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NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO SOFTWARES GRATUITOS DE GEOPROCESSAMENTO APRESENTAÇÃO OS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM A partir desta unidade você será capaz de: • Aplicar e demonstrar, por meio dos aplicativos gratuitos, Quantum GIS (QGIS) e o SAGA GIS (System for Automated Geoscientific Analyses), as principais funcionalidades e conceitos aprendidos nas etapas anteriores. Organização Kátia Spinelli Manoel Ricardo Dourado Correia Reitor da UNIASSELVI Prof. Hermínio Kloch Pró-Reitora do EAD Prof.ª Francieli Stano Torres Edição Gráfica e Revisão UNIASSELVI CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO .05 1 INTRODUÇÃO Nesta etapa, o Sistema de Informação Geográfica Quantum GIS (QGIS) será utilizado para demonstrar alguns dos principais conceitos aprendidos anteriormente, por meio dos seguintes tópicos: a) visualizar e inserir as principais estruturas de dados; b) visualizar as coordenadas geográficas e planas; c) visualizar e definir a escala cartográfica; d) visualizar e definir o sistema de projeção cartográfica; e) representar os dados temáticos e f) demonstrar as ferramentas para processamento e análise de imagens. 2 APRESENTAÇÃO DO APLICATIVO QGIS O Quantum GIS é um programa de Sistema de Informação Geográfica com código aberto e interface bastante amigável. O QGIS, como também é chamado, é um projeto oficial da Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) e pode ser utilizado em diversos sistemas operacionais: Linux, Unix, Mac OSX, Android e Windows. Além de ser gratuito (<https://www.qgis.org/pt_BR/site/forusers/download. html>), ou seja, não é necessário pagar para utilizá-lo, ele pode ser utilizado tanto para dados de estrutura vetorial quanto matricial e apresenta diversas funcionalidades, similar aos aplicativos comerciais existentes. Para os usuários avançados, ele fornece um número crescente de recursos por meio dos “plugins”, que podem ser desenvolvidos por qualquer usuário em código C ++ ou Python. APLICAÇÕES PRÁTICAS EM AMBIENTE SIG https://www.qgis.org/pt_BR/site/forusers/download.html https://www.qgis.org/pt_BR/site/forusers/download.html CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO 3 A INTERFACE DO QGIS O QGIS se caracteriza por ser um programa amigável e isso fica aparente em sua interface (Figura 1), que, inclusive, pode ser customizada de acordo com as necessidades do usuário. O QGIS suporta uma variedade de fontes de dados que podem ser editados, criados, ou apenas visualizados. A camada de dados é o local que indica os dados geográficos ou “layers” que serão exibidos no campo de visualização. No caso da Figura 1, observa-se a camada BR, que representa os estados brasileiros, visualizados no campo de visualização. A barra de ferramenta e o menu habilitam diversas ferramentas e funcionalidades para manipulação dos dados geográficos. FIGURA 1 – INTERFACE DO APLICATIVO QGIS FONTE: O autor CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO 3.1 INSERÇÃO E VISUALIZAÇÃO DAS PRINCIPAIS ESTRUTURAS DE DADOS (RASTER, VETORIAL E TABELA DE ATRIBUTOS) 3.1.1 Adição e visualização de dados vetoriais e sua respectiva tabela de atributo O QGIS possibilita trabalhar com diversos tipos de dados vetoriais, entre os quais podemos destacar: *.shp (ESRI-ArcGIS), *.dgn (Microstation), *.kml (Google Earth) *.dxf (AutoCAD). Para visualizar tais arquivos, clique na Barra de Menus na aba Camadas/Adicionar Camada /Vetorial (Figuras 2 e 3). O arquivo vetorial utilizado neste trabalho foi obtido no seguinte sítio: <https://mapas. ibge.gov.br/bases-e-referenciais/bases-cartograficas/malhas-digitais.html>. FIGURA 2 – ADICIONANDO DADOS VETORIAIS NO QGIS POR MEIO DO MENU PRINCIPAL FONTE: O autor https://mapas.ibge.gov.br/bases-e-referenciais/bases-cartograficas/malhas-digitais.html https://mapas.ibge.gov.br/bases-e-referenciais/bases-cartograficas/malhas-digitais.html CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO FIGURA 3 – SELECIONANDO O ARQUIVO E O TIPO DE DADO, NESTE CASO, O ESTADOS BRASILEIROS (BR) NO FORMATO *.SHP FONTE: O autor 3.2 ADIÇÃO E VISUALIZÇÃO DE DADOS MATRICIAIS (RASTER) O QGIS permite trabalhar com diversos formatos de imagem, entre os mais comuns estão: JPEG, JPEG2000, TIFF, GeoTIFF. O último formato é um padrão de metade dos de domínio público, que permite embutir informações sobre os sistemas geodésicos de referência (projeção, elipsoides, data). As imagens de satélites obtidas por sensores remotos, conforme apresentado na 3° etapa, também podem ser adicionadas no QGIS (Figuras 4, 5 e 6). CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO FIGURA 4 – ADICIONANDO DADOS MATRICIAIS (RASTER) NO QGIS POR MEIO DO MENU PRINCIPAL FONTE: O autor FIGURA 5 – SELECIONANDO E ABRINDO O ARQUIVO MATRICIAL NO FORMATO *.JP2 (JPEG2000) FONTE: O autor CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO FIGURA 6 – IMAGEM ÁREA DA PREFEITURA DE BLUMENAU. BASE TOPOGRÁFICA DIGITAL DO AEROLEVANTAMENTO DO ESTADO DE SANTA CATARINA, DENOMINADO DE SDS NESTE TRABALHO, NA ESCALA DE 1:5.000, CONSTITUÍDA DE ORTOFOTOMOSAICO NA REGIÃO DO VISÍVEL (RGB) E INFRAVERMELHO (IR) (SDS, 2011) FONTE: O autor 4 NAVEGAÇÃO NO MAPA E VISUALIZAÇÃO DOS ATRIBUTOS Após a abertura do arquivo vetorial, podemos manipular a camada e navegar (aproximar, afastar, toque de zoom, pan, panorâmica do mapa, aproximar à seleção) por meio da barra de ferramenta Navegar no Mapa (Figura 7, polígono vermelho). A barra de ferramenta Atributos serve para o usuário identificar as feições e os seus respectivos atributos, bem como realizar medições lineares e quadráticas (Figura 7, polígono roxo). Para visualizar os atributos e registros da camada com maior detalhe, o usuário pode abrir a tabela de atributos da sua respectiva camada. Para tanto, ao clicar com o botão direito do mouse sobre a camada desejada e selecionar a opção abrir tabela de atributos, assim será possível visualizar os atributos e os registros da camada. Esta tabela se refere aos arquivos com a extensão *.dbf que fazem parte dos arquivos no formato shapefile (*.shp). Nela podem ficar armazenadas as mais diversas informações a respeito das feições, por exemplo: área, perímetro, população, nome do estado etc. CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO Também é possível selecionar feições por meio da tabela de atributos, de forma simples, clicando na linha do elemento desejado. A linha selecionada corresponde à feição do mapa, conforme exemplo da figura a seguir. FIGURA 7 – AS BARRAS DE FERRAMENTA NAVEGAR (POLÍGONO VERMELHO) E ATRIBUTOS (POLÍGONO ROXO) FONTE: O autor FIGURA 8 – SELEÇÃO DO ESTADO DE SANTA CATARINA POR MEIO DA TABELA DE ATRIBUTOS FONTE: O autor CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO 5 DEFINIÇÃO E VISUALIZAÇÃO DO SISTEMA GEODÉSICO DE REFERÊNCIA O sistema geodésico de referência abordado na 1° etapa (sistema de coordenadas, projeção cartográfica, elipsoides de referências, data) pode ser definido no menu opções e na aba SRC. Ressalta-se que o QGIS permite a visualização de dados em diferentes sistemas de coordenadas sem que você tenha que transformá-los primeiro, bastando para isso ativar Habilitar reprojeção “on the fly” como padrão (Figura 9). FIGURA 9 – DEFININDO O SISTEMA GEODÉSICO DE REFERÊNCIA. OBSERVAR A SEQUÊNCIA DOS COMANDOS FONTE: O autor Para visualizar o sistema geodésico de referência, o usuário pode, também, clicar no botão inferior direito user, conforme Figura 10. CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO FIGURA 10 – VISUALIZANDO O SISTEMA GEODÉSICO DE REFERÊNCIA FONTE: O autor 6 VISUALIZAÇÃO DAS COORDENADAS GEOGRÁFICAS EPLANAS, BEM COMO DEFINIR A ESCALA CARTOGRÁFICA Para inserir coordenadas geográficas ou planas adquiridas de um GPS, por exemplo, o usuário deve digitar seus valores no canto inferior esquerdo (Figura 11, polígono roxo). A coordenada plana N=691787,2 E=7021678,5 se refere à parte central do prédio da Prefeitura de Blumenau (Figura 5.11, ponto azul). Podemos, também, definir e visualizar a escala cartográfica do mapa, conforme abordado na 1° etapa, o usuário deve digitar seus valores no canto inferior direito (Figura 11, polígono roxo). CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO FIGURA 11 – COORDENADAS PLANAS N=691787,2 E=7021678,5 DO PRÉDIO DA PREFEITURA DE BLUMENAU, VISUALIZADA NA ESCALA DE 1:1500. IMAGEM AÉREA DA PREFEITURA DE BLUMENAU. BASE TOPOGRÁFICA DIGITAL DO AEROLEVANTAMENTO DO ESTADO DE SANTA CATARINA, DENOMINADO DE SDS NESTE TRABALHO FONTE: O autor 7 REPRESENTAÇÃO DOS DADOS TEMÁTICOS DE NATUREZA QUALITATIVA, ORDENADA E QUANTITATIVA Os arquivos, assim que carregados no Quantum GIS, apresentam uma cor única (Figura 12), que nem sempre facilita a visualização e a compreensão do tema referente àquele mapa, entretanto, é possível modificar a apresentação do mapa, tornando-a mais interessante e realçando as características desejadas. A diversidade de visualizações ou classificações temáticas que um determinado arquivo poderá ser apresentado dependerá essencialmente dos atributos existentes na sua tabela de atributos. Conforme apresentado na 2ª etapa, as classificações temáticas podem ser realizadas por três métodos fundamentais de representação: qualitativa, ordenada, quantitativa. Para visualizar os três métodos fundamentais de representação, o usuário deve clicar com o botão direito do mouse sobre a camada desejada e selecionar a opção propriedades e, em seguida, a aba estilo, conforme a Figura 12. CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO FIGURA 12 – OS TRÊS MÉTODOS FUNDAMENTAIS DE REPRESENTAÇÃO: QUALITATIVA (CATEGORIZADO), ORDENADAS (GRADUADO), QUANTITATIVAS (GRADUADO) FONTE: O autor O aspecto qualitativo (#) responde à questão "o quê?", caracterizando relações de diversidade entre os conteúdos dos lugares ou conjuntos espaciais. Como exemplo, as regiões brasileiras foram categorizadas qualitativamente no aplicativo, conforme Figura 13. FIGURA 13 – EXEMPLO DE REPRESENTAÇÃO QUALITATIVA (SELETIVA) FONTE: O autor CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO 8 DEMONSTRAÇÃO DAS FERRAMENTAS PARA PROCESSAMENTO E ANÁLISE DE IMAGENS DIGITAIS (PDI) O QGIS e o SAGA GIS (Aplicativo gratuito voltado para o processamento e análise de imagens <http://www.saga-gis.org>) (System for Automated Geoscientific Analyses) dispõe de diversas técnicas de processamento e análise de imagens: histograma de uma imagem, correção geométrica, registro de imagens, aumento de contraste e emprego da cor, operações aritméticas, dentre outras. Para adicionar funções de processamento e análise de imagens no QGIS, o usuário deve instalar o aplicativo SAGA (Figura 14). Em virtude da complexidade das operações, não serão apresentadas tais operações neste material. FIGURA 14 – FUNÇÕES DE PROCESSAMENTO E ANÁLISE DE IMAGENS NO QGIS DISPONÍVEL APÓS A INSTALAÇÃO DO SAGA GIS FONTE: O autor http://www.saga-gis.org CURSO LIVRE - NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA, SENSORIAMENTO REMOTO E GEOPROCESSAMENTO REFERÊNCIAS CAETANO, M. et al. Desenvolvimento de aplicações para generalização de cartografia temática. In: Congresso Brasileiro de Cartografia da PUCRS, 2001. CÂMARA, G.; MONTEIRO A. M. V. Conceitos básicos da ciência da geoinformação. In: CÂMARA, G.; DAVIS, C.; MONTEIRO. A. M. V. (Org.) Introdução à ciência da geoinformação. 2016. Acessado em: <http://www. dpi.inpe.br/gilberto/livro/introd/>. Acesso em: 3 maio 2018. CÂMARA, G. Modelos, linguagens e arquiteturas para bancos de dados geográficos. Tese de Doutoramento em Computação Aplicada. São José dos Campos, INPE, 1995. CORREIA, M. R. D. Avaliação de diferentes técnicas de modelagem e de dados espaciais aplicadas à análise de risco a deslizamento no baixo vale da bacia do rio Itajaí-açu. 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