Geomática Aplicada à Engenharia Civil Fundamentos Teóricos e Práticos. Cartografia Básica e Fotogrametria

Transcrição

1 Geomática Aplicada à Engenharia Civil Fundamentos Teóricos e Práticos Cartografia Básica e Fotogrametria

2 Definição Cartografia preocupa-se em apresentar um modelo de representação de dados para os processos que ocorrem no espaço geográfico.

3 A Cartografia é um conjunto de operações científicas, artísticas e técnicas produzidas a partir de resultados de observações diretas ou de explorações de documentação, tendo em vista a elaboração de cartas, plantas e outros tipos de apresentação e também a sua utilização. Organização, apresentação, comunicação e utilização da geoinformação nas formas visual, digital ou tátil, que inclui todos os processos de preparação de dados, no emprego e estudo de todo e qualquer tipo de mapa. (Recomendação ICA/ Budapeste/ Hungria, 1989). Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) Cartografia é a arte de levantamento, construção e edição de mapas e cartas de qualquer natureza.

4 NATUREZA DOS DADOS ESPACIAIS Dados espaciais caracterizam-se especificamente pelo atributo da localização geográfica. Um objeto qualquer somente tem sua localização geográfica estabelecida quando se pode descrevêlo em relação a outro objeto cuja posição seja previamente conhecida ou quando se determina sua localização em relação a um certo sistema de coordenadas.

5 CONCEITOS DE GEODÉSIA

6 Datum É uma superfície de referência elipsoidal posicionada com respeito a uma certa região. Sobre esta superfície realizam-se as medições geodésicas que dão vida à rede geodésica planimétrica da região.

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8 Um datum planimétrico é formalmente definido por cinco parâmetros: o raio equatorial e o achatamento elipsoidais e os componentes de um vetor de translação entre o centro da Terra real e o do elipsóide. Na prática, devido à incertezas na determinação do centro da Terra real, trabalha-se com translações relativas entre diferentes datuns planimétricos.

9 DIFERENÇAS ENTRE PANTA, CARTA E MAPA Planta: é uma carta regular representando uma superfície de extensão suficientemente restrita para que sua curvatura possa ser desprezada e que, por isso, a escala possa ser considerada como constante. Escalas 1: ou maiores Carta: é a representação dos aspectos naturais e artificiais da Terra, destinada a fins práticos da atividade humana, permitindo a avaliação de distâncias, direções e a localização geográfica de pontos, áreas e detalhes. Escalas 1: (exclusive) até 1: Mapa: é a representação da Terra nos seus aspectos geográficos naturais ou artificiais que se destina a fins culturais ou ilustrativos. Escalas 1: ou menores.

10 Base Cartográfica A base cartográfica contém as características topográficas básicas de uma região: hidrografia, planimetria (sistema viário e localidades, altimetria (curvas de nível e formas de relevo) e vegetação).

11 Base Cartográfica (Plani-Altimétrica)

12 Representação da Terra Levantamentos Efetuados em Cartografia Conjunto de operações destinado à execução de medições necessárias à descrição da superfície terrestre e suas múltiplas características, incluindo a determinação da forma e dimensões do planeta e a obtenção da Base Cartográfica. Métodos de Levantamentos Cartográficos: Levantamentos Terrestres Geodésico Topográfico Cadastral Aerolevantamentos Sensoriamento Remoto Orbital Posicionamento Tridimensional por GPS Digitalização

13 Levantamentos Geodésicos Posicionar geodesicamente um ponto é atribuir coordenadas num dado referencial, para que sua posição seja definida univocamente. Métodos: Levantamento Planimétrico Triangulação Trilateração Poligonação Levantamento Altimétrico Nivelamento Geométrico Nivelamento Trigonométrico Nivelamento Barométrico Levantamento Gravimétrico

14 Projeções cartográficas Projeção Cartográfica designa o processo de transformar porções da superfície da Terra para que sejam representadas em uma superfície plana mantendo as relações espaciais. Este processo é obtido pelo uso de Geometria e, mais comumente, por meio de Funções Matemáticas. Para se obter essa correspondência são usados os Sistemas de Projeções Cartográficas.

15 Propriedades de uma carta ou um mapa Manutenção da verdadeira forma das áreas (conformidade). Inalterabilidade das áreas (equivalência) Constância das relações entre as distâncias dos pontos representados e as distâncias dos seus correspondentes (eqüidistância).

16 Propriedades excludentes - Projeção Cartográfica Conformidade Mutuamente Excludentes Equivalência Equidistância

17 Fórmula de projeção

18 Tipos de Projeções Podem ser classificadas em função dos seguintes parâmetros: Tipo de superfície de projeção Quanto à Posição da Superfícies de Projeção Contato entre as Superfícies de Projeção e Representação Propriedades/feições preservadas no processo de projeção

19 Quanto ao tipo de superfície de projeção Projeção Cilíndrica Projeção Cônica Projeção Plana Projeções Poli-superficiais caracterizam pelo emprego de duas ou mais superfícies de projeção (do mesmo tipo) que, reunidas, formam um poliedro e servem para aumentar o contato com a superfície de referência e, portanto, diminuir as deformações.

20 Quanto à posição da superfícies de projeção Nomal, Polar, Azimutal ou Zenital: quando o centro do plano de projeção é o pólo; Equatorial: quando o centro da superfície de projeção situa-se no equador terrestre; Oblíqua: quando está em qualquer outra posição. Transversa: quando o eixo da superfície de projeção (um cilindro ou um cone) encontrase perpendicular em relação ao eixo de rotação da terra; Normal or Polar Oblique Equatorial

21 Quanto ao contato entre as superfícies de projeção e representação Tangentes: a superfície de projeção é tangente à superfície de referência Secantes: a superfície de projeção secciona a superfície de referência

22 Quanto às propriedades/feições preservadas no processo de projeção Projeções eqüidistantes Projeções conformes Projeções equivalentes

23 Projeção Plana (azimutal ou zenital): São projeções sobre um plano tangente ao esferóide em um ponto. No tipo normal (ou polar), o ponto de tangência representa o pólo norte ou sul e os meridianos de longitude são linhas retas radiais que partem deste ponto enquanto paralelos de latitude aparecem como círculos concêntricos. São freqüentemente usadas para mapear as regiões polares.

24 Variações da Projeção Plana A projeção plana é feita em relação a um ponto fixo (centro de perspectiva ou ponto de vista), havendo 3 situações: Projeção gnomônica: PV é o centro da Terra; Projeção estereográfica: PV é o ponto na superfície terrestre que se encontra diretamente oposto; Projeção ortográfica: PV se acha no infinito.

25 Distorções na Projeção Plana A distorção no mapa aumenta conforme se distancia do ponto de tangência. Considerando que distorção é mínima perto do ponto de tangência

26 Variações da Projeção Plana Projeção Azimutal Equidistante Projeção Azimutal Equivalente

27 Projeções Cônicas Na projeção cônica, a superfície terrestre é projetada sobre um cone imaginário, tangente ou secante ao elipsóide, que então é longitudinalmente cortado e planificado. Os paralelos (linhas de latitude) são representados por arcos circulares concêntricos e os meridianos (linhas de longitude) por retas radiais igualmente espaçadas. Este tipo de projeção é geralmente usado para representação de regiões de latitude média (entre +25 e +65, -25 e -65 de latitude). O resultado é uma menor distorção na forma original da superfície representada.

28 Distorções na Projeção Cônica Os paralelos estão representados em escala. A distorção é menor em uma faixa estreita ao longo do paralelo aumentando ao se distanciar do mesmo. Os paralelos localizados entre os dois paralelos de referência (secantes) são menores que seu verdadeiro comprimento no esferóide, enquanto paralelos externos aos de referência são maiores. O uso da secância na representação permite uma melhor distribuição da distorção e reduz a mesma nas proximidades do norte e sul do mapa.

29 Variações da Projeção Cônica Projeção Cônica Equivalente Projeção Cônica Equidistante Projeção Cônica Conforme

30 Projeções Cilíndricas: A superfície terrestre é projetada sobre um cilindro tangente ou secante ao elipsóide que então é longitudinalmente cortado e planificado. Em todas as projeções cilíndricas, os meridianos e os paralelos são retas perpendiculares, como na esfera. São geralmente usadas para mapas de toda a superfície terrestre, uma vez que tendem a evitar a grande distorção que acontece em projeções cônicas e azimutais em áreas que estão distantes do ponto de contato.

31 Distorções na Projeção Cilíndrica No caso tangente, o Equador está representado em escala e a distorção aumenta a medida que se distancia do Equador. Este tipo de projeção é geralmente usado para representação de regiões de latitude média-alta (entre -70 e +70 de latitude). O uso da secância na representação permite uma melhor distribuição da distorção e reduz a mesma nas proximidades do norte e sul do mapa.

32 Variações da Projeção Cilíndrica Projeção cilíndrica ortográfica

33 Projeção cilíndrica eqüidistante

34 Projeção cilíndrica conforme

35 Sistema de coordenadas Finalidade Necessário para expressar a posição de pontos da superfície terrestre sobre outra superfície (elipsóide, esfera ou um plano); Usado na descrição da origem, do sistema de projeção e das unidades de medidas que estão sendo usadas no mapa; Descreve como a Terra é projetada para o plano e converte para um sistema de coordenadas cartesiano X e Y.

36 Meridiano: círculos máximos que cortam a Terra em duas partes iguais de pólo a pólo. Todos os meridianos se cruzam entre si, em ambos os pólos. O meridiano de origem é o de Greenwich (0 ).

37 Paralelo: círculos que cruzam os meridianos perpendicularmente, isto é, em ângulos retos. Apenas um é um círculo máximo, o Equador (0 ). Os outros, tanto no hemisfério Norte quanto no hemisfério Sul, vão diminuindo de tamanho à proporção que se afastam do Equador, até se transformarem em cada pólo, num ponto (90 ).

38 Linha do Equador: hemisfério norte e sul Meridiano Principal (Greenwich): hemisfério ocidental e oriental

39 Os sistema de coordenadas usados na cartografia Sistema de Coordenadas Geográficas Sistema de Coordenadas Geodésicas Sistema de coordenadas Planas

40 Sistema de Coordenadas Geográficas

41 Coordenadas de Um Ponto Latitude Geográfica ( ): é o arco contado sobre o meridiano do lugar e que vai do Equador até um ponto considerado na superfície da Terra, unido perpendicular ao centro do Planeta. Longitude Geográfica ( ): é o arco contado sobre o Equador e que vai de Greenwich até o Meridiano do referido lugar. Negativa.

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43 Variação da Latitude Geográfica ( ): Latitude Norte ou Positiva: 0 à 90 N ou 0 à + 90 Latitude Sul ou Negativa: 0 à 90 S ou 0 à 90 Variação da Longitude Geográfica ( ): Longitude Oeste de Greenwich (negativa): 0 à 180 W Gr. ou 0 à 180 ; Longitude Este de Greenwich (positiva): 0 à 180 E Gr. ou 0 à

44 Sistema de Coordenadas Geodésicas

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46 Sistema de Coordenadas Planas

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48 Sistema de Coordenadas UTM Introdução Projeção conforme, cilíndrica e transversa. Origem: raízes no século 18; uso após a 2a. Guerra Mundial, em 1947 pelo exército americano UTM = Universal Transversa de Mercator Universal: devido à utilização do elipsóide de Hayford (1924), conhecido como elipsóide Universal, como modelo matemático de representação do globo terrestre; Transversa: nome dado a posição ortogonal do eixo do cilindro em relação ao eixo menor do elipsóide; Mercator (holandês; ): idealizador da projeção que apresenta os paralelos como retas

49 O Fuso UTM O mundo é dividido em 60 fusos ou zonas planificados, onde cada um se estende por 6 de longitude, havendo coincidência com os fusos da Carta Internacional ao Milionésico (escala 1: ).

50 O sistema usa como superfície de projeção 60 cilindros transversos e secantes ao elipsóide, cada um com uma amplitude de 6 em longitude e tem como limites as latitudes 80 N e 80 S. Acima desses valores, as deformações se acentuam muito, assim para os pólos, usa-se a Projeção Universal Polar Estereográfica (UPS).

51 Cada um destes fusos formará a base de uma projeção de um mapa. O achatamento necessário para projetar a superfície curva do fuso em uma superfície plana pode ser visualizado forçando esta faixa nesta superfície. Comprimindo seu centro, podemos forçar a faixa a ficar plana até tocar totalmente a superfície lisa. Esta ação de planificação resulta em uma distorção leve das características geográficas dentro deste fuso. Mas, sendo o fuso relativamente estreito, a distorção é pequena e pode ser ignorada pela maioria dos usuários de mapas.

52 Numeração do Fuso UTM Os fusos UTM recebem um número como denominação contado a partir do antimeridiano 180 (oposto ao Meridiano de Greenwich). O primeiro fuso, começando no fuso 180 W Gr., recebe o número 1 e assim consecutivamente no sentido leste até o fuso 60.

53 Características do Sistema UTM O sistema de medida usado é o linear em metros O quadriculado UTM está estreitamente relacionado à projeção com o mesmo nome, a qual divide a Terra em 60 fusos de 6 de longitude cada um. Fuso Meridiano Central

54 O Meridiano Central O meridiano central ou de tangência do cilindro divide o fuso em duas partes iguais de 3 de amplitude; é o meridiano intermediário aos dois meridianos secantes ao cilindro. No meridiano central, o fator de redução de escala (k o ) é de 0,9996 originado pela particularidade da secância do cilindro e elipsóide. A partir do meridiano central, o fator cresce para leste e oeste até atingir o valor 1 nas linhas de secância (aproximadamente 1 37' a partir do meridiano central) e continua a crescer até atingir 1,0010 nas bordas do fuso (3 do meridiano central). Nos meridianos secantes, a distorção é nula e esta linha meridiana é chamada de Linha de

55 rigem das Medidas

56 Numeração de Zonas UTM no Brasil Diversos países, entre eles o Brasil, utilizam amplamente o sistema UTM na construção de cartas básicas. O uso da UTM é normalizado para mapas nas escalas entre 1: e 1:

57 Coordenadas UTM As coordenadas UTM são expressas em metros. O eixo E (Easting) representa a coordenada no sentido leste-oeste. O eixo N (Northing) representa a coordenada no sentido norte-sul. Para evitar valores de coordenadas negativas, é atribuído o valor m ao meridiano central. Assim, para os 6 de amplitude do fuso, o eixo E varia de aproxidamente m até m para cada fuso. Para o eixo N, a referência é o equador e o valor atribuído depende de hemisfério. Quando tratamos de regiões no hemisfério norte, o equador tem um valor de N igual a 0 m. No hemisfério sul, o equador tem um valor N igual a m.

58 Problemas com a UTM Grandes problemas de ajustes podem vir a ocorrer em trabalhos que utilizem cartas adjacentes ou fronteiriças, ou seja, cartas consecutivas com MC diferentes. Assim, uma estrada situada em um determinado local numa carta, pode aparecer bastante deslocada na folha adjacente. Deve-se tomar bastante cuidado quando os dados ultrapassarem a amplitude do fuso ou quando parte da área em estudo está contida em dois fusos. Nestes casos, são necessárias correções para que as distâncias e as relações angulares correspondam à realidade.

59 Carta Internacional do Mundo ao Milionésimo CIM (1: ) A distribuição geográfica das folhas ao Milionésimo foi obtida com a divisão do planeta em 60 fusos de amplitude 6, numerados a partir do fuso 180 W no sentido Oeste-Leste. Cada um dos fusos por sua vez estão divididos a partir da linha do Equador em 21 zonas de 4 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. Na verdade o estabelecimento daquelas especificações é pautado nas características da CIM.

60 Orientação no Sistema UTM NM dm NM NM NM

61 O grid UTM não é alinhado de forma exata aos meridianos e paralelos

62 A convergência meridiana plana num ponto é definida pelo ângulo formado entre o norte verdadeiro e o norte de quadrícula. É função de suas coordenadas e seu valor é nulo no meridiano central do fuso. 4 possibilidades de variações da convergência meridiana Dependendo do quadrante temse a CM para leste ou para oeste

63 CARTA INTERNACIONAL DO MUNDO AO MILIONÉSIMO - CIM A distribuição geográfica das folhas ao Milionésimo foi obtida com a divisão do planeta (representado aqui por um modelo esférico) 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 estão divididos a partir da linha do Equador em 21 zonas de 4º de amplitude para o Norte e com o mesmo número para o Sul.

64 Cada uma das folhas ao Milionésimo pode ser acessada por um conjunto de três caracteres: 1º) letra N ou S - indica se a folha está localizada ao Norte ou a Sul do Equador. 2º) 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). 3º) números de 1 a 60 - indicam o número de cada fuso que contém a folha.

65 O Território Brasileiro é coberto por 08 (oito) fusos. Os fusos da CIM são numerados de 1 a 60, a partir do antimeridiano de Greenwich e o valor da longitude do Meridiano Central (MC) de cada fuso (f) é dado por: Mf 6. f 183 o

66 ÍNDICE DE NOMENCLATURA E ARTICULAÇÃO DE FOLHAS Este índice tem origem nas folhas ao Milionésimo, e se aplica a denominação de todas as folhas de cartas do mapeamento sistemático (escalas de 1: a 1:25.000). 1: : : : : :25.000

67 Para downloads de cartas topográficas do IBGE PO