Aula1 CursoCartSIG Basico Cartografia [PDF]

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MINISTÉRIO DA DEFESA EXÉRCITO BRASILEIRO DCT – DSG 2° CENTRO DE GEOINFORMAÇÃO

Curso de Especialização em Cartografia e SIG

Disciplina: Cartografia I Introdução à Cartografia Instrutor: Cap Denise

Curso de Especialização em Cartografia e SIG 1. Introdução à Cartografia

Olá. Seja bem-vindo à nossa primeira disciplina: Introdução à Cartografia

Assuntos a serem abordados:

Definição de Cartografia Definição de Geodésia Noções de Geodésia Sistema de Referência e Coordenadas UTM Escala

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Definição “A Cartografia apresenta-se como o conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que, tendo por base os resultados de observações diretas ou da análise de documentação, voltam-se para a elaboração de mapas, cartas e outras formas de expressão ou representação de objetos, elementos, fenômenos e ambientes físicos e sócioeconômicos, bem como a sua utilização.” (Associação Cartográfica Internacional, 1996)

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Definição “Cartografia é a Ciência e Arte que se propõe a representar através de mapas, cartas e outras formas gráficas (computação gráfica) os diversos ramos do conhecimento do homem sobre a superfície e o ambiente terrestre. Ciência quando se utiliza do apoio científico da Astronomia, da Matemática, da Física, da Geodésia, da Estatística e de outras Ciências para alcançar exatidão satisfatória. Arte, quando recorre às leis estéticas da simplicidade e da clareza, buscando atingir o ideal artístico da beleza.” (Timbó, 2001)

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“A cartografia destaca-se como uma das mais antigas ciências de que se tem conhecimento. Pode-se dizer que ela teve origem na mais remota antiguidade, quando o homem primitivo já sentia necessidade de registrar o espaço em sua volta a fim de marcar os lugares mais importantes para sua sobrevivência. Ao registrar nas paredes das cavernas os locais onde havia abundância de água e alimentos, situações de perigo, redutos de outras tribos, etc., utilizando-se de instrumentos rudimentares, o homem primitivo estaria desenvolvendo um trabalho de cartografia na sua forma mais primitiva.” (Timbó, 2001)

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“A Cartografia apresenta-se como o conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que, tendo por base os resultados de observações diretas ou da análise de documentação, voltam-se para a elaboração de mapas, cartas e outras formas de expressão ou representação de objetos, elementos, fenômenos e ambientes físicos e sócioeconômicos, bem como a sua utilização.” (IBGE, 1998)

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Cartografia É a representação do mundo real em mapas, cartas e outras representações. Para isso ser possível, é importante entendermos o que se deseja representar. De início, devemos entender a forma da Terra e como ela é representada matematicamente, tendo em vista que necessitaremos nos posicionar e isso será pura geometria: distância, ângulo, coordenadas, cálculo de áreas, volume, etc. Para seguirmos esse raciocínio, vamos adotar o seguinte objetivo:

Como representar o mundo em que vivemos em mapas ?

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Geodésia Geodésia é a ciência que se ocupa da determinação da forma, das dimensões e do campo de gravidade da Terra. (IBGE)

Nota-se, portanto, a existência de pelo menos um modelo de representação da Terra. Esses modelos são chamados de Geóides. É a figura que mais se aproxima da verdadeira forma terrestre.

Geóide é definido como uma superfície coincidente com o nível médio e inalterado dos mares e gerada por um conjunto infinito de pontos, cujas medidas do potencial do campo Gravitacional da Terra é constante e com direção exatamente perpendicular a esta.

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Noções de Geodésia – Modelos da Terra – Esfera Um modelo utilizado para representar a Terra, devido a sua facilidade matemática, é a Esfera. Porém, não é considerado o modelo que mais se aproxima da Terra, portanto não é tão utilizado quanto o elipsóide.

Esfera define-se com a figura geométrica obtida pela rotação de uma circunferência em torno de seu eixo.

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Noções de Geodésia – Modelos da Terra – Elipsóide

O Elipsóide ou modelo elipsoidal é considerado o modelo matemático mais adequado para representar a superfície da Terra, tornando os cálculos geodésicos bem simples.

Elipsóide de Revolução define-se com a figura geométrica obtida pela rotação de uma elipse em torno de seu semi-eixo menor.

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Noções de Geodésia – Modelos da Terra

A figura acima apresenta os modelos utilizados para representar a superfície Terrestre em ordem da mais para a menos próxima da superfície real.

A Terra, para efeito de alguns estudos (escalas menores que 1:5.000.000), pode ser considerada uma esfera perfeita, embora se saiba que existe um achatamento nos pólos de aproximadamente 40 km.

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Noções de Geodésia – Sistema de Referência Localização de um ponto na superfície da terra: Veja a figura abaixo. Note que um mesmo local possui mais de uma coordenada, pois ela depende da representação a qual a superfície terrestre está sujeita. Na figura, a primeira representação é uma esfera a qual dará coordenadas em graus (°), já a segunda é um mapa planificado, com coordenadas provavelmente em metros (m), podendo possuir outros tipos de unidades.

Onde estou ??

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Noções de Sistemas de Coordenadas A figura ao lado ilustra a transformação de uma representação esférica para uma plana, indica as etapas para a projeção dos pontos na superfície da esfera para a representação no papel ou na tela do computador. Primeiramente, a terra é representada como uma esfera ou um elipsóide. Obviamente, não será trabalhado com as dimensões reais da terra, por isso o modelo globo. Planificar uma esfera ou elipsóide não é tarefa fácil, por isso, realiza-se uma projeção para uma das três figuras: cilindro, cone e plano. Assim, essa nova superfície é planificada.

Um sistema de coordenadas plano parte da escolha do elipsóide e também da superfície de projeção. Diferente da esfera ou do elipsóide, o cilíndro, o cone e o plano são objetos 3D de fácil planificação.

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Coordenadas geográficas De acordo com o sistema de convenções adotados, quando analisamos o sistema geodésico (o globo), temos algumas definições: Meridiano corresponde às circunferências máximas que passam pelos pólos e cortam a Terra em duas partes iguais. Formam um desenho semelhante aos gomos de uma laranja. Paralelo representa cada corte horizontal feitos nesta laranja. Esses cortes são circunferências de raios que variam e são perpendiculares aos meridianos. Equador é o único paralelo de circunferência máxima.

Meridiano de Greenwich é aquele que passa sobre a cidade de Londres. Foi escolhido como meridiano principal internacional em 1962 durante a conferência da Carta Internacional do Mundo ao Milionésimo

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Coordenadas geográficas Meridiano corresponde às circunferências máximas que passam pelos pólos e cortam a Terra em duas partes iguais. Formam um desenho semelhante aos gomos de uma laranja. Paralelo representa cada corte horizontal feitos nesta laranja. Esses cortes são circunferências de raios que variam e são perpendiculares aos meridianos. Equador é o único paralelo de circunferência máxima.

Meridianos

Paralelos

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Coordenadas geográficas

Onde estou ??

Coordenada P( x, y)

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Coordenadas geográficas De acordo com o sistema de convenções adotado: as coordenadas geográficas ou geodésicas de um ponto na superfície da terra é medida em Lat Long, mais corretamente P(Long ; Lat) , pois x=Long e y=Lat. Longitude corresponde ao ângulo formado entre o ponto considerado e o meridiano de origem (normalmente, Greenwich=0° ), com variação entre 0° e 180° , nas direções leste ou oeste desse meridiano, representado pela letra grega lambda ((λ λ ). Fonte: http://geographyworldonline.com/tutorial/lesson1.html

P( x, y)

Latitude de um ponto corresponde a distância angular entre um plano do equador e um ponto na superfície da Terra, unido perpendicularmente ao centro do Planeta, representado pela letra grega fi (φ), com variação entre 0° e 90° , nas direções norte ou sul.

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Coordenadas geográficas Seguem outras figuras para elucidar melhor as medidas Lat Long.

Latitude Fonte: http://geographyworldonline.com/tutorial/lesson1.html

Longitude

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Coordenadas geográficas Segue na figura uma representação do globo planificado e pontos de coordenadas geográficas/geodésicas nesta representação, seus valores estão nas laterais.

Fonte: http://vocesabendomais.blogspot.com/2010/06/exercicio-sobre-coordenadas-geograficas.html Exercício de coordenadas lat long online em: http://geographyworldonline.com/tutorial/practice.html

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Noções de Geodésia – Sistema de Referência Para que seja possível a localização de um ponto na superfície da terra, é necessário determinar a representação da terra, também é necessário escolher em qual sistema de medida se deseja representar o ponto, dessa forma é escolhida a superfície geométrica onde serão desenvolvidos os cálculos das suas coordenadas, bem como se a superfície será espacial (geodésico) ou planificada (projetado e transformado em planar). Já foi apresentado a representação geográfica que utiliza a unidade grau(°), min('), seg(''). Nosso próximo estudo será sobre os diversos modelos de representação da terra (superfície geométrica → elipsóde) com unidade em metro(m).

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DATUM É a origem do Sistema Referencial de Coordenadas (SRC) relacionado a um elipsóide; e é dependente da região onde ocorre o mapeamento. Nos sistemas topocêntricos, existem dois datum: Datum horizontal e Datum vertical. Nos sistemas geocêntricos, o Datum é o centro da terra ou a origem/vértice transladada deste centro. A seguir, alguns DATUM importantes no Brasil e suas datas de implementação:

- Datum horizontal: Córrego Alegre-MG (1949). Suas Coordenadas: Latitude = 19° 50' 14.91" S Longitude = 48° 57' 41.98" W h = 683.81 metros - Datum vertical: Datum de Torres (1946) Primeira estrutura altimétrica fundamental no Brasil. - Datum horizontal: Astro do Chuá-MG. Provisório para experimentação anterior à implementação do sistema SAD.

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Sistemas de Coordenadas no Brasil - Sistema Córrego Alegre Utiliza o elipsóide internacional Hayford de 1924. - Sistema SAD 69 South American Datum 1969 é realizado a partir de um conjunto de pontos geodésicos implantados na superfície do país. Datum vertical de Imbituba e vértice o Datum horizontal Astro do Chuá. Utiliza o elipsóide internacional de 1967. - WGS 84 Sistema de Referência de Coordenadas (SRC) mundial. - SIRGAS 2000 SRC nacional a partir do ano de 2015. SIstema de Referência Geocêntrico para as AméricaS Apoiado por duas redes de referência, uma estabelecida em 1995 e outra em 2000.

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Sistemas de Coordenadas no Brasil Um ponto na superfície da terra possui somente uma localização. Porém, dependendo do SRC utilizado, essa mesma localização receberá diferentes coordenadas. Exemplo: Em WGS 84, as coordenadas do Cristo Redentor, no Rio de Janeiro, são (Lat,Long): 22°57'08.2"S, 43°12'38.3"W (-22.952280, -43.210645) Em SAD 69: (Lat,Long) 22°57'6.4''S, 43°12'36.7''W (-22.951781, -43.210216) Em WGS84-UTM 23S: (X,Y) 683461.12627m, 7460645.40934m No site: http://www.dpi.inpe.br/calcula/, você pode realizar a conversão de coordenadas através da 'Calculadora Geográfica'.

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Sistemas Projetados e Planificados

O principal sistema projetado e planificado é o Sistema Universal Transversal de Mercator (UTM) ele possui sessenta fusos (zonas delimitadas por dois meridianos consecutivos), cada um com seis graus de amplitude, contados a partir do antimeridiano de Greenwich, no sentido oeste-leste, percorrendo a circunferência do globo até voltar ao ponto de origem. O cilindro é transverso e secante a esfera, tendo portanto raio menor que o da esfera.

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Sistemas Projetados e Planificados – UTM É um sistema de coordenadas planar de unidade linear em metro (m). Foi criado para ser o sistema de coordenadas projetado de referência para o mundo. Todos os países utilizam esse sistema para localização planar. Inicialmente, divide-se o equador em 60 fusos de 6° (60 x 6° = 360°), esses são chamados de zona UTM, elas são numeradas de 1 a 60. Na direção latitudinal são espaçados em 8°(direção S-N) são nomeadas com as letras de A a X. As quadrículas de interseção de duas latitudes consecutivas com um fuso são não nomeadas com codificações alfanuméricas para auxiliar na localização, ex: 14U. As zonas não numeradas a partir do meridiano de greenwich; na direção leste são zonas positivas e na direção oeste são zonas negativas.

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Sistemas Projetados e Planificados – UTM ●

Neste sistema de coordenadas os meridianos e os paralelos são linhas retas que se cortam em ângulos retos.

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Manteve as formas dos continentes mas não respeitou as proporções reais.

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Nela as regiões polares aparecem muito exageradas.

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Favorece as desigualdades econômicas, pois amplia de maneira desigual, e aumenta mais o Hemisfério Norte.

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Excelente para a navegação.

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Perfeita nos ângulos e formas.

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Coloca a Europa no centro do mapa (Eurocentrismo).

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Projeção de Transversa de Mercator

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Noções de Sistemas de Coordenadas – Sistemas Projetados e Planificados Os limites de mapeamento do Sistema UTM são os paralelos 80°S e 84°N, a partir dos quais se utiliza uma projeção estereográfica polar. Esse sistema adota as Coordenadas Métricas Planas ou PlanoRetangulares, com características específicas que aparecem nas margens das cartas, acompanhando uma rede de quadrículas planas.

Projeção estereográfica polar é definida como a projeção em que o plano de projeção possui seu ponto de vista localizado na extremidade diametralmente oposta à superficie de projeção e o centro do plano de projeção é um polo.

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Noções de Sistemas de Coordenadas –

UTM

A imagem a seguir mostra a divisão meridional como consequência das 60 zonas UTM.

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Coordenadas UTM – Sistema MÉTRICO não negativo Para cada zona UTM, ocorre o seguinte: No hemisfério Sul, o sistema possui o valor 10.000.000,00 m no Equador para a coordenada Norte, decrescendo para o Sul. E o valor 500.000,00 m no Meridiano Central (MC) para a coordenada Este, decrescendo para Oeste e crescendo para Este. No hemisfério Norte o sistema difere apenas na coordenada Norte, possuindo o valor de 0,00 m no Equador, crescendo para o Norte. As Coordenadas UTM definem posições bidimensionais e horizontais. Origem hem sul: E = 500.000 m N = 10.000.000 m Origem hem norte: E = 500.000 m N = 0 m

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Escalas Pode-se definir Escala como a relação ou proporção existente entre as distâncias lineares representadas em um mapa e aquelas existentes no terreno, ou seja, na superfície real. As escalas em mapas são sempre escalas de redução. Considerando: D: Distância no Terreno d: Distância no Mapa A escala é definida pela razão d/D, se enquadrando em 3 categorias: d > D: Escala de ampliação d = D: Escala natural d < D: Escala de redução

As Escalas podem aparecer nos mapas de três formas: numérica, gráfica ou nominal.

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Escala numérica A Escala Numérica é representada por uma função em que o numerador é sempre a unidade, designando a distância medida no mapa e o denominador representa a distância correspondente no terreno. Essa forma de representação é a maneira mais utilizada em mapas impressos. Exemplos: 1:50.000 1/50.000

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Escala gráfica A Escala gráfica é representada por uma linha ou barra (régua) graduada, contendo subdivisões denominadas Talões. Cada Talão apresenta a relação de seu comprimento com valor correspondente no terreno, indicando sob forma numérica, na sua parte inferior. O talão, preferencialmente, deve ser expresso por um valor inteiro. Normalmente utilizada em mapas digitais, a escala gráfica consta de duas porções: a Principal, desenhada do zero para a direita, e a Fracionária, do zero para a esquerda, que corresponde ao talão da fração principal subdividido em dez partes.

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Escala nominal A Escala nominal ou equivalente é apresentada nominalmente, por extenso, por uma igualdade entre o valor representado no mapa e sua correspondência no terreno. Exemplos: 1 cm = 10 km 1 cm = 50 m

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Escala – Cálculos Seguem exemplos de cálculos utilizando Escala. Exemplo 01: (UNIFEI) Em um mapa no qual a escala é de 1: 100 000, a distância em linha reta entre duas cidades é de 8 cm. Qual a distância real entre essas cidades? a) 8 km b) 80 km c) 800 km d) 8000 km E=d/D D=Exd D = 1: 100.000cm x 8 (cm) D = 800.000 (cm) Agora, é só convertermos 800.000 de centímetros em quilômetros. É só cortar 5 zeros: Veja: 800 000 cm (100.000cm=1km, ou seja, se 'cortarmos' 5 zeros, o cm passa a ser km Fica: 8km Alterativa correta LETRA: “A”

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Escala – Cálculos Seguem exemplos de cálculos utilizando Escala. Exemplo 02: (Mack) Considerando que a distância real entre duas cidades é de 120km e que a sua distância gráfica, num mapa, é de 6cm, podemos afirmar que esse mapa foi projetado na escala: a) 1 : 1.200.000 b) 1 : 2.000.000 c) 1 : 12.000.000 d) 1 : 20.000.000 e) 1 : 48.000.000

E = D/d E = 120km /6(cm) E = 20km Agora, é só convertermos 20 km em centímetros É só acrescentar 5 zeros: Veja: 2000000 Fica: 1: 2.000.000

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Escala – Cálculos Seguem exemplos de cálculos utilizando Escala. Exemplo 03: (Univale) Em um mapa de escala 1: 3.000.000, quantos centímetros serão necessários para representar uma reta de 150 km reais? Assinale: a) 20 b) 2 c) 50 d) 5 e) 0,2

E=d/D d = D.E d = 150km / 3.000.000 Agora, é só convertermos 150 km em 15.000.000 centímetros d = 15000 000 / 3.000.000 d = 5cm

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Escala – Cálculos Seguem exemplos de cálculos utilizando Escala. Exemplo 04: (IFPE) Um professor do Curso de Licenciatura em Geografia do Instituto Federal de Pernambuco entregou aos seus alunos um mapa feito na escala 1:1.000.000 cuja distância em linha reta entre duas cidades é de 5 cm. O professor pergunta: qual a distância real, em km, entre as cidades? a) 10 b) 20 c) 50 d) 500 e) 5.000 E=d/D d = D.E d = 150km / 3.000.000 Agora, é só convertermos 150 km em 15.000.000 centímetros d = 15000 000 / 3.000.000 d = 5cm

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Próxima semana continuaremos com nossa primeira disciplina: Introdução à Cartografia

Assuntos a serem abordados: UTM Projeções Sistema de Referência e Coordenadas Escalas