Curso de especialização em geoprocessamento

Curso de especialização em geoprocessamento

(Parte 1 de 3)

conceitos e métodos

BRITALDO SILVEIRA SOARES FILHO britaldo@csr.ufmg.br

Departamento de Cartografia Centro de Sensoriamento

Remoto

pg.

1. Introdução e Histórico2 2. Conceituação3 3. Funções básicas4 4. Vantagens e desvantagens de um sistema de Cartografia Digital5 5. Preparação e geração de mapas por Cartografia Digital6 6. Estrutura de dados em Cartografia Digital7 7. Conversão dos dados cartográficos para o meio digital9 8. Estruturação da base de dados10 9. Parâmetros para a digitalização11 10. Cartografia Digital x Cartografia Automática13 1. Representação final dos dados13 12. Qualidade de dados e fontes de erros na Cartografia16 13. Referências Bibliográficas 19

1) Introdução e Histórico

A arte da Cartografia é conhecida desde os primórdios da história da humanidade. Os primeiros registros de mapas estão representados por tábuas de argila encontradas na Mesopotânia em 2500 B. C. (Thrower, 1972). A história da Cartografia praticamente acompanhou o desenvolver da humanidade. Os principais enventos que colaboraram com o progresso das ciências cartográficas estão representados pelo famoso ensaio geográfico de Cladius Ptlomeu, escrito no século I A.C., descrevendo a forma esférica da Terra e como esta poderia ser representada por mapas planos; a invenção da imprensa no século XV; os estudos de projeções cartográficas elaboradas por Gerhardus Mercator em meados do século XVI e posteriormente, o desenvolvimento das técncias de offset, litografia e fotografia obtido no final do século XIX (Monmonier, 1982). Não se deve também deixar de considerar que sem o melhoramento das técnicas de levantamento, tais como a fotogrametria, o sensoriamento remoto e a geodésia, não existiriam mapas tão precisos e que representassem grandes extensões da Terra.

Portanto, a coleta de dados sobre a distribuição espacial de propriedades da superfície e subsuperfície terrestres sempre foi uma preocupação de sociedades organizadas. Esses dados de natureza espacial ou geográfica são coletados para diferentes fins e a sua representação é realizada por meio de documentos cartográficos. Originalmente, os mapas foram usados para descrever lugares remotos e para o auxílio à navegação e práticas militares. Com o avanço dos estudos científicos sobre a Terra, cada vez mais novas áreas de conhecimento utilizaram-se de técnicas cartográficas. Hoje, estudos ambientais, tais como Geologia, Ecologia, Geomorfologia, Geografia, Agronomia e Climatologia, fornecem uma incrível diversidade de temas a serem cartografados, como no exemplo de rios, habitats naturais, redes de infra-estrutura, formações geológicas, jazidas minerais, solos, vegetações, populações e unidades de relevo.

Dentro de uma visão histórica da Cartografia, podem-se vislumbrar várias fases. Segundo Burrough (1991), os primeiros levantamentos cartográficos consistiram basicamente na observação, classificação e mapeamento temático qualitativo. Descrições quantitativas foram restritas devido à falta desse tipo de observação, ausência de ferramentas matemáticas que tratassem espacialmente os dados e decorrente da falta de um recurso apropriado que permitisse a representação de grandes volumes de dados quantitativos. Dados geoquantitativos são usualmente representados por mapas de isovalores obtidos pelo traçado de isolinhas ou linhas de contorno. Por conseguinte, para cada tipo de dado é necessária a confecção de uma folha cartográfica, o que leva, em muitos casos, a geração de uma grande coleção de cartas, dificultando desse modo uma visão integrada das diferentes variáveis explicativas do modelo de ocorrência de um fenômeno ou ente espacial. Ainda, uma outra restrição imposta por este tipo de representação referia-se à dificuldade de atualização de dados de natureza dinâmica, como no exemplo de cartas climáticas, que necessitam ser alteradas diariamente, o que se torna impraticável de se fazer manualmente.

Durante as décadas de 60 e 70, novas tendências sugiram na maneira de se lidar com os dados cartográficos. Projetos de inventários ambientais e de levantamentos de recursos naturais, que começavam a ser realizados em todo o Globo, tinham como objetivo entender a interação dos diversos aspectos da Terra. Este fato resultou em abordagens integradas e multidisciplinares, posto que esses estudos levam em conta que os diversos fenômenos na Terra não funcionam independentemente, devendo ser por conseguinte analisados de um modo integrado. Esses estudos sinergísticos resultaram em gigantescas massas de dados coletadas pelas diversas técnicas disponíveis, como nos exemplos de levantamentos de campo, métodos geofísicos e imagens multiespectrais produzidas pelo Sensoriamento Remoto Orbital.

O sucesso ou alcance desses projetos integrados tornou-se, então, uma questão de capacitar os especialistas para análise, integração e interpretação dessa multiplicidade de dados, que freqüentemente se apresentam em diversas naturezas, formatos e escalas.

A resolução da questão formulada acima, de certa forma, começou a ser viabilizada através do desenvolvimento e aplicação de ferramentas computacionais voltadas à manipulação de informações geográficas. Da experiência da análise de transparências em uma mesa de luz, surgiram os primeiros programas de análise de dados cartográficos ou espaciais (Burrough, 1991). Em exemplo, o SYMAP, abreviação de Synagraphic Mapping System, programa elaborado por Fisher em 1963, que utilizava uma estrutura de dados em grade (Burrough, 1991). A partir de 1970, a Cartografia Computadorizada experimentou um boon decorrente dos avanços dos programas de computação gráfica, aumento da performance dos hardwares e conseqüente queda de seus preços.

Essas grandes inovações tecnológicas e científicas têm levado a uma revisão do conceito tradicional da Cartografia, definido pela International Cartographic Association como "a arte, ciência e tecnologia de elaboração de mapas em conjunto com o seu estudo como documentos científicos e trabalhos de arte" (ICA,1973).

Desse modo, um grupo de estudo, proposto pela mesma ICA, sugeriu que a Cartografia passasse a ser definida como "a organização e comunicação de informações geograficamente relacionadas em forma gráfica ou digital, incluindo todos os estágios de aquisição de dados, apresentação e uso" (Taylor, 1991).

Board (1989) propôs que o mapa passasse a ser visto como um instrumento holístico e de abstração intelectual de uma realidade geográfica, podendo a sua representação ser visual, digital ou táctil. Ainda, Taylor (1991) sugere que a Cartografia seja vista como a organização, apresentação, comunicação e utilização de geo-informação em forma gráfica, digital ou táctil.

Durante esta ocasião, este último autor comentou que “em um futuro próximo, o mapa será visto como um instrumento de multimídia eletrônica, com apresentação simultânea de textos, dados numéricos, gráficos, imagens e sons”, ou seja, o mapa como um instrumento de organização de dados, que possibilite o usuário navegar através do conhecimento. Isto hoje já é uma realidade, pois podem ser encontrados na Internet diversos sites de provedores de mapas “inteligentes”, ou seja mapas que incorporam ou que estão ligados à objetos de multimídia através de sua representação espacial (vide exemplos em http://plasma.nationalgeographic.com/mapmachine, w.csr.ufmg.br, w.mapsonus.com, http://maps.esri.com/).

A Cartografia Digital ou Cartografia Assistida por Computador deve ser vista não apenas como um processo de automação de métodos manuais, mas sim como um meio para se buscar ou explorar novas maneiras de lidar com dados espaciais (Taylor, 1991).

Um sistema de Cartografia Digital (CD) pode ser compreendido como um conjunto de ferramentas, incluindo programas e equipamentos, orientado para a conversão para o meio digital, armazenamento e visualização de dados espaciais. Um sistema de Cartografia Digital tem como ênfase a produção final de mapas.

A Cartografia Digital pode ser vista como uma parte de um Sistema de Informações Geográficas – SIG (Blatchford e Rhind, 1989, in Taylor, 1991), tendo em mente que os mapas são o centro para todos os SIGs (Fig. 1). Uma outra visão é que um SiG representa uma superestrutura de um Sistema de Cartografia Assistida por Computador(Stefanovic et al., in Taylor, 1991).

Todos os SIGs têm componentes de CD, mas nem todos os sistemas de CD têm componentes de um SIG, posto que os SIGs envolvem muito mais que a elaboração de mapas digitais, mas verdadeiramente a habilidade de analisar dados com referência espacial (Taylor, 1991).

BaseBase de dados de dados espaciaisespaciais

Banco deBanco de atributosatributos

Sistema deSistema de

ProcessamentoProcessamento de imagensde imagens

SistemaSistema dede análisesanálises estatísticasestatísticas

SistemaSistema dede digitalizaçãodigitalização de de mapasmapas

SistemaSistema dede análisesanálises geográficasgeográficas

SistemaSistema dede visualizaçãovisualização cartográficacartográfica

SistemaSistema gerenciadorgerenciador de bancode banco de dadosde dados mapasmapas mapasmapas imagensimagens relatóriosrelatórios relatóriosrelatórios

Fig. 1 – Esquema ilustrativo da composição de um Sistema de Informação Geográfica e seus componentes, incluindo a Cartografia Digital. Fonte: Eastman (1992).

3) Funções Básicas

Um sistema de CD pode ser visto como um CAD especializado (Computer Aided Design), muito embora os CADs tenham sido desenvolvidos, predominantemente por engenheiros e arquitetos, para lidar com plantas e desenhos.

Portanto, um sistema de CD deve ser capaz de manipular elementos na forma de ponto, linha, áreas em conjunto com os seu rótulos. Alguns elementos gráficos manipulados pelo sistema são: Linhas, polilinhas, polígonos fechados, formas complexas, elipses, círculos, arcos e textos (MGE-PC, 1992).

Algumas funções desejadas para um sistema de CD são:

• Entrada de dados, edição e manipulação. • Operações básicas de desenho.

• Visualização de diagramas.

• Visualização de feições pontuais e lineares.

• Programa de hachuramento de áreas

• Programa de desenho de contorno ou isolinhas

• Suporte para projeções cartográficas, incluindo transformações de coordenadas e medidas de distâncias entre dois pontos, considerando a curvatura da Terra.

• Apresentação de cartogramas variados.

• Facilidade para cópias em papel.

• Cálculo de área e perímetro.

• Ferramentas de limpeza, generalização de linhas e redução da complexidade de uma linha ou limite de áreas (Figs. 2 e 3).

• Posicionamento preciso de feições através de entrada de coordenadas pelo teclado.

• Posicionamento de elementos em níveis lógicos (noção de camadas ou planos de informação ou layers).

• Associação de atributos aos elementos cartográficos.

• Manipulação de objetos gráficos, no qual pontos, linhas e áreas podem ser combinados para representar um único fenômeno ou ente espacial.

• Definição e representação de estilo, peso e cor de um elemento gráfico.

• Facilidade para copiar, rotacionar, transladar espelhar, ampliar e reduzir.

• Elaboração de grade de coordenadas.

• Biblioteca de símbolo

Fig. 2 – Exemplo de ferramenta de correção de junção de linhas. Fonte: MGE-PC (1992).

Fig. 3 – Exemplo de ferramenta de redução da complexidade de linhas, pela remoção de vértices. Fonte: MGE-PC (1992).

4) Vantagens e desvantagens de um sistema de CD

Segundo Monmonier (1982), a Cartografia Digital não deve ser encarada apenas como um simples elo entre a cartografia tradicional e um sofisticado processo de controle de equipamentos, mas sim como uma mudança de processos e conceitos, os quais permitirão a utilização dos mapas como um melhor instrumento de pesquisa, ensino e comunicação de informações, aumentando assim, consequentemente, o valor de suas informações para tomada de decisões.

Como vantagens desse método podemos citar:

•• Posibilidade de resimbolização e fácil aalltterraaççããoo

•• Experimentação de novas técnicas de visualização,, novas projeções cartográficas e ddiifferrennttess testes de representação..

•• Aumento da pprroodduuttiivviidaddee..

•• Ampliar a ddiivvuullggaççãão e o uusso dda iinnfforrmmaççãão ggeoggrrááffiicca ppella nnovvass mmííddiiass ddiiggiittaiiss,, ssobbrrettuuddo a Internet..

•• Emprego de algoritmos de generalização permite criar mapas de síntese regional

•• Posibilidade de avaliação dos rreessuullttados a priori dda impresão..

•• Emprego em um SIG.. •• Revisão continuada da base de daddooss..

•• Maior quantidade de informação ppoode ser representada..

•• Derivação de outros temas a pparrttiirr do pprroocceessssammeennttoo doss mmappass ddiiggiittaiiss..

•• Criar mapas que são difíceis de se realizar por métodos convencionais..

• Automação de rotinas repetitivas e criação de bbiibblliiootteccaass de símbolos

Também como toda nova tecnologia, existem desafios e mesmo desvantagens que devem ser superadas, a citar:

•• Escasez de mão de obra treinada •• Exige pesoal mais qualificado

•• Mudança na rroottiina de trabalho,, implicando em um investimento em ttrreiinammennttoo e adaptação,, o que rreequerr um tteemmppo de mmaattuurraaççãão até que este nnovvo mmééttoddo seja plenamente aaddottaaddo..

•• Maior investimento inicial,, que pode ser superado com a mmaiioorr pprroodduuttiivviiddaddee

•• aprendizado continuado,, posto que consiste em uma tecnologia em constante avanço..

•• Geração de mapas de baixa qquuaalliiddaade,, pois com os comppuuttaaddoorreess mmuuiittos se aventuram em produzir mapas sem que tenham um conhecimento mínimo necesário de cartografia..

5) Preparação e geração de mapas assistidos pelo computador

O projeto de um mapa inclui todos os processos de sua criação, envolvendo a abstração do mundo real e codificação das feições geográficas a serem representas no mapa. O espaço disponível no mapa em papel impõe um limite na seleção dos objetos e no grau de abstração permitido.

São considerados ainda como restrição à representação os limites gráficos impostos pelo o meio de reprodução e a necessidade de estética e clareza na apresentação da informação (Barbara et al., in Taylor, 1991). Segundo estes autores, o processo do projeto cartográfico pode ser decomposto em três componentes interrelacionados: generalização, simbolização e produção (vide Fig. 4).

Fig. 4 – Esquema do projeto de um mapa. Fonte: Barbara et al., in Taylor (1991).

Com efeito, a produção de um mapa por CD envolve várias fases, meios e metodologias que devem ser especificados em função dos recursos disponíveis, da quantidade de produtos gerados,

Procesamento da informação Codificação da informação

Conceitual físico

Generalização

Modelagem

Simbolização

Semiótica Produção

Cartografia Digital

Abstração Limites da estruturação da base de dados e do tipo de dado propriamente dito (Delou et al., 1993). Por conseguinte, pode-se esquematizá-la nas seguintes fases:

1. Seleção e preparo dos originais, envolvendo quando necessário simplificação e generalização dos dados.

2. Estruturação da base de dados e simbolização, como definição da legenda e sua tradução gráfica.

3. Conversão dos dados para o meio digital

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