Mapeamento do uso do solo -...

Multidisciplinar

Allan ArnesenFrederico T. GenofreMarcelo Pedroso Curtarelli

Mapeamento do uso do solopara manejo de propriedades rurais

C A P Í T U L O

1Conceitos básicos de cartografia e SIG

1. Introdução

Esta apostila foi desenvolvida para ser utilizada como material complementar do

curso de “Mapeamento do uso e ocupação do solo para o manejo de proprieda-

des rurais”, oferecido pelo Instituto de Estudos Pecuários (IEPEC). Nesta versão

da apostila são contemplados os assuntos abordados ao longo dos capítulos 1-4

(parte teórica do curso), servindo como referência de estudo durante o desenvol-

vimento do curso e como material de consulta rápida após o término do curso.

No primeiro capitulo da apostila são abordados conceitos básicos de cartogra-

fia e Sistemas de Informação Geográfica (SIG), necessário para a execução de

qualquer tipo de serviço de mapeamento. O segundo capítulo traz como tema

fundamentos de sensoriamento remoto, abordando conceitos básicos de senso-

riamento remoto e as principais características das imagens de satélite utilizadas

para fins de mapeamento (p.ex. resoluções espacial, temporal, espectral e radio-

métrica). Já o terceiro capítulo aborda temas como aquisição de imagens; neste

capítulo são apresentadas as características dos principais sistemas sensores de

observação da Terra, como por exemplo, os sensores a bordo dos satélites da


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série Landsat. Por fim, no capítulo quatro são apresentadas as principais técnicas

de classificação de imagens utilizadas em mapeamentos de uso e ocupação do

solo; são apresentadas técnicas de classificação supervisionada, não supervisio-

nada e manual.

2. Conceitos básicos de cartografia e SIG

Mapas são muito mais do que simples figuras e desenhos; mapas são dados. De

acordo com Câmara(2014) tratar mapas como dados significa dar forma numéri-

ca ao espaço ao associar, a cada localização, um valor que representa a grandeza

em estudo. Desta forma, a elaboração de um mapa, para qualquer que seja o

seu fim, requer o conhecimento de conhecimentos básicos de diversas áreas

como geografia, cartografia, processamento de dados, entre outras relacionadas

a este tipo de atividade.

Neste contexto, para que haja uma melhor compreensão do curso por parte dos

alunos, este capítulo aborda conceitos básicos de cartografia e de SIG necessários

para elaboração de um mapa. Este capítulo foi elaborado com base no livro

intitulado “Anatomia de Sistemas de Informações Geográficas” de Câmara et al.

(1996). Para maiores detalhes sobre os tópicos abordados ao longo do capítulo e

maior aprofundamento nos temas, os alunos são convidados a consultar o texto

original, disponível em: http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/anatomia.pdf

2.1. Sistemas de coordenadas

Um objeto geográfico qualquer (p.ex. uma casa, um rio, uma fazenda) somente

poderá ser localizado se puder ser descrito em relação a outros objetos cujas

posições sejam previamente conhecidas, ou se tiver sua localização determinada

Capítulo 1Conceitos básicos de cartografia e SIG

13O portal do agroconhecimento

em uma rede coerente de coordenadas. Quando se dispõe de um sistema de

coordenadas fixas, pode-se definir a localização de qualquer ponto na superfície

terrestre. Usualmente os sistemas de coordenadas dividem-se em dois grandes

grupos: sistemas de coordenadas geográficas e sistemas de coordenadas planas

(cartesianas):

2.1.1 Coordenadas geográficas ou terrestres

Neste sistema de coordenadas cada ponto da superfície terrestre é localizado na

interseção de um meridiano com um paralelo (Figura 1).

Figura 1. Sistema de coordenadas geográficas.

a) Meridianos: são círculos máximos da esfera cujos planos contem o eixo dos

polos. O meridiano de origem (também conhecido como inicial ou fundamental)


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é usualmente aquele que passa pelo antigo observatório britânico de Greenwich.

Ele é escolhido convencionalmente como a origem das longitudes sobre a super-

fície terrestre e como base para a contagem dos fusos horários, correspondendo

ao meridiano a 0°. A leste do meridiano de origem, os meridianos são medidos

por valores crescentes até + 180°. A oeste, suas medidas são decrescentes até

o limite mínimo de – 180°;

b) Paralelos: são círculos da esfera cujos planos são perpendiculares ao eixo dos

polos. O Equador é o paralelo que divide a Terra em dois hemisférios: Norte e

Sul. O paralelo a 0° corresponde ao Equador, 90° ao Polo Norte e – 90° ao Polo

Sul. Todos os meridianos se encontram em ambos os polos e cruzam o Equador

em ângulo reto. A distância entre meridianos diminui do Equador para os polos.

Os paralelos jamais se cruzam.

Representa-se um ponto na superfície terrestre por um valor de latitude e lon-

gitude. Longitude é a distância angular entre um ponto qualquer da superfície

terrestre e o meridiano de origem. Latitude é a distância angular entre um ponto

qualquer da superfície terrestre e a linha do Equador. Pontos que não corres-

pondem à medição média dos oceanos podem ter também a altitude como

terceiro parâmetro. Como o sistema de coordenadas geográficas considera des-

vios angulares a partir do centro da Terra, não é um sistema conveniente para

aplicações em que se buscam distâncias ou áreas. Para estes casos, utilizam-se

outros sistemas de coordenadas, mais adequados, como, por exemplo, o sistema

de coordenadas planas, descrito a seguir.

2.1.2. Sistema de coordenadas planas ou cartesianas

Este sistema de coordenadas baseia-se na escolha de dois eixos perpendiculares,

usualmente denominados eixos horizontal e vertical, cuja interseção é denomi-



nada origem, estabelecida como base para a localizaçãode um ponto qualquer

no plano (Figura 2).

Nesse sistema de coordenadas, um ponto é representado por dois números: um

correspondente à projeção sobre o eixo x (horizontal), associada principalmente à

longitude, e outro correspondente à projeção sobre o eixo y (vertical), associada

principalmente à latitude. Estas coordenadas são relacionadas matematicamente

às coordenadas geográficas, de maneira que umas podem ser convertidas nas

outras.

Figura 2. Sistema de coordenadas planas.

2.2. Datum

O termo datum refere-se ao modelo matemático teórico da representação da

superfície da Terra ao nível do mar utilizado pelos cartógrafos numa dada carta

ou mapa. Pelo fato de existirem diversos datum, esta informação é usualmente


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informada na legenda das cartas e mapas. De uma forma muito simplificada, o

datum fornece o ponto de referência a partir do qual a representação gráfica dos

paralelos e meridianos, e consequentemente do todo o resto que for desenhado

no mapa, está relacionado e é proporcionado. A importância do datum prende-

-se à necessidade de projetar um corpo curvo e que possuí 3 dimensões (a

Terra), num plano a duas dimensões mantendo, no entanto os cruzamentos em

ângulos retos dos meridianos e paralelos (o mapa). No Brasil, os mapas mais

antigos adotam o datum de Córrego Alegre - MG e o datum SAD 1969 (datum

Sul Americano de 1969). Mais recentemente o datum SIRGAS 2000 passou a ser

mais utilizado, sendo o datum utilizado por órgãos governamentais como o IBGE.

2.3. Projeções cartográficas

Todos os mapas são representações aproximadas da superfície terrestre, que

projetam cada ponto do globo terrestre em uma superfície plana. Para obter essa

correspondência, utilizam-se os sistemas de projeções cartográficas.

Atualmente há um grande número de projeções cartográficas existentes, uma

vez que há uma variedade de modos de projetar em um plano, os objetos geo-

gráficos que caracterizam a superfície terrestre. Contudo, é praticamente impos-

sível se fazer uma cópia plana da superfície do globo terrestre sem desfigurá-la

ou alterá-la – o que dá origem à noção de grau de deformação de uma projeção.

Via de regra, a deformação pode ser considerada nula nos locais onde a superfície

toca o globo.

As projeções cartográficas podem ser classificadas quanto ao tipo de superfície

de projeção adotada em planas ou azimutais, cônicas, cilíndricas e poliédricas.

Na projeção plana ou azimutal, constrói-se o mapa imaginando-o projetado num

plano tangente ou secante à superfície da Terra. Na projeção cônica, pode-se



imaginar que o mapa é inicialmente projetado sobre um cone tangente ou se-

cante à superfície terrestre, que é em seguida “desenrolado” sobre um plano.

O mesmo ocorre na projeção cilíndrica, onde a projeção é imaginada sobre um

cilindro. Em todas as projeções cônicas, os meridianos são retas que convergem

em um ponto (que representa o vértice do cone), e os paralelos são circunferên-

cias concêntricas a esse ponto. Em todas as projeções cilíndricas, os meridianos

e os paralelos são representados por retas perpendiculares. A Figura 3 apresenta

ilustrações esquemáticas com os diferentes sistemas de projeção apresentados.

Figura 3. Sistemas de projeção cartográfica: (a) Projeção plana ou azimutal; (b) Projeção cônica e (c) Projeção cilíndrica.

Quanto ao aspecto, a superfície de projeção pode ser classificada em equatorial,

polar, oblíqua ou transversa. O aspecto equatorial ocorre quando a superfície

de projeção é centrada em algum ponto do Equador. O aspecto polar resulta

quando a superfície de projeção é centrada em um dos polos; o aspecto oblíquo

ou horizontal acontece quando a superfície de projeção é alinhada ao longo de

qualquer outro ponto do globo. Já o aspecto transverso ocorre quando a super-

fície de projeção é cilíndrica e a linha central de projeção é alinhada a um par


18 IEPEC

de meridianos, ao invés do Equador. Por fim um aspecto é dito normal se ele é

o mais simples para uma dada superfície de projeção, ouseja, polar, no caso de

azimutal; oblíquo, no caso de cônica; e equatorial, no caso de cilíndrica.

Cada método de projeção da superfície terrestre preserva diferentes propriedades

espaciais, tais como área, direção, distância e forma. A preservação de uma pro-

priedade implica normalmente na distorção das demais. Assim, quanto ao grau

de deformação das superfícies representadas, as projeções podem ser classifica-

das como: conformes ou isogonais, equivalentes ou isométricas e equidistantes.

As projeções conformes mantêm fidelidade aos ângulos locais observados na

superfície representada. As projeções equivalentes conservam as relações de

superfície, não havendo deformação de área. Por fim, as projeções equidistan-

tes conservam a proporção entre as distâncias, em determinadas direções, na

superfície representada.

A escolha do sistema de projeção cartográfica depende da aplicação que se busca

para o mapa, precisão desejada e o tipo de dado disponível. A Tabela 1 apresenta

um resumo das principais projeções utilizadas em serviços de mapeamento:



Tabela 1. Análise comparativa das projeções

Projeção Classificação Aplicações Características

Albers CônicaEquivalente - Cartas gerais e geografia.

- Preserva áreas;- Garante precisão;- Substitui com vantagens todas as outras cônicas equivalentes.

Bipolar CônicaConforme

- Indicada para base cartográfica do continente Americano.

- Preserva ângulos;- É uma adaptação da cônica de Lambert.

Cilíndrica equidistantes

CilíndricaEquidistante

- Mapa mundi;- Mapas em escala pequena;- Trabalhos computacionais.

- Altera áreas;- Altera ângulos.

Gauss CilíndricaConforme

- Cartas topográficas;- Mapeamento básico em escalas médias e grandes.

- Altera áreas;- Preserva ângulos;- Similar a UTM com defasagem de 3° de longitude entre os meridianos centrais.

Estereográfica Polar

PlanaConforme

- Mapeamento das regiões polares;- Mapeamento da Lua, Marte e Mercúrio.

- Preserva ângulos;- Preserva forma de pequenas áreas;-Oferece distorção de escalas.

Lambert CônicaConforme

- Cartas gerais e geográficas;- Cartas militares;- Cartas aeronáuticas.

- Preserva ângulos;- Mantém a forma de áreas pequenas inalteradas;- Oferece grande precisão de escala.

Lambert Million CilíndricaConforme

- Atlas;- Carta ao milionésimo.

- Preserva ângulos;- Mantém a forma de áreas pequenas inalteradas;- Oferece grande precisão de escala.

Mercator CilíndricaConforme

- Cartas náuticas;- Cartas geológicas;- Mapa mundi.

- Preserva ângulos;- Mantém a forma de áreas pequenas.

Miller CilíndricaEquidistante

- Mapa mundi;- Mapas em escala pequena.

- Altera ângulos;Altera áreas.

Policônica CônicaEquidistante

- Mapeamento temático em escala pequena.

- Preserva distâncias;- Altera áreas;- Altera ângulos;

Universal Trans-verse Mercator (UTM)

CilíndricaConforme

- Mapeamento básico em escalas médias e grandes;- Cartas topográficas.

- Preserva ângulos;- Altera áreas (porém as distorções não ultrapassam 0,5%).

Fonte: Câmara et al. (1996).


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2.4. Escala

Escala é a relação entre as dimensões dos elementos representados em um

mapa e a grandeza correspondente, medida sobre a superfície da Terra (Figura

4). A escala é uma informação obrigatória para qualquer mapa e geralmente

está representada de forma numérica. A escala numérica é expressa por uma

fração, na qual o numerador representa a distância no mapa enquanto que o

denominador representa a distância na superfície real. A escala de 1 para 50.000

(notação 1:50.000 ou 1/50.000), por exemplo, indica que uma unidade de medi-

da no mapa equivale a 50.000 unidades da mesma medida sobre o terreno real.

Assim, 1cm no mapa corresponde a 50.000cm (ou 500m) no terreno.

No entanto, a escala pode ser representada também de forma gráfica. A escala

gráfica é aquela que expressa diretamente os valores da realidade mapeada.

Este tipo de escala é a representação desenhada da escala unidade por unidade,

onde cada segmento mostra a relação entre as dimensões da representação e

da área real.

Figura 4. Exemplos de escalas numéricas e escalas gráficas.

Os termos “escala grande” ou “escala pequena” podem confundir. Para escla-

recê-los basta lembrar que escalas são representadas por números fracionários.

Assim, uma escala 1:100.000 é menor que uma escala de 1:20.000. Ainda, um

objeto representado em um mapa em uma “escala pequena” é menor que o

mesmo representado em um mapa em uma “escala grande”.



2.5. Sistema de Informações Geográficas

De acordo com Câmara et al. (1996), os Sistemas de Informação Geográficas

(SIG) são sistemas automatizados usados para armazenar, analisar e manipular

dados geográficos, ou seja, dados que representam objetos e fenômenos em

que a localização geográfica é uma característica inerente à informação e indis-

pensável para analisá-la.

Os SIG permitem compatibilizar a informação proveniente de diversas fontes,

como informação de sensores espaciais (sensoriamento remoto), informação re-

colhida com GPS ou obtida com os métodos tradicionais da topografia. Dentre as

vantagens na utilização de um SIG para a produção de mapas podemos destacar:

produção de mapas de maneira muito mais rápida; barateamento no custo de

produção de mapas; facilidades na utilização de mapas; produção de mapas mais

elaborados; possibilidadede automação da atualização e revisão; possibilidade de

análise quantitativa de dados espaciais de maneira integrada.

Numa visão abrangente, pode-se considerar que um SIG possui os seguintes

componentes: (1) interface com usuário; (2) entrada e integração de dados; (3)

funções de processamento; (4) visualização e plotagem; e (5) armazenamento

e recuperação de dados. A Figura 5 indica o relacionamento entre estes com-

ponentes. Cada SIG, em função de seus objetivos e necessidades, possui estes

componentes implementados de forma distinta, mas todos estão usualmente

presentes num SIG.


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Figura 5. Arquitetura de Sistemas de Informação Geográficas. Fonte: Câmara et al. (1996).

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