Cartografia Temática: Georreferenciamento e Sensoriamento Remoto

Cartografia tematica Unidade 3 Georreferenciamento e sensoriamento remoto em ca rtografia o tematica Introducgao Vocé ja percorreu um consideravel trajeto e se dedicou ao aprendizado dessa disciplina com afinco Vamos assim a mais uma etapa Para nos um orgulho télo como aluno Este o seu ebook de cartografia tematica feito especialmente para vocé Nossa principal preocupacdo foi aproximar a cartografia da sua vida de uma forma simples e ao mesmo tempo abrangente partindo da sua realidade e envolvendo diversos conhecimentos necessarios para a Sua aprendizagem Neste capitulo iremos aprofundar os conhecimentos em cartografia tematica digital aprendendo como se faz um projeto cartografico com uso de SIGs e outros softwares de geoprocessamento Assim mergulharemos no universo dos Sistemas de Informag6es Geograficas SIGs do geoprocessamento e do Sensoriamento Remoto SR conhecendo melhor essas ferramentas e suas aplicagdes tao fundamentais para a produgdo de mapas tematicos Bons estudos fi 1 Projetos em cartogratia tematica Agora que vocé ja conhece um pouco mais sobre a cartografia tematica digital vamos explorar o tema e aprender a criar um projeto em cartografia tematica utilizando softwares de geoprocessamento Os softwares sao um conjunto de componentes ldgicos de sistema de processamento de dados inventos das ciéncias computacionais para automatizar atividades humanas Podemos entender que o software uma sequéncia de instrugdes escritas que sdo interpretadas pelo computador com o objetivo de executar tarefas especificas De maneira simplificada softwares sao basicamente os programas que comandam o funcionamento de um computador Existem softwares especificos para uso em geoprocessamento que permitem a execugdo de tarefas relacionadas a produgao de mapas tematicos por exemplo Esses programas podem ser pagos ou de uso livre Por serem gratuitos e apresentarem boa qualidade e diversidade de aplicag6es os softwares livres vém se firmando nas empresas de geoprocessamento como uma alternativa aos softwares comerciais Dentre os softwares gratuitos o mais utilizado é o SPRING que apresenta fungdes completas de geoprocessamento O SPRING Sistema de Processamento de Informagdes Georreferenciadas um SIG nacional desenvolvido pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais INPE Sua principal vantagem além da gratuidade é possuir fungdes de digitalizagao analise espacial e processamento de imagens O SPRING é um Sistema de Informacgdes Geograficas com fungdes de processamento de imagens analise espacial modelagem numérica de terreno e consulta a bancos de dados espaciais Este programa permite construir um sistema de informagoes geograficas para aplicagdes em diversas atividades como por exemplo na agricultura no monitoramento de florestas na gestao ambiental na geografia na geologia no planejamento urbano e regional etc vou sabia O SPRING pode ser baixado no site do INPE La também estado disponiveis tutoriais para uso do programa explicando todas as suas fungdes e ferramentas O passo a passo para Oo processamento de imagens e confecgdo de mapas tematicos Disponivel em httpwwwdpiinpebrspringportuguesindexhtml Outra opcao de SIG o SAGA System for Automated Geoscientific Analyses Esse sistema também nao apresenta custos de aquisicdo e possui multiplas funcionalidades tais como edicgao de dados analise espacial visualizagao em 3 dimensoes elaboracao de graficos criagao de Jayouts para impressdo etc Também permite o compartilhamento de informagdes entre usuarios A desvantagem do SAGA em relagdo ao SPRING é que foi desenvolvido nos Estados Unidos e as instrugdes de uso e tutoriais do programa estdo na lingua inglesa vo sabia Vocé sabia O SAGA também é um software livre para baixar 0 programa e instrucdes de uso basta entrar no site httpwwwsagagisorgenindexhtml Outro software que permite manipular informag6es geograficas e produzir mapas e outros materiais cartograficos o gvSIG Este sistema também 6 gratuito e foi desenvolvido na Espanha 0 que traz novamente uma desvantagem seu tutorial esta em espanhol vo sabia O download do gvSIG é de amplo acesso e gratis podendo ser feito através do site httpwwwgvsigorg Existem inumeras outras opcodes de softwares comerciais e de uso livre Cada um deles tem uma interface diferente e é preciso escolher aquele que melhor se adapta as intengdes do cartografo ou da empresa em que ele trabalha Como cada software apresenta suas peculiaridades nesta unidade ndo ensinaremos O passo a paSso para o uso de um SIG pois isto se aplicaria apenas a um programa especifico nado sendo reaproveitavel aos demais Assim a dica ao se iniciar um projeto de mapeamento com um software novo ou ainda nado manipulado baixar 0 manual do programa escolhido Sempre disponivel no site oficial do software e seguir 0 passo a passo que consta no seu tutorial 11 Datum Os SIGS compreendem o tipo de sistema mais amplamente utilizado para a manipulagao de dados espaciais sendo a principal plataforma de uso para geoprocessamento Todo projeto de mapeamento com uso de SIGs se inicia com a entrada de dados pela interface do programa Também é preciso definir uma das partes mais importantes em um projeto de geoprocessamento a configuragao do datum horizontal e insergdo das informacgées geograficas Depois de inseridos os dados podemse realizar as analises espaciais permitindo a visualizacdo das informacdes e criacdo de mapas digitais E possivel fazer a integragao de dados em SIG o que facilita a comparagdo de mapas tematicos e ou confecgao de mapas de sintese O Datum do latim dado um modelo matematico tedrico da representagdo da Superficie terrestre De maneira simplificada 0 Datum estabelece o ponto de referéncia a ser utilizado pelo cartografo em um determinado mapa definindo a representacdo grafica dos paralelos e meridianos Ele é de fundamental importdancia ao permitir projetar um objeto curvo de trés dimens6es a Terra em um plano de duas dimensdes mantendo os cruzamentos em dngulos retos dos meridianos e paralelos Oo mapa Diversos Data podem ser utilizados na producgao de um mapa A diferenga entre um e outro o modelo matematico utilizado para representacdo da forma e dimensdes da Terra bem como da projecdao representada No Brasil o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatistica IBGE reconhece o uso de trés Data os sistemas Corrego Alegre SAD69 e SIRGAS2000 O Sistema Geodeésico Brasileiro SGB composto por redes de altimetria gravimetria e planimetria O referencial de altimetria vinculase ao gedide descrito como uma superficie equipotencial do campo gravimétrico da Terra coincidente com o marco zero do Marégrafo de Imbituba localizado no Estado de Santa Catarina O referencial de gravimetria esta vinculado a milhares de estac6es distribuidas sobre o territério nacional que recolhem dados acerca da aceleragdo da gravidade Finalmente a definido da superficie origem e orientacdo do sistema de coordenadas usado para mapeamento e georreferenciamento no territorio brasileiro é dada pelo referencial de planimetria FITZ 2008 P 16 Os trés Sistemas Geodésicos Brasileiros se referem a concepcoes diferentes e foram definidos em diferentes tempos melhorando sua precisdo a cada novo SGB Assim 0 Datum escolhido nos SIGs para a confecdo de mapas no Brasil é atualmente 0 SIRGAS2000 e re Oe 12 Diagramacao de mapas tematicos A ultima etapa de um projeto cartografico digital constitui em sua diagramagdo A diagramacgao oO conjunto de operagdes que visa dispor os elementos de um documento de maneira estética e funcional Aplicando este conceito na cartografia a diagramagao do mapa significa a sua apresentacao considerando a semiologia grafica estudada na unidade anterior As cores simbolos ou outras variaveis visuais escolhidas devem ser claras permitindo a correta interpretagado do fendmeno mapeado e evitando interpretagdes dubias ou equivocadas por parte do leitor Um mapa com boa diagramacgao é visualmente objetivo e harmé6nico facilitando a imaginagao do leitor e evitando constantes consultas a legenda e 2 Georreferenciamento de documentos digitalizados Por georreferenciamento entendese que um sistema cujo objetivo é a representacao de qualquer tipo de informacgao que possa estar associada ao espaco geografico direcionada principalmente a sinalizag4o de dados em um mapa Em outras palavras consiste em uma técnica de atribuigao de coordenadas geograficas a pontos do espaco geografico Este sistema pode ser aplicado em diversas areas para além da cartografia tais como topografia e agricultura sendo uma técnica muita aplicada para o cadastramento de imoveis rurais por exemplo O georreferenciamento busca posicionar corretamente o arquivo digitalizado matricialmente em relagdo ao espaco geografico tornando suas coordenadas conhecidas em sistema de referéncia previamente determinado Esse posicionamento se da a partir do sistema de coordenadas e projegao adotados na carta A digitalizagdo de documentos normalmente se da da forma matricial Ou seja a carta passa a possuir coordenadas matriciais digitais Xi Yi resultantes do processo de digitalizacdo Depois transformamse as coordenadas matriciais XiYi em coordenadas planas Essa transformacgdao apoiase em transformagées geométricas quando se possui até seis pontos de controle e transformacdes polinomiais quando se dispde de mais de seis pontos de controle estabelecendo uma relacao matematica entre o sistema de coordenadas da imagem linha coluna e o sistema de projecao cartografica Para isso sao dadas as coordenadas de alguns pontos da carta que serdo georreferenciados conhecidos como pontos de controle Os pontos de controle sdo locais Cujas coordenadas sdo conhecidas como por exemplo interseccdes de estradas e de rios cumes de montanha monumentos conhecidos edificios etc A obtengdo das coordenadas dos pontos de controle pode se dar em campo a partir de levantamentos topograficos ou com uso de outros mapas em papel ou digital previamente georreferenciados Os pontos de controle devem ser bem distribuidos ao longo do mapa de forma a evitar que ocorram distorgdes sistematicas Recomendase 0 emprego de pelo menos 17 pontos de controle Para imagens orbitais o georreferenciamento inicial da imagem é feito a partir dos parametros orbitais do satélite ou seja das informacgdes fornecidas pelo proprio satélite junto com a imagem bruta Esse georreferenciamento tem uma precisao limitada pelo sistema de GPS utilizado e pelo controle de atitude do satélite Esta precisdo pode ser melhorada a partir do georreferenciamento com pontos de controle coletados em campo seguindo o modelo de georreferenciamento de imagens matriciais Nas imagens orbitais importante realizar um processo conhecido como ortorretificagao que visa diminuir a influéncia do relevo na imagem O efeito do relevo no momento do imageamento distorce a posido dos alvos para uma posido externa com relagdo ao centro da camera Por esta razdo O processo de ortorretificagao tem um impacto mais forte nas areas de relevo acentuado Em regra geral ao ortorretificar uma imagem de alta resolucao devese usar um modelo de elevacdo de 10 m de resolugdo ou melhor Em areas montanhosas 0 recomendavel é utilizar um modelo de elevacdo de resolugdo ainda maior RI e 3 Introdugao ao sensoriamento remoto De acordo com Figueiredo 2005 Sensoriamento Remoto SR 0 processo de captacao de informacgdes dos fendmenos e feides terrestres por meio de sensores sem contato direto com os mesmos associado a metodologias e técnicas de armazenamento tratamento e analise destas informacées Ja a American Society for Photogrammetry and Remote Sensing ASPRS COLWELL 1983 define Sensoriamento Remoto como a medicao ou aquisicgao de informagdo de alguma propriedade de um objeto ou fenémeno por um dispositivo de registro que nao esteja em contato fisico ou intimo com o objeto ou fendmeno em estudo Analisando estas definigées possivel entender que SR é a coleta de informac6es acerca de um objeto ou de uma area a partir de um ponto distante ou seja feito de maneira remota Para isso é utilizado algum instrumento de Sensoriamento Remoto como satélites aeronaves e drones por exemplo Os primeiros instrumentos de SR foram cameras adaptadas a baloes A partir deste principio um sensor coleta informacées sobre um objeto ou fendmeno sem estar em contato com ele Os sensores sdo maquinas fotograficas ou instrumentos muito similares a elas capazes de captar a Radiagdo Eletromagnética REM proveniente da superficie terrestre e transformar a energia conduzida pela onda eletromagnética em pulso eletr6nico ou valor digital proporcional a intensidade desta energia SILVA et al 2012 De acordo com a fonte da onda eletromagnética captada ou fonte de energia podemos classificar os sensores como ativos ou passivos Os sensores ativos sdo sistemas Capazes de emitir a propria REM artificial que apds interagir com os alvos é refletida de volta ao sistema sensor como 0 caso dos radares Sua vantagem é que as ondas produzidas por eles atravessam as nuvens podendo ser operados sob qualquer condicgdo atmosférica Ja os sistemas passivos utilizam apenas a REM natural refletida ou emitida a partir da superficie terrestre sendo a luz solar a principal fonte de REM desses sensores Para se realizar um Sensoriamento Remoto é preciso portanto percorrer algumas etapas 1 Obtengado de uma fonte de energia que ilumine ou fornega energia eletromagnética para 0 alvo de interesse 2 Interagdo entre a radiagdo e a atmosfera 3 Interagdo com o alvo 4 Registro da energia pelo sensor 5 Transmissdo recepgao e processamento da energia com a revelagao de uma imagem aérea ou Satelital da area estudada 6 Aplicagdao one 31 Espectro eletromagnetico O espectro eletromagnético figura 1 é a distribuigado das ondas magnéeticas de acordo com sua frequéncia e comprimento caracteristico de cada tipo de radiagao O olho humano é capaz de discernir apenas uma pequena parcela de todas as radiagdes eletromagnéticas existentes O intervalo que pode ser percebido pelo sistema visual humano é chamado de espectro eletromagnético visivel que se inicia na frequéncia que corresponde a luz vermelha e termina na frequéncia da luz violeta A sequéncia das cores no espectro visivel é vermelho laranja amarelo verde azul anil e violeta as cores do arcoiris NVVVVVA Wh ee he A Figura 1 Espectro eletromagnético Fonte Wikipedia 2020 As ondas eletromagnéticas sdo aquelas que se propagam independentemente da presena de um meio material assim podendo se propagar no vacuo a uma velocidade que pode chegar a até 300000 kms Quando a radiacao interage com um objeto esta pode ser absorvida refletida ou no caso de objetos transparentes transmitida Geralmente a parte absorvida é transformada em calor ou outro tipo de energia e a parte refletida se espalha pelo espaco A capacidade de um objeto de refletir a energia 6 chamada de reflectancia e a capacidade de absorvéla 6 a absortancia Um objeto escuro e opaco tem um valor baixo para a reflectancia e alto para a absortancia Estes valores sao mensurados de Oal Podemos medir a reflectancia de um objeto para cada tipo de radiagao que comp6em o espectro eletromagnético e entdao perceber por essa experiéncia que a reflectancia de um mesmo objeto pode ser diferente para cada tipo de radiagdo que o atinge A variagao da reflectancia de um objeto para cada comprimento de onda é denominada assinatura espectral e depende das propriedades do objeto A radiagdo refletida por um objeto pode ser interpretada e nos traz diversas informagées Por exemplo uma folha verde apresenta pigmentos como a clorofila além de apresentar uma interagdo com a radiagdo infravermelha para fazer a fotossintese Essas caracteristicas irao trazer a este objeto uma maior reflectancia Ja uma folha seca vai apresentar maior absortancia Conseguimos assim analisar uma area de vegetacdo e indicar sua natureza estagio de desenvolvimento sanidade etc O uso das bandas espectrais também nos ajuda a compreender o uso do solo identificando que tipo de cobertura é encontrada em uma determinada area Apos definidos os objetos refletidos nas imagens é possivel colorir para facilitar a interpretagao A combinacdo de cores mais usadas nestas composicdes a RGB red green blue ou vermelho verde e azul as chamadas cores verdadeiras A seguir vocé pode ver um exemplo de imagem colorida no SIG a partir desse sistema Figura 2 Imagem de satélite colorida a partir de SIG utilizando 0 padrdo RGB Nesta imagem a vegetacdo aparece em verde a agua em preto e as areas urbanas em vermelho Fonte INPE 2020 oye 32 Satelites Satélite artificial qualquer objeto feito pelo homem e colocado em orbita ao redor da Terra ou de outro corpo celeste como a Lua ou outros planetas Os satélites apresentam multiplas fungdes podendo ser utilizados para fins militares telecomunicag6es meteorologia e outros Na cartografia os satélites sdo ferramentas fundamentais para o fornecimento de imagens da superficie terrestre a partir das quais sdo feitos os mapas Os satélites podem girar em diferentes Orbitas em torno da Terra dependendo do objetivo de cada um deles Existem satélites geoestacionarios que giram na mesma velocidade da Terra gerando a ilusdo de que esta parado sobre um mesmo local Ja outros circulam o planeta passando sobre diversos lugares ao longo de todo o dia fornecendo imagens de locais variados As imagens obtidas pelos satélites apresentam diferentes resolucdes espaciais que devem ser levadas em consideracdo para seu uso em cartografia Resolugao espacial uma medida de menor separagao angular ou linear entre dois objetos que pode ser determinada pelo sensoriamento remoto Essa medida é geralmente dada em pixel picture cells A superficie concebida como continua onde cada pixe representa uma area no terreno definindo a resolugdo espacial Em dois documentos visualizados na mesma escala o de maior resolugao espacial apresentara pixels de menor tamanho pois discrimina objetos de menor tamanho As medidas de area e distancia serdo mais exatas nos documentos de maior resolugao porém eles demandam mais espacgo para o seu armazenamento Diversos satélites sdo utilizados para fins de sensoriamento remoto tais como o Landsat USGSNASA e 0 Sentinel O Landsat foi 0 primeiro satélite desenvolvido para atuar diretamente em pesquisas de recursos naturais langado em 1972 Foi desenvolvido pela Administragao Nacional de Aeronautica e Espaco NASA Foi 0 primeiro satélite de sensoriamento remoto no mundo e levou dois instrumentos a bordo as cameras RBV e MSS A operagdo deste satélite permitiu a geracdo de centenas de milhares de imagens de repetidos locais da superficie da Terra Ja foram langados oito satélites da série todos com imagens multiespectrais Ja o Sentinel foi desenvolvido pela Comunidade Europeia e a ESA com objetivo de geracao de imagens multiespectrais para observagdo da Terra realizando coleta de dados sobre a vegetacdao solos e umidade rios e areas costeiras e dados para corregdo atmosférica absordao e distorgdo em alta resolucgao 10 m rw 0 e 4 Correcao atmosferica de imagens de satélites Como vimos as imagens de satélites captam espectros eletromagnéticos refletidos pela superficie terrestre Quando esta informagdao chega ao sensor do satélite entretanto podem haver algumas limitagdes ja que entre o espectro e o sensor existe um meio bastante dinamico a atmosfera A atmosfera interage com a radiagao eletromagnética provocando significativas alteragdes no fluxo radiante proveniente do alvo Isso pode causar algumas interferéncias nas imagens como a diminuicgao do brilho da superficie a nitidez ea obstrucao de visibilidade por conta de nuvens ou névoa Para corrigir as imagens de satélite preciso portanto conhecer a estrutura da atmosfera e as propriedades dos gases e particulas que a compdem Atualmente ha diversos métodos para correcao atmosférica aplicaveis a dados multiespectrais e hiperespectrais Os métodos alternativos sdo aqueles que utilizam informagdes intrinsecas das imagens ou seja utilizam nmumeros digitais existentes em pixels que sdo representativos de feigcdes especificas Sao corregdes que nao dependem de parametros atmosféricos ou de dados da superficie e sim das informagdes da propria imagem para determinar a contribuigao da atmosfera em cada banda espectral Uma de suas limitagdes consiste na exigéncia de alvos especificos nas imagens analisadas Nos métodos fisicos fundamental o conhecimento das propriedades dpticas da atmosfera bem como do processo de interagdo da radiagao com a atmosfera e com a superficie Esses métodos sao fundamentados na teoria da transferéncia radiativa a fim de retratar a complexidade da atmosfera que ira variar com o tipo de modelo a ser utilizado e o resultado final a que se propde LATORRE 2002 Sintese Nesta unidade vocé aprendeu a e Criar projetos de cartografia tematica e Georreferenciar imagens e Aplicar o sensoriamento remoto na cartografia tematica e Corrigir imagens de satélite baseado na influéncia atmosfeérica Dentro destes topicos centrais foram abordados ainda 0 uso de alguns softwares livres para criagdo de projetos de mapeamento a importdancia dos satélites e o uso de suas imagens em cartografia e os espectros e bandas eletromagnéticos aplicadas nas imagens Até a proxima unidade CAMARA G et al Introducdo a Ciéncia da Geoinformacao Disponivel em httpwwwdpiinpebrgilbertolivrointrod Acesso em fevereiro de 2020 COLWELL Robert Manual of Remote Sensing Sumas USA ASPRS 1983 FIGUEIREDO D Conceitos basicos de Sensoriamento Remoto 2005 Disponivel em httpwwwclickgeocombrwpcontentuploads201304conceitos smpdf Acesso em fevereiro de 2020 FITZ P R Cartografia basica Oficina de textos 2008 INPE Diregao de Geragao de Imagens Disponivel em httpAwwwdgiinpebr Acesso em marco de 2020 JUNIOR J S da S O que é espectro eletromagnético Brasil Escola Disponivel em httpsbitly2RKYnYP Acesso em fevereiro de 2020 LATORRE M et al Correcao atmosférica conceitos e fundamentos Revista Espaco e Geografia 2002 OLIVEIRA P J de Cartografia Tematica EFSE CESAD 2009 ROSA Flavio S Impactos da informatica na cartografia In simposio internacional sobre novas tecnologias digitais em geografia e cartografia 1996 Sao Paulo Anais Sao Paulo LEMADI 1996 p 3439 SILVA A C C da et al Conceitos basicos de Geoprocessamento e Cartografia Foz do Iguacu 2012 Disponivel em httpsbitly2RRaAeo Acesso em fevereiro de 2020 Referéncias Imagéticas Figura 1 Wikipedia Espectro eletromagnético Disponivel em httpsptwikipediaorgwikiEspectroeletromagnético Acesso em marco de 2020 Figura 2 INPE Galeria Disponivel em httpwwwobtinpebrgaleria Acesso em marco de 2020