Resumo - Mapas e Cartas - Representação Cartográfica PDF

# Mapas e Cartas: Representação Cartográfica ## Definição e Evolução Histórica - Origem da representação espacial: pré-história com sons e desenhos. - Comunicação espacial: objetivo de construir uma imagem mental compartilhada. - **Mapa**: representação plana da realidade geográfica. - Etimologia...

# Mapas e Cartas: Representação Cartográfica ## Definição e Evolução Histórica - Origem da representação espacial: pré-história com sons e desenhos. - Comunicação espacial: objetivo de construir uma imagem mental compartilhada. - **Mapa**: representação plana da realidade geográfica. - Etimologia: "mappa" em Latim significa toalha. ## Características Fundamentais: - Representa a distribuição de entidades geográficas. - Ilustra relações espaciais e topológicas. - Codificação através de: - Símbolos - Cores - Texto - Legenda explicativa ## Classificação das Cartas ### Por Escala: - **Escala pequena**: 1:500.000 = 2x10⁶ - **Escala média**: 1:2 - 500 = 10⁵ - **Escala grande**: Detalhe 1: 50.000 ### Por Objetivos: - **Cartas Gerais/Base**: - Cartas topográficas - Cartas corográficas - Cartas geográficas - **Cartas Temáticas**: - Cartas físicas - Cartas políticas - Mapas de estradas - Cartas cadastrais ## Cartografia Digital vs Analógica ### Vantagens da cartografia digital: - Organização por camadas/níveis - Edição rápida - Navegação contínua - Ampliações/reduções virtuais - Fácil reprodução em diferentes escalas ### Sistemas CAD: - Ferramentas de desenho assistido por computador - Exemplos: Microstation e AutoCAD - Orientados para a produção de desenhos precisos ## Processo de Construção de Cartas ### Etapas Principais: 1. Planeamento 2. Análise de dados 3. Representação 4. Edição e revisão 5. Reprodução ## A Terra e os seus Modelos ### Superfícies de referência: 1. **Modelo Plano**: - Usado em áreas limitadas. - Aplicações em Engenharia civil. 2. **Modelo Esférico**: - Utilizado em navegação. - Cartas de pequena escala. 3. **Modelo Elipsoidal**: - Utilizado em cartografia. - Cartas de pequena escala. ## Coordenadas Geográficas ### Componentes: - Latitude: -90º a + 90º - Longitude: -180º a + 180º - Referência: Meridiano de Greenwich ## Redes Geodésicas ### DATUM: - **Datum horizontal**: Parâmetros do sistema de coordenadas. - **Datum vertical (Geoide)** representa altitudes ### Conjunto de pontos distribuidos uniformemente: - Materializada por vértices geodésicas. - Fundamental para cartografia e ordenamento territorial. ## Projeções Cartográficas ### Processo de Mapeamento: 1. Escolha da superfície de referência 2. Redução da escala 3. Projeção no plano 4. Representação geográfica ### Deformações Possíveis: - Ângulos - Áreas - Distâncias - Azimutes ## Sistemas de Informação Geográfica (SIG) ### Definição: - Sistema computacional para georreferenciamiento. - É uma combinação de: - Tecnologias de banco de dados - Representação espacial - Manipulação de dados geoespaciais ### Componentes de um SIG: 1. Hardware 2. Software 3. Dados 4. Métodos 5. Pessoas 6. Rede - Componente adicional moderna. ## Representação Geográfica: - Entidades geográficas compostas por: - Geometria: ponto, linha, poligono - Atributos descritivos ## Sistemas de Coordenadas **Coordenadas Geográficas**: - WGS84 (EPSG: 4326) - ETRS89 (EPSG: 4258) **Coordenadas Cartográficas**: - ETR89 / PT-TM06 (EPSG: 3763) - Datum 73 (EPSG: 27493) ## Projeções Cartográficas e Sistemas de Referência ### Temas Principais - Representação plana da Terra. - O documento aborda a necessidade de transformar a representação tridimensional da Terra num mapa bidimensional. Este processo envolve modelos da forma da Terra, projeções cartográficas e sistemas de coordenadas. - Modelos da forma da Terra: a Terra é aproximada por um elipsoide, e a sua definição e precisão são cruciais para a georreferenciação. - A projeção cartográfica é definida como a função que transforma coordenadas geográficas (Latitude, Longitude) em coordenadas planas (x,y). ### Classificações - **Formas de construção**: - **Convencionais**: recorrem a expressões analíticas - **Sem princípios geométricos**: - **Geométricas**: projetam pontos sobre superfícies com expressões analíticas - **Geométricas modificadas**: transformações de projeções geométricas para satisfazer propriedades específicas. - **Tipo de perspetiva**: - **Centrográficas ou gnomonicas**: centro de projeçaõ no centro da Terra. - **Estereográfica**: centro de projeção na superficie da Terra, oposta ao ponto a ser projetado. - **Ortográfica**: centro de projeção no infinito. - **Superfície de projeção**: - **Cilindricas**: utiliza o cilíndro como superficie de projeçao. - **Cónicas**: utiliza o cone. - **Azimutais (ou planas)**: utiliza o plano. - **Posição da superficie**: - **Tangente**: coincide com a Terra num ponto azimutal ou ao longo de uma linha conica ou cilindrica. - **Secante**: coincide com a Terra ao longo de uma linha azimutal ou de duas linhas (conica ou cilindrica). - **Orientação da superficie**: - **Normal**: eixo da superficie de projeção obliquo ao eixo de rotação da Terra. - **Obliqua**: eixo da superficie de projeção perpendicular ao eixo de rotação da Terra. ### Deformações das projeções - É fundamental entender que a representação plana da Terra inevitavelmente causa deformações. Estas podem afetar: - **Formas (ângulos)** - **Áreas** - **Direções (Azimutes)** - **Distâncias** ### Tipos de Projeções em função das Propriedades - **Conformes ou ortomórficas**: Preservam ângulos e formas locais, mas deformam áreas. A Projeção de Mercator é um exemplo, onde "pequenos poligonos aparecem no mapa com a forma correta". - **Equivalentes**: Preservam áreas, mas deformam formas. - **Equidistantes**: Preservam distâncias ao longo de algumas linhas. ## Projeções UTM (Universal Transverse Mercator) - A Terra é dividida em 60 fusos, cada um com 6 graus de Largura. - A projeção UTM é um exemplo da projeção cilindrica transversa, uma das projeções mais utilizadas em cartografia. ## Sistemas de Referência em Portugal - São mencionados diversos Sistemas de referência utilizados em Portugal incluindo: - Sistema de Puissant- Bonne - Sistema de Bessel-Bonne - Sistema de Hayford-Gauss (Datum Lisboa, Milicar, 73) - Sistema UTM (WGS84/UTM29N; ETRS89/UTM29N) - Sistema WGS84 - Sistema PT-TM06/ETRS89 ## Sistema de Projeção Cartográfica - É definida a composição de um sistema de projeção cartográfica, que inclui: - Um datum geodésico (elipsoide e ponto de fixação) - As equações da projeção - Um ponto central - Um fator de escala - Uma origem para as coordenadas retangulares ## Sistema de Coordenadas - **Sistema de coordenadas**: Exploração detalhada das coordenadas geográficas, elipsoidais, coordenadas retangulares e a relação entre elas. ### Aplicação em QGIS - Demonstração prática de como os conceitos teóricos são aplicados no QGIS. ## Ângulos e Rumos - Definição de ângulos orientados, Sistemas Sexagesimal e centesimal. - Importância dos rumos na localização e orientação. - Incluindo georreferenciação, reprojeção e transformações. ## Sistemas GNSS - Introdução aos sistemas globais de navegação por satélite (GNSS), como GPS, GLONASS & GALSLEO, e o seu funcionamento no posicionamento. ## Coordenadas Geográficas vs Retangulares - **Coordenadas geográficas**: referenciadas ao elipsoide. - **Latitude**: ângulo formado pela normal ao elipsoide nesse ponto e pelo plano do equador. - **Longitude**: ângulo diedro formado pelo plano do meridiano do lugar com o plano do meridiano de referência. - **Coordenadas retangulares**: referenciadas a um plano. - Longitude Geodésica - Latitude Geodésica ## Sistema de Ângulos - **Sistema sexagesimal**: - Graus, minutos e segundos. - Graus (°) e é utilizado em georreferenciação. - **Sistema centesimal**: - Grados (g) - Utilizado em topografia e engenharia. ## Rumos e Azimutes - **Rumo**: o ângulo entre uma direção e o norte cartográfico, medido no sentido dos ponteiros do relógio. - **Rumo inverso**: pode ser calculado adicionando 200 graus ao rumo direto. - **Cálculo de rumos**: utiliza-se a função arcotangente (atan) com o ajuste da quadrante. ## Transformações de Coordenadas - Abordagem de diferentes métodos para transformar coordenadas, incluindo transformações queu planas, geográficas (direta e indireta), e o uso de grelhas UTM. ## Altitude - **Altitude geodésica**: relativa ao elipsoide - Altitudes geodésicas são referenciadas ao modelo de forma da Terra que é utilizado - o elipsoide. - **Altitude ortometrica**: relativa ao geoide - Altitudes ortométricas são referenciadas ao nível médio dos mares - o chamado geoide. ## Coordenadas Cartográficas - As coordenadas cartográficas (Mapa) representam distâncias referentes ao meridiano perpendicular de origem na projeção. ## Norte Geográfico vs Norte Cartográfico - **Direção do meridiano**: direção da linha meridiana no sistema de coordenadas retangulares. ## Transporte de Coordenadas e Rumos - Ex: "um ângulo orientado pode ser escrito como uma diferença de rumos: (rumo final) - (rumo inicial)". ## Coordenadas Polares - **Distância e ângulo**: aplica-se na cartografia, navegação e topografia (p.e, a) ## Transformações de Coordenadas Planas - Translação, mudança de escala e rotação. ## Transformações de Coordenadas Geográficas - Utiliza-se os métodos de Molodensky e Bursa-Wolf para transformações diretas, além de abordagens indiretas para lidar com diferentes datuns geodésicos locais. ## Sistema de Coordenadas x,y,z - **Coordenadas cartesianas geocêntricas**: com origem no centro de massa da Terra e eixos x, y e z. ## Sistemas GNSS ### Componentes: - Espaço - Controlo - Posição - O princípio básico de funcionamento dos GNSS consiste na medida da distância da antena do receptor a um conjunto de satélites. ## Posicionamento Diferencial - Ajuda a obter precisões centimétricas, destacando a necessidade de uma estação base com coordenadas conhecidas. ## Dados em Sistemas de Informação Geográfica (SIG) - Os dados em SIG têm duas componentes principais: geométrica (ou geoespacial) e alfanumérica. - A componente alfanumérica está ligada à componente geométrica através de atributo ou campos. - Estes 2 tipos de dados devem ser armazenadas e estruturades adequadamente para permitir o seu processamento e análise. ## Fontes de dados para SIG - As principais fontes de dados incluem: - Levantamentos topográficos, usando estações totais ou sistemas de posicionamento por satélite. - Levantamentos fotogramétricos, com câmaras digitais em aviões e drones. - Levantamentos por sistemas de varrimento laser (LIDAR). - Imagens de satélites artificiais ## Modelos de Representação Geográfica - Temos principalmente: ### Modelo vetorial: - Usa primitivas geométricas como pontos, linhas e polígonos. - **Modelo Spaghetti**: representa objetos com estrutura espacial mínima, sem registar intersecções entre objetos lineares ou fronteiras entre polígonos. É simples, mas pouco adequado para análise SIG. - **Modelo Topologico**: oferece uma representação vetorial estruturada, registrando interconexões entre objetos lineares através de nós e arcos. Resolve muitos dos problemas do modelo anterior. ### Estrutura de dados vetorial: - **Primitivas Geométricas** - Pontos (x,y) - Linhas (sequência de pontos) - Polígonos (linha fechada) - **Modelo Spaghetti**: as interseções não são registradas e as fronteiras poligonais são representadas separadamente no SIG. ### Modelo topologico: - Os objetos são representados como componentes de um grafo planar. - Usa nós (nodes) e arcos (edges) para descrever as relações espaciais entre os objetos: - Inclui relações espaciais como inclusão, conectividade e adjacência. ### Modelo matricial (Raster) - O modelo matricial uniformiza o território, usando uma grelha de células. As células contêm valores discretos (classificação) ou contínuos (medida). A georreferenciação é feita através das coordenadas de um canto, número de linhas e colunas. ## Atributos ou Campos: - Estes são dados alfanuméricos que caracterizam as entidades geográficas. - **Podem ser**: - **Qualitativos**: - **Nominais**: representa qualidades e não quantidades (ex: tipo de solo) - **Ordinais**: quantificam diferenças através de uma ordenação (ex: exposição solar). - **Quantitativos**: - **Intervalares**: representam distâncias sobre uma escala de medição, sem uma origem fixa (ex: temperatura). - **Racionais**: representam distâncias sobre uma escala de medição com um ponto fixo (ex: área). ## Erros topológicos - **Auto-interseções**: na digitalização do polígono. - **Polígonos que se tocam**: devido a operações de sobreposição. - **Vértices ou nós duplicados**. - **Polígonos com menos de 3 vértices**. ## Modelo topológico e relações espaciais: - A topologia estuda as relações espaciais entre objetos adjacentes ou vizinhos. - As relações podem ser entre pontos, linhas e polígonos. - O modelo topológico descreve ligações entre objetos sem recorrer às coordenadas. ## Grafos em SIG: - Um grafo é um conjunto de nós e arcos. - Um nó é adjacente a outro nó se existir um arco que os una. - Um grafo planar pode ser representado num plano sem que os arcos intersetem. - Polígonos que se sobrepõem parcialmente necessitam de nós nos pontos de intersecção das fronteiras para serem processados. ## Armazenamento de Entidades - **Pontos**: armazenam as coordenadas (x,y), atributos e informação sobre a representação (símbolo, dimensão, ...). - **Linhas**: - **Simples**: armazenam os pontos inicial e final. - **Complexas**: armazenam sequências de coordenadas. - **Rede**: para análise de redes, é necessário adicionar informação topológica usando nós que indicam os arcos que saem e confluem num dado ponto. - **Polígonos**: a topologia é descrita por tabelas de nós, arcos e polígonos. ## Estrutura de dados matricial (Raster) - O modelo matricial uniformiza o território, usando uma grelha de células. As células contêm valores discretos (classificação) ou contínuos (medida). A georreferenciação é feita através das coordenadas de um canto, número de linhas e colunas. ## Atributos ou Campos: - Estes são dados alfanuméricos que caracterizam as entidades geográficas. - **Podem ser**: - **Qualitativos**: - **Nominais**: representa qualidades e não quantidades (ex: tipo de solo). - **Ordinais**: quantificam diferenças através de uma ordenação (ex: exposição solar). - **Quantitativos**: - **Intervalares**: representam distâncias sobre uma escala de medição, sem uma origem fixa (ex: temperatura). - **Racionais**: representam distâncias sobre uma escala de medição com um ponto fixo (ex: área). - A escala de um atributo define o tipo de operações matemáticas e comparações que podem ser realizadas com esses dados, influenciando a análise SIG. ## Análise Espacial - A análise espacial é abordada tanto em formato vetorial como ***raster***. ### Análise espacial vetorial: - Inclui operaçõs como reclassificação, dissolução e junção de polígonos, geração de buffers, cálculo de área e perímetro de polígonos, intersecção de linhas, verificação de ponto dentro de polígono, determinação do centroide de um polígono e sobreposição geométrica. ### Análise espacial ***raster***: - Envolve operações locais ao nível da célula/pixel, operações de vizinhança ao nível de uma janela de pixels e operações zonais. ## Buffers (zonas - tampões) - Um buffer é uma área poligonal que representa todos os pontos cuja distância a uma entidade geográfica é inferior ou igual a uma distância definida pelo utilizador. - Podem ser aplicados a pontos, linhas e polígonos. - A largura de um buffer pode ser constante ou variável, definida por um atributo numérico da entidade geográfica. - Existem 2 tipos de buffers: - Distância fixa - Distância variável ## Sobreposição Espacial: - É um geoprocesso que identifica as relações entre dois polígonos que partilham parte ou a totalidade da mesma área. - A camada vetorial de saída é uma combinação das informações das camadas de entrada. - Tipos de sobreposição: - **Interseção**: a camada de saída contém as áreas onde ambas as camadas se sobrepõem. - **União**: a camada de saída contém todas as áreas de ambas as camadas combinadas. - **Diferença simétrica**: a camada de saída contém todas as áreas das camadas de entrada, exceto as áreas de interseção. - **Diferença**: a camada de saída contém as áreas da primeira camada que não se sobrepõem à segunda. ## Operaçõs com dados *raster* ### Operaçõs locais - O valor de cada pixel no novo nível é determinado com base no valor do mesmo pixel nos níveis de entrada. - Incluem operaçõs aritméticas, lógicas e estatísticas. - Redassificação: substituir os valores por novos valores, definir escalas ou executar operaçõs matemáticas sobre o valor do pixel. - A calculadora raster executa operaçõs locais com base nos valores do pixel. - Permite criar camadas *raster* temporárias ou armazenadas, definir a extensão espacial e a resolução. ### Operações de vizinhanca - O valor de cada pixel no novo nível é calculado com base nos valores do pixels vizinhos no nível de entrada. - Incluem: operações de filtragem, identificação de redes de drenagem e cálculo de declive. - As operações de filtragem usam uma janela móvel para calcular valores médios ponderados dos pixels vizinhos. - O novo valor de cada pixel pode também ser a distância a outro pixel ou grupo de pixels, ou redassificar pixels por buffers. ### Operações zonais - O valor de cada pixel é calculado com base nos pixels contidos numa dada zona. - Estatísticas zonais. ### Operações Globais - Cálculo de indicadores estatísticas sobre todo o ficheiro matricial. ## Interpolação Bilinear - Generalização da interpolação linear entre dois pontos, para dentro de uma célula da grelha. - A função é linear em cada variável quando a outra é mantida fixa. - O processo envolve calcular coordenadas no quadrado unitário, e aplicar a fórmula de interpolação. - É possível interpolar manualmente através da interpolação linear entre pontos, usando coordenadas x e y. ## Interpolação Espacial - **Interpolação TIN** (Triangular Irregular Network): Utiliza curvas de nível e pontos cotados com atributo altitude para gerar um modelo digital de terreno. A interpolação usa coordenadas baricêntricas de um ponto. ## Bacias de visibilidade - Estas são calculadas a partir de um MDT (modelo digital de terreno), localização do observador. As áreas visíveis são codificadas como 1 e as não visíveis como 0. É possível identificar áreas visíveis simultaneamente de vários pontos através da calculadora raster. ## Erros Topológicos em Polígonos: - Elementos complexos no interior da geometria (auto-inserções). - Contactos automáticos (polígonos que se tocam). - Vértices ou nós duplicados. - Polígonos com menos de 3 vértices. ## Base de Dados - **Base de dados relacionais em SIG**: um sistema computacional que combina tecnologias de bases de dados relacionais com a manipulação de dados que descrevem a superfície da Terra. Estes sistemas usam Sistemas de Gestão de Bases de dados relacionais (SGBDR) para gerer dados. Os dados são representados por primitivas geométricas como "ponto", "linha" e "poligono" em formato digital. ## Modelagem de informação - A modelagem de informação envolve a escolha de um modelo conceptual para representar a realidade. - Obj. geográficos vs Obj. não geográficos: a modelagem pode envolver objetos com localização geográfica ou outros tipos de objetos. - Superfícies: são usadas para representar fenômenos contínuos, como Modelos digitais de terreno, modelos digitais de elevação e modelos digitais de superficie. ### Georreferenciação: - É o processo de atribuir coordenadas geográficas a dados, que pode ser feito de forma: - Direta: localização expressa em coordenadas (x,y) - Indireta: Localização expressa em unidades administrativas, códigos postais,... ## Modelos de dados de armazenamento digital - **Vetorial**: usa vetores **(x1, y1) - (x2, y2)** para representar pontos, linhas e polígonos. - **Imagem**: utiliza uma representação matricial para dados *raster*. ## Tipos de Bases de Dados: - **Bases de dados hierárquicas**: organizadas numa estrutura de árvore. - **Bases de dados em rede**: as tabelas estão relacionadas como uma "lista ligada". - **Bases de dados orientadas a objetos**: usam objetos para modelar dados e as suas relações. - **Bases de dados relacionais**: usam tabelas para organizar dados e estabelecer relações entre elas. - **Bases de dados objeto-relacional**: uma combinação das duas anteriores, usadas em SIG. ## Chaves Primárias - É um atributo (ou conjunto de atributos) que identifica de forma única cada registo numa tabela. - Uma tabela deve ter uma chave primária para garantir a integridade dos dados. - A chave primária não pode ter valor "NULL". ## Chaves Estrangeiras - É usada para criar ligações entre tabelas, referindo-se à chave primária de outra tabela. - Os valores de uma chave estrangeira devem corresponder aos valores da chave primária na tabela referenciada. - As chaves estrangeiras devem pertencer ao mesmo domínio que a chave primária a que se referem. ## Normalização de tabelas - A normalização é um processo da decomposição de uma tabela em tabelas menores para reduzir a redundância de dados e melhorar a integridade. - Os objetivos da normalização são: - Evitar dados redundantes: reduzir a duplicação de dados que desperdiça espaço e pode causar inconsistências. - Manutenção e atualização separada: permitir que os dados em tabelas separadas sejam mantidos e atualizados independentemente. - Facilitar bases de dados distribuídas: suportar o uso de dados em várias localizações. ## Relações entre tabelas (cardinalidade) - Tipos de relações: - **Um-para-um**: um registo numa tabela está associado a um único registo em outra tabela . - **Um-para-muitos**: um registo numa tabela está associado a vários registos em outra tabela. - **Muitos-para-um**: vários registos numa tabela estão associados a um único registo em outra tabela. - **Muitos-para-muitos**: vários registos numa tabela estão associados a vários registos em outra tabela.