Cartografia e Representacao da Terra - Resumo da Aula 8 de Topografia

Topografia P2 Julia Sacilotti Pessotti Aula 8 Cartografia representação de uma localidade Contextualização Conceitos Forma da Terra A cartografia surgiu em 1966 através da Associação Cartográfica Internacional e logo após foi reconhecida pela UNESCO Apresenta como conceito o estudo sobre a elaboração de mapas cartas e outras formas de expressão ou representação de objetos elementos fenômenos e ambientes físicos e sócio econômicos Assim geotecnologia seria o processo que contem como etapas coletar processar analisar e disponibilizar as informações tendo com referencia informações geográficas Sendo portanto um exemplo da geotecnologia a cartografia Feições geográficas entidades do mundo real como rios vegetação ruas infraestrutura municípios propriedades e divisões politicas Representação da superfície terrestre feições geográficas pode ser expressa através de pontos conectados representados no plano ou no espaço Sistema de coordenadas sistema utilizado para registrar as feições geográficas as quais apresentam variação com relação a forma de coleta de dados e a finalidade de representação A Terra apresenta como forma um geoide o qual corresponde à superfície do nível médio do mar homogêneo influenciado principalmente pelas forcas de atração sendo esta a gravidade e a forca centrífuga ou seja força de rotação da Terra Sendo assim a forma da Terra não é geometricamente regular Além de ser denominada como geoide a Terra pode ser considerada esférica quando tal representação não requer tanta precisão geométrica e também pode ser considerada elipsoidal quando a precisão geométrica é um fator importante para a representação FIgura 1 representação mais simples da Terra elipsoide Representações cartográficas resumindo MAPA escala pequena áreas grandes CARTA escala média áreas específicas PLANTA escala grande áreas específicas e menores Escala 1 Escala numérica 2 Escala gráfica Projeções cartográficas deformações O levantamento da superfície da Terra consiste no conjunto de operações destinado à execução de medições para determinação da forma e dimensões do planeta podendo ser subdividido em Mapa GPS Aerolevantamentos esse conjunto de operações consiste nas representações cartográficas Mapa representação no plano em pequena escala temática e ilustrativa Carta representação no plano em média ou grande escala subdividida em folhas delimitadas por linhas convencionais paralelos e meridianos notar que a carta possibilita a avaliação de pormenores com grau de precisão compatível com a escala Planta carta que representa uma área de extensão superficial restrita notar que a curvatura nao precisa ser levada em consideração ou seja a escala constante A escala seria a relação entre a medida de um objeto ou lugar representado no papel e sua medida real sendo calculada pela fração distância prática gráfica distância real natural expressa como uma razão ou fração ex 150000 exige a conversão das distancias medidas no mapa para a distância real pode ser utilizada independente da escala física do mapa desde que a proporção seja mantida representada como uma linha segmentada onde cada segmento corresponde a uma unidade de medida real permite a medição direta das distâncias no mapa usando uma régua sem necessidade de cálculos depende da escala física do mapa e pode ser distorcida se o mapa for ampliado ou reduzido estabelecimento de métodos para que cada ponto da superfície da Terra corresponda a um ponto da carta e viceversa Etapas para o estabelecimento dos métodos 1 adotar um superfície do projeção 1 Planas polar equatorial e oblíqua 2 Cônicas normal transversal e oblíqua 3 Cilíndricas equatorial transversal e o oblíqua 4 Polisuperficiais planopoliédrica conepolicônica cilindropolicilíndrica propriedades 1 Equidistante Mantém as distâncias precisas entre certos pontos específicos Bom para mapas de rota e distâncias fixas 2 Conforme Preserva as formas locais e ângulos Ideal para navegação e mapas que requerem precisão angular 3 Equivalente Mantém as áreas corretas Útil para estudos de distribuição de recursos população e outras análises espaciais 4 Afilática Minimiza distorções em todas as propriedades mas não conserva nenhuma completamente Útil para representações visuais balanceadas e gerais Sistema de coordenadas sistema plano cartesiano quadrantes sistema plano polar levantamento topográfico planimétrico de poligonais abertas e fechadas obtidas as distancias horizontais posteriormente transformadas em azimutes meridianos círculos máximos que contam a Terra em duas partes iguais de polo a polo Sendo assim todos os meridianos se cruzam entre si em ambos os polos O meridiano de origem é o Greenwich 0º longitude paralelos círculos que cruzam os meridianos perpendicularmente Apenas um é um círculo máximo o Equador 0º Os outros tanto no hemisfério Norte quanto no hemisfério Sul vão diminuindo de tamanho à medida em que se afastam do equador latitude modelo matemático elipsóide 2 projetar todos os elementos sobre o modelo escolhido 3 escolher uma escala e sistema de coordenadas métodos geométricas possuem como base os princípios geométricos projetivos analíticos possuem como base a formulação matemática os sistema de coordenadas plano determina a posição de pontos do terreno projetados em um plano horizontal que coincide com o plano do papel mapa sistema de coordenadas geográficas localização de pontos na superfície terrestre notar que para o mapeamento do território brasileiro são utilizados 8 fusos UTM números 18 a 25 Figura 2 No lado esquerdo da figura identificamos uma área do fuso UTM da qual desejamos produzir um mapa Figura 3 SISTEMA DE COORDENADAS UTM Componentes do sistema Geodésico Brasileiro e suas relações Figura 4 Representação dos fusos UTM Para as medidas de coordenadas NorteSul latitudes no sistema UTM no Hemisfério Norte a linha do equador assumese o valor de 0 km e vai até 10000 km para o Pólo Norte Para o Hemisfério Sul a linha do equador assume o valor de 10000 km e vai até o 0 km no Pólo Sul Os sistema de coordenadas UTM Universal Transversal de Mercator a UTM é um sistema de coordenadas planas que divide o mundo em zonas de 6 graus de longitude Cada zona usa uma projeção cilíndrica transversa de Mercator para mapear uma parte específica da Terra os 60 fusos são de 6 graus são numerados a partir do antimeridiano de Greenwich 180º W da esquerda para a direita iniciando em 01 e terminando em 60 valores 10000 km para Hemisférios Norte e 0 km para o Hemisfério Sul nunca aparecem em uma carta no sistema UTM pois acima de 84 N e 80 S utilizase um outro sistema de projeção para os pólos a projeção estereográfica polar onde os erros de distorção são bem menores Para as medidas de coordenadas OesteLeste Longitudes no sistema UTM por convenção o meridiano central de cada fuso apresenta o valor de 500 km No fuso partindose do meridiano central o valor diminui à medida que se caminha para Oeste W e aumenta quando se caminha para Leste E Figura 5 Representação das medidas de coordenadas Aula 9 Sistema global de navegação por satélite GNSS Características do GPS dividido em três segmentos principais O GNSS é o resultado da junção dos Sistemas GPS GLONASS e GALILEO com finalidade de garantir melhoria na geometria disponibilidade para todas as regiões do globo terrestre integridade e confiança aos usuários GPS Global Positioning System sistemas que realizam o posicionamento baseado por satélites operacionalizado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos GLONASS Global Navegation Satellite System sistemas que realizam o posicionamento baseado por satélites operacionalizado pela Rússia GALILEO Galileo Positioning System sistemas que realizam o posicionamento baseado por satélites em conjunto com GPS e GLONASS operacionalizado pela ESA europeu segmento espacial constituído pelos satélites que transmitem os sinais usados no posicionamento do GPS 24 satélites na constelação 6 planos com inclinação 55º em cada plano 4 satélites órbita muito alta grande autonomia e cobertura global A cargo do DoD Departament of Defense USA Tarefas Determinação da órbita precisa de cada satélite Modelagem matemática para predição destas órbitas Sincronização dos sistemas de relógio dos satélites Controle de degradação dos sinal 1997 Correção do posicionamento dos satélites Controle de lançamentos de novos satélites Estação Mestra Base Falcon USAF Colorado Springs Estações de Monitoramento Hawai Atlântico Sul Oceano Índico e Pacífico Característica do sinal portadoras frequência fundamental 1023 MHZ código P e código CA respectivamente com frequências de 1023MHz e 1023MHz notar que os sinais de rádio utilizados para posicionamento global são enviados em duas frequências que operam na Banda L As portadoras trazem também informações a respeito da qualidade das informações transmitidas pelos satélites e também sobre a saúde dos satélites Princípio de funcionamento do satélite 1 Satélites emitem sinais de rádio de forma muito precisa simultânea e ininterrupta 2 O sinais de rádio utilizados para posicionamento global são enviados em duas frequências que operam na Banda L Códigos de precisão código P e código CA Informações da órbita do satélite efemérides 3 A hora é perfeitamente sincronizada entre o sistema relógios atômicos e o receptor é capaz de avaliar o lapso entre emissão e recepção do sinal e pode fornecer o posicionamento preciso do usuário por meio de triangulação 4 Cada satélite possui um sinal único os receptores são capazes de distinguilos no sistema e nomeálos individualmente 5 Se o receptor estiver conectado a três satélites o usuário consegue obter posicionamento horizontal e se estiver conectado a quatro ou mais satélites o usuário também consegue obter posicionamento vertical 6 Quando o receptor é iniciado ocorrem atualizações dos dados de tempohora efemérides para identificar os satélites captados pelo receptor 7 Usando os receptores os sinais são decodificados e utilizados para determinar latitude longitude e altitude Também velocidade de deslocamento e direção se o usuário estiver em navegação segmento de controle responsável pela manutenção do sistema centros de controle em terra possuem como função monitorar a órbita e sincronia dos satélites segmento de usuários responsáveis por conter todas as aplicações e tipos de receptores consiste nas antenas que captam os sinais enviados pelos satélites e o receptor de decodificação Neste segmento ainda é identificado os respectivos satélites que enviaram o sinal e o posicionamento velocidade e direção de deslocamento Figura 6 princípio de funcionamento dos satélites Erros do sistema GNSS GPS Métodos de posicionamento erro na precisão de posicionamento evitar proximidade a locais como estações de transmissão de microondas radares antenas de rádio repetidoras e linhas de alta voltagem as quais representam fontes de erros para os sinais GPS Incluíse aqui coberturas vegetais densas absoluto apenas um receptor baixa precisão utiliza o código CA L1 esse método não atende aos requisitos de precisão do posicionamento topográfico e geodésico relativo ou DGPS Diferencial GPS pósprocessamento 2 receptores estático precisão 1m FIgura 7 Método de posicionamento relativo Aula 11 Princípios de fotogrametria fotografias aéreas linhas de voo as fotos são obtidas em sequência considerase a velocidade da aeronave e a escala temse sobreposição de 60 duas visadas de cada objeto múltiplas linhas de vôo as linhas se sobrepõem entre si 20 a 30 Figura 8 fotografias aéreas deriva desvio e inclinação Qual a importância do recobrimento longitudinal e lateral em fotografias aéreas Sensoriamento remoto é a ciência de adquirir processar e interpretar imagens e dados correlatos obtidos por plataformas aeronaves satélites drones que registram a interação entre a matéria e a radiação eletromagnética Sensores energia sistema óptico detector processador de sinais produto Fotogrametria ciência de realizar medições precisas por meio de fotografia aérea podendo ser analógica ou digital VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS VANTS ex drones ANATEL Agência Nacional de Telecomunicações responsável por regulamentar toda a infraestrutura de telecomunicações no Brasil O Departamento de Controle do Espaço Aéreo DECEA organização responsável pelo controle do espaço aéreo brasileiro provedora dos serviços de navegação aérea que viabilizam os voos e a ordenação dos fluxos de tráfego aéreo no País ANAC é a Agência Nacional de Aviação Civil responsável pela regularização supervisão e fiscalização das atividades do setor de aviação civil e da infraestrutura aeronáutica e aeroportuária no Brasil Todas as regras e protocolos que as companhias aéreas devem seguir são criadas por este órgão federal Aula 12 Modelagem numérica de terreno MNT e interpolares Figura 9 Exemplificação dos pontos A fotografia aérea vertical também conhecida como estereoscopia permite a visão estereoscópica ou seja em 3D São obtidas de tal maneira que um mesmo objeto aparece em duas fotografias sucessivas tiradas em ângulos diferentes Uma vez feita a fusão das duas imagens obtémse a percepção estereoscópica 3a dimensão MNT representação estatística da superfície de um terreno em um sistema de coordenadas gerado por uma grande quantidade de pontos com coordenadas x y e z atributo Além disso considerase como a representação matemática simplificada modelo da distribuição espacial de um fenômeno em uma superfície tipos de dados pontos vetor coleta em campo e em estações de coleta imagens raster fotografias aéreas e imagens de satélite nuvens de pontos point cloud LIDAR aéreo ou terrestre Figura 10 Exemplificação das imagens Figura 11 Exemplificação das nuvens de pontos Exceção importante nem todos os fenômenos apresentam distribuição contínua no espaço Ex textura do solo na qual podem existir mudanças abruptas em textura Portanto é essencial conhecer o fenômeno que está sendo estudado antes de gerar o MNT idealmente antes da amostragem subamostragem faltaram amostras para capturar o fenômeno no espaço e a superfície gerada será ruim superamostragem maior amostras do que o necessário gerando ruído para o modelo aumentando os custos e exigindo de uma maior capacidade computacional MNT pressupostos a superfície é contínua coordenadas x y ou lat e long o fenômeno pode variar ao longo da superfície atributos físicos químicos biológicos altitude etc MNT ideia central se temos várias amostras podemos calcular como provavelmente estatisticamente é a superfície entre elas z f xy 1 Amostragem coletamos pontos com coordenadas x y z valor da variável relevante altitude produtividade temperatura precipitação influenciada por distribuição do fenômeno no espaço e pela presença de agrupamentos locais maior número de amostras se o fenômeno for heterogêneo e possuir mudanças abruptas regular ou em grade quando não se conhece o desenho da superfície para a variável ex tipo de solo nutrientes no solo utilizada para a agricultura de precisão e para a topografia semiregular fotografias aéreas avião ou drone afetados pelo vento Possuem como vantagens a grande quantidade de dados menor preço e cobrem grande áreas de difícil acesso Possuem como desvantagens a maior exigência computacional pode apresentar problemas amostrais e necessita de sobreposição irregular topografia superfícies montanhosas ou com muitos pontos notáveis depende da definição dos pontos notáveis aborda fenômenos concentrados localmente como o espalhamento de doenças falhas no plantio Desvantagens problemas amostrais e demanda de conhecimento isolinhas coletar pontos nas isolinhas e estimar valores entre elas com interpeladores Ex estudos de relevo sombreamento e altimetria 2Interpolação e geração do MNT Metodologia para montar um MNT SIG observações sobre a escolha do método baseadas no conhecimento da distribuição do fenômeno no espaço ou seja se tiver muito conhecimento podese utilizar a amostragem regular ou irregular e se tiver pouco conhecimento podese utilizar a amostragem regular ou semiregular seguida de amostragem irregular No caso de relevo e sombreamento utilizase o método de amostragem por isolinhas estimamos como deve ser a superfície especializando os pontos para gerar um mapa ou visualização Ex avaliação da erosão erosão estimada considerando tipo de solo declividade uso do solo SIG Sistema de Informações Geográficas Software para lidar com dados georreferenciados criar processar analisar visualizar extrair conhecimento Sistemas mais utilizados são ArcGIS Google Earth Metodologia 1 Definir o problema e a forma de amostragem ex como é a distribuição no espaço de textura do solo nutrientes mo 2 Coletar dados lembrar de calibrar equipamentos ex amostragem em grade análise de solo de cada ponto 3 Armazenar dados sempre ter cópia de dados brutos ex planilhas 4 Carregar dados em SIG recomendação QGis ex Surfer 5 Interpolação e geração do MNT ex determinísticos e probabilísticos 6 Análise dos resultados em relação ao problema inicial análise estatísticas e dos MNTs gerados por atributo Interpolação Comparação grade regular x triangular A interpolação cria um estrutura de dados e a definição de superfícies de ajuste com o objetivo de obter uma representação contínua do fenômeno a partir das amostras coletadas Dependendo portanto da amostragem visto que se esta for regulargrade deve se usar uma malha regular caso contrário utilizar uma malha triangular Grade regular superfície de ajuste com base em poliedros de fazes regulares e com vértices que costumam ser pontos de amostras Podendose gerar portanto uma grade regular a partir de qualquer tipo de amostragem maior peso para pontos mais próximos Grade triangular não gera uma nova grande como ocorre com a grade regular apenas liga os pontos através de triângulos Assim as amostras são os vértices No caso de conflitos na geração de triângulos devese utilizar a Triangulação de Delauany Grade Regular Retangular 1 Apresenta regularidade na distribuição espacial dos vértices das células do modelo 2 Os vértices dos retângulos são estimados a partir das amostras 3 Apresenta problemas para representar superfícies com variações locais acentuadas 4 Estrutura de dados mais simples 6 Mais utilizado em aplicações qualitativas e para análises multiníveis no formato raster Grade Irregular Triangular 1 Não apresenta regularidade na distribuição espacial dos vértices das células do modelo 2 Os vértices dos triângulos pertencem ao conjunto amostra 3 Representa melhor superfícies não homogêneas com variações locais acentuadas 4 Estrutura de dados mais complexa 6 Mais utilizado em aplicações quantitativas