Apostila de Geoprocessamento UFG

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁSESCOLA DE AGRONOMIA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS ENGENHARIA RURAL GEOPROCESSAMENTO Apostila versão beta 1.4 Sumário 1. Cartografia 1.1. FORMA DA TERRA 1.2. DATUM 1.3. SISTEMAS DE COORDENADAS 1.3.1. Sistema de coordenadas geográficas 1.3.2. Sistemas de coordenadas planas 1.4. PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS 1.4.1. Parâmetros das projeções 1.5. MAPAS, CARTAS E PLANTAS 1.5.1. Classificação de cartas e mapas 1.6. CARTA INTERNACIONAL DO MUNDO AO MILIONÉSIMO - CIM 1.6.1. Índice de nomenclatura e articulação de folhas 1.7. ESCALAS 1.7.1. Escolha da escala EXERCÍCIOS LEITURA RECOMENDADA 2. Sensoriamento Remoto – SENSORES 2.1. INTRODUÇÃO 2.2. SISTEMAS SENSORES 2.2.1. RADIAÇÃO SOLAR 2.2.2. ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO 2.2.3. INTERAÇÃO DA ENERGIA COM OS OBJETOS 2.2.4. INTERAÇÃO DA ENERGIA ELETROMAGNÉTICA COM ALVOS NATURAIS 2.2.5. CAPTAÇÃO E REGISTRO PELO SENSOR DA ENERGIA REFLETIDA 2.3. CÂMARA FOTOGRÁFICA 2.3.1. INTRODUÇÃO 2.3.2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 2.3.3. CLASSIFICAÇÃO DAS CÂMARAS 2.3.3.1. Quanto ao ângulo (α) 2.3.3.2. Quanto a distância focal 2.3.3.3. Quanto à inclinação do eixo ótico 2.3.3.4. Quanto ao uso 2.3.4. INTERDEPENDÊNCIA ENTRE COMPONENTES 2.3.5. PRINCIPAIS PROBLEMAS QUE AFETAM A AQUISIÇÃO DE IMAGENS 2.3.5.1. Aberrações Geométricas 2.3.5.2. Aberração Cromática 2.3.5.3. Distribuição de luz no plano focal 2.3.5.4. Arrastamento da Imagem 2.3.5.5. Efeitos Atmosféricos 2.3.6. ESCOLHA DA CÂMARA E TIPO DE FILME 2.4. MÁQUINA FOTOGRÁFICA 2.5. EXERCÍCIOS 2.6. LITERATURA CONSULTADA (Sensores e S.R. sub-orbital): 3. SENSORIAMENTO REMOTO – SUB-ORBITAL 3.1. INTRODUÇÃO 3.2. AVIÃO 3.3. PROBLEMAS COMUNS DE VÔO 3.4. MAPAS DE VÔO 3.5. CARTAS E FOTOGRAFIAS 3.6. INTERPRETAÇÕES 3.6.1. FOTOGRAMETRIA 3.6.2. FOTOINTERPRETAÇÃO 3.6.3. ETAPAS 3.6.4. ASPECTOS QUE INFLUEM NO RECONHECIMENTO 3.7. ESTEREOSCOPIA 3.7.1. VISÃO MONOCULAR 3.7.2. VISÃO BINOCULAR 3.7.3. MÉTODOS DE PERCEPÇÃO ESTEREOSCÓPICA 3.7.4. MONTAGEM DO ESTEREOPAR (FOTOGRAMA) 3.8. OUTRAS FORMAS DE OBTENÇÃO DE DADOS EM S.R. SUB- ORBITAL 3.9. EXERCÍCIOS 3.10. LITERATURA CONSULTADA 4. Sensoriamento Remoto – Orbital 4.1. INTRODUÇÃO 4.2. CARACTERÍSTICAS DE IMAGENS ORBITAIS 4.3. PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS MULTIESPECTRAIS 4.3.1. HISTOGRAMA DE IMAGEM 4.3.2. AUMENTO DE CONTRASTE 4.3.3. COMPOSIÇÕES COLORIDAS 4.3.4. OPERAÇÕES MATEMÁTICAS COM IMAGENS 4.3.5. CLASSIFICAÇÃO DE IMAGENS 4.3.6. REGISTRO E GEORREFERENCIAMENTO DE IMAGENS 4.4. EXERCÍCIOS 4.5. LITERATURA CONSULTADA 5. Sistemas de informações geográficas (SIG) 5.1. INTRODUÇÃO 5.2. DIFERENÇA ENTRE SIG E CAD 5.3. COMPONENTES 5.4. ESTRUTURA DE DADOS DIGITAIS 5.5. TIPOS e FONTES DE DADOS 5.6. SISTEMA DE ANÁLISE GEOGRÁFICA 5.7. EXERCÍCIOS 5.8. LITERATURA CONSULTADA 1. Cartografia A Cartografia pode ser definida como a ciência, a técnica e a arte da elaboração de mapas, através do estudo e representação da superfície terrestre. É responsável pela produção de mapas, cartas, globos e modelos do terreno que representem a superfície terrestre. A cartografia procura reunir e analisar dados geográficos descrevendo e representando, graficamente, as características geográficas de maneira fiel às suas formas, obedecendo à curvatura da Terra, de modo que possam ser claramente visíveis. 1.1. FORMA DA TERRA A representação gráfica da superfície da Terra constitui o objetivo fundamental da Cartografia, deste modo, torna-se necessário conhecer a forma da superfície terrestre. Inicialmente a Terra era considerada plana. Com a evolução dos métodos astrogeodésicos surgiram as primeiras teorias e experimentos tratando a Terra como esférica e, posteriormente, esférica com achatamento nos pólos. Nos séculos XIX e XX, medições geodésicas mais precisas eliminaram totalmente a hipótese da Terra ter um formato elipsóide geometricamente regular. A partir destas medições, chegou-se à conclusão de que a Terra tem a sua superfície completamente irregular. Surgiu então, a concepção do geóide para a forma teórica da superfície da Terra. Esse geóide (Figura 1.1) é uma superfície equipotencial do campo gravimétrico da terra (superfície com o mesmo potencial de gravidade) que mais se aproxima ao nível médio dos mares, prolongada através dos continentes e ilhas. Em outras palavras, O geóide, coincide com a superfície que os oceanos descreveriam se não houvesse barreiras (terras) em seu caminho. A forma a ser utilizada para a Terra dependente do propósito do estudo. Para o propósito da Topografia, a Terra é considerada plana, já para cálculos astronômicos ela normalmente é considerada esférica. Contudo, para o uso em geodésia, cujo objetivo é a medida precisa de grandes distâncias sobre a superfície terrestre, envolvendo regiões, municípios e por vezes até países e continentes, a Terra é vista em sua forma real, ou seja, irregular. Esta forma irregular, no entanto, não permite uma representação matemática adequada. Elipsóide Geóide a b c Figura 1.1. Forma da terra geóide (a); indicação do geóide e do elipsóide (b) e a ondulação geioidal (c). Como a Cartografia necessita de uma superfície de referência geometricamente definida e o geóide não possui esta característica, foram estabelecidos, para a representação da superfície teórica, o modelo de forma esférica e também o de um elipsóide de revolução. O modelo elipsoidal é utilizado quando se requer alta precisão e o esférico é usado quando este requisito (precisão) não é muito importante. O elipsóide de revolução é um sólido geométrico gerado pela rotação de uma elipse em torno de seu eixo menor (linha dos pólos). Consiste no modelo matemático mais comumente usado pela ciência geodésica para uma representação mais precisa da superfície terrestre e pela Cartografia para o mapeamento sistemático nacional, por ser o que mais se aproxima à forma da Terra e por ser mais preciso. Desta forma, admite-se uma Terra fictícia, com homogênea distribuição de massas (na Terra real isto não acontece), o que consiste em uma simplificação do problema. As simplificações facilitam o posicionamento de um ponto, definindo, no modelo, um Sistema de Coordenadas. De maneira resumida pode-se dizer que a forma verdadeira da terra é o Geóide e que a cartografia, usa modelos matemáticos para elaborar cartas e mapas que são representações planas do modelo tridimensional. 1.2. DATUM Datum consiste num conjunto de parâmetros que constituem a referência de um determinado sistema de coordenadas geográficas, e que inclui a definição do elipsóide de referência e a sua posição relativa ao globo terrestre. A forma, dimensão e posição do centro do elipsóide relativamente ao centro de massa da Terra são determinados de forma a que a superfície do elipsóide se adapte o melhor possível à superfície terrestre num determinado país ou região. Para realizar a determinação da latitude e longitude precisas de uma posição específica, é necessário conhecer uma posição em que a latitude e longitude já são conhecidas, isto é, um ponto "conhecido". Deste ponto, uma medida é feita para o novo ponto, ou seja, são feitas medidas de distância e direção do novo ponto em relação ao ponto conhecido. Usando estas medidas e executando alguns cálculos, são obtidas as coordenadas geográficas desejadas para o novo ponto. O Datum pode ser de abrangência local ou global. O datum local define o sistema de coordenadas para uma região ou uma área de extensão limitada, sendo utilizado para realizar mapeamentos locais (países, regiões), devendo ser escolhido de forma a minimizar as distâncias entre o elipsóide e o geóide. O datum global define o centro de gravidade da Terra como sendo o centro do elipsóide de referência e também do sistema de coordenadas, e é utilizado na cobertura geral do globo terrestre, como nos sistemas globais de localização (GPS, GLONASS, etc.). Os mapas mais antigos do Brasil adotavam o datum planimétrico Córrego Alegre, que utiliza o elipsóide de Hayford, sendo, posteriormente adotado como referência o datum SAD69 que utiliza o elipsóide de referência 1967. Em outubro de 1993 foi estabelecido o SIRGAS (Sistema de Referência Geocêntrico para a América do Sul), constituindo-se de dois grupos de trabalho (Sistema de Referência e Datum Geocêntrico). Estes grupos desenvolvem todas as atividades no sentido de definir um novo sistema de referência geocêntrico e um datum para abranger a América do Sul. Um datum planimétrico ou horizontal é formalmente estabelecido por cinco parâmetros: dois para definir o elipsóide de referência e três para definir o vetor de translação entre o centro da Terra real e o do elipsóide. Existe também o datum vertical ou altimétrico, que se refere à superfície de referência usada para definir as altitudes de pontos da superfície terrestre. Na prática a determinação do datum vertical envolve um marégrafo ou uma rede de marégrafos para a medição do nível médio dos mares. O datum horizontal SAD69 tem seus parâmetros determinados para Chuá (MG), situado próximo à cidade de Uberaba, e o ponto de referência para o datum vertical é o marégrafo de Imbituba, em Santa Catarina. 1.3. SISTEMAS DE COORDENADAS A localização de qualquer ponto na superfície terrestre pode ser definida quando se dispõe de um sistema de coordenadas como referência. 1.3.1. Sistema de coordenadas geográficas No sistema de coordenadas geográficas, cada ponto da superfície terrestre é localizado na interseção de um meridiano com um paralelo. O Meridiano de origem (também conhecido como inicial ou fundamental) é aquele que passa pelo antigo observatório britânico de Greenwich, escolhido convencionalmente como a origem (0º) das longitudes sobre a superfície terrestre e como base para a contagem dos fusos horários. A leste de Greenwich os meridianos são medidos por valores crescentes até +180º. A oeste, suas medidas são decrescentes até o limite mínimo de –180º. Os paralelos são círculos, tanto no modelo esférico quanto elipsoidal, cujo plano é perpendicular ao eixo dos pólos. Definem-se os pólos como os extremos do eixo de rotação. O Equador é a circunferência máxima, perpendicular ao eixo de rotação e os paralelos são circunferências menores e paralelas ao Equador. Meridianos, são linhas formadas pela interseção entre modelo (Terra) e um plano que contém o eixo de rotação. O Equador é o paralelo que divide a Terra em dois hemisférios (Norte e Sul) e é considerado com o paralelo de origem (0º). Partindo do Equador em direção aos pólos têm-se vários planos paralelos ao Equador, cujos tamanhos vão diminuindo até se tornarem apenas um ponto nos pólos Norte (+90º) e Sul (-90º). A Longitude de um lugar é a distância angular entre um ponto qualquer da superfície terrestre e o meridiano inicial ou de origem e a Latitude é a distância angular entre um ponto qualquer da superfície terrestre e a linha do Equador. Na Figura 1.2 e 1.3 são mostrados os meridianos e paralelos, assim como a indicação da latitude e longitude e os sinais nos respectivos quadrantes. Figura 1.2. Desenho ilustrativo do sistema de coordenadas geográficas e dos respectivos sinais nos diferentes quadrantes no globo terrestre. Figura 1.3. Desenho ilustrativo do sistema de coordenadas geográficas no globo terrestre (a); das linhas de latitude, mostrando os paralelos (b), e dos meridianos com a indicação da longitude (c). 1.3.2. Sistemas de coordenadas planas O sistema de coordenadas planas, também conhecido por sistema de coordenas cartesianas, baseia-se na escolha de dois eixos perpendiculares, (a) (b) (c) usualmente os eixos horizontal e vertical, cuja intersecção é denominada origem, estabelecida como base para a localização de qualquer ponto do plano. 1.4. PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS Todos os mapas e cartas são representações aproximadas da superfície terrestre. Isto ocorre porque não se pode passar de uma superfície curva para uma superfície plana sem que haja deformações. A elaboração de um mapa consiste em um método segundo o qual se faz corresponder a cada ponto da Terra, em coordenadas geográficas, um ponto no mapa, em coordenadas planas. Para se obter essa correspondência utiliza-se os sistemas de projeções cartográficas. Existem diferentes projeções cartográficas, uma vez que há uma variedade de modos de projetar sobre um plano os objetos geográficos que caracterizam a superfície terrestre. Quanto ao tipo de superfície de projeção adotada, classificam-se as projeções em: plana ou azimutais, cilíndricas e cônicas, segundo se represente a superfície curva da Terra sobre um plano, um cilindro ou um cone tangente ou secante à Terra. Quanto ao grau de deformação das superfícies representadas, os sistemas de projeção são classificados em: - Conformes ou isogonais: mantêm fidelidade aos ângulos observados na superfície de referência da Terra, o que significa que as formas de pequenas feições são mantidas. Isto, porém, causa distorções nas áreas dos objetos representados nos mapas; - Equivalentes ou isométricas: conservam as relações de superfície (não há deformação de área); Eqüidistantes: conservam a proporção entre as distâncias, em determinas direções, na superfície representada. 1.4.1. Parâmetros das projeções A transformação entre coordenadas geográficas e coordenadas planas é feita através de algoritmos das projeções cartográficas, estes dependem de certos parâmetros que variam de acordo com a projeção em questão. As principais projeções são as de Albert; Latitude/Longitude; Lambert Conformal; Mercator; Miller; Universal Transversa de Mercator (UTM); Policonica; Sinusiodal. • Projeção UTM – Universal Transverse Mercator: Sistema de coordenadas planas que circulam o globo baseado em 60 zonas de tendência, no sentido norte-sul, cada uma com 6 graus de largura de longitude. Em relação à latitude, a divisão consiste em zonas de 4 graus e isso está vinculado ao tamanho da carta de 1:1 000 000 e não à projeção. A extensão latitudinal está compreendida entre 80º Sul e 84 o Norte. As zonas UTM são numeradas em seqüência, a partir do antimeridiano de Greenwitch, ou seja de 180 o E. O sistema apresenta um meridiano central, o qual se estende como uma linha reta N-S. O mapa de zonas UTM é apresentado na Figura 1.4 e na Figura 1.5 é apresentado o globo e as zonas de projeção UTM. Figura 1.4. Mapa de zonas da projeção UTM. Figura 1.5. Zonas da projeção UTM no globo. Cada fuso ou zona apresenta um único sistema plano de coordenadas, com valores que se repetem em todos os fusos. Assim, para localizar um ponto definido pelo sistema UTM, é necessário conhecer, além dos valores das coordenadas, o fuso ao qual as coordenadas pertençam, já que elas são idênticas de em todos os fusos (Figura 1.6). Figura 1.6. Sistema plano de coordenadas em cada fuso ou zona da projeção UTM. O mapeamento sistemático do Brasil, que compreende a elaboração de cartas topográficas, é feito na projeção UTM (1:250.000; 1:100.000; 1:50.000; 1:25.000). Suas principais características são: • a superfície de projeção é um cilindro transverso e a projeção é conforme; • como a Terra é dividida em 60 fusos de 6º de longitude, o cilindro transverso adotado como a superfície de projeção assume 60 posições diferentes, já que seu eixo mantém-se sempre perpendicular ao meridiano central de cada fuso; • a origem corresponde à interseção do meridiano de origem com o Equador e por convenção tem coordenadas offset (500.000, 1.000.000); • aplica-se ao meridiano central de cada fuso um fator de redução de escala igual a 0,9996, para minimizar as variações de escala dentro do fuso; • duas linhas aproximadamente retas, uma a leste e outra a oeste, distantes cerca de 1º37’ do meridiano central, são representadas em verdadeira grandeza. 1.1.5. MAPAS, CARTAS E PLANTAS A distinção entre mapas e cartas não é muito clara, sendo em estes dois termos freqüentemente utilizados para designar um mesmo material. No entanto, existe uma preferência para a utilização do termo carta quando se procura referir a um elemento cartográfico de maior precisão. • Mapas Representação plana, normalmente em escala pequena, que utiliza como limites áreas de acidentes naturais ou político-administrativas. Destina-se a fins temáticos, culturais ou ilustrativos. • Cartas Corresponde a uma representação plana em escala média ou grande, desdobrada em folhas articuladas de maneira sistemática, não necessariamente relacionada a acidentes geográficos ou divisas políticas. São destinados à avaliação precisa de direções, distâncias e localização de pontos, áreas e detalhes. Os limites de uma Carta Topográfica são matemáticos, geralmente meridianos e paralelos. • Plantas Planta é um caso particular de carta na qual a representação se restringe a uma área muito limitada e a escala é grande, apresentando grande número de detalhes. Desta forma, planta pode ser conceituada como uma carta que representa uma área de extensão suficientemente restrita, de modo que a curvatura da Terra não precise ser levada em consideração, e que apresente escala constante. 1.1.5.1. Classificação de cartas e mapas • Geral São documentos cartográficos elaborados sem um fim específico. Contudo, visam fornecer ao usuário uma base cartográfica com possibilidades de aplicações generalizadas, de acordo com a precisão geométrica e tolerâncias permitidas pela escala. Apresentam os acidentes naturais e artificiais e servem, também, de base para os demais tipos de cartas. • Cadastral Representação em escala grande, geralmente planimétrica e com maior nível de detalhamento, apresentando grande precisão geométrica. Normalmente é utilizada para representar cidades e regiões metropolitanas, nas quais a densidade de edificações e arruamento é grande. As escalas mais usuais na representação cadastral são: 1:1.000, 1:2.000, 1:5.000, 1:10.000 e 1:15.000. • Mapa de Localidade Denominação utilizada na Base Territorial dos Censos para identificar o conjunto de plantas em escala cadastral, que compõe o mapeamento de uma localidade (região metropolitana, cidade ou vila). • Topográfica Carta elaborada a partir de levantamentos aerofotogramétrico e geodésico original ou compilada de outras cartas topográficas em escalas maiores. Inclui os acidentes naturais e artificiais, em que os elementos planimétricos (sistema viário, obras, etc.) e altimétricos (relevo através de curvas de nível, pontos colados, etc.) são geometricamente bem representados. As aplicações das cartas topográficas variam de acordo com sua escala: 1:25.000 - Representa cartograficamente áreas específicas, com forte densidade demográfica, fornecendo elementos para o planejamento socioeconômico e bases para anteprojetos de engenharia. Esse mapeamento, pelas características da escala, está dirigido para as áreas das regiões metropolitanas e outras que se definem pelo atendimento a projetos específicos. Cobertura Nacional: 1,01%. 1:50.000 - Retrata cartograficamente zonas densamente povoadas, sendo adequada ao planejamento socioeconômico e à formulação de anteprojetos de engenharia. A sua abrangência é nacional, tendo sido cobertos até agora 13,9% do Território Nacional, concentrando-se principalmente nas regiões Sudeste e Sul do país. 1:100.000 - Objetiva representar as áreas com notável ocupação, priorizadas para os investimentos governamentais, em todos os níveis de governo- Federal, Estadual e Municipal. A sua abrangência é nacional, tendo sido coberto até agora 75,39% do Território Nacional. 1:250.000 - Subsidia o planejamento regional, além da elaboração de estudos e projetos que envolvam ou modifiquem o meio ambiente. A sua abrangência é nacional, tendo sido coberto até o momento 80,72% do Território Nacional. • Mapa Municipal Entre os principais produtos cartográficos produzidos pelo IBGE encontra- se o mapa municipal, que é a representação cartográfica da área de um município, contendo os limites estabelecidos pela Divisão Político-Administrativa, acidentes naturais e artificiais, toponímia, rede de coordenadas geográficas e UTM, etc. Esta representação é elaborada a partir de bases cartográficas mais recentes e de documentos cartográficos auxiliares, na escala das referidas bases. O mapeamento dos municípios brasileiros é para fins de planejamento e gestão territorial e em especial para dar suporte às atividades de coleta e disseminação de pesquisas do IBGE. • Geográfica Carta em que os detalhes planimétricos e altimétricos são generalizados e oferecem uma precisão de acordo com a escala de publicação. A representação planimétrica é feita através de símbolos que ampliam muito os objetos correspondentes, alguns dos quais muitas vezes têm que ser bastante deslocados. A representação altimétrica é feita através de curvas de nível, cuja equidistância apenas dá uma idéia geral do relevo e, em geral, são empregadas cores hipsométricas. São elaboradas na escala 1:500.000 e menores, como por exemplo a Carta Internacional do Mundo ao Milionésimo (CIM). • Mapeamento das Unidades Territoriais Representa, a partir do mapeamento topográfico, o espaço territorial brasileiro através de mapas elaborados especificamente para cada unidade territorial do país. Exemplos: -Mapas do Brasil (escalas 1:2.500.000,1:5.000.000,1:10.000.000, etc.). -Mapas Regionais (escalas geográficas diversas). -Mapas Estaduais (escalas geográficas e topográficas diversas). • Temática São as cartas, mapas ou plantas em qualquer escala, destinadas a um tema específico, necessária às pesquisas socioeconômicas, de recursos naturais e estudos ambientais. A representação temática, distintamente da geral, exprime conhecimentos particulares para uso geral. Com base no mapeamento topográfico ou de unidades territoriais, o mapa temático é elaborado associando elementos relacionados às estruturas territoriais, à geografia, à estatística, aos recursos naturais e estudos ambientais. Exemplos: - Cartogramas temáticos das áreas social, econômica, territorial,etc. - Cartas do levantamento de recursos naturais (volumes RADAM). - Mapas da série Brasil 1:5.000.000 (Escolar, Geomorfológico, Vegetação, Unidades de Relevo, Unidades de Conservação Federais). - Atlas nacional, regional e estadual. • Especiais São as cartas, mapas ou plantas para grandes grupos de usuários muito distintos entre si, e cada um deles, concebido para atender a uma determinada faixa técnica ou científica. São documentos muito específicos e sumamente técnicos que se destinam à representação de fatos, dados ou fenômenos típicos, tendo assim, que se cingir rigidamente aos métodos e objetivos do assunto ou atividade a que está ligado. Por exemplo: Cartas náuticas, aeronáuticas, para fins militares, mapa magnético, astronômico, meteorológico e outros. Náuticas: Representa as profundidades, a natureza do fundo do mar, as curvas batimétricas, bancos de areia, recifes, faróis, bóias, as marés e as correntes de um determinado mar ou áreas terrestres e marítimas. O Sistema Internacional exige para a navegação marítima, seja de carga ou de passageiros, que se mantenha atualizado o mapeamento do litoral e hidrovias. Aeronáuticas: Representação particularizada dos aspectos cartográficos do terreno, ou parte dele, destinada a apresentar além de aspectos culturais e hidrográficos, informações suplementares necessárias à navegação aérea, pilotagem ou ao planejamento de operações aéreas. Para fins militares: Em geral, são elaboradas na escala 1:25.000, representando os acidentes naturais do terreno, indispensáveis ao uso das forças armadas. Pode representar uma área litorânea características topográficas e náuticas, a fim de que ofereça a máxima utilidade em operações militares, sobretudo no que se refere a operações anfíbias. 1.1.6. CARTA INTERNACIONAL DO MUNDO AO MILIONÉSIMO - CIM Fornece subsídios para a execução de estudos e análises de aspectos gerais e estratégicos, no nível continental. Sua abrangência é nacional, contemplando um conjunto de 46 cartas. A distribuição geográfica das folhas ao Milionésimo foi obtida com a divisão do planeta em 60 fusos de amplitude 6º, numerados a partir do fuso 180º W - 174º W no sentido Oeste-Leste. Cada um destes fusos, por sua vez está dividido a partir da linha do Equador em 21 zonas de 4º de amplitude para o Norte e com o mesmo número para o Sul. A divisão em fusos é a mesma adotada nas especificações do sistema UTM. Cada uma das folhas ao Milionésimo pode ser acessada por um conjunto de três caracteres: 1. letra N ou S - indica se a folha está localizada ao Norte ou a Sul do Equador. 2. letras A até U - cada uma destas letras se associa a um intervalo de 4º de latitude se desenvolvendo a Norte e a Sul do Equador e se prestam a indicação da latitude limite da folha. 3. números de 1 a 60 - indicam o número de cada fuso que contém a folha. OBS: O Território Brasileiro é coberto por 08 (oito) fusos (Figura 1.7). Figura 1.7. Divisão do território brasileiro em fusos das coordenadas UTM. 1 2 4 3 1 NO NE SE SO 2 V X Z Y SD21 A B D C V I II V IV A III VI N o de folhas Escala Nomenclatura 1 1:1.000.000 SD 21 4 1:500.000 SD 21-V 4 1:250.000 SD 21-V-A 6 1:100.000 SD 21-V-A-I 4 1:50.000 SD 21-V-A-1-2 4 1:25.000 SD 21-V-A-1-2- SE * Goiânia, carta 1:100.000 – SE.22-X-B-IV Figura 1.7. Representação dos meridianos e paralelos que cortam o Brasil na Carta internacional do mundo ao milionésimo (CIM), indicando ainda a divisão em fusos de 6º e a nomenclatura das cartas. 1.1.6.1. Índice de nomenclatura e articulação de folhas A nomenclatura utilizada nas cartas tem origem nas folhas ao Milionésimo, e se aplica à denominação de todas as folhas de cartas do mapeamento sistemático (escalas de 1:1.000.000 a 1:25.000). Na Figura 1.7 é apresentada a forma como as cartas são nominadas. Para escalas maiores que 1:25.000 ainda não existem normas que regulamentem o código de nomenclatura. O que ocorre na maioria das vezes é que os órgãos produtores de cartas ou plantas nessas escalas adotam seu próprio sistema de articulação de folhas. 1.1.7. ESCALAS Escala corresponde a uma relação entre uma distância real com uma distância representada em uma planta, mapa ou carta, de modo que as medidas possam ser representadas adequadamente em elementos maiores ou menores, dependendo da situação desejada. Elementos naturais geralmente são representados em tamanhos reduzidos, podendo ser representada de forma numérica ou gráfica. • Escala numérica A escala numérica representa uma relação entre valores de unidades de medida, resultando sempre em uma relação adimensional. A escala é obtida por meio da relação entre a distância gráfica e a distância real. A relação de escala pode ser obtida por meio da seguinte expressão: N 1 E = e d D N= , logo d D 1 E = (1) em que: E = escala, adimensional; N = denominador da escala, adimensional; d = distância medida na carta, L; D = distância real, L; A unidade presente nas medidas deverá ser a mesma para d e D, caso contrário, será necessário, além do valor obtido na expressão, também utilizar um coeficiente de ajuste. Exemplo: Uma estrada de 2 km é representada por 2 cm em uma carta topográfica. Determine a escala desta carta. 2 km = 2000 m 2 cm = 0,02 m 100000 1 E 02 , 0 2000 1 E d D 1 E = ⇒ = ⇒ = Logo, a escala da carta é de 1:100.000 • Escala Gráfica Procura apresentar graficamente o valor real da medida representada no papel. É a representação gráfica de diferentes distâncias do terreno sobre uma linha reta graduada. A Escala Gráfica nos permite realizar as transformações de dimensões gráficas em dimensões reais sem efetuarmos cálculos. Para sua construção, entretanto, torna-se necessário o emprego da escala numérica. O seu emprego consiste nas seguintes operações: 1º) Tomamos na carta a distância que pretendemos medir (pode-se usar um compasso). 2º) Transportamos essa distância para a Escala Gráfica. 3º) Lemos o resultado obtido. Cada intervalo da reta graduada corresponderia a 1 cm no mapa, que na realidade, neste Exemplo 3, representa10 km no terreno. 0 10 20 30 40 50 60 |____|____|____|____|____|____| ( km - quilômetros ) (Exemplo 3) • Precisão gráfica É a menor grandeza medida no terreno, capaz de ser representada em desenho para uma determinada escala. A experiência demonstrou que o menor comprimento gráfico que se pode representar em um desenho é de 1/5 de milímetro ou 0,2 mm, sendo este o erro admissível. Fixado esse limite prático, pode-se determinar o erro tolerável nas medições cujo desenho deve ser feito em determinada escala. O erro de medição permitido será calculado da seguinte forma: N 1 E r = (2) N 0002 , 0 e m = (3) O erro tolerável (e m , em metros), portanto, varia na razão direta do denominador da escala e inversa da escala, ou seja, quanto menor for a escala, maior será o erro admissível. Os acidentes cujas dimensões forem menores que os valores dos erros de tolerância, não serão representados graficamente. 1.1.7.1. Escolha da escala A escala mínima a ser utilizada deve ser determinada em função da dimensão da menor característica que se queira representar. Para tanto, utiliza-se a equação do erro tolerável, conforme equação 4: 0002 , 0 e N m = (4) Exemplo: Considerando uma região da superfície terrestre na qual deseje-se mapear acidentes geográficos que possuem dimensões de 10 m extensão. Qual a menor escala a ser adotada para que esses acidentes tenham representação? 50000 1 E 50000 N 0002 , 0 10 N = ⇒ = ⇒ = Logo, a escala a ser adotada deverá ser igual ou maior que 1:50.000, pois para essa escala, o erro admissível (0,2 mm ou 1/5 mm) corresponde a 10 m no terreno. 1.2. EXERCÍCIOS 1. Descreva e represente as formas utilizadas para a representação da terra? 2. O que é um Datum e o que ele representa? 3. Diferencie Carta de Mapa. 4. Quais as principais classificações de Cartas e Mapas? 5. O que é um Fuso e o que ele representa? 6. Como é realizada a nomenclatura das folhas das Cartas? 7. Represente a nomenclatura das cartas de 1:1.000.000 até 1:25.000 referentes a Goiânia. 8. Quais as principais formas de representação das escalas? 9. O que é precisão gráfica? 10. Determine a escala mínima recomendada para a representação de detalhes com dimensões de 5 m. 11. Em uma escala de 1:100.000, qual o tamanho dos objetos ou acidentes que podem ser adequadamente representados graficamente? 12. Qual a dimensão real de uma estrada que, em uma carta cuja escala é 1:20.000, é representada por 8,0 cm? 13. Em uma determinada carta, qual a distância correspondente a 12,5 km no terreno, sendo a escala da referida carta igual a 1:50.000? 14. Qual a escala de uma carta na qual uma estrada com 1600 m reais é representada por 64,0 cm? 15. A distância medida entre dois pontos em uma carta na escala 1:250.000 é de 0,007 m. No terreno, qual a distância correspondente a esses dois pontos? 16. Ao medirmos em uma carta uma distância de 0,066 m, e sabendo que a distância verdadeira correspondente é de 6.600m, qual será a escala da carta onde foi realizada a medição? 17. Em uma carta verificamos que um segmento AB mede 0,008 m. O correspondente a este segmento no terreno é de 400 m. Determine a escala da carta? E se a escala fosse 2,5 vezes superior, qual seria a distância real no terreno, considerando a mesma medida o segmento AB? 18. A ponte Rio-Niterói tem 14 km de extensão. Qual a distância medida em uma carta de escala 1:50.000? Apresentar os resultados em m e em cm. 19. Se considerarmos que a ponte da questão 18 tem uma largura de 30 m, qual a largura medida na carta e qual a área representada na carta e no terreno? Apresentar os resultados em cm e m e em cm 2 na carta e m 2 para a medida real. 20. Em uma foto aérea na escala de 1;12.000, uma construção apresenta dimensão lateral de 0,8 cm. Qual a dimensão real da lateral da instalação? 21. A distância entre duas residências observadas em uma foto aérea, em linha reta, é de 1,2 cm. Qual a escala aproximada da fotografia sabendo que a distância real é de 235 m. 22. Determinar a escala de uma carta em que uma ponte aparece com 0,8 cm de extensão, sabendo que uma outra carta na escala de 1:5.000, essa mesma ponte mede 1,5 cm. 1.3. LEITURA RECOMENDADA Capítulo 2: Cartografia. Rocha, Cezar Henrique Barra. Geoprocessamento: tecnologia transdisciplinar. Juiz de Fora: ed. Autor, 2000. http://www.gpsglobal.com.br/Artigos/Cartografia/Forma.html Consultado em: 13 mai 2008. Nota técnica: Projeções Cartográficas. Geosoft. Disponível em: http://www.geosoft.com/resources/technotes/pdfs/portuguese/4_Considera%C3% A7%C3%B5es%20sobre%20proje%C3%A7%C3%B5es%20cartogr%C3%A1ficas .pdf > Consulta em: 16 mai 2008. FRANCISCO, C. N.; GUIMARÃES,L. M.; SILVA, L. P. & VIEIRA, L. P. L. Estudo Dirigido em SIG, Cartografia: Representação da Terra em um Plano. Universidade Federal Fluminense. Disponível em: < http://www.professores.uff.br/cristiane/Estudodirigido/Cartografia.htm> Acesso em: 16 mai 2008. 2. Sensoriamento Remoto – SENSORES 2.1. INTRODUÇÃO O desenvolvimento inicial do sensoriamento remoto é cientificamente ligado ao desenvolvimento da fotografia e à pesquisa espacial. As fotografias aéreas foram o primeiro produto de sensoriamento remoto a ser utilizado, tanto é assim, que a fotogrametria e a fotointerpretação são termos muito anteriores ao termo sensoriamento remoto propriamente dito. O termo sensoriamento remoto apareceu pela primeira vez na literatura científica em 1960 e significava simplesmente a aquisição de dados sem contato físico com os objetos. Desde então esse termo tem abrigado tecnologia e conhecimentos extremamente complexos derivados de diferentes campos que vão desde a física até a botânica e desde a engenharia eletrônica até a cartografia. Sensoriamento remoto consiste na utilização de sensores para a aquisição de informações sobre objetos ou fenômenos sem que haja contato direto. De um modo geral, o Sensoriamento Remoto pode ser definido como: “O conjunto de técnicas que permite obter informações de um objeto sem necessidade de ter contato direto com ele, realizado através da detecção da energia eletromagnética dele proveniente”. Mais especificamente, o sensoriamento remoto pode ser definido como: “O conjunto de técnicas de aquisição, processamento e interpretação de imagens obtidas por aviões ou satélites, nas quais é registrado algum aspecto da interação entre a matéria e a energia eletromagnética.” O campo de sensoriamento remoto representa a convergência de conhecimento de duas grandes linhas de pesquisa. De um lado, como já foi dito, o sensoriamento remoto é tributário da aerofotogrametria e da fotointerpretação, de outro lado, seu progresso se deve muito à pesquisa espacial e aos avanços tecnológicos por ela induzidos, resultando em sensores mais sensíveis, regiões espectrais ampliadas, métodos radiométricos, etc. 2.2. SISTEMAS SENSORES Os sensores remotos são dispositivos capazes de detectar a energia eletromagnética (em determinadas faixas do espectro eletromagnético) proveniente de um objeto, transformá-la em um sinal elétrico e registrá-las, de tal forma que esta possa ser armazenada ou transmitida em tempo real para posteriormente ser convertida em informações que descrevem as feições dos objetos que compõem a superfície terrestre. As variações de energia eletromagnética da área observada podem ser coletadas por sistemas sensores. Sem eles não seria possível obter imagens ou dados de determinado alvo. Os corpos respondem à energia eletromagnética que incide sobre eles de três maneiras: absorvendo-a, transmitindo-a ou refletindo-a além, é claro, da emissão, que é natural de todos os corpos. Para o Sensoriamento Remoto interessa principalmente a reflexão, pois é a partir da energia refletida pelas feições da superfície terrestre que os filmes ou dispositivos CCD das câmaras são sensibilizados. Os sensores podem ser classificados de várias formas. Quanto à fonte de radiação, refere-se à capacidade do sensor de emitir a energia que irá interagir com os objetos. Quanto ao tipo de produto, refere-se ao produto gerado pelo sistema sensor. Quanto ao nível de coleta de dados, refere-se à distância entre o sensor e a Terra (Figura 2.1) Os sensores podem ser terrestres, sub-orbitais ou aéreos e orbitais. Figura 2.1. Diferentes níveis de obtenção de imagens/dados por sensoriamento remoto. Os sistemas sensores podem ser classificados como ativos e passivos. Os sensores passivos não possuem fonte própria de energia eletromagnética, como por exemplo, os sensores do satélite Landsat 5, os radiômetros e espectroradiômetros. Os sensores ativos possuem uma fonte própria de energia eletromagnética. Eles emitem energia eletromagnética para os objetos terrestres a serem imageados e detectam parte desta energia que é refletida por estes na direção destes sensores. Como exemplo, podemos citar o radar e qualquer câmara fotográfica com flash. Os sistemas fotográficos foram os primeiros equipamentos a serem desenvolvidos e utilizados para o sensoriamento remoto de objetos terrestres. Os sistemas imageadores fornecem como produto uma imagem da área observada, como por exemplo, temos os “scaners” e as câmaras fotográficas, enquanto que os sistemas não-imageadores, também denominados radiômetros ou espectroradiômetros, apresentam o resultado em forma de dígitos ou gráficos. 2.2.1. RADIAÇÃO SOLAR O Sol é a principal fonte de energia do sistema solar. Devido à sua elevada temperatura, gera uma grande quantidade de energia, a qual é irradiada para todo o espaço, propagando-se no vácuo a uma velocidade próxima de 300.000 km.s -1 . A energia do sol também é chamada de energia radiante ou radiação solar. A radiação solar chega à superfície da atmosfera terrestre interagindo então com esta, de modo que nem toda a radiação disponível no topo da atmosfera atinge a superfície terrestre. De acordo com Moreira (2003), em torno de 37% da radiação é refletida (sendo 26% pelas nuvens e 11% pelas partículas da atmosfera) e em torno de 16% é absorvida pelos gases e vapor d'água. Da radiação que atinge a superfície terrestre, em torno de 19% é referente à incidência direta dos raios solares e 26% de radiação difusa. A quantidade de radiação interceptada pela atmosfera é variável, dependendo da quantidade de vapor d'água, nuvens e partículas dispersas na atmosfera. A atmosfera terrestre é mais permeável a determinadas faixas de comprimentos de onda. Estas regiões são chamadas de janelas atmosféricas. O conhecimento destas regiões é importante, principalmente para o desenvolvimento de sistemas sensores. Na Figura 2.2 é apresentado um gráfico indicando o espectro de radiação eletromagnética e as janelas atmosféricas. Figura 2.2. Esquema ilustrativo da incidência da radiação solar e da presença de janelas atmosféricas. 2.2.2. ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO A radiação eletromagnética ou energia radiante não é facilmente caracterizada, possuindo algumas propriedades pertencentes à teoria das ondas, porém possui outras propriedades que faz com que se comporte como partícula. Radiação eletromagnética pode ser considerada como uma combinação de corrente elétrica alternada e campo magnético que percorre através do espaço com um movimento de onda. Devido a radiação atuar como uma onda, ela pode ser classificada tanto em termos de comprimento de onda como de freqüência. A radiação eletromagnética apresenta-se em diferentes comprimentos de onda, sendo chamada de Espectro Eletromagnético. O espectro da radiação eletromagnética é dividido, para finalidades práticas, em diferentes faixas de comprimento de onda que se dividem em raios gama (γ), raios X, radiação ultravioleta, radiação visível, infravermelho, microondas e ondas de rádio. Como a radiação eletromagnética corresponde a um espectro contínuo, os limites entre estas diferentes “faixas” de radiação não apresentam diferenças abruptas, uma vez que todas correspondem basicamente o mesmo fenômeno físico. A diferença entre estas faixas está relacionada ao comprimento das ondas e na freqüência da radiação, que fazem com que tenham diferentes características, como o poder de penetração ou o aquecimento. Na Figura 2.3 é apresentado um gráfico ilustrativo da radiação eletromagnética e, na seqüência apresenta-se uma breve descrição das diferentes faixas de comprimentos de onda. Figura 2.3. Representação gráfica do Espectro Eletromagnético, freqüência e comprimentos de onda. • Raios GAMA: Comprimentos de onda <1 Å (angstron) são os raios mais penetrantes das emissões de substâncias radioativas. Não existe, em princípio, limite superior para a freqüência das radiações gama, embora ainda seja encontrada uma faixa superior de freqüência para a radiação conhecida como raios cósmicos. • Raios X: Comprimentos de onda de 1 Å a 10 nm (1 Å = 10 -10 m). São gerados, predominantemente, pela parada ou freamento de elétrons de alta energia. Por se constituir de fótons de alta energia, os raios-X são altamente penetrantes, sendo uma poderosa ferramenta em pesquisa sobre a estrutura da matéria. • Ultravioleta: Extensa faixa do espectro (10 nm a 400 nm). Películas fotográficas são mais sensíveis à radiação ultravioleta, que a luz visível. Uso para detecção de minerais por luminescência e poluição Ultra violeta Raios x Raios γ Espectro visível Inf próx. Infravermelho Micro-ondas Radar 900 nm 380 nm 750 nm 350 nm UV Próx. Espectro marinha. Forte atenuação atmosférica nesta faixa se apresenta como um grande obstáculo na sua utilização. • Visível: Definida como a radiação capaz de produzir a sensação de visão para o olho humano normal. Pequena variação de comprimento de onda (380 nm a 750 nm). Importante para o Sensoriamento Remoto, pois imagens obtidas nesta faixa, geralmente, apresentam excelente correlação com a experiência visual do intérprete. • Infravermelho: Grande importância para o Sensoriamento Remoto. Engloba radiação com comprimentos de onda de 0,75 um a 1,0 mm. A radiação I.V. é facilmente absorvida pela maioria das substâncias (efeito de aquecimento). • Microondas: Situam-se na faixa de comprimentos de onda de 1 mm a 30 cm ou 3 X 1011 a 3 X 109 Hz. Nesta faixa de comprimentos de onda podem-se construir dispositivos capazes de produzir feixes de radiação eletromagnética altamente concentrados, chamados radares. Pouca atenuação pela atmosfera, ou nuvens, propicia um excelente meio para uso de sensores de microondas em qualquer condição de tempo. • Ondas de radio: Baixas freqüências e grandes comprimentos de onda. As ondas eletromagnéticas nesta faixa são utilizadas para comunicação a longa distância, pois, além de serem pouco atenuadas pela atmosfera, são refletidas pela ionosfera, propiciando uma propagação de longo alcance. De todo o Espectro Eletromagnético, a parte de maior interesse para o sensoriamento remoto de imageamento com sensores passivos são as regiões do espectro visível e do infravermelho. Quando a radiação interage com a matéria, um certo número de processos pode ocorrer, incluindo reflexão, espalhamento, absorção, fluorescência/fosforescência (absorção e reemissão), e reações fotoquímicas (absorção e quebra de ligações químicas). Como a luz é uma forma de energia, absorção de luz pela matéria faz com que a quantidade de energia das moléculas (ou átomos) aumente. 2.2.3. INTERAÇÃO DA ENERGIA COM OS OBJETOS A energia eletromagnética que incide sobre os objetos pode ser absorvida, refletida ou transmitida (Figura 2.4). A energia absorvia normalmente é transformada em calor ou em outra forma de energia. Para o caso da vegetação, a energia absorvida é a responsável pelos processos metabólicos que promovem o seu desenvolvimento. Para o solo, a energia absorvida permite o seu aquecimento e assim o desenvolvimento de organismos terrestres e a própria sobrevivência do homem na terra, uma vez que, por meio do aquecimento é que o clima na Terra torna-se adequado à sustentação da vida. Para a finalidade do Sensoriamento Remoto, a parte de maior interesse é a da energia refletida, pois é esta que atinge o sensor e permite a geração de dados que são posteriormente convertidos em imagens. O fator que mede a capacidade de um objeto de refletir a energia radiante é chamado de reflectância, enquanto que a capacidade de absorver energia radiante é chamada de absortância e, a capacidade de transmitir é chamada de transmitância (Tabela 2.1). A reflectância, a absortância e a transmitância são normalmente expressas em percentual (0 a 100%) ou na forma decimal (0 a 1). Figura 2.4. Balanço global de energia. Tabela 2.1. Capacidade de absortância, reflectância e transmitância de objetos de acordo com características físicas (cor e opacidade). Objeto Exemplos Absortância Reflectância Transmitância Opaco e escuro Asfalto escuro, solo orgânico Alta Baixa Baixa Transparente Vidro, água cristalina Baixa Baixa Alta Opaco e claro Concreto Baixa Alta Baixa Os objetos apresentam diferentes índices de refletância, absortância e transmitância, o que faz com que, estes sejam visualizados em diferentes “cores” e tonalidades, uma vez que, a energia resultante e que atinge o olho humano chega em diferentes intensidades para os diferentes comprimentos de onda do espectro eletromagnético. Considerando apenas a reflectância, podemos dizer que ao longo do espectro eletromagnético ocorrem variações na quantidade de energia que é refletida, e dessa forma, os objetos podem apresentar características diferentes de tonalidade ou cores, dependendo do comprimento de onda do espectro que estiver sendo analisado. A assinatura espectral ou curva de reflectânica é o nome dado à curva que representa a variação da reflectância de um objeto ao longo do espectro eletromagnético. Por meio dessa assinatura é possível identificar um objeto em uma imagem com base na quantidade de energia registrada pelo sensor em um determinado comprimento de onda. Na Figura 2.5 é apresentada a forma padrão da assinatura espectral da vegetação verde, água limpa e solo exposto. Considerando somente a curva da vegetação verde, observa-se nesta figura que a reflectância (eixo y) varia com o comprimento de onda (eixo x), apresentando- se, na faixa do espectro visível, mais baixa nos comprimentos de onda do azul e do vermelho, elevando-se um pouco na região do verde. Essa variação é que faz com que a vegetação túrgida seja observada na cor verde, uma vez que a componente verde é superior às demais. Nesta mesma figura observa-se que na região do Infravermelho Próximo a quantidade de energia refletida sofre uma elevação expressiva. Essa faixa de comprimento de onda, como não pertence ao espectro visível, não pode ser detectada pelo olho humano, mas pode ser detectada por sensores desenvolvidos para registrá-la. Figura 2.5. Forma padrão da assinatura espectral da vegetação verde, solo nú e água limpa. O mesmo raciocínio pode ser utilizado para as outras curvas de reflectância. No caso da água limpa observa-se que sua reflectância é inferior a do solo e a da vegetação, assim como na região do infravermelho esta não reflete. Já o solo apresenta uma curva de reflectância ascendente, diferindo das demais. 2.2.4. INTERAÇÃO DA ENERGIA ELETROMAGNÉTICA COM ALVOS NATURAIS a) Interação com o solo A reflexão da radiação eletromagnética pelo solo é influenciada por vários parâmetros. Entre estes, os mais importantes são os óxidos de ferro, a umidade, a matéria orgânica, a granulometria, a mineralogia da argila e o material de origem além da cor do solo, capacidade de troca catiônica, condições de drenagem interna do solo, temperatura, localização etc. A quantidade de energia refletida por determinado tipo de solo é função do conjunto de todos esses fatores inerentes ao solo. Em determinadas condições a influência de um parâmetro é maior que a influência de outro na reflectância do solo, resultando num espectro característico daquele parâmetro. Os óxidos de ferro, dependendo do tipo e da quantidade relativa, influenciam na cor dos solos, isto é, dão aos solos a cor correspondente ao óxido. Em geral, estes óxidos absorvem bastante energia eletromagnética na região do infravermelho próximo (com máximo de absorção em torno de 900 nm), contudo, a quantidade de energia absorvida depende da quantidade do óxido de ferro presente no solo. Não se conhece bem a contribuição de cada constituinte orgânico (ácido húmico e fúlvico, resíduos vegetais em decomposição etc.) na reflectância do solo. A composição e o conteúdo de matéria orgânica no solo são fatores que influenciam na reflectância dos solos em diferentes graus. Quando o teor de MO no solo é inferior a 2% outros constituintes do solo têm maior influência na reflectância do solo, contudo, quando o solo contém mais de 2% de MO, esta desempenha papel importante na determinação do comportamento espectral do solo (Baumgardner et al. 1970). De acordo com Hoffer & Johannsen (1969), à medida que o teor de MO aumenta a reflectância do solo decresce no intervalo de 400 a 2.500 nm. A formação de crosta superficial faz com que solos úmidos apresentem comportamento de solos secos. Ademais a formação de crostas superficiais apresenta diferenças no comportamento espectral em relação à áreas adjacentes com o mesmo tipo de solo. Pressupõe-se que a rugosidade do solo induzida pelo preparo influencie na reflectância do mesmo, podendo causar efeitos de espalhamento ou sombreamento. Hoffer & Johannsen (1969) salientam que solos úmidos apresentam uma reflectância menor que os solos secos, na faixa do comprimento de onda de 400 a 2.600 nm. Quando o solo é molhado, sua coloração se torna mais escura (Figura 2.6), isto, devido ao aumento da absorção de REM em função da presença da água, fazendo com que a reflectância do solo diminua na região do visível e do infravermelho próximo. É importante ressaltar que cada constituinte do solo interage com a radiação eletromagnética diferentemente do outro. Entretanto, no solo não ocorrem minerais isoladamente, o que existe é o complexo solo, formado pela interação dos diferentes constituintes. Assim sendo, a energia refletida por um solo é a soma integrada de todas as energias refletidas pelos seus diferentes componentes. a b c Figura 2.6. Perfil de Latossolo em Campo Limpo-Go, observar área mais escura, onde o solo foi umedecido (a); Perfil de solo hidromórfico em Aragoiânia-GO (b); Perfil de Nitossolo em Anápolis-Go (c). b) Interação com a vegetação A absorção é a componente resultante da radiação solar incidente que é mais importante do ponto de vista bioquímico e fisiológico para os vegetais, contudo, a maioria dos sistemas sensores orbitais e os suborbitais são capazes de medir apenas a energia refletida e/ou emitida pelos objetos. Entre os mecanismos que influenciam a quantidade de energia eletromagnética refletida pelas folhas, os principais são os pigmentos, os espaços ocupados pela água e pelo ar e as estruturas celulares com dimensões do comprimento de onda da radiação incidente (grãos de amido, mitocôndrias, ribossomos, núcleo e outros plastídios). Além desses, o conteúdo de água, a maturação ou idade da folha, a posição nodal, a condição de iluminação (folhas expostas ao sol e folhas constantemente à sombra), pubescência e senescência também influenciam a energia refletida pelas folhas. Os pigmentos fotossintetizantes existentes nas folhas (compostos em sua maioria por clorofilas “a” e “b” e pelos carotenóides, xantofilas e antocianinas) absorvem a maior parte da radiação eletromagnética da faixa espectral do visível (400 a 700 nm) que incide sobre o dossel vegetativo (Figura 2.7). Nesta faixa espectral a reflectância e a transmitância das folhas são inferiores a 15%, tendo a reflectância um pico em 555 nm. Na região do infravermelho próximo (700 a 1.300 nm), o comportamento da radiação eletromagnética quanto à reflexão, transmissão e absorção é dominado pelas propriedades ópticas da folha, que dependem das estruturas celulares internas. Além disso, há uma contribuição indireta do conteúdo de água da folha. Nessa região espectral, a absorção é muito baixa (menos de 15%) e a reflectância pode chegar até 50%, dependendo da estrutura anatômica das folhas (Figura 2.8). b a c d e Figura 2.7. Talhões cultivados com cana-de-açúcar (parte superior) e talhão em fase de rebrota (parte inferior) com excesso de irrigação causando encharcamento e modificação na reflectância do solo descoberto (a); área gramada (parte superior direita), campo de produção de tulipas amarelas (parte superior direita) e campo de produção de tulipas vermelhas (abaixo) (b); vista aérea de um campo de produção de abacaxis (c); campo de produção de girassóis (d); e campo de produção de algodão em faze de colheita (e). a b Figura 2.8. Reflectância de folha verde (x) e folha seca (y) nos comprimentos de onda correspondentes ao azul (B), verde (G), vermelho (R) e infravermelho (IR) (a); e curva de reflectância típica de uma folha verde. Fonte: Novo, E (1989) (b). Na região do infravermelho médio (1.300 a 2.500 nm) a reflectância da vegetação caracteriza-se por um decréscimo dos valores da energia refletida, em razão principalmente da quantidade de água líquida presente na folha. A região do infravermelho distante ou termal (2.500 nm a 1mm) é caracterizada pela emissão da radiação eletromagnética pelos alvos da superfície terrestre. No sensoriamento remoto orbital, esta faixa espectral tem sido pouco explorada pela vegetação, embora o sensor TM do Landsat registre este tipo de radiação na banda 6. As observações anteriores, referentes a uma única folha, são fundamentais para o entendimento do comportamento espectral das diferentes coberturas vegetais, mas este padrão não pode ser generalizado para uma planta ou para uma formação vegetal, embora os formatos das curvas sejam semelhantes. A reflectância de uma cobertura vegetal é consideravelmente menor do que a de uma simples folha, devido à atenuação da radiação pela variação dos ângulos de incidência desta e de visada. Estes são afetados principalmente pela arquitetura do dossel (índice de área foliar e distribuição angular das folhas), pela contribuição de outros elementos do dossel (troncos, galhos etc.) e pela resposta espectral da base do dossel, também chamada de reflectância de fundo. c) Interação com a água A água líquida absorve toda a radiação eletromagnética abaixo de 380 nm e acima de 700 nm. Nesta faixa espectral a reflectância é zero e a absorção é total. Mesmo na faixa compreendida entre 380 e 700 nm, a reflectância da água líquida é relativamente pequena, ultrapassando pouco mais de 5%. Este fato demonstra que a água na sua forma líquida é um forte absorvedor da radiação em quase todas as faixas do espectro eletromagnético. Assim sendo, em imagens orbitais, normalmente a água líquida aparecerá em tonalidades bastante escuras, devido à baixa reflectância que apresenta (Figura 2.9). a b Figura 2.9. Área ao sul da cidade de São Paulo (Imagem Landsat 7 , Fusão PAN+5-4-3, 15 m de resolução, colorida) (a); e Imagem Radarsat 2 mostrando na parte inferior a hidrelétrica de Itaipú e a cidade de Foz do Iguaçu (b). A água na forma gasosa apresenta elevada reflectância, em torno de 70%, em todas as radiações eletromagnéticas contidas no espectro óptico (400 nm a 2.500 nm). Entretanto, observam-se bandas de maior absorção em 1.000 nm, 1.300 nm e 2.000 nm. Na forma de neve, a água apresenta maior reflectância do que na forma gasosa até 1.200 nm. Entre 1.200 nm e 2.500 nm ocorre maior absorção de energia eletromagnética. A absorção de energia eletromagnética pela massa de água é, em parte, devida às moléculas e aos elétrons da massa água e, em parte, às partículas nelas dispersas. O fitoplâncton e a matéria orgânica nos ecossistemas aquáticos apresentam estreita relação com a água, sendo responsáveis por parte da absorção e espalhamento da radiação solar e determinam, até certo ponto, as propriedades ópticas da água. À medida que a concentração de matéria orgânica na água aumenta, sua reflectância diminui (aumento da absorção) em todo o espectro visível, sendo mais acentuado nas regiões espectrais do vermelho e do azul. Os materiais inorgânicos também influenciam a absorção da energia pela massa de água, a distribuição granulométrica das partículas em suspensão é o parâmetro mais importante no espalhamento da radiação. A água, contendo material inorgânico claro e de granulometria menor em suspensão, apresenta maior reflectância. 2.2.5. CAPTAÇÃO E REGISTRO PELO SENSOR DA ENERGIA REFLETIDA Um sistema sensor é constituído basicamente por um coletor, que pode ser um conjunto de lentes, espelhos ou antenas; um sistema de registro (detector) que pode ser um filme ou outros dispositivos, e um processador, conforme ilustrado na Figura 2.10. Figura 2.10. Reflectância de folha verde (a) e folha seca (b) nos comprimentos de onda correspondentes ao azul (B), verde (G), vermelho (R) e infravermelho (IR) A fotografia é um registro instantâneo dos detalhes do terreno que se determina principalmente pela distância focal da lente da câmara, pela altura de vôo do avião no momento da exposição e pelo filme e filtros usados (Ray, 1963 citado por Temba 2000). Consiste da representação gráfica da realidade, ou seja, corresponde a energia refletida por uma superfície e captada por um sistema sensor e, então, registrada em uma superfície fotossensível chamada filme fotográfico. As fotografias podem ser obtidas por um sistema sensor instalado em aeronave. Esse sistema pode ser uma câmara fotográfica, um radar ou "scaner". A maioria dos satélites de imageamento com sensores passivos obedece uma órbita síncrona com o sol, sendo dependentes da energia solar para o registro de imagens. Os sensores a bordo destes satélites são câmaras imageadoras que possuem uma superfície com milhares de células sensíveis à radiação, as quais captam a energia refletida pelos objetos da superfície terrestre e a convertem em sinais elétricos, os quais são então convertidos em números digitais (DN). Estes números são armazenados na forma de um arquivo digital sendo, posteriormente, convertidos em imagens e então visualizados e analisados. 2.3. CÂMARA FOTOGRÁFICA Câmaras fotográficas são sensores passivos que registram a energia refletida pela superfície terrestre e, para fotografias aéreas, são acopladas a aeronaves e possuem características específicas (Figura 2.11). a b 1. Controle de vibração 2. Plataforma do filme 3. Drive Unit 4. Unidade de controle 5. Film feed rollers 6. Film take up reel 7. Magazine 8. Film Supply reel 9. Drive unit 10. Drive of forward motion compensation 11. Mount 12. Exchangeable universal shutter 13. Cone porta lentes 14. Lentes c Figura 2.11. Aeronave para levantamento fotográfico (a); câmara fotográfica analógica instalada no interior da aeronave (b); e esquema de câmara fotográfica aerofotogramétrica analógica e seus componentes (c). As câmaras para fazer levantamentos fotográficos aéreos podem ser de dois tipos, aerofotogramétricas, que são câmaras especiais para fotografias destinadas à cartografia e de pequeno formato que são as câmaras fotográficas profissionais comuns, existentes no mercado. 2.3.1. INTRODUÇÃO Após a criação da ciência denominada Aerofotogrametria ocorreu a concretização da fotografia aérea como elemento essencial para mapeamentos. Sua maior evolução aconteceu no período das Guerras Mundiais com o uso para fins militares. Ao final dos períodos de conflitos e com a descoberta de novos processos, equipamentos e materiais, a fotografia aérea tornou-se um produto de valor inestimável para o planejador, pesquisador e empreendedor, além de ser a matéria prima para o trabalho do cartógrafo. Em termos técnicos, considera-se como uma fotografia aérea aquela obtida por meio de câmara aérea rigorosamente calibrada (com distância focal, parâmetros de distorção de lentes e tamanho de quadro de negativo conhecidos), montada com o eixo ótico da câmara próximo da vertical (aceita-se até 3 graus de ângulo de inclinação) em uma aeronave devidamente preparada e homologada para receber este sistema. As fotografias aéreas obtidas através de câmaras comuns, em geral apresentam inclinação do eixo ótico. As fotografias aéreas verticais são assim chamadas quando, no momento da sua tomada, o eixo ótico da câmara apresenta-se exatamente na vertical ou tão próximo dela quanto possível. Em termos práticos é aceita uma inclinação de até 3 graus, acima disso as fotografias são consideradas inclinadas. 2.3.2. PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO As câmeras para fotografias aéreas apresentam o mesmo princípio de funcionamento das câmeras comuns, no entanto, apresentam alguns dispositivos que as diferenciam destas (Figura 2.12). Figura 2.12. Esquema de câmara fotográfica aerofotogramétrica e suas partes componentes. • Cone porta objetiva - sobre este cone é montado o obturador e o sistema de lentes; • Corpo da câmara - sobre ele é montado o cone porta objetiva, o chassi com o filme, regulador de tempo de exposição, controlador do obturador, etc.; • Chassi porta filme - contém o filme. Apresentam ainda a) dispositivos para amortizar vibrações; b) nível para acompanhamento de inclinações; c) regulador de recobrimento (intervalômetro); d) visor para observação da área a ser fotografada. 2.3.3. CLASSIFICAÇÃO DAS CÂMARAS 2.3.3.1. Quanto ao ângulo (α) O ângulo é a amplitude que pode ser registrada por determinada objetiva; em função de sua distância focal (Figura 2.13). Quanto maior for essa distância, menor será o ângulo visual, e maior será o seu poder de aproximação. a) pequeno (< 50 o ) Obtém fotografias de ângulo pequeno. Finalidades militares, reconhecimentos urbanos e confecção de ortofotomapas e mosaicos de áreas urbanas com construções muito altas; b) normal (50 o a 75 o ) Obtém fotografias de ângulo normal. Finalidades cartográficas, confecção de mosaicos e mapeamento de regiões com cobertura vegetal densa; c) grande (75 o a 100 o ) Obtém fotografias de ângulo grande. Finalidades cartográficas, permitindo a elaboração de mapas topográficos com grandes escalas, medições fotográficas; d) super grande (> 100 o ) Obtém fotografias de ângulo muito grande. Finalidades cartográficas com a vantagem de uma cobertura fotográfica muito maior. α Câmara Área imageada Figura 2.13. Esquema de ângulo α e área imageada por câmara fotográfica. 2.3.3.2. Quanto a distância focal a) pequena (55 a 100 mm); Associada a uma câmara super-grande-angular. Emprego: cartografia convencional. b) normal (153 a 210 mm); Associada a uma câmara grande-angular ou normal. Emprego: cartografia convencional. c) grande (305 a 610 mm). Associada a uma câmara de ângulo pequeno. Emprego: militar (trabalhos de reconhecimento). 2.3.3.3. Quanto à inclinação do eixo ótico a) para fotografias verticais - possui eixo paralelo a linha vertical; o eixo ótico da câmara pode estar inclinado entre 0° e 3°; obtém fotografias verticais. b) para fotogrametria terrestre - possui eixo horizontal permitindo pequena inclinação em relação a linha vertical; c) para fotografias oblíquas - apresentam inclinação em relação ao eixo vertical entre 3° e 90°. Obtém fotografias oblíquas Altas (na qual aparece o horizonte) e fotografias oblíquas Baixas (na qual não aparece o horizonte) (Figura 2.14). Figura 2.14. Esquema da inclinação do eixo ótico, vertical (a); oblíqua baixa (b); e oblíqua alta (c) e os tipos de fotografias resultantes da inclinação. 2.3.3.4. Quanto ao uso a) cartográfica ou métrica - destinadas a trabalhos de medição e seus elementos de orientação interna são conhecidos e de alta precisão.; obtém fotografias cartográficas; b) reconhecimento - são utilizadas apenas para identificação de objetos; seus elementos de orientação interna não são conhecidos com exatidão; obtém fotografias de reconhecimento; c) Especial - são câmaras modificadas para a obtenção de fotografias especiais, destinadas a finalidades específicas como fotografias infravermelhas, fotografias noturnas. Podem ser métricas e permitir a obtenção de fotografias especiais. Ex.: fotografias Trimetrogon, Multiespectrais, Convergentes Simétricas e Assimétricas, e Transversais. a b c 2.3.4. INTERDEPENDÊNCIA ENTRE COMPONENTES O ângulo de campo, a distância focal e o tamanho da fotografia são interdependentes. A Figura 2.15 apresenta uma representação esquemática dessa interdependência. Tomando-se o tamanho da fotografia e a altura de vôo como constantes, câmaras com pequena distância focal permitirão obter maior área imageada e, conseqüentemente, menor escala. Quanto maior a área imageada e quanto mais acidentada a região, maiores serão as distorções apresentadas na fotografia (Figura 2.16). Figura 2.15. Esquema demonstrando a redução da área imageada em função da redução da distância focal. Figura 2.16. Esquema demonstrando a tomada de fotos e as possíveis distorções das fotografias devido ao relevo acidentado. 2.3.5. PRINCIPAIS PROBLEMAS QUE AFETAM A AQUISIÇÃO DE IMAGENS 2.3.5.1. Aberrações Geométricas Estas aberrações são devidas ao formato das lentes que compõem o sistema de lentes da câmara. São as seguintes: Aberração de Esfericidade – É devida à curvatura da superfície da lente e afeta as imagens de objetos situados no eixo óptico. Como conseqüência, há uma falta A(f1) A(f2) (f2) (f1) H H = altura de vôo f = distância focal A (f) = área imageada em função de f de clareza e nitidez, reduzindo o contraste da imagem e piorando a observação de detalhes. Para corrigi-la, utilizam-se combinações de lentes no próprio sistema de lente da câmara. Coma – É devida à forma da lente e afeta as imagens de objetos situados fora do eixo óptico (raios oblíquos). É eliminada através da alteração da superfície dos elementos componentes do sistema óptico e limitando-se a abertura do diafragma. Astigmatismo – Produz, a partir de um ponto objeto, imagens definidas por linhas retas perpendiculares entre si, diminuindo a qualidade da imagem. É reduzido quando o plano focal é colocado no círculo de confusão mínima, onde o astigmatismo é minimizado. Curvatura de Campo – Objetos situados em um mesmo plano no objeto a ser imageado não possuem seus círculos de confusão mínima situados no mesmo plano, o que faz com que o plano-objeto não seja estritamente plano, e sim parabolóide. É bastante controlado quando se diminui a abertura do diafragma. Distorção – É a única que afeta a posição dos objetos imageados, e não a qualidade da imagem. Há dois tipos de distorção: radial simétrica e descentrada. A distorção radial simétrica é devida à refração sofrida por um raio de luz ao atravessar uma lente e afeta regularmente os pontos da imagem, a partir do ponto principal de simetria. A distorção descentrada é causada pelo não- alinhamento dos eixos ópticos dos componentes da objetiva de uma câmara. Ambas são modeladas por equações matemáticas, cujos coeficientes são obtidos através do certificado de calibração de câmara. No passado, utilizavam-se princípios opto-mecânicos para corrigir estas distorções. Atualmente, os métodos numéricos mostram-se infinitamente mais práticos. 2.3.5.2. Aberração Cromática Este tipo de efeito advém do fato de a luz se decompor em diversos comprimentos de onda ao passar por um sistema de lentes, de modo semelhante a um prisma. A distribuição de tal aberração independe da abertura do diafragma e é razoavelmente constante para todas as áreas do plano-imagem. A correção para este problema se dá ao combinar duas lentes de convergências opostas e índices de refração diferentes. Para maiores detalhes, pode-se consultar (Andrade, 1997). 2.3.5.3. Distribuição de luz no plano focal A luz que chega ao plano focal para um ponto situado na periferia do plano focal tem uma intensidade proporcional ao fator E0 cos4α (Figura 2.17), onde E0 é a intensidade em um plano no eixo focal. A principal conseqüência é o escurecimento dos cantos da imagem. Hoje em dia, através de filtros especiais, tal efeito é quase que completamente eliminado. Hoje em dia, através de filtros especiais, tal efeito é quase que completamente eliminado. Figura 2.17. Princípio do escurecimento dos cantos da imagem (extraído de Lillesand, Kiefer, 2000). 2.3.5.4. Arrastamento da Imagem O movimento da plataforma (sensor), durante o tempo de exposição, pode provocar este efeito, que se caracteriza por uma perda de nitidez na imagem final. O arrastamento pode ser corrigido através do uso de mecanismos de compensação de movimento (Forward Motion Compensation), que movem o filme durante a exposição, mantendo-o na mesma posição relativa ao terreno. As melhores câmaras hoje em dia possuem sistemas desse tipo. 2.3.5.5. Efeitos Atmosféricos Variam de dia para dia. Alguns casos clássicos são: Dias ensolarados – Causam sombras muito compridas em determinados horários. A solução é realizar vôos quando o sol está alto. Valores para ângulo de elevação do sol em função da época do ano e da atitude média do lugar são encontrados em (Albertz, Kreiling, 1989). Umidade – Acentua a reflexão da luz solar nas camadas atmosféricas nas regiões tropicais, principalmente. Causa o efeito chamado hot-spot, que diminui o contraste da imagem final. Deve-se programar o vôo para que a distância zenital do sol esteja superior à metade do campo de abertura da objetiva da câmara usada. Névoa atmosférica – As partículas da névoa tendem a refletir o azul (espalhamento de Rayleigh), deixando a foto azulada. Para diminuir esse efeito, usa-se um filtro amarelo (chamado de minus blue) com boa transmitância para as demais cores. Variação do índice de refração nas camadas atmosféricas – Em função dos diferentes índices de refração, os raios ópticos não são exatamente retos, sofrendo de curvaturas que levam, na imagem, ao deslocamento dos pontos de sua verdadeira posição. 2.3.6. ESCOLHA DA CÂMARA E TIPO DE FILME Segundo Ray (1963), citado por Temba (2000), a qualidade da imagem fotográfica pode ser controlada pela sensibilidade do filme utilizado. Os filmes fotográficos podem ser divididos em dois grupos: preto e branco, e colorido. Quanto à sensibilidade, podem ser do tipo normal (350 a 700 nm) ou infravermelho próximo (até 900 nm). Características requeridas para a câmara: a) lentes de alta resolução e mínima distorção; b) distância focal em torno de 153 mm; c) sistema para produção de marcas fiduciais; d) capacidade de operar na altitude especificada; e) cruzamento de linhas fiduciais sobre a posição do ponto principal; 2.4. MÁQUINA FOTOGRÁFICA Deve ser selecionada de modo que possa produzir fotografias de acordo com o especificado no planejamento do vôo. A fim de manter a sobreposição e a qualidade desejada no levantamento aéreo. A Figura 2.18 demonstra a sobreposição lateral e longitudinal de fotografias. Figura 2.18. Esquema da trajetória da aeronave durante o vôo indicando as sobreposições longitudinal e lateral das fotografias e a posição dos pontos principais. 2.6. LITERATURA CONSULTADA (Sensores e S.R. sub-orbital) Introdução ao sensoriamento remoto. São José dos Campos, SP. 2001. TEMBA, P. Fundamentos da fotogrametria. UFMG, 2000. MÁRIO, H. F. S. & RODRIGUES, R. M. Fotografias Aéreas Inclinadas Obtidas com Câmara de Pequeno Formato para Interpretação do Meio Ambiente e Gestão Territorial com a Aplicação do Sistema de Informações Geográficas Spring. Congresso Brasileiro de Cadastro Técnico Multifinalitário UFSC Florianópolis, 2002 Disponível em: < http://geodesia.ufsc.br/Geodesia- online/arquivo/cobrac_2002/062/062.HTM> Consulta em: 02 Jun 2008. Disponível em: < http://www.esteio.com.br/newsletters/paginas/002/o- general.htm> Consulta em: 02 Jun 2008. MOREIRA, M. A. Fundamentos do Sensoriamento remoto e metodologias de aplicação. Viçosa,MG: UFV, 2003. 3. Sensoriamento Remoto – Sub-orbital 3.1. INTRODUÇÃO O uso de fotografias aéreas para identificação e mapeamentos é realizado desde o século XIX, tendo apresentado grande evolução durante a 2ª Guerra Mundial, devido a busca por melhores informações para fins militares. A primeira fotografia de que se tem notícia foi obtida por Daguerre e Niepece em 1839 e já em 1840 o seu uso estava sendo recomendado para levantamentos topográficos. O desenvolvimento nesta direção foi tão rápido que já em 1858 o corpo de engenharia da França estava utilizando fotografias tomadas a partir de balões para o mapeamento topográfico de amplas áreas do território francês. O advento do avião, simultaneamente ao desenvolvimento das câmaras fotográficas, filmes etc. trouxe um grande impulso às aplicações das fotografias para o levantamento dos recursos naturais, visto que permitiu a obtenção de dados sob condições controladas e com a cobertura de áreas relativamente amplas. As primeiras fotografias aéreas foram tomadas em 1909 pelos irmãos Wright sobre o território italiano. As fotografias aéreas coloridas se tornaram disponíveis a partir de 1930. Nesta mesma época já haviam iniciado os estudos para a produção de filmes sensíveis à radiação infravermelha. Com o início da 2ª Guerra Mundial começaram estudos sobre o processo de interação da radiação nesta faixa do espectro com os objetos com a finalidade de utilizar filmes infravermelhos para a detecção de camuflagem. Em 1956 foram iniciadas as primeiras aplicações sistemáticas de fotografias aéreas como fonte de informação para o mapeamento de informações vegetais nos EUA. No Brasil datam de 1958 as primeiras fotografias aéreas na escala 1:25.000 obtidas com o propósito de levantar as características da bacia Terciária do Vale do Rio Paraíba como parte de um extenso programa de aproveitamento de seus recursos hídricos que culminou com a retificação de seu curso médio entre Jacareí e Cachoeira Paulista, e com a construção do reservatório hidrelétrico de Paraibuna. 3.2. AVIÃO Deve apresentar: a) Boa estabilidade; b) Boa visibilidade; c) Teto de vôo adequado para a escala prevista; d) Bom rendimento – autonomia de combustível, espaço e conforto. 3.3. PROBLEMAS COMUNS DE VÔO a) Deriva (Drift) - desvio da linha de vôo prevista; b) Desvio (Crab) - inclinação horizontal do avião; c) Inclinação (Tilt) - inclinação da câmara fotográfica. Nas Figuras 3.1 e 3.2 podem ser observados os principais problemas que ocorrem em levantamentos aerofotográficos. Figura 3.1. Esquema ilustrativo apresentando desvio da linha de vôo, por inclinação horizontal da aeronave, em relação ao plano de vôo projetado, provocando o desvio “Drift” (a); Correção do rumo do avião sem correção da posição da câmara, provocando o desvio “Crab” (b); e correção da orientação da câmara (c) Figura 3.2. Esquema indicando inclinação do eixo ótico devido a inclinação da aeronave “Tilt”. 3.4. MAPAS E PLANEJAMENTO DE VÔO Este tipo de mapa é essencial para a orientação do piloto e operador da máquina, bem como para análise do material fotográfico no escritório. Dentro de um projeto aerofotogramétrico o planejamento de vôo é uma das etapas mais importante, pois é neste momento que serão feitas as adequações e ajustes para o objetivo de estudo de projeto aerofotogramétrico. Após o planejamento de vôo, são três as fases subseqüentes do projeto aerofotogramétrico: a fotogrametria, a restituição e a interpretação. O plano de vôo pode ser realizado conforme o interesse de estudo, seja para mapeamento de estradas, cadastro rural, estudos hidrológicos, estudos ambientais, mapeamento de voçorocas, cartas bases, mapas topográficos, mapas de uso e ocupação do solo, planejamento urbano, etc. a) Papel do Eng° Agrônomo Utilizar a aerofotogrametria como ferramenta auxiliando no planejamento de diversos estudos. O Agrônomo é credenciado pelo CREA e seu registro profissional dá embasamento para a confecção do plano de vôo. O engenheiro agrônomo planeja missões de vôo de acordo com o objetivo de estudo, planejando conforme sua necessidade e interesse. Esse planejamento de vôo é uma fatia do mercado de trabalho pouco explorado pelo agrônomo, os interessados por esta área de planejamento geralmente são bem remunerados. b) Parâmetros Básicos para o Planejamento de Vôo • Área a ser levantada Essa área dependerá do objetivo de estudo, podem ser levantadas áreas de forma regular e irregular. Exemplos de áreas de estudos são manchas urbanas, propriedades rurais, bacias e sub-bacias hidrográficas, talhões ou qualquer área que seja de interesse. • Escala do mapa a ser gerado Essa escala será do produto final, seja dos mapas topográficos, temáticos e/ou das fotografias geradas. A escala é definida pela menor representação que se deseja visualizar e representar no mapa. A menor feição representada em um mapa é de 0,2 mm, 0,0002 m. A escala será dimensionada pelo alvo que se deseja estudar. Exemplo: Deseja-se fazer um levantamento de estradas, qual seria a menor escala que representa a largura das estradas? Supondo que as estradas tivessem 5 metros de largura. Dividindo 5 por 0,0002 obtém-se o fator de escala igual a 25.000. Então e escala será de 1:25.000. Quanto maior a escala da foto, maior será a possibilidade de observação de detalhes e, conseqüentemente, maior o número de informações, porém menor é a área total imageada em cada foto. A determinação da escala pode ser feita pela relação entre distâncias e a partir da distância focal e da altura de vôo. Obtenção por meio de relação entre distâncias t f f D D S = ou f t f D D S 1 = em que: S f = escala da foto D f = distância entre dois pontos na foto D t = distância entre os mesmos pontos na foto Obtenção a partir da distância focal e da altura de vôo v f H f S = ou f H S v f 1 = Exercício 1 : Calcular a escala de uma fotografia cuja câmara utilizada apresenta uma distância focal (f) de 153 mm e altura de vôo (H v ) de 3825 m. Determinação da altura do avião para planejamento Sf v D f H = D Sf corresponde ao denominador da escala fotográfica. • Base cartográfica da região Procurar fazer o levantamento de todos os mapas cartográficos de região. Sejam cartas do IBGE, DSG, plantas cadastrais, cartas municipais, imagens orbitais e vetores disponíveis na Internet. Levantar também os dados meteorológicos da região de interesse. • Altitude média da região É obtida pela carta topográfica da região, somando os pontos cotados da área a ser levantada e dividindo pelo total de pontos cotados. Há outras maneiras de se obter a altitude média, por marcos de referencia de nível, GPS, instrumentos barométricos, vetores e dados de sensoriamento remoto. De acordo com o tipo de relevo da região permite-se variar a distância focal. Como segue: - montanhoso - uso de grande distância focal - mediano - uso de distância focal média - plano - uso de distância focal pequena • Velocidade do Avião É a velocidade nominal de serviço, podendo ser ajustada conforme o objetivo da missão, para mais ou para menos velocidade. Com a diminuição da velocidade do avião o tempo de abertura do obturador pode ser maior. A velocidade do avião afeta também as distâncias entre exposições. • Altitude de Vôo Este parâmetro está em função da distância focal da câmera, da escala do mapa a ser gerado e da altitude média da região. A altitude de vôo é um dos parâmetros mais importante no planejamento, ao calcular a altitude de vôo deve- se verificar se a altitude é condizente com a altitude máxima de vôo da aeronave. • Sentido das linhas de Vôo Determinar qual o sentido da linha de vôo: se é norte/sul ou leste/oeste. As linhas de vôo são projetadas perpendicularmente ao menor lado da área a ser levantada, para que se tenha um menor número de linhas de vôo e manobras de cabeceiras e um maior número de fotografias por faixa. Neste parâmetro deve se levar em consideração a distribuição dos ventos da região de estudo. Uma dificuldade encontrada para esta técnica está na instabilidade do vôo, principalmente quando feito em local onde venta constantemente. Quando a aerofotogrametria é feita com o intuito de mapear o local, traça-se um plano de vôo de forma que as fotos sejam tiradas “em faixas” que cobrirão, paralelamente, todo o terreno. Para isto, o ideal seria manter o vôo em linha reta e a uma altura constante, entretanto, isso nem sempre é possível causando pequenas distorções nas fotos. Cada foto tirada em uma faixa de vôo deve sobrepor-se a outra em 25% lateralmente, e em 60% longitudinalmente. Se o objetivo for a confecção de ortofotos (representação fotográfica de um terreno com a mesma validade de uma carta) a superposição longitudinal pode ser de 80%. • Distância Focal Este parâmetro é intrínseco do modelo da câmara, que pode possuir distância focal curta ou longa. Quando a distância focal é curta, a área de projeção sobre o terreno é maior, e quando a distância focal é longa tem projeção menor. As distâncias focais mais utilizadas são 150 mm, 155 mm, 205 mm, 255 mm e 305 mm. A distância focal tem relação com a escala. Distância focal Ângulo de campo Escala Curta Maior Menor Longa Menor maior No manual técnico da câmara fotográfica este e outros parâmetros vêm detalhados. • Largura da Fotografia A dimensão da fotografia depende do filme e da câmera a ser utilizada. Geralmente as dimensões comercializadas são 18 cm X 18 cm e 23 cm X 23 cm. Este parâmetro auxilia o cálculo das distâncias entre linhas, entre fotos e a quantidade de filme a ser utilizado. Considerando uma altura de vôo de 1000 m e um tamanho de foto de 23 x 23 cm: Distância focal (mm) Superfície de cobertura (Km 2 ) 85 7,32 153 2,27 210 1,20 305 0,57 610 0,14 • Sobreposição Longitudinal e Lateral São as sobreposições no sentido da linha de vôo e entre as linhas de vôo. A determinação da sobreposição é uma função da altitude de vôo, do objetivo a ser alcançado e dos mosaicos a serem gerados. O aumento da sobreposição adensa os pontos de controle e aumenta a qualidade, porém, aumenta os custos do projeto. • Largura e Comprimento da área Esse parâmetro é obtido quando se delimita a área de estudo, sendo necessária a escala da base cartográfica. Este parâmetro auxilia a determinação do sentido das linhas de vôo, o número de linhas de vôo e o número de fotografias por faixa. • Parâmetros Calculados (ver slides sobre planejamento de vôo) 3.5. CARTAS E FOTOGRAFIAS As cartas topográficas possuem projeção ortogonal, ao passo que as fotografias possuem projeção cônica. As diferenças fundamentais entre uma e outra se encontram na representação da planimetria e do relevo, que nas cartas é representado em linhas de relevo e nas fotografias, são representadas de maneira mais próxima do real; na escala as cartas possuem escala mais precisa enquanto as fotografias apresentam distorções, principalmente nas bordas e escalas máximas menores; nas informações marginais as fotografias trazem muito mais detalhes que as cartas, contudo, as informações contidas nas bordas das fotografias apresentam distorções; na reprodução as fotografias são mais facilmente reproduzidas que as cartas; e na atualização as fotografias podem ser mais facilmente atualizadas. As principais vantagens e desvantagens no uso de fotografias e cartas topográficas seguem na Tabela 3.1. Tabela 3.1. Vantagens e desvantagens do uso de fotografias aéreas verticais e cartas topográficas para fins de levantamentos. Vantagens Desvantagens Fotografia aérea vertical 1. permite medições verticais, horizontais e angulares 1. escala aproximada 2. relevo pouco evidente a simples vista 2. maior quantidade de informações e detalhes de objetos 3. ausência de convenções cartográficas 3. é possível a obtenção de imagens fora do espectro do visível 4. projeção cônica central Carta topográfica 1. possui escala exata 1. apresenta informações generalizadas 2. possui convenções cartográficas 2. não apresenta informações marginais 3. exatidão de formas planimétrica e altimétrica 3. atualização e produção demorada 4. fácil reprodução 5. projeção ortogonal ou paralela 3.6. INTERPRETAÇÕES A interpretação de fotografias aéreas é uma técnica bastante utilizada nas mais diversas áreas do conhecimento e com as mais diversas finalidades. Um bom fotointérprete deve apresentar como características acuidade visual, que é a capacidade do indivíduo separar detalhes identificáveis na fotografia; acuidade mental, que se traduz em bom senso, experiência, imaginação e perícia; paciência e adaptabilidade, ou seja, perseverança para chegar à solução do problema mesmo que deva recorrer a outros meios; perfeccionismo, exigindo se si e dos outros o máximo rigor no trabalho; experiência profissional, que é conhecimento do campo de trabalho em que atuará; capacidade de pesquisa, compreensão e documentação; e conhecimento do sensor utilizado para aquisição do material fotográfico. Há vários níveis de interpretação de fotografias aéreas, o nível básico, que utiliza o conhecimento comum do observador; o nível técnico, que realiza medições, identificação de vários tipos de objetos e manipula fotografias sem ter o conhecimento profundo em qualquer área de conhecimento; o nível profissional, que aplica o nível técnico a uma dada área de conhecimento; e, por fim, o nível especializado, que utiliza a base teórica para o desenvolvimento de novas técnicas e aplicações. 3.6.1. FOTOGRAMETRIA Etimologicamente, a palavra “fotogrametria” vem a ser “photon - luz, graphos – escrita, metron – medições”, ou medições executadas através de fotografias. O termo, a grosso modo, pode ser definido como a ciência e tecnologia de se obter informação confiável sobre objetos e o ambiente, por meio de imagens adquiridas por sensores. Através do uso de processos de registro, medições e interpretações das imagens fotográficas e padrões de energia eletromagnética registrados. 3.6.2. FOTOINTERPRETAÇÃO Ato de examinar e identificar objetos em fotografias aéreas, realizar correlações e determinar seu significado. Os aspectos da expressão exterior usados em interpretação são identificados à base de elementos de reconhecimento, dentre eles, os mais significativos são: a tonalidade fotográfica relativa, cor, textura, padrão e a associação de aspectos. A aparência é importante para identificar muitas formas fisiográficas construcionais. Várias técnicas podem ser usadas para a obtenção de informações por meio de fotos aéreas. Estas técnicas variam quanto à complexidade. A fotogrametria e a fotointerpretação são técnicas aplicadas a várias outras ciências, sendo utilizadas nas mais diversas áreas do conhecimento (Geologia, pedologia, geografia, engenharia, etc.). 3.6.3. ETAPAS Foto-leitura (é a técnica de interpretação mais simples) consiste do reconhecimento direto de objetos feitos pelo homem e de características comuns do terreno, sendo uma interpretação superficial, apenas de aspectos qualitativos (ex. árvore, casa). Normalmente este processo não precisa do estereoscópio. Foto-análise (é a técnica de examinar o objeto através da separação e distinção de suas partes componentes) o objetivo principal é o de identificar estereoscopicamente as várias unidades do terreno e delinear todas as áreas homogêneas que indicam diferenças nas condições do solo. Áreas similares recebem símbolos iguais. Consiste numa interpretação mais precisa, envolvendo aspectos semi-quantitativos (ex. a árvore é conífera, a casa é de alvenaria) Foto-dedução (é a técnicas de interpretação mais adiantada e complexa) inclui todas as características da foto-leitura e ainda uma avaliação da estrutura geomorfológica da área, os processos responsáveis por sua formação e o seu estágio de desenvolvimento. Inclui também, um exame detalhado e uma cuidadosa avaliação de todos os outros elementos da foto aérea. Utiliza critérios de interpretação como tonalidade, textura, tamanho, etc. requerendo inclusive deduções acerca do assunto. Em fotografias aéreas, podem ser feitas interpretações tanto dos objetos visíveis como dos não visíveis. Estes são interpretados de forma correlativa, já os visíveis são apontados de forma interpretativa. Sendo dependentes das características próprias dos objetos; do tipo, escala e qualidade das fotografias; do tipo e qualidade do instrumento (estereoscópio); da luminosidade e conforto visual; da acuidade da visão estereoscópica do intérprete. As chaves de interpretação são artifícios utilizados pelos intérpretes para facilitar a interpretação de fotografias. Chaves de interpretação consistem de foto- exemplos, onde se parte de um objeto conhecido preliminarmente e com características definidas e extrapola-se essas características para as demais fotos a serem interpretadas. O intérprete adquire as chaves para a interpretação através de estudos aprofundados sobre o sensor em questão ou utilizando-se de pesquisas já desenvolvidas. Existem chaves de nível técnico, que utilizam informações técnicas. E chaves de caráter intrínseco, que podem ser diretas, utilizadas para identificar objetos diretamente na foto (ex. carro); e associativas, em que é feita a dedução de informações não identificáveis diretamente na foto (ex. área degradada devido ao uso inadequado do solo). As chaves têm sua importância reduzida com a especialização do fotointérprete. 3.6.4. ASPECTOS QUE INFLUEM NO RECONHECIMENTO Os aspectos que influem no reconhecimento, nada mais são que critérios de interpretação, sendo utilizados para facilitar o trabalho do fotointérprete. Entre eles destaca-se a forma, sombra, tamanho, tonalidade, densidade, textura, posição e adjacências. A forma, diz respeito às formas mais comuns que os objetos apresentam, como exemplo construções, cujas formas são regulares (retangulares); rios, normalmente, são linhas contínuas irregulares; culturas agrícolas, as áreas agrícolas normalmente apresentam formas regulares com linhas facilmente identificáveis; etc. A sombra é uma conseqüência da forma do objeto e da hora da tomada da fotografia, permite determinar a altura do objeto e pode auxiliar na identificação. De maneira geral, a região sombreada não apresenta nitidez. O tamanho dos objetos dependerá exclusivamente da escala (ex. carro e barracão), sendo possível utilizar-se de comparações dentro da mesma fotografia para auxílio na determinação de muitos objetos. A tonalidade em caso de fotografias em preto e branco auxilia na determinação de características conhecidas, por exemplo, tom claro, possivelmente é terra arada, afloramentos rochosos, terrenos arenoso etc.; intermediário, vegetação rasteira, pastagem, culturas anuais, etc.; tom escuro, áreas úmidas, solos orgânicos, alagadiços, vegetação arbórea, etc. A densidade diz respeito ao espaçamento entre objetos iguais, como exemplo, o espaçamento entre plantas, a quantidade de rios. A textura depende da escala e pode se apresentar-se fina ou áspera, auxilia no reconhecimento de áreas desnudas ou vegetadas ou de vegetação rasteira e florestas, por exemplo. A posição, diz respeito à região em que é obtida a fotografia. E a adjacência, em que a identificação de objetos é feita pela proximidade a outros. 3.7. ESTEREOSCOPIA É a propriedade que estuda os métodos e técnicas que permitem a visão em perspectiva, quer dizer, a percepção de objetos com todas as modificações aparentes, ou com os diversos aspectos que a sua posição e situação determinam com relação à figura e à luz. Segundo o Dicionário Aurélio, estereoscopia é o “processo fotográfico que produz efeito tridimensional graças à utilização de dois registros simultâneos, em duas perspectivas diferentes, do mesmo assunto” (Figura 3.3). Figura 3.3. Esquema indicativo de como o cérebro recebe as imagens captadas por cada olho e as processa para ter a noção de profundidade. O funcionamento da percepção da profundidade foi descrito pela primeira vez por Sir Charles Wheatstone, em 1838, portanto muito próximo à invenção da fotografia. Não demorou muito para que fosse inventada a fotografia em terceira dimensão. A fotografia em 3-D popularizou-se pelo fato evidente de que a adição da profundidade proporciona uma melhor experiência visual. Diariamente há atividades em que mede-se inconscientemente a profundidade ou julga-se distâncias relativas de um vasto número de objetos em relação a outros. Os métodos de julgamento de profundidade podem ser classificados como estereoscópico ou monoscópico. As pessoas com visão normal, isto é, capazes de ver com ambos os olhos simultaneamente, são ditas com visão binocular, e a percepção de profundidade desta forma é denominada de visão estereoscópica. Já a visão monocular é o termo aplicado para a observação com apenas um dos olhos e o método de julgamento de distância é denominado monoscópico. A distância entre objetos ou profundidade pode ser obtida monoscopicamente considerando o tamanho relativo de objetos; os objetos ocultos; o sombreamento; e a diferença de focalização do cristalino para observar elementos diferentemente afastados. Porém, os métodos estereoscópicos são mais vantajosos do que os monoscópicos para a percepção da profundidade e são de fundamental importância para a fotogrametria e para a fotointerpretação. O olho humano é a principal ferramenta para a estereoscopia, pois sem ele não é possível termos a noção de terceira dimensão. Para a obtenção da visão estereoscópica é necessário que tenhamos dois olhos e com a mesma capacidade de visão. A base da visão tridimensional reside no uso de duas imagens captadas independentemente a partir de pontos de vista separados ligeiramente. O cérebro processa e interpreta essas imagens e realiza todos os cálculos necessários para determinar a posição relativa dos objetos na cena, utilizando a informação obtida a partir das imagens. Para obter a visão estereoscópica de fotografias aéreas é necessária a utilização de instrumentos óticos apropriados, além, é claro do par de fotografias passível de ser observado estereoscopicamente, que é chamado de estereopar. A imagem obtida estereoscópicamente é chamada de estereomodelo. O estereomodelo não aparece como uma réplica do terreno fotografado, havendo o chamado exagero vertical, que corresponde a uma relação entre a escala vertical e horizontal do estereomodelo. v h h v DS DS ou S S = = v v E E Em que: Ev = exagero vertical Sv e Sh = relação de escala vertical e horizontal DSv e DSh = denominador da escala vertical e horizontal Os principais fatores que influenciam no E v são: • Aerobase (B) • Altura de vôo (H) • Distância de observação (r) • Distância focal da câmera (f) • Base ocular (e) • Separação entre fotografias (S) É importante salientar que: • B, r e S são diretamente proporcionais; • E, H e f são inversamente proporcionais. Um mesmo estereomodelo poderá apresentar diferentes níveis de exagero vertical para diferentes fotointérpretes em função da base ocular (e). Podem ocorrer distorções no estereomodelo, sejam elas em função de erros do fotointérprete ou quando da tomada da fotografia. As distorções estereoscópicas são decorrentes da montagem incorreta do estereopar e/ou da posição de observação (vertical e oblíqua). Já as distorções fotográficas são decorrentes da inclinação da fotografia, quando a inclinação de uma ou de ambas as fotografias for acentuada e/ou da posição do objeto na fotografia. 3.7.1. VISÃO MONOCULAR Para entender na prática o que vem a ser visão binocular, sua diferença da visão monocular e a sua importância para a sobrevivência, basta fechar um dos olhos e tentar efetuar atividades cotidianas. O simples gesto de alcançar um objeto sobre a mesa passará a ser um desafio com a visão monocular. A dificuldade mais evidente neste estado será a de perceber a profundidade e avaliar a distância que separa o objeto do observador. Os portadores de visão monocular não possuem a habilidade de enxergar em profundidade. A visão monocular permite examinar a posição e a direção dos objetos dentro do campo da visão humana em um único plano. Permite reconhecer nos objetos, a forma, as cores e o tamanho. Na visão monocular a imagem é formada e visualizada como um plano, a fotografia simples é uma reprodução da visão monocular. 3.7.2. VISÃO BINOCULAR A visão binocular permite a percepção de profundidade. A profundidade é dada pela diferença de ângulos com que as imagens são percebidas. O fenômeno que está presente na visão binocular e que permite uma avaliação precisa das distâncias chama-se paralaxe, que é a diferença aparente na localização de um corpo quando observado por diferentes ângulos. Trata-se da comparação entre imagens obtidas a partir de pontos-de-vista distintos. A visão tridimensional que temos do mundo é resultado da interpretação pelo cérebro das duas imagens bidimensionais que cada olho capta a partir de seu ponto-de-vista. Os olhos humanos estão em média a 64 mm um do outro e podem convergir e divergir de modo a cruzarem seus eixos em qualquer ponto entre poucos centímetros à frente do nariz, ficando estrábicos, e ao infinito, ficando paralelos. Além de imagens, o cérebro recebe também da musculatura responsável pelos movimentos dos globos oculares informações sobre o grau de convergência ou divergência dos eixos visuais, o que lhe permite aferir a distância em que ambos se cruzam naquele determinado momento. A visão binocular permite perceber, com segurança, as relações espaciais de profundidade, existentes entre diversos objetos, percepção esta extremamente limitada nos portadores de visão monocular. Ao apresentar aos olhos duas imagens de um mesmo objeto, de pontos de vista diferentes, e conseguir por algum artifício, fazer com que cada olho capte somente a imagem colocada à sua frente, o cérebro interpreta-as como imagens que receberia se observado o objeto diretamente, e as funde em uma única imagem tridimensional, realizando a visão binocular natural. As fotografias aéreas para fotointerpretação são obtidas de modo que um mesmo objeto apareça em duas fotografias sucessivas, buscando assim imitar a visão binocular humana. A Figura 3.5 apresenta o modo como percebemos a visão binocular em fotografias aéreas. Figura 3.5. Esquema da visão binocular de fotografias aéreas, indicando cada olho visualizando um mesmo ponto fotografias distintas, para a formação da visão 3-D no cérebro. 3.7.3. MÉTODOS DE PERCEPÇÃO ESTEREOSCÓPICA Muitos fatores contribuem para a qualidade da visão tridimensional. Fatores tais como a acuidade visual, a distância entre os olhos, a qualidade da imagem, a habilidade em focar cada imagem, a velocidade com que a imagem é focada e a saúde geral do sistema nervoso de cada pessoa contribuem para o processo de análise. Outros fatores como diferenças bruscas de elevação, incapacidade de fusão pelo olho humano de dois pontos com ângulo de convergência muito pequeno, diferenças elevadas de escala entre as duas fotografias, mudança na posição dos objetos entre a tomada das fotografias, tonalidade fotográfica monótona (poucos contrastes, ex. campos extensos). a) Estereoscopia voluntária A estereoscopia voluntária pode ocorrer de duas maneiras, com ou sem o auxílio do instrumento. O instrumento (estereoscópio) permite que cada olho observe, independentemente do outro, o mesmo ponto fotografado em cada fotografia do estereopar. Sem o auxílio do estereoscópio pode ocorrer estereoscopia desde que cada olho observe o mesmo ponto fotografado nas fotografias do estereopar, normalmente utiliza-se de um anteparo para separar as fotografias. b) Pseudoscopia A pseudoscopia consiste da inversão da posição das fotografias com a finalidade de inversão do relevo. Esta técnica pode ser útil para o estudo da hidrografia ou de anomalias relacionadas à geologia. Na prática consegue-se a pseudoscopia utilizando-se estereoscópios de espelho. c) Outros métodos • Estereoscopia por anáglifo, polarização, cintilação; • Holografia. 3.7.4. MONTAGEM DO ESTEREOPAR (FOTOGRAMA) Para a montagem do estereopar é necessário primeiramente encontrar o ponto principal de ambas as fotografias do par. Posteriormente é necessário transferir cada ponto principal para a fotografia subseqüente (encontro de pontos homólogos). A Figura 3.6 mostra o encontro dos pontos principais (centrais) de cada uma das fotografias e a transposição destes pontos de uma fotografia à outra. Foto 1 Foto 2 Figura 3.6. Esquema de localização do ponto principal (central) em cada uma das fotografias do estereopar e a localização dos pontos homólogos nestas (localização do ponto central da Foto 1 na Foto 2 e vice-versa) Feita a localização dos pontos homólogos deve-se traçar uma linha entre o ponto principal de cada fotografia e o homólogo, localizado na mesma fotografia. Orientar as fotografias de modo que as sombras estejam orientadas para o observador. Alinhar as fotografias de modo que os pontos principais estejam no mesmo eixo x dos respectivos homólogos (Figura 3.7). Figura 3.7. Esquema do posicionamento do estereopar após a localização de pontos homólogos e orientação das sombras em relação ao observador. Concluídas estas etapas prossegue-se fixando a fotografia da esquerda sobre a bancada. O espaçamento entre pontos homólogos nas fotografias (qualquer ponto) deverá ser de aproximadamente 25 cm para o estereoscópio de espelhos, variando de observador para observador em função da distância entre os olhos e de outras características próprias. Ajustar o espaçamento com o estereoscópio e fixar a fotografia da direita. 3.9. EXERCÍCIOS 1. Desenvolver equação para encontrar a área de cobertura em função da área da fotografia, da distância focal e da altura de vôo. 2. Trabalho com fotografias - delineamento de divisores de água e da rede de drenagem. a. Bacia hidrográfica: área delimitada topograficamente (pelos divisores de água) e drenada por rios, córregos e ravinas apresentando uma única saída superficial; b. Rede de drenagem: corresponde a toda malha de rios, córregos e ravinas destinadas a drenar uma determinada área (bacia hidrográfica). 3.10. LITERATURA CONSULTADA/RECOMENDADA: TEMBA, P. Fundamentos da fotogrametria. UFMG, 2000. MÁRIO, H. F. S. & RODRIGUES, R. M. Fotografias Aéreas Inclinadas Obtidas com Câmara de Pequeno Formato para Interpretação do Meio Ambiente e Gestão Territorial com a Aplicação do Sistema de Informações Geográficas Spring. Congresso Brasileiro de Cadastro Técnico Multifinalitário UFSC Florianópolis, 2002 Disponível em: < http://geodesia.ufsc.br/Geodesia- online/arquivo/cobrac_2002/062/062.HTM> Consulta em: 02 Jun 2008. GENERALIDADES SOBRE FOTOGRAFIA AÉREA. Disponível em: < http://www.esteio.com.br/newsletters/paginas/002/o-general.htm> Consulta em: 02 Jun 2008. 4. Sensoriamento Remoto Orbital 4.1. INTRODUÇÃO A década de 60 assistiu ao advento dos sistemas orbitais de sensoriamento remoto. Os primeiros sensores orbitais foram voltados para aplicações meteorológicas. Paralelamente houve também a utilização de câmaras fotográficas para a aquisição de fotografias da superfície terrestre durante as missões tripuladas da série Apolo. É assim que na década de 70 é lançado o primeiro satélite experimental de levantamento de recursos terrestres (Earth Resourses Technology Satellite). Esse satélite e o sensor multiespectral que leva a bordo têm tamanho sucesso, que seu nome é modificado para Landsat e se transforma no programa de sensoriamento remoto de mais longa duração já existente, com o 7º satélite da série lançado em 1999. Em 1978 é lançado o primeiro sistema orbital de radar, o SeaSat. Esse satélite, concebido para obter dados para o monitoramento da superfície oceânica manteve-se em operação por apenas 3 meses. Por razões controvertidas (informação classificada, alta taxa de dados para transmissão telemétrica, alta potência requerida para operação dos sensores, entre outras) fizeram com que dados orbitais de RADAR só voltassem a ser disponíveis na década de 90 com o lançamento do satélite soviético Almaz (1990), ERS-1 (1991), JERS-1 (1992) e RADARSAT (1995). Atualmente existe um grande número de satélites de sensoriamento remoto em operação e planejados para entrar em operação. O Brasil encontra-se entre os países detentores de tecnologia para a aquisição de dados orbitais de sensoriamento remoto. Em 1999, após 10 anos de desenvolvimento, o Brasil e a China lançaram com êxito relativo o satélite CBERS (China-Brasil Earth Satellite). Atualmente o Brasil está envolvido no projeto de mais 2 missões de sensoriamento remoto: a missão SSR (Satélite de Sensoriamento Remoto) e a missão SABIA 3 (Satélite Argentino-Brasileiro de Informações sobre Água, Alimento e Ambiente). Além dessas perspectivas apresentadas há ainda aquelas referentes aos denominados “micro-satélites”, cujos objetivos variam segundo as mais variadas concepções adotadas. Como exemplo, destaca-se o SEPIN-2 da União Soviética, dotado de resolução espacial de aproximadamente 2 m em seu modo pancromático. Há uma estreita associação entre sensoriamento remoto e satélites artificiais. É que, embora outros sistemas façam parte do sensoriamento remoto, como os radiômetros de campo e de laboratório, e os sensores fotográficos e outros sistemas que operam em aeronaves, são os satélites que, a cada dia, mais e mais se tornam os instrumentos cotidianos dos profissionais de sensoriamento remoto. Assim, é necessário que haja um conhecimento dos principais satélites e de suas características. Os satélites são veículos colocados em órbita da Terra e que promovem continuamente a aquisição de dados relacionados às propriedades primárias dos objetos. Por estarem a grandes altitudes (tipicamente entre 600 e 1.000 km) têm a capacidade de abranger em seu campo de visada uma grande porção de superfície terrestre. Ao mesmo tempo, como têm que orbitar ao redor da Terra, promovem uma cobertura que se repete ao longo do tempo, permitindo o acompanhamento da evolução das propriedades de reflexão ou emissão dos objetos e fenômenos. 4.2. CARACTERÍSTICAS DE IMAGENS ORBITAIS As imagens orbitais de sensoriamento remoto são constituídas por um arranjo de valores distribuídos na forma de um grid ou matriz. Cada elemento desta matriz é chamado de pixel ou célula e apresenta uma posição (coluna (x), linha (y) e atributo (z)). Os valores de x e y representam a posição da célula no grid, enquanto que o valor de z representa a quantidade de energia registrada pelo sensor. Os sensores registram a energia refletida dos objetos da superfície terrestre, cujos índices, nos diferentes comprimentos de onda são dados pelas assinaturas espectrais. Esta energia atinge, em parte, o sensor (em parte porque ocorre atenuação atmosférica), sendo então convertida em pulso elétrico e, posteriormente em um número digital (DN), o qual é então convertido em imagem. Desta forma, podemos dizer que uma imagem nada mais é do que um arranjo espacial de números que representam a quantidade de energia refletida. Na Figura 4.1 encontra-se representado um recorte de uma imagem obtida pelo sensor TM do satélite Landsat, uma pequena região desta imagem destacada com “zoom”, e uma matriz com os valores de reflectância registrados nesta região. 116 92 66 60 65 117 99 72 60 66 115 106 76 59 66 Figura 4.1. Imagem da banda 4 (IVP) do sensor TM do satélite Landsat, indicando regiões de “zoom”, com exposição dos pixels e a respectiva matriz de valores representativos das tonalidades de cinza. Diferentes sensores apresentam diferentes características de imageamento, as quais são caracterizadas pelas suas resoluções, divididas em: a. resolução espacial: caracterizada pelo tamanho do pixel. O índice associado a esta resolução está relacionado à dimensão da lateral de um pixel da imagem, por ex. o Sensor TM, a bordo do satélite Landsat 7, apresenta resolução espacial de 30 m nas bandas do visível e infravermelho próximo, 60 m no infravermelho termal e 15 m no pancromático. Isto quer dizer que, para as bandas do espectro visível e infravermelho próximo, o pixel apresenta uma dimensão de 30 x 30 m. Normalmente, quando se fala em resolução sem definir qual, está se falando em resolução espacial. Esta resolução é que vai definir a capacidade que o sensor tem de apresentar detalhes de objetos. Os sensores apresentam diferentes resoluções espaciais dependendo do objetivo da sua utilização. b. resolução temporal: define o tempo que o satélite demora para retornar a imagear uma mesma região, ou seja, tempo de revisita. O satélite Landsat apresenta uma resolução temporal de 16 dias, o que indica que a cada 16 dias ele estará cobrindo a mesma região. Já a resolução temporal do satélite CBERS é de 26 dias (CCD com visada vertical). Satélites de alta resolução temporal têm tempo de revisita de até 2 dias. No entanto, estes satélites não são de imageamento contínuo, obtendo imagens apenas por meio de agendamento. c. resolução espectral: relaciona-se à quantidade de faixas espectrais nas quais um determinado sensor registra as imagens. O sensor CCD, a bordo do satélite CBERS registra as imagens em 5 bandas espectrais, sendo 4 no multiespectral e uma no modo pancromático. Já o satélite Landsat 7 registra 8 bandas, sendo 7 no modo multiespectral, uma no pancromático. d. resolução radiométrica: corresponde à capacidade que o sensor apresenta de converter a reflectância em níveis de cinza. A resolução radiométrica é dada pelo número de bits do sensor utilizando a expressão 2 n , na qual n corresponde ao número de bits. Um sensor com 2 bits de capacidade registrará as imagens em 4 tonalidades cinza, o que não permitiria uma definição adequada de imagem. Já um sensor com 8 bits de capacidade registrará imagens em 256 níveis de cinza. Este último índice representa a capacidade da maioria dos sensores de imageamento, sendo também a do sensor TM a bordo do Landsat e do CCD, a bordo do satélite CBERS. O sensor do satélite IKONOS II, apresenta resolução radiométrica de 11 bits, ou seja, 2048 níveis de cinza. 4.3. PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS MULTIESPECTRAIS 4.3.1. HISTOGRAMA DE IMAGEM No processamento de imagens, trabalha-se sempre com tonalidades de cinza, representadas pelos valores de reflectância registrados em uma cena, no entanto, os níveis de cinza registrados nos pixels de uma imagem nem sempre abrangem toda a escala de cinza capaz de ser registrada pelo sensor. Desta forma, as tonalidades muitas vezes concentram-se em uma faixa pequena da escala de níveis de cinza determinada pela resolução radiométrica do sensor (ex. sensor de 8 bits – 256 níveis – escala de 0 (preto) a 255 (branco)). O histograma de uma imagem fornece a informação de quantos pixels desta imagem possuem cada nível de cinza. Estes histogramas podem, também, ser chamados de distribuição de intensidades ou função de densidade de probabilidade. Na Figura 4.2 pode ser visualizado o histograma de uma imagem. No histograma representado, pode-se perceber que todos os pixels da imagem encontram-se concentrados em uma pequena faixa da escala de níveis de cinza, mais próxima de Zero do que de 255, caracterizando assim a predominância de tonalidades cinza escuro. Figura 4.2. Histograma esquemático de uma única banda obtida a partir de um sensor com resolução radiométrica de 8 bits. 4.3.2. AUMENTO DE CONTRASTE O olho humano é capaz de discriminar em torno de 30 tons de cinza diferentes e com uma adequada diferenciação entre estes. Como dificilmente as imagens de Sensoriamento Remoto registram tonalidades de cinza que abrangem todo o intervalo de níveis de cinza (ex. 0-255), é necessária a utilização de artifícios que melhorem a visualização e a interpretação visual das imagens. O aumento de contraste tem a finalidade de melhorar a visualização das imagens e assim facilitar o reconhecimento de informações. Este aumento de contraste é realizado por meio da manipulação de histogramas, fazendo-se um espalhamento dos pixels da imagem, de modo que estes ocupem toda a faixa de níveis de cinza da escala. Na Figura 4.3 é apresentado um exemplo de aumento de contraste em uma imagem. Pode-se observar na Figura 4.3 que após o aumento de contraste houve uma redistribuição dos pixels, abrangendo toda a escala de tonalidades (0 – 255), demonstrando também um maior afastamento entre eles. Salienta-se que este procedimento não altera os valores registrados na imagem, a menos que a partir do resultado seja criada (salva) uma nova imagem. Ressalta-se ainda que os arquivos originais devem ser sempre preservados. 0 255 Níveis de cinza N ú m e r o d e p i x e l s Figura 4.3. Histograma esquemático de uma imagem em tonalidade cinza (a) e o histograma desta imagem após o aumento de contraste (b). 4.3.3. COMPOSIÇÕES COLORIDAS O sistema visual humano está mais acostumado a discernir e interpretar cores do que tonalidades de cinza. Em Sensoriamento remoto multiespectral as imagens são obtidas em diversas bandas que representam a reflectância dos objetos em diferentes faixas do espectro eletromagnético, sendo cada banda representada em tonalidades de cinza. A teoria das cores baseia-se no espaço RGB, (vermelho (Red), verde (Green) e Azul (Blue)) que representa as cores primárias aditivas. A ausência de uma delas produz as chamadas cores primárias subtrativas (Subtração do vermelho resulta em ciano; Subtração do verde resulta em magenta e Subtração do azul resulta em amarelo). Por meio da mistura destas três componentes de cores são obtidas todas as demais. A realização de composições coloridas a partir de imagens multiespectrais consiste na atribuição de cada uma das cores primárias a uma banda espectral, sendo os índices de mistura de cores correspondentes aos números digitais (DN) registrados em cada pixel da imagem. A composição das cores é realizada pixel a pixel, ou somente entre pixels que estão na mesma posição na imagem. Na Figura 4.4 são apresentados 2 exemplos de composições coloridas realizadas com as bandas 2, 3 e 4 do Sensor TM do satélite Landsat. Na primeira composição a banda do infravermelho próximo, banda 4 do Landsat, 0 255 Níveis de cinza N ú m e r o d e p i x e l s (a) 0 255 Níveis de cinza N ú m e r o d e p i x e l s (b) ocupa o lugar da componente verde na composição RGB (2(B), 4(G) e 3(R)) e na outra, a banda 4 ocupa o lugar da componente vermelha na composição da cor RGB (2(B), 3(G) e 4(R)). Salienta-se que a banda 4, ou seja, a do infravermelho próximo, corresponde à banda na qual a vegetação verde apresenta maior reflectância (0,7-0,9 µm). (a) 2B, 4G e 3R (b) 2B, 3G e 4R * B, G, R correspondem respectivamente a Azul, Verde e Vermelho; as circunferências representam áreas irrigadas por sistema de pivô-central e a linha sinuosa escura representa um curso d´água. Figura 4.4. Composição colorida RGB com as bandas 2, 3 e 4 do sensor TM do satélite Landsat, sendo 2B, 4G e 3R (a) e 2B, 3G e 4R (b). 4.3.4. OPERAÇÕES MATEMÁTICAS COM IMAGENS Diversos cálculos matemáticos são realizados para o processamento digital de imagens multiespectrais. As operações são realizadas entre os valores dos números digitais (DN) presentes nas imagens. Os cálculos são, normalmente, realizados utilizando duas ou mais bandas espectrais de um mesmo local, sendo possível realizar qualquer tipo de operação matemática (soma, subtração, divisão e multiplicação). Como regra geral, pode-se dizer que a adição e a multiplicação de imagens servem para realçar similaridades espectrais entre bandas ou diferentes imagens, ao passo que a subtração e a divisão servem para realçar diferenças espectrais (Crosta, 2002). Dentre as operações matemáticas com imagens, a razão entre bandas é uma das operações mais comuns. Um dos modelos de uso mais comum em agricultura e meio ambiente é o que expressa o índice de vegetação, que consiste em determinar, por meio dos DN de diferentes bandas, os pontos da imagem nos quais a presença de vegetação é maior. O índice de vegetação de uso bastante difundido é o NDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada), o qual é representado pela expressão: Vermelho IVP Vermelho IVP NDVI + − = Em que IVP corresponde a banda o infravermelho próximo e vermelho corresponde a banda cujo comprimento de onda encontra-se na região do vermelho do espectro eletromagnético. A escala na imagem resultante do uso do NDVI varia de 0 a 1. Quanto mais próximo a 1, mais vegetação foi reconhecida e quanto mais próximo a zero (0), menos vegetação. Para o caso do sensor TM do Landsat, esta expressão pode ser representada por: 3 4 3 4 B B B B NDVI + − = 4.3.5. CLASSIFICAÇÃO DE IMAGENS A classificação de uma imagem pode ser entendida como a associação de cada pixel de uma imagem a uma classe ou um objeto real. Assim, os valores de reflectância registrados pelo sensor em cada pixel são identificados e associados a um objeto da superfície terrestre, como por ex. solo, vegetação, água, etc. A associação de todos os pixels da imagem aos seus referidos alvos gera um mapa de uso do solo ou de características de interesse como, por ex., diferentes tipos de vegetação, solo ou outros elementos da superfície que se deseje mapear. A interpretação da classe a que os pixels representam relaciona- se a reflectância que os diferentes alvos apresentam na faixa do espectro na qual a imagem foi obtida. A classificação de imagens pode ser realizada com base em diferentes métodos (máxima verossimilhança, paralelepípedo, distância mínima), no entanto existem basicamente em duas abordagens, que são a classificação supervisionada e não-supervisionada. a. classificação supervisionada – nesse tipo de classificação o usuário identifica alguns pixels representativos da ou das classes desejadas e deixa para o software a tarefa de identificar, no restante da imagem, outros pixels que apresentam características semelhantes, associando-os às respectivas classes pré-definidas. É necessário, nesse tipo de procedimento, que o usuário tenha conhecimento ou identifique a área a ser classificada antes de iniciar o processo de classificação. As áreas ou pixels escolhidos são chamadas de áreas de treinamento. Estas áreas normalmente são definidas pelo usuário por meio da delimitação de uma área (com o “mouse”) diretamente sobre a imagem na tela do computador. Os softwares permitem que várias áreas de treinamento sejam escolhidas tanto para uma mesma classe, como para diferentes classes. b. classificação não supervisionada – nessa forma de classificação é o software que define as classes, enquadrando a imagem em um número de classes ou intervalo de classe definido pelo usuário. Neste tipo de procedimento o usuário não informa ao software as áreas de treinamento, indicando, normalmente, apenas o número de classes que se deseja obter. 4.3.6. REGISTRO E GEORREFERENCIAMENTO DE IMAGENS As imagens geradas por sensores aéreos orbitais ou sub-orbitais estão sujeitas a uma série de distorções, não apresentando coordenadas precisas o suficiente para a localização adequada de objetos na área imageada, devendo estas distorções e coordenadas ser corrigidas por meio de softwares de processamento de imagens. Desta forma, o georreferenciamento de uma imagem consiste na atribuição de coordenadas reais aos seus pixels, de modo que a navegação ou o cruzamento de informações da imagem com as de outros mapas seja adequado. Para a realização do georreferenciamento devem ser tomados pontos de coordenadas conhecidas, a partir de cartas ou outros mapas ou mesmo identificados em campo, locais facilmente reconhecíveis na imagem e assim obter as coordenadas por meio de equipamentos adequados (GPS), ou pela transferência de coordenadas pelos medos tradicionais de agrimensura. A quantidade de pontos a ser coletada deverá ser de, no mínimo, seis pontos uniformemente distribuídos sobre a imagem que se deseje georreferenciar. Recomenda-se, no entanto, que sejam obtidos diversos pontos (10; 12; 20; etc.) de modo que os erros gerados pelos modelos de interpolação sejam reduzidos, bem como possibilitar a escolha de pontos de controle que melhor se ajustem a área e reduzam os erros. 4.4. EXERCÍCIOS 1. Baseado nas curvas padrão de reflectância dos diferentes objetos representados na Figura 4.1 e nos valores registrados nos pixels do recorte (tabelas abaixo) das diferentes bandas de uma imagem hipotética, represente a curva de reflectância (em um gráfico de reflectância x comprimento de onda) para os pixels em destaque e determine, aproximadamente, qual o alvo que encontra-se representado. Utilize todas as bandas para a conformação da curva. Banda 1- (0,4 a 0,5 µm) C1 C2 C3 C4 C5 L1 12 15 15 8 2 L2 10 11 12 5 3 L3 9 12 12 7 6 L4 18 20 20 14 10 L5 17 16 13 8 14 Banda 2- (0,5 a 0,6 µm) C1 C2 C3 C4 C5 L1 20 30 35 12 7 L2 25 30 16 10 5 L3 10 18 30 22 22 L4 24 26 22 23 25 L5 19 19 30 15 18 Banda 3-(0,6 – 0,7 µm) C1 C2 C3 C4 C5 L1 18 16 19 20 12 L2 12 13 43 15 12 L3 14 20 15 9 21 L4 26 28 28 27 21 L5 26 30 15 14 34 Banda 4-(0,8-0,9 µm) - IVP C1 C2 C3 C4 C5 L1 90 107 98 70 2 L2 91 125 131 12 5 L3 21 26 103 3 9 L4 45 29 30 27 17 L5 50 40 89 9 38 2. Identificação de objetos a partir dos valores de reflectância registrados nas diferentes bandas de imagens de satélite 3. Tomando-se os recortes de imagens apresentados no exercício 1, façam uma composição colorida considerando as bandas 2(B), 4(G) e 3(R) e posteriormente invertendo a posição das bandas para 2(B), 3(G) e 4(R). Utilizem para tanto um editor de imagens qualquer. 4. Explique as diferenças nas cores apresentadas pelas Figuras 6a e 6b com base na curva de reflectância da vegetação respectivamente. 5. Tomando-se os recortes de imagens apresentados no exercício 1, determine o índice de vegetação (NDVI) e posteriormente comentem o resultado. 4.5. LITERATURA CONSULTADA EPIPHANIO, J. C. N. Satélites de sensoriamento remoto. São José dos Campos: INPE, 2002. Disponível em: http://mtc-m12.sid.inpe.br/col/sid.inpe.br/ sergio/2005/06.14.12.34/ doc/CAP2_JCNEpiphanio.pdf. Consulta em 02 de dez. de 2008. 5. Sistemas de informações geográficas (SIG) 5.1. INTRODUÇÃO Os Sistemas de Informações Geográficas (SIG) são sistemas que armazenam e analisam mapas, permitindo sua manipulação e a obtenção de resultados baseados em diferentes interações entre os dados desses mapas, tudo em um ambiente computacional. Diferentes profissionais têm definido significados para o termo SIG, sendo encontradas várias definições na literatura, algumas delas apresentadas por Rocha (2000). No entanto, para a conceituação de sistemas de informações geográficas é importante o entendimento de alguns termos relacionados ao tema, como a diferença entre dados e informações, informações geográficas e sistema. Dado pode ser entendido como qualquer medida realizada de um evento ou fenômeno, sem que o mesmo esteja relacionado a um propósito específico. Informação, por outro lado, corresponde ao dado, porém, com a atribuição de um significado ao mesmo. Como exemplo pode-se imaginar um dado climático qualquer, como temperatura (temperatura de 27 o C) e informação como um significado dado a esse valor (a temperatura média diária em 23/05/2006 foi de 27 o C). Informação geográfica relaciona-se à informação ou ao conjunto de informações associados ou relacionados a uma posição geográfica específica (a temperatura média diária na escola de agronomia da UFG em Goiânia, no dia 23/05/2006, foi de 27 o C). Sistema pode ser entendido como um conjunto de elementos cujos atributos se inter-relacionam. Assim, consiste em um conjunto de instrumentos e convenções adotados com a finalidade de apresentar uma informação. Desta forma, pode-se dizer que Sistema de Informação Geográfica corresponde a um conjunto de instrumentos e convenções destinado ao tratamento de informações que mantenham uma relação constante com suas posições geográficas. De uma forma mais simples, será utilizada neste material a definição apresentada por Assad e Sano (1998), os quais atribuem o termo SIG aos sistemas que efetuam o tratamento computacional de dados geográficos. 5.2. DIFERENÇA ENTRE SIG E CAD Alguns técnicos, menos experientes, confundem sistemas CAD com SIG, no entanto, estes correspondem a sistemas diferentes. Um CAD (computer aided design; projeto auxiliado por computador) pode ser entendido como um sistema para trabalhar os objetos na forma gráfica, como desenhos, utilizando coordenadas de tela ou de papel, armazenando os dados como elementos gráficos. Estes sistemas lidam com mapas ou cartas independentemente da ligação entre os elementos ou entre folhas seqüenciais. Já num SIG as informações são tratadas com base na relação espacial entre os elementos representados, sendo sempre utilizado um mesmo sistema de coordenadas e com dados georreferenciados, ou seja, localizados em relação à superfície terrestre. 5.3. COMPONENTES DE UM SIG Um SIG é composto por hardware, software, banco de dados e recursos humanos. O hardware constitui a plataforma a ser utilizada para a manipulação dos dados, podendo ser composta desde computadores pessoais até complexas estações de trabalho (workstations). Compõem ainda o hardware os acessórios e periféricos como escanners, ploters e outras impressoras, mesas digitalizadoras, etc. O software consiste no sistema responsável pela utilização dos dados e, por meio de comandos e procedimentos computacionais, executam diferentes funções de manipulação de dados armazenados em um banco de dados. Estes correspondem a base de informações a ser utilizada para a obtenção de um resultado. Os recursos humanos correspondem às pessoas responsáveis pela utilização dos demais componentes do sistema (hardware, software e dados) e pela transformação dos dados em informações. 5.4. ESTRUTURA DE DADOS DIGITAIS Os dados em SIG são representados de duas formas, que são os formatos vetorial e matricial ou raster. No formato vetorial os dados são armazenados como um par ou conjunto de pares de coordenadas (X,Y), sendo atribuído um único atributo a cada elemento. Estes são representados conforme três elementos gráficos, que são: pontos, linhas e polígonos. Para a representação de um elemento ponto é utilizado um único par de coordenadas e um atributo (ex: X,Y,Z; longitude, latitude, temperatura). Já para a representação de linhas, é utilizado um conjunto formado por, pelo menos, dois pares de coordenadas, aos quais é associado um único atributo (ex: X1,Y1; X2,Y2; Z; longitude1, latitude1; longitude2, latitude2, cota) e, para a representação de polígonos são requeridos pelo menos quatro pares de coordenadas, sendo que o primeiro e o último par devem ser exatamente iguais. Os arquivos vetoriais armazenam apenas as coordenadas dos pontos e seus atributos, sendo, portanto, bastante econômicos em termos de espaço utilizado na memória ou no disco do computador. No formato matricial ou raster tem-se uma matriz de dados que permitem reconhecer os dados na forma de uma imagem digital. Cada célula dessa matriz, também chamada de pixel, representa um valor numérico (atributo) que corresponde a uma característica de um mapa como, por exemplo, o tipo de solo. Esta célula está associada a um par de coordenadas espaciais (X,Y) e apresenta uma dimensão (tamanho da célula ou do pixel). Esta dimensão representa a resolução da imagem. Neste tipo de arquivo, todas as células apresentam valores, mesmo que sejam nulos e, desta forma ocupam lugar na memória e no arquivo digital. Assim via de regra, os arquivos raster são maiores do que os arquivos vetoriais. Cabe ressaltar que os diferentes formatos são aplicados a situações distintas como, por exemplo, arquivos em redes (energia, estradas, galerias pluviais, etc.) são mais facilmente trabalhados no formato vetorial enquanto que arquivos a serem utilizados em simulações de superfície (ex. zoneamentos, modelos numéricos do terreno, etc.) são mais facilmente manuseados no formato raster. Na Figura 5.1 é apresentado um exemplo de representação vetorial e matricial dos mesmos dados. É importante salientar que a forma de armazenamento destes dados depende da estrutura de arquivos estabelecida em cada software. Figura 5.1. Esquema indicando a forma de representação dos dados no formato vetorial (a) e matricial (b). Obs.: neste exemplo, células vazias em b recebem valor nulo. 5.5. TIPOS E FONTES DE DADOS EM SIG Os dados utilizados em SIG podem ser de diferentes tipos, como mapas temáticos, por exemplo, que descrevem de forma qualitativa a distribuição espacial de uma grandeza qualquer (solos, aptidão agrícola, tipo de vegetação, etc.) ou mapas cadastrais nos quais cada elemento possui diferentes atributos (mapa de lotes de um bairro, contendo tamanho, nome do proprietário, data de aquisição, valor venal, IPTU, etc.). Existem ainda as redes, que são informações armazenadas na forma vetorial e se caracterizam por elementos lineares (galerias de esgoto, redes de energia e telefone, rodovias, etc.) e as imagens, as quais são arquivos no formato raster (imagens de satélites, fotografias aéreas, etc.). Por último, existem os modelos numéricos do terreno (MNT), que consistem numa maneira de representar uma característica que varia continuamente no espaço, como relevo, temperatura, propriedades do solo, etc. (Assad e Sano, 1998). A construção de uma base de dados em para uso em um SIG depende da disponibilidade dos dados. Os dados a serem utilizados para a construção do banco de dados dependem do objetivo a ser alcançado com o trabalho, podendo ser obtidos a partir de dados analógicos ou digitais. Como dados analógicos existem fontes como fotografias aéreas, mapas e cartas ou dados numéricos e alfanuméricos acumulados ao longo do tempo em diferentes bases de dados como IBGE, Embrapa, Exército, companhias de transporte, energia, saneamento, etc. 1,5,7 5,6,7 7,13,7 10,10,7 18,10,7 4,13,9 7,3,3 7,3,3 16,6,3 15,2,3 9 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 3 3 3 1 2 3 4 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1 2 3 4 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 6 3 7 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 (a) (b) São chamados dados digitais todos aqueles dados que, na sua origem, já se encontram no formato digital, como as imagens de satélites, dados de GPS (sistema de posicionamento global), entre outros. Atualmente muitos dados, inicialmente analógicos, podem ser encontrados no formato digital, tendo em vista o trabalho realizado por agências e órgão públicos na sua conversão. No entanto, nem sempre estes dados são suficientes ou adequados para o trabalho que se deseja executar, devendo-se, muitas vezes, construir a própria base de dados. Isto se torna bastante comum quando se trabalha em escala local, como uma fazenda ou propriedade rural. Em todos os casos, os dados devem ser adequados tanto à finalidade do trabalho quanto ao software que será utilizado. Alguns elementos do banco de dados não sofrem alterações após a sua construção, necessitando apenas de alimentação. Pode-se citar como exemplo, nesse caso, um mapa de classes de solo, talhões em uma fazenda ou mesmo limites de municípios. Um aspecto de grande relevância e que está associado à escolha do software a ser utilizado refere-se ao formato da base de dados e na facilidade de conversão desses dados de um software para outro. Isto se deve ao fato de que os dados de origens diferentes podem encontrar-se em diferentes fontes, formatos e escalas, sendo recomendável o uso de ferramentas que apresentem facilidade para a sua manipulação. 5.6. SISTEMA DE ANÁLISE GEOGRÁFICA Um sistema de análise geográfica é uma das grandes vantagens no uso de SIG’s, com possibilidades de dados quanto à localização, extensão, correlação e evolução dos fenômenos de interesse (Rocha, 2000). Algumas das ferramentas disponíveis em um SIG são as de consulta ao banco de dados, realização de operações algébricas com mapas, operadores de distância e operadores de contexto. Em consulta ao banco de dados é possível obter respostas a questões como: qual a área deste elemento, quais os outros elementos que apresentam a mesma área, qual a sua localização, etc. Como exemplo de consulta ao banco de dados pode-se relacionar os municípios do Estado de Goiás e obter respostas rápidas sobre população (sexo, idade média, raça, etc.) ou sobre economia (PIB, renda per capita, principais produtos produzidos), bem como realizar comparações entre municípios que estejam nas mesmas faixas de PIB ou com as mesmas características de população. As operações algébricas com mapas consistem em um conjunto de ferramentas que permitem realizar operações matemáticas entre diferentes camadas de mapas (layers) ou a realização destas operações com valores constantes (escalar). Por meio destas operações permite-se alterar os valores dos atributos em uma imagem, transformar os atributos por meio de operações como trigonometria e logaritmos ou ainda combinar diferentes layers de modo a produzir um resultado composto. Os comandos de distância são operadores que permitem análises como: qual a menor distância entre dois pontos ou qual o melhor caminho entre estes pontos (pathway); delimitação de distâncias a partir de um referencial como o estabelecimento de faixa ou a distância mínima de segurança para a implantação de algum empreendimento (buffer). Já os operadores de contexto permitem a obtenção de novos mapas a partir de dados já existentes, como a geração de um mapa de declividades a partir de um mapa de curvas de nível (relevo). 5.7. EXERCÍCIOS 1. Encontrar uma região mais adequada para a implantação de um pivô central, com base nos seguintes critérios: • relevo suave; • solo textura argilosa; • distante 60 m de curso água (mínimo); • afastado de área de reserva legal. Resposta Geração da base de dados de mapas (Passos de 1 a 4). Figura 5.2. Passo 1. Relevo - a partir do mapa de curvas de nível foi gerado um mapa de declividade com o qual foram estabelecidos limites de declividade que permitiram classificar a área em três classes de relevo. Neste passo foram utilizados operadores de contexto. Passo 2. Solo – foi gerado o mapa temático de textura de solo a partir de levantamentos de campo; pode ser gerado também a partir de digitalização de mapa existente. Passo 3. Hidrografia – por meio do mapa de cursos d’água estabeleceu-se uma bordadura (buffer), utilizando operadores de distância, sendo estipulada a distância de 60 m como foi requerido no enunciado. Passo 4. Reserva legal – foi gerado o mapa temático de reserva legal, utilizando dados coletados em campo e de área averbada junto ao órgão de meio ambiente. Figura 5.2. Base de dados de mapa para a determinação da área apta para a implantação de um pivô central. Manipulação dos mapas (Passos de 5 a 9). Figura 5.3. Passo 5. Eliminaram-se todas as áreas cujo relevo não se enquadrava para a solução do problema (relevo íngreme e ondulado), permanecendo apenas o relevo suave; Passo 6. Eliminaram-se todas as áreas cujo solo não se mostrou adequado (argilo-arenoso, siltoso, arenoso), permanecendo apenas o solo argiloso, conforme requerido; Passo 7. Eliminou-se da área de interesse a hidrografia juntamente com a área de bordadura limitada por critérios de legislação ambiental (60 m); Passo 8. Eliminaram-se as áreas de reserva legal, sobre as quais não poderá haver interferência, por critérios de legislação ambiental; Passo 9. Realizou-se o cruzamento das informações de modo que restassem somente as áreas adequadas por todos os critérios estabelecidos, gerando assim o mapa resultado. Mapa de relevo Mapa de textura de solo Mapa de hidrografia Mapa de reserva legal Curso d’água Faixa de preservação íngreme ondulado suave Argilo-arenoso arenoso argiloso siltoso Reserva legal Figura 5.3. Sobreposição das áreas aptas de cada mapa e mapa de áreas aptas para a implantação de pivô central. Mapa de sobreposição Mapa de áreas aptas 5.8. LITERATURA CONSULTADA ASSAD, E. D. e SANO E. E. Sistema de Informações Geográficas: Aplicações na Agricultura. Brasília: CPAC, 274p., 1993. ASSAD, E. D. e SANO E. E. Sistema de Informações Geográficas: Aplicações na Agricultura. Brasília: CPAC, 434p., 1998. ROCHA, C. H. B. Geoprocessamento: tecnologia transdisciplinar. Juiz de Fora: Ed. do autor, 220p., 2002. Rocha (2000)