartografia automatizada. Também nos anos 70 foram desenvolvidos alguns fundamentos matemáticos voltados para a cartografia, incluindo questões de geometria computacional. No entanto, devido aos custos e ao fato destes proto- sistemas ainda utilizarem exclusivamente computadores de grande porte, apenas grandes organizações tinham acesso à tecnologia. 6 A década de 80 representa o momento quando a tecnologia de sistemas de informação geográfica inicia um período de acelerado crescimento que dura até os dias de hoje. Até então limitados pelo alto custo do hardware e pela pouca quantidade de pesquisa específica sobre o tema, os GIS se beneficiaram grandemente da massificação causada pelos avanços da microinformática e do estabelecimento de centros de estudos sobre o assunto. Nos EUA, a criação dos centros de pesquisa que formam o NCGIA National Centre for Geographical Information and Analysis (NCGIA, 1989) marca o estabelecimento do Geoprocessamento como disciplina científica independente. 3. GEOPROCESSAMENTO 3.1. DEFINIÇÕES E CONCEITOS Segundo Rodrigues (1993), Geoprocessamento é um conjunto de tecnologias de coleta,tratamento, manipulação e apresentação de informações espaciais voltados para um objetivo específico. Pode-se citar que Fujihara (2002) definiu geoprocessamento como a tecnologia que aplica o tratamento e manipulação de informações espaciais, englobando técnicas de coleta e informação espacial; armazenamento da informação espacial; tratamento e análise da informação espacial e uso integrado de informação espacial (SIG). Segundo o mesmo autor a utilização de tecnologia de informação como ferramenta de análise espacial, tornou-se uma ferramenta em potencial através do geoprocessamento e dos Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Câmara et al. (1996) aponta cinco dimensões principais onde o geoprocessamento é aplicado em procedimentos ambientais, sendo eles: mapeamento temático, diagnóstico ambiental, avaliação de impacto ambiental, ordenamento e zoneamento territorial e planos de ações. De acordo com Espíndola e Schalch (2004) o avanço contínuo da tecnologia computacional aliado à complexidade do gerenciamento de recursos naturais, vem estimulando cada vez mais a utilização de processamento e simulações computacionais, tendo como ferramenta para auxiliar nas tomadas de decisões enfrentadas por gestores ambientais. O geoprocessamento focaliza, primordialmente, o levantamento e a análise de situações ambientais representadas por conjuntos de variáveis georreferenciadas e integradas em uma base de dados 7 digitais. Necessita, por definição, contar com uma base cartográfica confiável sobre a qual coligirá seus dados, analisando relações de dependência e precedência. Utilizar o geoprocessamento é uma forma de sistematização, análise e representação de dados de utilização crescente em todo o mundo. Por meio do cruzamento e da superposição de dados espaciais, de diferentes origens e formatos, previamente selecionados, essa ciência permite agilizar os procedimentos de mapeamentos temáticos, antes onerosos e demorados. 3.2. PRINCIPAIS COMPONENTES DO GEOPROCESSAMENTO 3.2.1. Informática Foi a evolução da informática que permitiu o desenvolvimento das geotecnologias, uma vez que esta está baseada nos computadores e nos aplicativos neles instalados. Estes permitem o trabalho com os grandes volumes de dados necessários nos diferentes projetos desenvolvidos em geoprocessamento. Os computadores trabalham bem com rotinas que para serem realizadas pelos homens poderiam tomar muito tempo, o que os torna imprescindíveis nas análises geográficas. A informática está dividida em Hardware – que corresponde ao computador e aos periféricos utilizados para que as operações de geoprocessamento sejam efetuadas, e em Software – que são os aplicativos que fornecem as rotinas e módulos necessários para adquirir, armazenar, analisar, visualizar e plotar as informações geográficas. 3.2.2. Sistemas de informações geográficas (SIG) De acordo com Burrough & McDonnell (2004) é “um conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real para um objetivo específico” Já Eastman (1998) define SIG como “um sistema assistido por computador para a aquisição, armazenamento, análise e visualização de dados geográficos”. Os SIGs são sistemas de informações destinados a trabalhar com dados referenciados a coordenadas espaciais. São normalmente constituídos por programas e processos de análise, que tem como característica principal relacionar uma informação de interesse com sua localização espacial. Estes aplicativos permitem a manipulação de dados geograficamente referenciados e seus respectivos atributos e a integração desses dados em diversas operações de análise geográfica. 8 Os SIGs normalmente tem três aplicações fundamentais na área geográfica: 1) Podem ser usados como ferramenta para produção de mapas, e ainda para geração e visualização de dados espaciais; 2) Podem ser usados como suporte para análise espacial de fenômenos e para a combinação de informações espaciais; 3) Podem ser usados como bancos de dados geográficos, que tem funções de armazenamento e recuperação de informações espaciais. Devido a sua importância para o geoprocessamento os SIGs serão melhor discutidos no item 4 deste material. 3.2.2.1. Estrutura Geral de UM SIG Numa visão abrangente, pode-se indicar que um SIG tem os seguintes componentes: Interface com usuário; Entrada e integração de dados; Funções de processamento gráfico e de imagens; Visualização e plotagem; Armazenamento e recuperação de dados (organizados sob a forma de um banco de dados geográficos). Estes componentes se relacionam de forma hierárquica. No nível mais próximo ao usuário, a interface homem-máquina define como o sistema é operado e controlado. No nível intermediário, um SIG deve ter mecanismos de processamento de dados espaciais (entrada, edição, análise, visualização e saída). No nível mais interno do sistema, um sistema de gerência de bancos de dados geográficos oferece armazenamento e recuperação dos dados espaciais e seus atributos. De uma forma geral, as funções de processamento de um SIG operam sobre dados em uma área de trabalho em memória principal. A ligação entre os dados geográficos e as funções de processamento do SIG é feita por mecanismos de seleção e consulta que definem restrições sobre o conjunto de dados. Exemplos ilustrativos de modos de seleção de dados são: 9 "Recupere os dados relativos à carta de Guajará-Mirim " (restrição por definição de região de interesse); "Recupere as cidades do Estado de São Paulo com população entre 100.000 e 500.000 habitantes" (consulta por atributos não-espaciais). "Mostre os postos de saúde num raio de 5 km do hospital municipal de S.J.Campos" (consulta com restrições espaciais). A Figura 1, indica o relacionamento dos principais componentes ou subsistemas de um SIG. Cada sistema, em função de seus objetivos e necessidades, implementa estes componentes de forma distinta, mas todos os subsistemas citados devem estar presentes num SIG. Figura 1 - Arquitetura de Sistemas de Informação Geográfica. (Fonte: Adaptado de http://www.geomundo.com.br/) Interface Consulta e Análise Espacial Entrada e Integr. Dados Visualização Plotagem Gerência Dados Espaciais Banco de Dados Geográfico http://www.geomundo.com.br/ 10 3.2.3. Sensoriamento remoto De acordo com Jensen (2009) sensoriamento remoto pode ser definido como a medição ou aquisição de informação de alguma propriedade de um objeto ou fenômeno, por um dispositivo de registro que não esteja em contato físico ou íntimo com o objeto ou fenômeno em estudo. O sensoriamento remoto pode ser dividido em: Orbital – quando as informações são coletadas por sensores localizados em órbitas ao redor do planeta, coletando informações da superfície a determinados intervalos de tempo e de espaço. Os exemplos mais comuns são as imagens de satélite. Sub-orbital – quando é realizado por equipamentos aerotransportados não localizados em órbitas. Entre estes, destacam-se os sensores aerotransportados, que utilizam para deslocamento aviões, balões, ou veículos aéreos não tripulados (principalmente aeromodelos). Os produtos mais comuns do sensoriamento remoto sub-orbital são as fotografias aéreas. 3.2.4. Sistema de posicionamento global (GPS) O sistema GPS é constituído de uma constelação de pelo menos 24 satélites que orbitam a terra a 20.200km de altitude, cada um passando sobre o mesmo ponto da superfície terrestre duas vezes por dia. Estes satélites emitem sinais de rádio que são captados pelo aparelho de GPS, que em função da localização dos satélites, calcula e informa a coordenada de qualquer ponto da superfície da terra. Os aparelhos GPS permitiram grandes avanços relativos às formas de mapeamento da superfície da 7 Introdução ao Geoprocessamento – Prof. Dr. Edson Luís PiroliUniversidade Estadual Paulista – Campus de Ourinhos – Curso de Geografia – CEDIAP-GEO terra, uma vez que oferecem a possibilidade de automatização da coleta de informações, o que melhora e acelera os processos de análises de áreas. 3.2.5. Cartografia digital Os mapas e cartas topográficas, quando transformados em imagens, fornecem informações preciosas para o geoprocessamento. Normalmente são usados como fonte de dados para o mesmo e se beneficiam das informações geradas por este. Muitos mapas estão disponíveis no formato analógico (em papel). Estes podem ser convertidos para o formato digital utilizando-se scanners. Neste caso, deve-se tomar cuidado com a resolução adotada no processo de conversão, buscando- se evitar resoluções muito baixas, o que pode comprometer a qualidade das informações. Também deve-se analisar bem o uso de resoluções muito altas, pois muitas vezes as mesmas não agregam qualidade ao produto, aumentando somente o tamanho dos arquivos gerados. Este problema pode 11 ser evitado, calculando-se a resolução em função da escala dos mapas, cartas ou fotografias aéreas e adotando-se esta para a definição da resolução do produto digitalizado. 3.2.6. Topografia e levantamentos de campo Embora a tecnologia esteja bastante evoluída e as fontes de dados hoje disponíveis sejam diversas, a complementação e a confirmação das informações no campo, ainda são parte fundamental da maioria dos projetos de geoprocessamento. Além disso, as escalas dos materiais disponibilizados muitas vezes não permitem o detalhamento exigido para determinados fins. A topografia permite o levantamento de informações com a qualidade requerida, principalmente em pequenas áreas. No caso de áreas urbanas, por exemplo, são os levantamentos topográficos que fornecem as bases de dados para os projetos de mapeamento. Embora hoje existam imagens de satélite de alta resolução, o custo das mesmas e as dificuldades na sua obtenção muitas vezes fazem com que a utilização das técnicas de topografia seja a solução para levantamentos de informações localmente. 8 Introdução ao Geoprocessamento – Prof. Dr. Edson Luís Piroli Universidade Estadual Paulista – Campus de Ourinhos – Curso de Geografia – CEDIAP-GEO 3.2.7. Processamento digital de imagens Este pode ser definido como sendo as transformações e adaptações realizadas para modificar uma imagem com a finalidade de ajustá-la à necessidade de um determinado trabalho. Os processamentos mais comuns usados em geoprocessamento são as composições de bandas de imagens de satélite, correções atmosféricas, aplicações de filtros e de contrastes, elaboração de fusões de imagens, transformações e restituições, classificações de imagens, reclassificações, entre outros. Dominar estas técnicas e saber em que casos aplicá-las, é um dos fatores mais importantes no trabalho com geoprocessamento. 2.1.8 – Profissional capacitado (Peopleware) Todo conjunto de ferramentas e tecnologias apresentado anteriormente de nada adiantam se não houver o profissional especializado, com capacidade para aplicar os recursos tecnológicos disponíveis, integrar o uso das diferentes metodologias e interpretar os resultados do trabalho desenvolvido. Após esta breve descrição, pode-se afirmar que o objetivo do Geoprocessamento é utilizar o conjunto ou parte dos segmentos apresentados, fornecendo ferramentas para que os diferentes usuários determinem as características, e a evolução espacial e temporal de um fenômeno geográfico. Além disso, permitir a análise das inter-relações entre diferentes fenômenos de interesse. 12 4. ANÁLISE ESPACIAL O objetivo principal do Geoprocessamento é fornecer ferramentas computacionais para que os diferentes analistas determinem a evolução espacial e temporal de um fenômeno geográfico e as interrelações entre diferentes fenômenos. Tomemos um exemplo: ao analisar uma região geográfica para fins de zoneamento agrícola, é necessário escolher as variáveis explicativas (p.ex., o solo, a vegetação e a geomorfologia) e determinar qual a contribuição de cada uma delas para a obtenção de um mapa resultante. Alguns exemplos dos processos de análise espacial típicos de um SIG estão apresentados na tabela abaixo (adaptada de Maguire, 1991). Análise Pergunta Geral Exemplo Condição “O que está...” “Qual a população desta cidade?” Localização “Onde está...? “Quais as áreas com declividade acima de 20%? “ Tendência “O que mudou...?” “Esta terra era produtiva há 5 anos atrás? “ Roteamento “Por onde ir.?” “Qual o melhor caminho para o metrô?” Padrões “Qual o padrão....?” “Qual a distribuição da dengue em Fortaleza?” Modelos “O que acontece se...?” “Qual o impacto no clima se desmatarmos a Amazônia ?” Tabela 1: Exemplos De Análise Espacial (Fonte: Adaptado de http://www.geomundo.com.br/) Tome-se um exemplo concreto para explicitar os conceitos acima. Em 1854, Londres estava sofrendo uma grave epidemia de cólera, doença sobre a qual na época não se conhecia a forma de contaminação. Numa situação onde já haviam ocorrido mais de 500 mortes, o doutor John Snow teve um “estalo”: colocar no mapa da cidade a localização dos doentes de cólera e dos poços de água (naquele tempo, a fonte principal de água dos habitantes da cidade). O mapa obtido está mostrado na Figura 1. http://www.geomundo.com.br/ 13 Figura 1.2 - Mapa de Londres com casos de cólera (pontos) e poços de água (cruzes) (adaptado de Tufte, 1983).( Fonte: Barcellos, C;2001.) 5. IMPORTÂNCIA DO GEOPROCESSAMENTO Essa monitoração espacial se torna extremamente importante nos dias atuais por permitir um controle actualizado sobre diversos empreendimentos e atividades sobre o meio ambiente. O profissional que domina o geoprocessamento e suas ramificações tem mais espaço no mercado de trabalho por ser uma especialização com a qual é necessária sua utilização cotidiana. O domínio desses softwares facilita e agiliza o trabalho do profissional que, como já vimos, possui uma gama enorme de serviços e se encontra em um mercado com várias oportunidades. Ou seja, se antigamente eram necessários altos custos e muito tempo para esse tipo de monitoração, hoje em dia esses softwares facilitam esse serviço, tornando uma tarefa mais rápida e prática e de maneira interativa. Além disso, vale ressaltar que o geoprocessamento se torna ferramenta indispensável no controle dos impactos das atividades humanas sobre o meio ambiente. Por meio dele, projetos e atividades http://www.institutog4.com.br/noticia/conheca-o-mercado-ambiental-para-2017 14 de minimização de impactos ambientais se tornam possíveis e mais fáceis de serem realizadas, proporcionando o desenvolvimento sustentável da sociedade. 6. APLICAÇÃO DO GEOPROCESSAMENTO O geoprocessamento, juntamente com o SIG, é utilizado em diversos setores da sociedade: desenvolvimento de bases cartográficas, avaliação de sistemas de água, esgoto e saneamento, análise de recursos naturais como florestas, rios e bacias hidrográficas e até planejamentos ambientais urbanos e rurais. Em situações de desmatamento e poluição, por exemplo, o geoprocessamento possibilita uma análise completa sobre o problema, na busca de medidas de proteção ou restauração. Por meio dos softwares, o profissional pode registrar as áreas degradadas com extrema exatidão e reunir todas as informações necessárias para sua recuperação. Já nas áreas urbanas, permite que as autoridades controlem atividades de infraestrutura como transportes, geração de energia e obras no geral. Nesse sector, fica mais fácil o controle de atividades de licenciamento e controle de obras, mapeamento de solos e controle de áreas protegidas. ~ 15 CONCLUSÃO Como consequência natural, o uso de Geoprocessamento em projetos ambientais requer o uso intensivo de técnicas de integração de dados. Diferentementede aplicações como Cadastro Urbano, que lidam com um conjunto limitado de dados geográficos (essencialmente mapas no formato vetorial e tabelas de bancos de dados relacionais), os estudos ambientais - para ser feitos de forma adequada - requerem que o especialista em Geoprocessamento combine ferramentas de análise espacial, processamento de imagens, geo-estatística e modelagem numérica de terreno. Nesta perspectiva, o presente tutorial apresenta uma ênfase nos aspectos de integração de dados, procurando descrever toda a diversidade de dados e funções utilizados em projetos de Geoprocessamento para estudos ambientais. O Geoprocessamento tem como uma de suas principais características integrar uma série de conhecimentos específicos, que quando unidos possibilitam ao profissional desenvolver atividades em diversas áreas do conhecimento, tornando-se um campo promissor e bastante atraente profissionalmente. Esta característica, no entanto, o torna relativamente complexo, pois exige que o estudante entenda e posteriormente domine conceitos e técnicas de várias ciências. 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CÂMARA, G. MEDEIROS, J.S.de. Princípios básicos em geoprocessamento. In: ASSAD, E.D., SANO, E.E. Sistema de informações geográficas aplicações na agricultura. 2 ed. Brasília: Embrapa, 1998. p. 3 – 11. ASSAD, E.D.; SANO, E.E. Sistemas de Informações Geográficas - Aplicações na Agricultura. Brasília, EMBRAPA, 1998 (2z. edição). BURROUGH, P. A.; MCDONNELL, R.A. Principles of geographical information systems. Oxford, Oxford University Press, 1998. CÂMARA, G.; CASANOVA, M.A.; HEMERLY, A.; MEDEIROS, C.M.B.; MAGALHÃES, G. Anatomia de Sistemas de Informação Geográfica. SBC, X Escola de Computação, Campinas, 1996. SILVA, A. de B. Sistemas de Informações Geo-Referenciadas: Conceitos e Fundamentos. Editora da UNICAMP – Campinas – SP; 1999. 2a Edição Ampliada e Revisada TEIXEIRA, A. L. de A. Sistema de Informações Geográficas (Dicionário Ilustrado).1997 ROCHA, C.H.B. Geoprocessamento – Tecnologia Transdisciplinar. Universidade Federal de Juíz de Fora. Edição do autor; 2000. CÂMARA, G., DAVIS, C. e MONTEIRO, A.M.V. Introdução à Ciência da Geoinformação NOVO, E.M.L. Sensoriamento Remoto, princípios e aplicações. São Paulo: Blucher, 1992. 308p. ROCHA, C.H.B. Geoprocessamento: tecnologia transdisciplinar. Juiz de Fora: Ed. do Autor, 2000 BURROUGH, P.A; McDONNELL, R.A.. Principles of geographical information systems. Oxford: University Press, 2004.
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