Baixe Curso de especialização em geoprocessamento e outras Notas de estudo em PDF para Urbanismo, somente na Docsity! CARTOGRAFIA ASSISTIDA POR COMPUTADOR - conceitos e métodos CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM GEOPROCESSAMENTO BRITALDO SILVEIRA SOARES FILHO britaldoesr.ufmg.br Departamento de Cartografia Centro de Sensoriamento 4 Remoto NAS o 2000 O (90 [SS O | (e ID] q 10. SUMÁRIO Introdução e Histórico Conceituação Funções básicas Vantagens e desvantagens de um sistema de Cartografia Digital Preparação e geração de mapas por Cartografia Digital Estrutura de dados em Cartografia Digital Conversão dos dados cartográficos para o meio digital Estruturação da base de dados Parâmetros para a digitalização Cartografia Digital x Cartografia Automática « Representação final dos dados 12. 13. Qualidade de dados e fontes de erros na Cartografia Referências Bibliográficas Ps. Is: ww 10 1 13 13 16 19 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). imagens v Sistema de Pr de óri mapas cocessamen to relatórios Sistema y Sistema de análises digitalização A, estatísticas eu Ra mapas Base de dados Banco de espaciais “tributos ' ** Sistema Sistema 7 gerenciador e utises de banco geográficas j de dados gist relatórios Sistema de visualização cartográfica a mapas 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 bé s 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 distân entre dois pontos, considerando a curvatura da Terra. * Apresentação de cartogramas variados. e 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. e 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: Possibilidade de ressimbolização e fácil alteração Experimentação de novas técnicas de visualização, novas projeções cartográficas e diferentes testes de representação. Aumento da produtividade. Ampliar a divulgação e o uso da informação geográfica pela novas mídias digitais, sobretudo a Internet. Emprego de algoritmos de generalização permite criar mapas de síntese regional Possibilidade de avaliação dos resultados a priori da impressão. Emprego em um SIG. Revisão continuada da base de dados. Maior quantidade de informação pode ser representada. Derivação de outros temas a partir do processamento dos mapas digitais. Criar mapas que são difíceis de se realizar por métodos convencionais Automação de rotinas repetitivas e criação de bibliotecas de símbolos Também como toda nova tecnologia, existem desafios e mesmo desvantagens que devem ser superadas, a citar: Escassez de mão de obra treinada Exige pessoal mais qualificado * Mudança na rotina de trabalho, implicando em um investimento em treinamento e adaptação, o que requer um tempo de maturação até que este novo método seja plenamente adotado. * Maior investimento inicial, que pode ser superado com a maior produtividade * aprendizado continuado, posto que consiste em uma tecnologia em constante avanço. * Geração de mapas de baixa qualidade, pois com os computadores muitos se aventuram em produzir mapas sem que tenham um conhecimento mínimo necessário 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). PROJETO DO Vd MAPA / Abstração N Limites Processamento Codificação da Conceitual físico da informação informação / Generalização Simbolização Produção Modelagem Semiótica Cartografia Digital CONHECIMENTO SIGNIFICADO ESTÉTICA 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, Já, na abordagem raster, a informação espacial é traduzida por um arranjo matricial bidimensional, onde cada célula corresponde a uma unidade elementar do espaço geográfico, recebendo um rótulo ou valor. As células possuem uma dimensão específica e cada uma representa uma localização singular. Conjuntos de células de igual valor ou atributo representam a expressão no plano cartográfico de feições pontuais, lineares ou de áreas (Fig. 7b). Em suma, a representação raster ou matricial pode ser considerada como uma representação explícita, posto que nesta um conjunto de células deve ser sempre explicitado para se definir a localização, forma e área de uma entidade geográfica, enquanto que a vetorial armazena informações apenas sobre os vértices dos limites externos de um objeto, implicando na sua forma e área interior. 7) Conversão dos dados cartográficos para o meio digital A conversão dos dados cartográficos para o meio digital (também conhecida como geocodificação) pode ser obtida por meio de dois processos distintos, mas visam chegar ao mesmo resultado: A digitalização por varredura eletrônica seguida de vetorização e a digitalização manual. O primeiro processo envolve a digitalização por varredura eletrônica do mapa por meio de equipamento imageador do tipo escaner, uma etapa de edição raster da imagem capturada, um processo de conversão raster-vetor, que pode ser automático ou interativo, e por último, uma edição vetorial para associação de atributos e ou colocação de rótulos e para a correção de erros e complementação das deficiências do processo de vetorização. O segundo processo consiste em desenhar o mapa manualmente por meio de uma mesa digitalizadora, a qual é um equipamento eletrônico ou eletromagnético, na forma de uma mesa composta de uma fina grade ortogonal de fios elétricos. As coordenadas dos pontos na superfície da mesa são enviadas ao computador por meio de um cursos magnético, que é levado a deslizar sobre a feição a ser digitalizada (Fig. 8). Fig. 8 - Modelo de mesa digitalizadora Fonte: Burrough (1991) O emprego de um processo ou de outro vai depender do tipo de compromisso adotado e da qualidade e complexidade dos mapas a serem digitalizados. O processo de vetorização implica em processamentos mais complexos, equipamentos mais sofisticados e por conseguinte maior custo de investimento, que pode ser abatido em função de uma maior produção e menor tempo necessário para a geocodificação, especialmente quando se refere à dados mais complexos, como no exemplo de mapas topográficos com inúmeras curvas de nível. Por último, este método é mais indicado por ter maior precisão, posto que o traçado da linha é feito por traçadores lógicos, necessitando o operador apenas tomar decisões quando as linhas são interceptadas. No entanto, este método requer originais de melhor qualidade, de preferência separados em mapolitos (fotolito contendo somente uma feição geográfica). Já o processo de digitalização manual é sugerido quando os dados são mais simples e os originais representam desenhos de baixa qualidade gráfica, como no exemplo de borrões e rascunhos de campo, posto que qualquer dado espúrio irá confundir os rastreadores da 10 vetorização. Deve-se atentar ao fato que o maior esforço neste caso ficará por conta do processo de edição e simbolização, os quais sucedem a ambos os métodos de geocofic 8) Estruturação da base de dados Usando da noção de camadas ou overlay, as feições discriminadas para serem geocodificadas podem ser ainda agrupadas em categorias ou conjuntos naturais para fins de estruturação dos dados cartográficos. Por exemplo, pode-se armazenar os elementos de fundo de mapa em um arquivo digital separado de nome “Base” e os elementos temáticos em um arquivo “tema”. Isto permite uma maior flexibilidade no manuseio dos dados, como também otimiza o processo operacional de entrada de dados. As feições geográficas, muitas vezes simplificadas, como no exemplo da rede de drenagem, são então estruturadas em níveis lógicos, sendo especificada sua simbolização: estilo de traço, cor, espesssura, associação com símbolos previamente criados para hachuramento de áreas, ou representação de linhas e pontos. São também definidos os comandos de digitalização e edição, este último para o caso de poligonização. Para elementos de texto são definidos o tipo de fonte e o seus tamanhos horizontal e vertical, em conjunto com o espaçamento e justificação das linhas (Fig. 9) BASE NÍVEL | COR | PESO/ESTILO/FONTE texting texto interior 1 0 cidades - TX=0,2-FT=32 DIAMANTINA - TX=0,2-FT=32 Desativada - TX=0,15-FT=32 Vila Barão de Guacuí BR e MG » tx = 0.15 Fazenda Fábrica nomes nome dos nos 2 7 TX=0,20-FT=23. rio de margem dupla » JEQUITINHONHA -Rib.Pinheiro -Cor.Dantas estradas rede viária 3 3 asfalto -» WT=2-LC=0 terra — WT=0-LC=3 estreferro estrada de ferro 4 6 WT=D-LC=0 cidade cidades 5 21 mancha urbana WT=0-LC=0 IMBLE 1 símbolos simbolos 6 160 Pontes cartográficos Federal IMBLE 2 emblemas ( estadual IMBLE 1 hidro rede hidrográfica 2 1 WT=0-LC=0 serra nome de serras 8 so TX=0,20-FT=32 — serra minúsculo pontos cotados > X mimúsculo—0, 1-FT=32 cota=0,15-FT=32 SERRAS MAIORES TX= 0.25 FT=32, intercaracter spacing -0.05 line spacing- 0.1 region nomes regionais 5 so nomes regionais Tx = 0.2, A=32, de fazendas € aeroportos tx= 0.18 e seus símbolos Fig. 9 - Planilha com definições para digitalização das feições geográficas. A definição dos níveis lógicos, da simbolização e dos comandos associados de digitalização é definida a priori para um arquivo semente - um arquivo contento os ajustes, mas sem dados -, o qual é usado para a criação de outros arquivos de desenho cartográfico. O arquivo semente também conterá as especificações dos parâmetros de digitalização, da projeção cartográfica, das unidades de trabalho e da resolução cartográfica. Após as definições necessárias, inicia-se o processo de digitalização e edição gráfica dos elementos cartográficos, obedecendo uma segiiência estabelecida em função da prioridade da q informação e da mobilidade do elemento gráfico. Desse modo, garante-se a não superposição de símbolos em conjunto com uma maior clareza de representação. 9) Parâmetros para a digitalização Como mencionado anteriormente, para fins de representação, os dados geográficos podem ser implantados graficamente de três modos: ponto, linha e área e seus rótulos (Fig. 10). Oeigunai sao Data Structure Fasnito [ Nombar Location Pom | 10 | xy 4Smoa Pomh Une | 23 | MGM KH EBUiogd 83 | M4Mgo. o. KM (Cloará Local Paiva e bemrm - xyitoata Srvetoo Fig. 10 — Modelo “espaguete” de dados cartográficos digitais. Fonte: Pequet, in Taylor (1991). Um ente pontual pode ser qualquer feição cartográfica, que é posicionado por um simples par de coordenadas x,y. Além desse componente geográfico, outros dados também podem ser armazenados para indicar sua categoria, rótulo ou o valor que ele assume naquele local. O ponto é sempre materializado por um símbolo, que é posicionado em um tamanho e orientação específicos. O dado pontual pode ser também representado por um texto com a definição da fonte, estilo, escala e orientação. Um ente linear representa todas as feições lineares, que são construídas por segmentos de retas, cada um composto por dois pares de coordenadas. O tipo mais simples requer o armazenamento de uma cadeia de pontos, mais um registro indicando o símbolo a ser usado, espessura e estilo: sólido, tracejado, etc. Quanto mais pontos, ou mais curtos os segmentos de retas, mais a cadeia de pontos vai se aproximar de uma curva complexa, no entanto isto também significa mais dados armazenados (Fig. 11). as —— Dotand ine ———— Cngea ne Fig.11 — Processo de amostragem na digitalização de uma curva Fonte: Burrough (1991) 14 FOLMIN —— ta ESTRIM FOLNVE + aa ESTRHO FOLNHO + —. MULL IM ame MULLHO A a SE — ETEPFA 1 EDGAMT BANHO + » CalEX Foto + [o eDOsIN FOLMIN — i EDAANT FOLHME bai | EDASIM CLIRIM + ELTAVE Ha “ ESAINY cLiro — ! Mesieica ACAMIN — E Gaim + FALE ACANVE + Aa ZONCIS ACAMHO D ” OMC] CMI no LAMA -— += da LNMMHO -— sa miisa Fig. 14 - Exemplo de uma biblioteca de símbolos usada para a confecção de mapas geológicos. . (5/1.81024;1:; IN; SC; PSO; IW521, 355, 15720, 9914;SP1;VS;PA1668, 8689 PDPR64,-59,95,-90,192,-149,159,-90,95,-90,0,-89,0,-60,0,-60,0,-89,0,- 60,32,-60,0,-60,0,-89,0,-60,0,-60,0,-59,0,-90,0,-90,32,-119,0,- 120,64,-89,64,-60,95,-30,446,-30,192,0,159,-60,159,-119,191,-60,128,- 30,64,-29,31,0,96,-30,191,-30, 574, 0,637,0,127,0,96,0,96,0,159,0,159,0,96,0,64,-30,63,-30,32,-60,64,- 89,64,-120,32,-119,63,-90,64,-119,64,-60,127,-30,0,- 30,32,0,64,0,159,0,159,0,447,0,191,0,95,0,96,0,64,0,63,0,64,0,96,0,127 ,-60,96,-59,127,-120,96,-60,95,-119,64,-149,96,-150,95,-89,1020,- 60,191,30,191,0,160,0,127,0,127,0,64,0,128,-60,95,-90,96,-89,95,- 120,32,-89,32,-150,32,-119,32,-90,32,-119,63,-90,64,-60,64,-59,64,- 30,63,-60,96,-60,96,-30,63,-30,64,-29,127,0,160,-30, 95,0PR64,- 30,32,0,32,0,32,0PUSPPUO,0;[1.) Fig. 15 - Código HPGL de plotagem de uma linha. O desenho inicia-se a medida que a caneta é abaixada através do comando PD (pen down) e termina com o comando PU (pen up). Observe que plotagem é relativa a partir das coordenadas PA 1668,8689. Já a impressão a raster está cada vez mais utilizada devido a popularização das impressoras matriciais a jato de tinta, sendo também utilizada para a geração de fotolitos, usando-se a separação de cores Ciano, Magenta, Amarelo e Preto, para impressão offset. Em um processo de rasterização, busca-se a definição da prioridade de visualização dos elementos gráficos, preenchimento de áreas com cores ou texturas, associação de texturas lineares ou estilo de linhas e a definição de uma resolução, ou tamanho do pixel da imagem resultante. Uma resolução indicada para imagens de dados cartográficos consiste no mínimo 300 a 400 dpi, ou de 0.08 mm a 0.05 mm. Isto implica em rasters com um grande número de linhas e colunas. 15 A partir da imagem raster, pode-se obter uma separação de cores para ser usada em um processo de quadricromia (quatro cores), o que dispensa o uso de inúmeros fotolitos de impressão, como era utilizado pela cartografia convencional. Uma parte crucial neste processo consite na conversão da represetação usando as cores primárias RGB (Vermelho, verde e azul) para as secundárias Ciano, Magenta, Amarelo e Preto. Muito embora, o método de rasterização permita uma visualização prévia do resultado da impressão na tela, deve-se considerar que as cores vistas na tela podem variar significativamente dependendo do tipo de separação de cores, técnica de impressão e papel utilizado. Por último, o método de rasterização é indicado também como uma técnica avançada de visualização, permitindo a fusão de outros dados com os elementos cartográficos, e ainda a geração de hologramas, anáglifos e outras formas mais (Vide exemplo na Fig. 16). 43'00 Oeste + — 1730 Sul + : — 1800 1930 + 2000 01 50 100 km pp mo + + 2030 Fig. 16 — Mapa de relevo sombreado obtido do modelo digital de terreno da Bacia do Rio das Velhas. 16 12) Qualidade de dados e fontes de erros na Cartografia Uma base cartográfica digital é bastante onerosa, posto que envolve pessoal qualificado, sistemas de software e hardware e sobretudo a coleta e a conversão de dados. Portanto, deve-se sempre atentar aos possíveis componentes de erros presentes em um processo de montagem de uma base cartográfica, para com isso poder sempre avaliar a sua qualidade. Como fontes, mais óbvias de erros, citam-se a idade dos dados, observando que nem todos os dados podem ter sido coletados no mesmo período; a cobertura e coleta heterogênea dos dados; diferentes escalas, que resultam em distintos graus de generalização e exatidão cartográfica; a questão da factualidade x interpretação; a relevância dos dados para o propósito específico; erros devido a estrutura de representação digital. Também, ressaltam-se os erros devido à exatidão temática (classificação errônea) e quanto à exatidão cartográfica (quanto à localização da informação geográfica). Atente-se para os diferentes conceitos de exatidão ou acurácia — grau de aproximação com o dado real — para o de precisão — grau de dispersão estatística (Fig. 17 e 18). a) b) Fig. 17 - Diferença entre os conceitos de precisão (a) Mira exatidão (b). ESCALA CARTOGRÁFICA | RMS (m) 1:1000 0.25 1:2000 0.50 1:5000 1.25 1:10 000 2.50 1:20 000 5.00 Fig. 18 - Tabela de exatidão cartográfica em função da escala Quanto às outras fontes de erro, são citadas as seguintes: * A relação entre o tamanho da palavra do computador com a extensão e precisão digital. * Precisão da rasterização em função do tamanho da célula (Fig. 19). Fig. 19 - Erros de representação raster em função de uma resolução espacial grosseira.