QGIS_CURSO_APOSTILA_01.pdf

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária Embrapa Florestas Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento Curso de Introdução ao QGIS 3.16 - Módulo I Wilson Anderson Holler Adriane Avelhaneda Mallmann Embrapa Brasília, DF 2021 Embrapa Florestas Estrada da Ribeira, km 111, Guaraituba, Caixa Postal 319 83411-000, Colombo, PR, Brasil Fone: (41) 3675-5600 www.embrapa.br/florestas www.embrapa.br/fale-conosco/sac Comitê de Publicações da Embrapa Florestas Presidente: Patrícia Póvoa de Mattos Vice-Presidente: José Elidney Pinto Júnior Secretária-Executiva: Elisabete Marques Oaida Membros: Annete Bonnet, Cristiane Aparecida Fioravante Reis, Elenice Fritzsons, Krisle da Silva, Marcelo Francia Arco-Verde, Marilice Cordeiro Garrastazu, Susete do Rocio Chiarello Penteado, Valderês Aparecida de Sousa Supervisão editorial e revisão de texto: José Elidney Pinto Júnior Normalização bibliográfica: Francisca Rasche Projeto gráfico, capa e editoração eletrônica: Luciane Cristine Jaques Publicação digital - PDF (2021) Todos os direitos reservados. A reprodução não autorizada desta publicação, no todo ou em parte, constitui violação dos direitos autorais (Lei nº 9.610). Dados Internacionais de Catalogação na Publicação - CIP Embrapa Florestas Holler, Wilson Anderson. Curso de introdução ao QGIS : 3.16 : módulo I / Wilson Anderson Holler, Adriane Avelhaneda Mallmann. – Brasília, DF : Embrapa, 2021. PDF (141 p.) : il. color. Modo de acesso: World Wide Web: http://www.alice.cnptia.embrapa.br/alice/handle/item/14 ISBN 1. Sistema de informação geográfica. 2. Geoprocessamento. 3. Cartografia. 4. Dados espaciais. I. Mallmann, Adriane Avelhaneda. II. Título. III. Embrapa Florestas. CDD (21. ed.) 633.77 Francisca Rasche (CRB 9-1204) © Embrapa 2021 Autores Wilson Anderson Holler Engenheiro cartógrafo, mestre em Desenvolvimento de Tecnologia, analista da Embrapa Florestas, Colombo, PR Adriane Avelhaneda Mallmann Engenheira Florestal, estudante de doutorado em Engenharia Florestal na Universidade Federal do Paraná, Curitiba, PR Apresentação Texto de apresentação do material.. Sumário Introdução..........11 1 Módulo I - Introdução ao software QGIS..........15 1.1 Sobre o QGIS..........15 1.1.1 Requerimentos ao curso..........15 1.2 Instalação do QGIS..........16 1.2.1 Linhas de desenvolvimento de versões..........16 1.2.2 Instalação do QGIS..........17 1.3 Interface do QGIS..........22 1.3.1 Barra de menus..........23 1.3.2 Barra de ferramentas..........24 1.3.3 Painéis..........26 1.3.4 Visualizador da camada..........28 1.3.5 Barra de status..........28 1.4 Instalação de complementos..........29 1.4.1 Instalação de complementos no QGIS..........30 1.4.2 Principais plugins do QGIS..........32 1.5 Sistemas de Referência e Projeção..........35 1.5.1 Sistemas geodésicos de referência..........35 1.5.1.1 Classificação dos sistemas de referência..........38 1.5.1.2 Tipos de Datum..........39 1.5.2 Projeções cartográficas..........40 1.5.2.1 Classificação das projeções cartográficas..........42 1.5.2.2 Projeções mais usuais e suas características..........44 1.5.3 Sistemas de referência e projeção no QGIS..........47 1.5.3.1 Como definir o sistema de coordenadas..........47 1.5.3.2 Coordenadas UTM e o Incra..........51 1.5.3.3 Código EPSG..........52 1.5.4 Criação de um projeto no QGIS..........54 1.5.4.1 Criar projeto no QGIS..........54 1.5.4.2 Selecionar o sistema de referência do projeto..........55 1.5.4.3 Salvar o projeto..........61 1.5.4.4 Abrir um projeto existente..........61 1.6 Geoprocessamento e dados espaciais..........62 1.6.1 Cartografia para geoprocessamento..........62 1.6.1.1 Escala..........62 1.6.1.2 Produtos cartográficos..........65 1.6.2. Dados espaciais..........69 1.6.2.1 Estrutura de dados espaciais..........69 1.6.2.2 Formato de dados espaciais..........71 1.7 Organização de arquivos e pastas para geoprocessamento..........76 1.7.1 Estrutura de diretórios..........76 1.7.2 Regras de nomenclatura..........78 1.7.2.1 Recomendações para o uso do QGIS..........78 1.7.3 Uso de metadados..........79dos........75 1.8 Acesso às bases de dados cartográficos..........80 1.8.1 Bases de dados espaciais do Brasil..........80 1.8.2 Fontes de dados geográficos por Unidade Federativa..........82 1.8.3 Acesso às principais bases de dados..........87 1.8.3.1 Acesso aos dados do CAR..........87 1.8.3.2 Acesso aos dados do Incra.........91 1.8.3.3 Acesso aos dados do GeoInfo..........94 1.8.3.4 Acesso aos dados do IBGE..........101 1.8.3.5 Acesso aos dados da Inde..........103 1.8.3.6 Acesso aos dados de elevação..........108 1.8.4 Importando dados vetoriais no QGIS..........111 1.8.5 Importando dados matriciais no QGIS..........118 1.9 Acesso remoto às bases cartográficas..........124 1.9.1 Acesso WMS, WFS e WCS..........124 1.9.2 Acesso remoto aos dados do Incra no QGIS..........125 1.9.3 Acesso remoto aos dados do BDGEx no QGIS..........130 1.10 Avaliação do aprendizado..........136 Referências..........137 Introdução Os dados e fluxos de informação são fundamentais para uma gestão moderna de operações de campo. Estes dados e informações surgem da diversidade de equipamentos e máquinas direcionadas para o meio rural e exigem diferentes níveis de interpretação. O aumento da disponibilidade de dados temporários, durante o período de desenvolvimento da cultura agrícola, complementa os dados de produtividade (Bernardi et al., 2014). De acordo com Molin et al. (2015), a informação espacializada, aquela com posição (coordenadas) conhecida no espaço, é a exigência básica de atividades relacionadas à Agricultura de Precisão (AP). No entanto, esse tipo de informação é particularmente mais complexo que as informações com as quais os agricultores estão acostumados, pois sempre se basearam na “média” de uma lavoura ou de uma fazenda. Segundo Cowen (1988), um Sistema de Informação Geográfica (SIG), em inglês Geographic Information System (GIS), pode ser definido como aquele que fornece suporte à decisão que integra dados referenciados espacialmente, em um ambiente de respostas aos problemas. Com o uso de SIG é possível coletar, visualizar, combinar, cruzar e analisar dados visuais e numéricos, tais como: imagens de satélite sob a superfície terrestre, dados sobre o clima e interpretá-los para compreender as relações, padrões e tendências existentes no território. SIG tem sido abertamente empregado no desenvolvimento de ferramentas e métodos para planejamento territorial, com incorporação de modelos de previsão e criação de mapas temáticos. Esses mapas temáticos, por meio de análises espaciais, podem ter aplicação direta em planos de ação e estratégias de planejamento territorial (Stewart; Janssen, 2014). Atualmente, as informações e dados obtidos no campo são de natureza digital e possuem posicionamento espacial, obtido em determinada data. Desta forma, não é surpreendente que o SIG esteja fornecendo a base necessária para a integração desses dados. Isso sugere que o SIG possa vir a ser, cada vez mais, central para a Agricultura de Precisão, especialmente em termos do desenvolvimento da orientação automatizada de operações de campo. Em um software SIG é realizado o armazenamento e manipulação 11 de dados georreferenciados, e a análise destes é feita com o objetivo de gerar ações diferenciadas no espaço, ou seja, ações que levam em conta a variabilidade espacial da lavoura. O software SIG por si só não garante a eficiência nem a eficácia de sua aplicação e a qualidade dos resultados não depende somente de sua sofisticação e capacidade de processamento, mas também é proporcional ao conhecimento e experiência do usuário. O software QGIS vem ganhando muitos usuários nos últimos dez anos, conforme mostra a Figura 1. Em uma breve comparação utilizando o Google Trends, é possível perceber o expressivo aumento da demanda pelo software SIG QGIS, no mundo (Google Trends, 2021). 120 Mundo Número de usuários no mundo 100 80 60 40 20 0 2005-03 2004-01 2004-08 2005-10 2006-05 2006-12 2007-07 2008-02 2008-09 2009-04 2009-11 2010-06 2011-01 2011-08 2012-03 2012-10 2013-05 2013-12 2014-07 2015-02 2015-09 2016-04 2016-11 2017-06 2018-01 2018-08 2019-03 2019-10 2020-05 2020-12 Data Arcgis Qgis Gvsig Figura 1. Número de usuários dos principais softwares SIG no mundo, nos últimos dez anos. No Brasil ocorreu o mesmo aumento pela procura do software QGIS, nos últimos oito anos, conforme ilustra a Figura 2. O estado do Paraná acompanhou a busca nacional, cuja evolução no período de 2011 a 2021 é possível perceber a tendência de aumento da procura pelo software QGIS (Figura 3) e conhecimento sobre as possibilidades de análise que o GIS apresenta (linha tendência, em tracejado linear). 12 120 Brasil Número de usuários no Brasil 100 80 60 40 20 0 2004-01 2010-06 2016-11 2004-08 2005-03 2005-10 2006-05 2006-12 2007-07 2008-02 2008-09 2009-04 2009-11 2011-01 2011-08 2012-03 2012-10 2013-05 2013-12 2014-07 2015-02 2015-09 2016-04 2017-06 2018-01 2018-08 2019-03 2019-10 2020-05 2020-12 Data Arcgis Qgis Gvsig Figura 2. Número de usuários dos principais softwares SIG no Brasil, nos últimos oito anos. 40 Paraná Número de usuários no Paraná 35 30 25 20 15 10 5 0 2014-05 2018-01 2011-01 2011-05 2011-09 2012-01 2012-05 2012-09 2013-01 2013-05 2013-09 2014-01 2014-09 2015-01 2015-05 2015-09 2016-01 2016-05 2016-09 2017-01 2017-05 2017-09 2018-05 2018-09 2019-01 2019-05 2019-09 2020-01 2020-05 2020-09 2021-01 Data Arcgis Qgis Gvsig Linear (Qgis) Figura 3. Número de usuários dos principais softwares SIG no Paraná, nos últimos dez anos. Neste módulo são apresentados de forma introdutória, alguns conceitos fundamentais para se trabalhar com SIG. Os conceitos abordados trazem exemplos de seu uso e prováveis soluções aos problemas que podem surgir durante o processo de utilização do software SIG. Após conhecer esse módulo, será possível acessar e visualizar as principais bases de dados cartográficos do Brasil, consideradas também como as mais interessantes para as aplicações na área rural. A abordagem conceitual e prática acontece em torno do software QGIS. Os arquivos necessários encontram-se disponíveis para download. 13 1 Módulo I Introdução ao software QGIS 1.1 Sobre o QGIS O QGIS é um projeto oficial da Open Source Geospatial Foundation (OSGeo). O projeto teve início em fevereiro de 2002 e o software teve seu lançamento em junho de 2002, com o nome inicial de Quantum GIS (QGIS). Em setembro de 2013, o nome passou a ser apenas QGIS. O software QGIS é livre (Licença Pública Geral, GNU), de código aberto, construído a partir do Free and Open Source Software (FOSS), por meio do qual é possível visualizar, gerir, editar, analisar dados e criar mapas para impressão (QGIS, 2021). É um software para Sistema de Informações Geográficas (SIG), com interface gráfica simples e intuitiva, escrito em C++ e Python e baseado nas bibliotecas Qt4. Funciona nos sistemas operacionais Linux, Unix, Mac OSX, Windows e Android e suporta inúmeros formatos de vetores, rasters, bases de dados e funcionalidades. 1.1.1 Requerimentos ao curso Este curso é fundamentado na versão 3.16 do QGIS. Para a realização do curso será preciso ter acesso à internet e ao computador. A configuração mínima para a realização das atividades está relacionada na seguinte tabela. Tabela 1. Configuração mínima recomendada para o computador. Item Configuração mínima recomendada Processador Frequência igual ou superior a 2 GHz. Duas ou mais cores. Memória RAM 4 GB ou mais. Armazenamento 30 GB de espaço livre ou mais. Sistema Operacional Windows 10 15 Links importantes: Funcionalidades: https://docs.qgis.org/3.16/pt_BR/docs/user_manual/ preamble/features.html Site oﬁcial: https://qgis.org/en/site/ Comunidade QGIS Brasil: http://qgisbrasil.org/ Grupo de discussão do Google: https://groups.google.com/g/qgisbrasil 1.2 Instalação do QGIS 1.2.1 Linhas de desenvolvimento de versões O QGIS apresenta duas linhas de desenvolvimento de versões. Portanto, saber a diferença entre elas é de suma importância, antes de selecionar a versão que será instalada e começar a trabalhar no projeto (Tabela 2). Tabela 2. Linhas de desenvolvimento de versões do QGIS. Versão Características Latest Release (LR) » É uma versão de teste; » Possuí recursos que ainda estão sendo testados; » Não é recomendada para ser utilizada em ambientes de produção. Ex: análise de dados; projetos acadêmicos produção de mapas; atividades realizadas pelo usuário final; » Geralmente são lançadas várias versões ao ano. Long Term Release » É uma versão estável do QGIS; (LTR) » Recomendada para ser utilizada em ambientes de produção; » Geralmente é lançada uma vez ao ano. 16 1.2.2 Instalação do QGIS Após saber a diferença entre as versões LTR e LR, pode-se passar para a fase de instalação. Para baixar o software QGIS, siga os seguintes passos: Passo 1 - Acesse a página inicial do site oficial do QGIS: https://qgis.org/en/site/ Passo 2 - Clique em Download Now para ser direcionado à página em que poderá escolher a versão do QGIS. Obs: No canto superior direito é dada a opção de linguagem da página (a), que pode ser alterada para português, caso preferir. Perceba que, no canto superior esquerdo e abaixo do botão “Download Now” (b) são apresentadas as versões de teste (LR) e de longa duração (LTR) mais recentes, neste caso, 3.18.0 e 3.16.4, respectivamente. Passo 3 - Na página seguinte escolha o sistema operacional. Clique em Download for Windows, se for o caso. 17 Passo 4 - Para baixar a versão de longa duração, ou seja, a versão mais estável, vá até a opção Long term release repository (most stable) e clique na versão compatível com o computador usado, se 32 ou 64 bits. Como escolher uma versão de 32 ou 64 bits? a) Acesse o menu “Iniciar” (Windows); b) Clique em “Conﬁgurações”, na coluna à esquerda; c) Clique em “Sistema”; d) Na coluna à esquerda, clique em “Sobre”. e) Na coluna da direita, em “Tipo de sistema”, será exibido o tipo de sistema operacional de seu computador. Assim que clicar em uma das opções, o download deve iniciar automaticamente. Passo 5 - Após baixar o arquivo, com o botão direito do mouse clique em executar como administrador ou clique duas vezes sobre o aplicativo para iniciar o processo de instalação. 18 Passo 6 - Quando a janela de instalação aparecer, clique em Próximo >. Passo 7 - Na próxima tela, para seguir com a instalação, leia e concorde com os termos da licença de uso do software QGIS. Clique em Eu Concordo. 19 Passo 8 - É possível alterar a pasta de destino do QGIS onde será instalado, mas não é recomendado. A instalação no diretório padrão assegura que os plugins dos repositórios oficiais funcionem corretamente. A instalação em diretórios diferentes do padrão do QGIS pode ser realizada por usuários mais experientes e desenvolvedores. Por isso, apenas clique em Próximo >. Passo 9 - Nessa etapa é possível instalar componentes ou dados geográficos para utilizar no programa. Esses dados são de fora do Brasil e não farão parte deste material. Sugere-se apenas que clique em Instalar. 20 Passo 10 - Aguarde o processo de instalação. Passo 11 - Para concluir, clique em Terminar. Passo 12 - Para abrir o QGIS basta clicar em iniciar (logomarca do Windows) e o ícone do QGIS irá aparecer em Adicionados recentemente. 21 Exercício 1 - Instação do QGIS Agora que você acompanhou todo o processo de instação. Repita o processo em seu computador, instale e abra o QGIS. 1.3 Interface do QGIS A interface gráfica do usuário (GUI) do QGIS é mostrada na figura abaixo, em que os pontos de “a” a “g” indicam elementos importantes da GUI do QGIS. Tabela 3. Elementos importantes da interface gráfica do usuário do QGIS Letra Elemento da interface gráfica do usuário a) Barra de Menus b) Barra de Ferramentas c) Painel do Navegador d) Painel das Camadas e) Visualizador da Camada f) Painel da Caixa de Ferramentas g) Barra de Status Para mais informações acesse o manual do usuário, disponível no site do QGIS: https://docs.qgis.org/3.16/ pt_BR/docs/user_manual/introduction/qgis_gui.html 22 Exercício 2 - Interface do QGIS Explore a interface do QGIS. Visualize a localização de cada elemento importante da interface gráﬁca do usuário. 1.3.1 Barra de menus A Barra de Menus fornece acesso às funções QGIS usando menus hierárquicos padrão, ou seja, de acordo com o tipo, e proporciona acesso a todas as funções principais. Pode-se dizer que os seis primeiros menus estão ligados à configuração do projeto, ferramentas e visualizações necessárias para trabalhar adequadamente com os dados. Já os seis últimos estão ligados à manipulação do banco de dados envolvendo os dados matriciais e vetoriais do projeto. 23 Exercício 3 - Barra de Menus Explore a Barra de Menus. Veja os componentes de cada grupo de funções, como são nomeados e onde estão localizados. Notar que os componentes não estão agrupados aleatoriamente. 1.3.2 Barra de ferramentas A Barra de ferramentas fornece acesso à maioria das funções nos menus, além de ferramentas adicionais para interagir com o mapa. Cada item da barra de ferramentas possui uma ajuda pop-up disponível, ao passar o mouse sobre o item, uma breve descrição da finalidade da ferramenta é exibida. 24 Cada barra de ferramentas pode ser movida de acordo com suas necessidades. Além disso, elas podem ser ativadas ou desativadas usando o menu Visão/Exibir: basta ir até o menu Visão/Exibir (1) e, passando o mouse sobre a opção Barra de Ferramentas (2), aparecerão todas as barras de ferramentas disponíveis e, assim, será possível selecionar quais barras ficarão ativas (3). Exercício 4 - Barra de Ferramentas Explore a barra de ferramentas. Você pode habilitar e desabilitar as ferramentas e deixar somente as que mais interessam de acordo com seu projeto. Por enquanto, deixar como está no padrão de instação. 25 1.3.3 Painéis O QGIS fornece muitos Painéis, com os quais é possível interagir (selecionar opções, marcar caixas, preencher valores etc.) para executar tarefas mais complexas. Os painéis podem ser ativados ou desativados usando o menu Visão/Exibir: basta ir até o menu Visão/Exibir (1) e, passando o mouse sobre a opção Painéis (2), aparecerão todas as opções de painéis disponíveis e, assim, será possível selecionar quais ficarão ativos (3). Outra forma de personalizar a quantidade de painéis ou barra de ferramentas para visualizar é clicar com o botão direito do mouse em qualquer lugar da barra de ferramentas. 26 Os Painéis correspondem a uma visualização mais macro e tem relação com a interface do QGIS, de modo a facilitar a organização e visualização em um projeto. Já a Barra de Ferramentas está relacionada a um conjunto de funções do mesmo interesse ou plugin. Exercício 5 - Painéis Explore os Painéis. Você pode habilitar e desabilitar os painéis e deixar somente os que mais atendem o seu projeto. Por enquanto, vamos deixar como está no padrão de instalação. 27 1.3.4 Visualizador da camada Na Visualização da Camada são exibidas as camadas em 2D. A camada exibida nesta janela refletirá a renderização (simbologia, rotulagem etc.) que foi aplicada às camadas carregadas. A quantidade de camadas, quantas feições elas possuem e do Sistema Geodésico de Referência e Projeção (CRS) do projeto irão influenciar no tempo de respostas para visualização das camadas, além da configuração do seu computador. 1.3.5 Barra de status A Barra de Status fornece informações gerais sobre a visualização do mapa e ações processadas ou disponíveis, e oferece ferramentas para gerenciar a visualização do mapa, indicação de coordenadas, escala de visualização e sistema de referência. 28 Exercício 6 - Barra de Status Explore e revise os itens da Barra de Status. No canto inferior direito, você saberia dizer o que signiﬁca OGC:CRS84? Cada informação sobre seus dados cartográﬁcos deve ser ponderada e revisada caso necessário. 1.4 Instalação de complementos QGIS foi projetado para que fosse possível a adição de plugins (complementos). Isso permite que novos recursos e funções sejam adicionados. A lista dos plugins disponíveis no repositório oficial do QGIS pode ser acessada no seguinte endereço: https://plugins.qgis.org/ Para instalar um plugin é preciso ter acesso à internet e rede liberada para acesso externo, se estiver em uma rede privada. Algumas redes são fechadas e, para que consiga acessar o repositório de plugins, é necessário configurar o proxy para ter acesso aos servidores (links) externos ou bloqueados. Para configurar o Proxy acesse o menu Configurações -> Opções. Em Rede e na opção Use Proxy for Web Access, preencha com os dados fornecidos pelo responsável pela rede. Normalmente, é algum profissional da TI que tem esses dados para preencher. 29 1.4.1 Instalação de complementos no QGIS Com acesso à internet, a instalação dos plugins é realizada rapidamente dentro do próprio QGIS, seguindo os passos adiante relacionados: Passo 1 - Vá até o Menu Complementos e selecione a opção Gerenciar e Instalar Complementos. 30 Passo 2 - Na próxima tela, no campo de busca, digite o nome do plugin que deseja baixar, por exemplo, SCP (Semi-Automatic Classification Plugin) (1). Selecione o plugin (2). E selecione Instalar Complemento (3). Por vezes, dependendo da versão do QGIS, o complemento pode já estar instalado no QGIS, mas não estar ativo. Para verificar, vá até a opção Instalados e, caso deseje torná-lo ativo, marque a caixa que aparece à frente do complemento. 31 Alguns plugins não aparecem para serem baixados, tal como o plugin OpenLayers Plugin, por ser considerado experimental na versão 3.16 do QGIS. Para contornar esse problema, vá até “Opções” e marque a opção “Mostrar também os complementos experimentais”. Com isso, os plugins ficarão disponíveis para acesso e serem instalados. 1.4.2. Principais plugins do QGIS Tabela 4. Alguns plugins mais utilizados do QGIS no Plugin Utilização » MMQGIS é um conjunto de plugins Python para manipular camadas de mapa vetorial no QGIS. Fornece uma alternativa para a caixa de ferramentas de 01 MMQGIS processamento, com relatórios detalhados de progresso, uma interface de usuário intuitiva, acesso direto aos arquivos de shapefile/CSV e alguns recursos adicionais ausentes em outros conjuntos de plugins. » Proporciona opções mais avançadas para a criação de 02 Multi Ring Buffer buffers que a ferramenta criar Buffer. continua... 32 no Plugin Utilização » Para se trabalhar com feições (geometrias: linhas e polígonos) inválidas. Para encontrar erros de topologia 03 Topology Checker (polígono aberto, linha descontinuada etc.) em camadas vetoriais. 04 QAD » Comandos do CAD no QGIS. » Inclui diferentes ferramentas úteis durante as sessões de 05 Digitizing Tools digitalização. » Mescla todas as entidades/feições com o mesmo valor para este campo, e pode calcular estatísticas para cada campo restante: min, max, soma, contagem, média, 06 Dissolve with stats mediana, desvio padrão, primeiro, último, concatenação e unificação. A unificação concatena todos os valores de um campo sem duplicar. » Interessante para quem trabalha com gestão fundiária. Calcula azimutes e distâncias para a feição selecionada. Calcula a Convergência Meridiana e o Fator Kappa Azimuth and para projeções UTM, para uma determinada 07 Distance coordenada geográfica. Calculator Também gera: (a) Memorial descritivo, (b) Memorial sintético, (c) Selo da planta e (d) Planilha de áreas e perímetros. Semi-Automatic » Por meio desse plugin é possível realizar a classificação 08 Classification automática e semiautomática de imagens capturadas Plugin (SCP) por diferentes sensores, em diferentes satélites. » É um plugin do Editor Raster Temático do QGIS, que usa uma tabela de pixels de recodificação para modificar várias classes ao mesmo tempo, usando 09 ThRasE ferramentas de pixels, linhas ou polígonos. O plugin possui uma ferramenta de navegação para garantir a revisão do raster temático. » É uma plataforma de mapeamento online acessível a 10 Mappia Publisher todos. Fácil e grátis para compartilhar mapas online. » Permite ao usuário importar dados de uma camada. Gerar o semivariograma experimental e semivariogramas teóricos como: Linear, Esférico, Exponencial e Gaussiano. 11 Smart-Map Gera a interpolação usando o método de Krigagem Ordinária e Aprendizado de Máquina. Utilizado para gerar Zonas de Manejo. continua... 33 no Plugin Utilização » Opera com dados brutos de satélite (Landsat 1-8 e 12 RS&GIS LISS) para produzir saídas padrão e saídas de banda personalizadas, definidas pelo usuário. SRTM- 13 » Plugin para download de dados SRTM da NASA. Downloader » A função é adicionar na área de visualização do QGIS, 14 OpenLayers Plugin uma camada de dados fornecida por um serviço Web, como Google Maps, Google Earth e Open Street Map. DSG Tools » Permite o acesso às bases cartográficas da Diretoria de 15 (ET-EDGV) Serviço Geográfico (DSG). » Mapa de base: permite adicionar dezenas de mapas de 16 HCMGIS base globais do Google, Carto, ESRI, OSM Stamen etc. » Este plugin permite a obtenção de uma coleção de MapBiomas 17 mapeamento do Projeto MapBiomas Collection (http://mapbiomas.org/). » Proporciona a visualização em 3D da área de interesse. Visualiza DEM e dados vetoriais em 3D em navegadores 18 QGIS2threejs da Web. Pode-se construir vários tipos de objetos 3D com painéis de configurações simples e gerar arquivos para publicação na Web. » Fotografias tiradas com o celular que possuam o recurso 19 ImportPhotos de geotag (adicionar ou captar coordenadas), podem ser importadas no QGIS. » Gera um mapa da Web a partir do seu projeto QGIS atual. Ele replica tantos aspectos do projeto quanto 20 qgis2web possível, incluindo camadas, estilos e extensão. Cria mapas interativos. » Traz diversos mapas de diversos servidores para 21 QuickMapServices visualização. » Voltado para trabalhos com VANTs. Plugin que permite QGIS Full Motion analisar e visualizar vídeos dentro do ambiente QGIS. 22 Video O QGIS FMV aceita vários formatos de vídeo, tais como.mp4,.ts,.avi etc. » É possível pesquisar, visualizar e baixar imagens do CBERS4A CBERS4A do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 23 Downloader (INPE). Para baixar as imagens é necessário se cadastrar em http://www2.dgi.inpe.br/catalogo/explore 34 Exercício 7 - Instalação de complementos no QGIS Seguindo os passos anteriores, instale os complementos: Openlayers Plugin, SRTM-Downloader e ImporPhotos Links interessantes: Comunidade no Facebook sobre o plugin SCP: https://www.facebook.com/ groups/SemiAutomaticClassiﬁcationPlugin/ Lista de plugins do QGIS: https://plugins.qgis.org/plugins/ Como utilizar o plugin Table Manager: https://www.youtube.com/ watch?v=PJQKkRpvkTI&ab_channel=AndersonMedeiros-ClickGeo From GIS to Remote Sensing: https://fromgistors.blogspot.com/ 1.5 Sistemas de referência e projeção 1.5.1 Sistemas geodésicos de referência Os Sistemas Geodésicos de Referência são necessários para expressar a posição de pontos sobre uma superfície, seja ela um elipsoide, esfera ou um plano. Um Sistema Geodésico de Referência é composto pelo Datum (origem) e o Sistema de Coordenadas. O sistema de coordenadas pode ser um sistema de coordenadas geodésicas (geográficas) ou um sistema de coordenadas projetadas (planas ou cartesianas). O sistema geodésico consiste em um conjunto de linhas verticais (meridianos) e horizontais (paralelos) sobre a Terra. Já o sistema de projeção consiste na superfície aproximada da Terra sobre um plano. Para o elipsoide, ou esfera, usualmente é empregado um sistema de coordenadas geográficas e, para o plano, usualmente é aplicável um sistema de coordenadas planas. 35 Um sistema de projeção leva em consideração o sistema geodésico de referência. Ele necessita de uma origem ou modelo de referência para minimizar distorções decorrentes das transformações matemáticas quando uma superfície curva passa a ser representada no plano. Uma analogia empregada para entender projeções é a da casca de laranja. Imaginando que a terra é uma laranja, a maneira como se descasca e depois tenta planificar, ou alisar, a casca é semelhante como as projeções são feitas. Um Datum é a escolha da fruta a ser usada (nossa referência). No nosso exemplo será utilizada uma laranja (Figura 4). Figura 4. Distorção da projeção Webmercator com uma casca de laranja. Fonte: Whong (2019) Para amarrar a posição de um ponto no espaço, é necessário ainda complementar as coordenadas bidimensionais (X e Y), com uma terceira coordenada que é denominada Altitude (Z). A altitude de um ponto qualquer está ilustrada na Figura 5, onde o primeiro tipo (H), altitude ortométrica, é a distância contada a partir do geoide (que é a superfície de referência para as altitudes) e o segundo tipo (h), denominado altitude geométrica é contada a partir da superfície do elipsoide. 36 Figura 5. Altitudes ortométrica (H) e geométrica (h). Fonte: Adaptado de NLS (2021) Na Figura 5 também aparece a ondulação geoidal, representada pela letra N. A ondulação geoidal é a diferença entre as superfícies, sendo positiva quando o geoide está acima do elipsoide e negativa quando a situação é oposta (Figura 6). Sistema de Referência: SIRGAS2000. Figura 6. Modelo de Ondulação Geoidal considerando as diferenças para o SIRGAS2000. Fonte: IBGE (2014) 37 O Datum é um sistema de referência utilizado para o cômputo ou correlação dos resultados de um levantamento. Existem dois tipos de Datum: o vertical e o horizontal. O vertical é uma superfície de nível utilizada no referenciamento das altitudes tomadas sobre a superfície terrestre. O horizontal, por sua vez, é utilizado no referenciamento das posições tomadas sobre a superfície terrestre. Em projetos de engenharia usa-se, em geral, a altitude ortométrica, como ocorre em obras de drenagem e hidráulicas. Nestes casos, a referência adequada é o geoide, já que fluxo dos fluídos será determinado pela gravidade do local e não o elipsóide (correspondente à altitude geométrica). Porém, é possível realizar projetos com a altitude geométrica, tudo depende do escopo do projeto. Para converter uma altitude geométrica para ortométrica, pode-se utilizar o software MAPGEO2015 do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Sistema de referência oficial do Brasil O Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) e o Sistema Cartográfico Nacional (SCN), com base na resolução nº 1 de fevereiro de 2005 do IBGE, passaram a utilizar o Datum horizontal SIRGAS 2000 (Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas) como Datum oficial do Brasil. A resolução estabeleceu o prazo de dez anos para a transição, período no qual o Datum SIRGAS 2000 poderia ser utilizado concomitantemente ao Datum SAD-69 (South American Datum of 1969) e ao Datum Córrego Alegre (IBGE, 2015). 1.5.1.1 Classificação dos sistemas de referência Geocêntrico: é um sistema cartesiano tridimensional (X, Y, Z) com origem no centro de massa da Terra (Figura 7). É compatível com as técnicas de posicionamento espacial 3D e possibilita levantamentos de melhor precisão e acurácia. Por exemplo, os Sistemas Globais de Navegação por Satélite (Global Navigation Satellite System, GNSS), nome genérico dado a todos sistemas de navegação por satélite, dentre os quais destaca-se o Global Positioning System (GPS). Para o GPS, o sistema de referência é o World Geodetic System 1984 (WGS 84) e para o Brasil é o Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas (SIRGAS2000). 38 Topocêntrico: considera que o centro do elipsoide (ou origem dos eixos) não está localizado no centro de massa da Terra, mas sim no ponto de origem (vértice) escolhido na superfície da Terra (Figura 7). No Brasil, por exemplo, os sistemas geodésicos regionais utilizados foram: Chuá-Astro Datum; South American Datum 1969 (SAD 69) e Córrego Alegre. Figura 7. Elipsoides Geocêntrico (SIRGAS2000) e Topocêntrico (SAD-69). Fonte: Santiago e Salviano (2005). 1.5.1.2 Tipos de datum Há diferentes modelos matemáticos da forma da Terra (elipsoides) para representar diferentes regiões da superfície terrestre, entre eles pode-se citar os mais conhecidos no Brasil: SAD-69, SIRGAS2000, WGS-84 e Córrego Alegre (Tabela 5). Internacionalmente, e devido à popularização de Sistemas de Navegação por Satélite como o GPS, Galileo, GLONASS e Beidou, é comum a adoção do sistema de referência geocêntrico WGS-84. 39 Tabela 5. Principais Datum e suas características. Datum Descrição » Sistema de referência topocêntrico. Córrego Alegre » Elipsóide Internacional de Hayford 1924. » South American Datum of 1969. » Sistema de referência topocêntrico. » Objetiva a unificação do referencial para trabalhos geodésicos e cartográficos, no continente Sul-Americano. SAD 69 » Definição do sistema por meio de coordenadas geodésicas do ponto de origem e do azimute geodésico da direção inicial Chuá- Uberaba. » Elipsóide de Referência Internacional de 1967. » World Geodetic System of 1984. » Sistema de referência geocêntrico. WGS 84 » Adotado pelo sistema Global Navigation Satellite System (GNSS) e pelo Global Positioning System (GPS). » Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas. » Permite maior precisão no mapeamento do território brasileiro e na SIRGAS 2000 demarcação de suas fronteiras. » Sistema oficialmente adotado no Brasil. 1.5.2 Projeções cartográficas O problema básico das projeções cartográficas é a representação de uma superfície curva em um plano. Isso pode ser rapidamente compreendido se, por exemplo, tentar fazer coincidir uma casca de uma laranja com a superfície plana de uma mesa. Para alcançar um contato total entre as duas superfícies, a casca de laranja teria que ser distorcida. Embora esta seja uma simplificação grosseira do problema das projeções cartográficas, ela expressa claramente a impossibilidade de uma solução perfeita que diz respeito à existência de uma projeção livre de deformações. Todas as representações de superfícies curvas em um plano envolvem “extensões” ou “contrações” que resultam em distorções. Diferentes técnicas de representação são aplicadas no sentido de se alcançar resultados que possuam certas propriedades favoráveis para um propósito específico. Nesse contexto, o ideal seria construir 40 uma carta que reunisse todas as propriedades, representando uma superfície rigorosamente semelhante à superfície da Terra, onde fossem mantidas a área, a forma e a distância entre os pontos. A solução será, portanto, construir uma carta que, sem possuir todas as condições ideais, possua aquelas que satisfaçam a determinado objetivo. Assim, é necessário, ao se fixar o sistema de projeção escolhida, considerar a finalidade da carta que se quer construir. Pode-se dizer, então, que a melhor projeção para uma carta depende da escala em que se deseja construir essa carta e dos objetivos para os quais ela será utilizada. Por exemplo, algumas projeções são indicadas para pequenas áreas, outras são indicadas para representar áreas com uma grande extensão Leste-Oeste, e outras são mais apropriadas para representar áreas com uma grande extensão Norte-Sul. Para a visualização do problema envolvendo distorções, acessar um link que leva até um portal que ilustra o tamanho real de cada país, quando comparado a outro (Figura 8). Basta digitar o país de interesse, no caso será “Brazil”, clicar com botão esquerdo do mouse, segurar e arrastar até o país ou região que se quer fazer a comparação. No link a seguir, o Brasil está sobreposto à Europa. Percebam o tamanho do Brasil em relação aos países europeus. Pode-se também escolher um país europeu e sobrepor ao Brasil. Nesse exemplo, o sistema de projeção é equivalente preservando as áreas dos países. Acesse: https://thetruesize.com/#?borders=1~!MTcyNzY5NzQ.MjEzMDQ5MQ *MzYwMDAwMDA(MA~!BR*OTYxMTYwNw.MjIwMDAwMTY)NA Figura 8. Link e QR Code para acesso ao site Tretruesize.com. 41 1.5.2.1 Classificação das projeções cartográficas Os sistemas de projeções cartográficas podem ser classificados pelo método, pelo tipo de superfície de projeção adotada, pela posição da superfície de projeção, pelo tipo de contato entre as superfícies de projeção e de referência e pelas propriedades de deformação que as caracterizam. Quanto ao método: a) Geométricas: baseiam-se em princípios geométricos projetivos. Podem ser obtidos pela interseção, sobre a superfície de projeção, do feixe de retas que passa por pontos da superfície de referência, partindo de um centro perspectivo (ponto de vista); b) Analíticas: baseiam-se em formulação matemática obtida com o objetivo de se atender condições (características) previamente estabelecidas (é o caso da maior parte das projeções existentes). Quanto à superfície de projeção: a) Planas: quando a superfície é plana. Este tipo de superfície pode assumir três posições básicas em relação à superfície de referência: polar, equatorial e oblíqua; b) Cônicas: quando a superfície é um cone. Pode ser desenvolvida em um plano sem que haja distorções, e funciona como superfície auxiliar na obtenção de uma representação. A sua posição em relação à superfície de referência pode ser: normal, transversal e oblíqua; c) Cilíndricas: quando a superfície é um cilindro. Tal qual a superfície cônica, pode ser desenvolvida em um plano e suas possíveis posições em relação à superfície de referência podem ser: equatorial, transversal e oblíqua; d) Polissuperficiais: se caracterizam pelo emprego de mais de uma superfície de projeção (do mesmo tipo) para aumentar o contato com a superfície de referência e, portanto, diminuir as deformações. Ex: plano-poliédrica; cone-policônica; cilindro-policilíndrica. 42 Figura 9. Projeção plana, cilíndrica e cônica. Fonte: D’Alge (2001) Quanto à posição da superfície de projeção: a) Equatoriais: quando o centro da superfície ocorre no Equador; b) Polares: quando o centro da projeção ocorre em um dos polos; c) Oblíquas: quando ocorre em qualquer posição, exceto no Equador ou nos polos; d) Transversais: quando o eixo da superfície de projeção se encontra perpendicular ao eixo de rotação da Terra. Quanto ao tipo de contato entre as superfícies: a) Tangentes: a superfície de projeção é tangente àquela de referência (plano- um ponto; cone e cilindro- uma linha); b) Secantes: a superfície de projeção secciona a superfície de referência (plano- uma linha; cone- duas linhas desiguais; cilindro- duas linhas iguais). Quanto à propriedade de deformação: a) Equidistantes: que não apresentam deformações lineares para algumas linhas em especial. Os comprimentos são representados em escala uniforme. Isto é, conservam a proporção entre as distâncias, em determinadas direções na superfície representada. Não é uma característica global de toda a área mapeada; 43 b) Conformes ou isogonais: representam sem deformação, todos os ângulos em torno de quaisquer pontos e, decorrentes dessa propriedade, não deformam pequenas regiões. Nesse caso, mantêm as formas, mas deformam o tamanho de objetos; c) Equivalentes ou isométricas: têm a propriedade de não alterar as áreas, conservando, assim, uma relação constante com as suas correspondentes na superfície da Terra. Seja qual for a porção representada num mapa, ela conserva a mesma relação com a área de todo o mapa. Porém, a forma (ângulos) é deformada; d) Afiláticas: não possui nenhuma das propriedades dos outros tipos, isto é, equivalência, conformidade e equidistância, ou seja, as projeções em que as áreas, os ângulos e os comprimentos não são conservados. Por meio da composição das diferentes características apresentadas nestas classificações das projeções cartográficas, pode-se especificar representações cartográficas cujas propriedades atendam às necessidades de cada caso específico. Exercício 8 - Sistemas de Referência e Projeção Acesse o link abaixo e observe, de maneira interativa, as distorções presentes em alguns sistemas de projeção. Mantenha pressionado a tecla Ctrl e clique com o botão esquerdo do mouse para acessar o link. No site basta clicar com o botão esquerdo do mouse deixando-o pressionado e arrastar para visualizar as distorções. Acesse http://cartography.oregonstate.edu/demos/ AdaptiveCompositeMapProjections/ 1.5.2.2 Projeções mais usuais e suas características Na Figura 10 está o resumo do processo para se chegar a uma superfície de projeção. a) Sistema Geodésico de Referência, b) Superfície de Projeção e c) Propriedade de deformação. Perceba que sempre existirá a necessidade de um sistema de referência geodésico associado a um sistema de projeção. As exceções são projetos locais onde o georreferenciamento não é relevante, como nos projetos que considerem somente as coordenadas topográficas que utilizam um Sistema de Coordenadas Terrestres Local. Para essas situações existem maneiras adequadas de se converter coordenadas topográficas para um sistema de projeção que leve em conta as coordenadas geocêntricas, mas não serão abordadas neste curso. Na Tabela 6 estão apresentadas as principais projeções, suas características e aplicações. 44 Figura 10. Processo para se chegar a um sistema de projeção. Fonte: Kaiserscience (2021). Tabela 6. Principais projeções, suas classificações, características e aplicações Projeção Classificação Características Aplicações » Preserva área. » Mapeamentos temáticos. » Substitui com » Cônica » Mapeamento de áreas com Albers vantagens todas Equivalente extensão predominante as outras cônicas Leste-Oeste equivalentes » Altera área (porém » Cartas topográficas » Cilíndrica as distorções não Gauss-Krüger antigas. Conforme ultrapassam 0,5%). » Preserva os ângulos. » Preserva ângulos. » Mapeamento das regiões Estereográfica » Azimutal » Tem distorções de polares. Polar Conforme escala. » Mapeamento da Lua, Marte e Mercúrio. » Mapas temáticos. » Cônica » Mapas políticos. Lambert » Preserva ângulos. Conforme » Cartas militares. » Cartas aeronáuticas. » Cartas náuticas. » Cilíndrica » Mapas geológicos. Mercator » Preserva ângulos. Conforme » Mapas magnéticos. » Mapas Mundi. » Preserva ângulos. » Mapeamento básico em » Cilíndrica » Altera áreas (porém UTM escalas médias e grandes. Conforme as distorções não » Cartas topográficas. ultrapassam 0,5%). Fonte: Adaptado de D’Alge (2001). 45 Para conhecer, de uma forma interativa e visual, as projeções cartográficas e ainda compará-las, acesse o portal Compare Map Projections (https://map-projections.net/imglist.php). Lá pode-se escolher duas projeções e compará-las entre si. Selecione as projeções Albers e Mercator e as compare. Perceba as distorções no tamanho, orientação, forma etc. Tabela 7. Comparação das projeções de Albers e Mercator. Projeção Albers Mercator O Criador » Heinrich C. Albers (1805) » Gerardus Mercator (1569) Superfície de projeção » Cônica » Cilíndrica Propriedade » Área igual - Equal Area » Conforme » Projeção cônica de área Outros nomes » ----------- igual de Albers » Paralelos padrão na Observações » Corte em 84 ° Norte e Sul imagem: 10 ° e 70 ° Norte Acesse: https://map-projections. net/compare.php?p1=albers- equal-area-conic&p2= mercator-84&w=1 Figura 11. Link e QR Code para acesso ao portal Compare Map Projections. 46 1.5.3 Sistemas de referência e projeção no QGIS Antes de iniciar um projeto no QGIS e começar a trabalhar com os dados da área de interesse, é preciso ter conhecimento de algumas informações relacionadas ao sistema de coordenadas que será utilizado e à localização da área de interesse do projeto. 1.5.3.1 Como definir o sistema de coordenadas Como deﬁnir o sistema de coordenadas? Como escolher com qual delas trabalhar? Coordenadas Cartesianas/Métricas/UTM ou Geográﬁcas/Geodésicas? O globo terrestre é dividido em fusos ou zonas UTM. Ao todo são 60 fusos. O Brasil é cortado por oito fusos, sendo eles do 25 ao 18. Desse modo, para saber qual sistema de coordenadas utilizar, primeiro avalie se a área de interesse está inserida em um único fuso ou mais de um fuso. Figura 12. Fusos que cortam o território brasileiro. 47 Por exemplo, o Brasil (25 ao 18), a Amazônia Legal (23 ao 18), a Região Sul (22 e 21), e o estado do Paraná (21 e 22) são áreas que estão contempladas por mais de um fuso. Já os estados de Santa Catarina (22), Ceará (24), Sergipe (24) e Espírito Santo (24) são os únicos estados do Brasil que se encontram dentro de apenas um fuso. Figura 13. Fusos que cortam o território brasileiro em detalhes. Em relação à deformação sofrida na projeção UTM, quando um sistema de referência (SIRGAS 2000 ou WGS-84) passa por um processo matemático para se tornar plano ou projetado, tem-se o chamado fator de escala K, também chamado de coeficiente de deformação e coeficiente de redução de escala, que se trata de um coeficiente de deformação linear, que é a relação entre um comprimento na projeção (cilindro) e o seu correspondente no elipsoide. O fator de escala K é variável conforme o afastamento em relação ao Meridiano Central (Figura 14). As distâncias medidas no terreno, para serem projetadas, devem ser multiplicadas pelo fator correspondente à região onde está sendo efetuada a medida. Em muitos países, o mapeamento não é efetuado no sistema UTM, em função das distorções lineares que acarreta ao mapa, principalmente nos limites do fuso. 48 Figura 14. Comportamento do fator de escala K com relação ao meridiano central do fuso. Deste modo, ao criar um projeto no QGIS as informações que precisam estar bem claras são: » Finalidade do trabalho; » Sistema de coordenadas; » Área de abrangência; » Fuso; e » Datum; » Localização (Norte ou Sul da Linha do Equador). Por exemplo, se trabalhado todo o estado de Santa Catarina (SC), a nomenclatura seria a seguinte: SIRGAS 2000, UTM, 22 Sul. Onde: SIRGAS 2000 é o Datum, UTM é o sistema de coordenadas cartesiano (porque SC se encontra em único fuso), 22 é o fuso e Sul é a localização do estado, que se encontra no Hemisfério Sul (Figura 15). Figura 15. Fuso em que se encontra o estado de Santa Catarina. 49 Caso fosse trabalhado o município de Porto Grande localizado no estado do Amapá, a nomenclatura seria a seguinte: SIRGAS 2000, UTM, 22 N. Onde: SIRGAS 2000 é o Datum, UTM é o sistema de coordenadas cartesiano (porque Porto Grande se encontra em um único fuso), 22 é o fuso e Norte é a localização do município, que se encontra ao Norte da Linha do Equador (Figura 16). Figura 16. Fuso em que se encontra o município de Porto Grande, AP. Em áreas abrangidas por mais de um fuso, tem-se quatro soluções: a) Utilizar coordenadas geográficas. b) Trabalhar como dois mapeamentos distintos, caso a área seja muito grande, uma vez que os fusos mapeados não são contíguos. c) Extrapolar o fuso em até 30’, na tentativa de abranger toda a área, o que equivale a aproximadamente 55 km no Equador. d) Existe ainda a possibilidade de adotar outro sistema de projeção, quando se trabalha com grandes áreas (mais de um fuso UTM). Se não for possível 50 trabalhar com coordenadas geográficas, recomenda-se utilizar a projeção de Albers, quando o interesse em preservar e calcular áreas for prioritário no projeto. Ao invés de trabalhar com dois fusos UTM, utilize a projeção de Albers, que facilita as análises e garante que as áreas calculadas tenham a menor distorção possível, ou seja, representam melhor a realidade no terreno (Figura 17). Figura 17. Como trabalhar com UTM. 1.5.3.2 Coordenadas UTM e o Incra De acordo com Prina et al. (2015), desde a primeira edição da Norma Técnica do Georreferenciamento de Imóveis Rurais (NTGIR) (Incra, 2003), até a 2ª edição revisada (Incra, 2010), que estava em vigor até o final de 2013, o cálculo da área (da poligonal) de uma propriedade rural, com o intuito de certificação junto ao Instituto Nacional de Colonização e Reforma Agrária (Incra), era gerado sobre o plano da projeção Universal Transversa de Mercator (UTM). Tal método altera o valor da área da poligonal, principalmente nas zonas de redução e ampliação de um fuso UTM, fato interligado às deformações do plano UTM. Hoje, com a 3ª NTGIR (Incra, 2013) o cálculo de área é realizado por intermédio das coordenadas locais, localizado sobre um Sistema Geodésico Local (SGL), as quais são obtidas pelas coordenadas geográficas (latitude, longitude e altitude elipsoidal) ou cartesianas (X, Y, Z), recorrendo a uma matriz de rotação ortogonal para realização da conversão. 51 1.5.3.3 Código EPSG O QGIS utiliza o chamado código EPSG, sigla que vem do nome do Grupo Europeu de Pesquisa Petrolífera (European Petroleum Survey Group), entidade que organizou, por meio desses códigos numéricos, os Sistemas de Referência de Coordenadas (SRC) do mundo. O EPSG funciona de modo que a nomenclatura utilizada para indicar o Datum, Sistema de Coordenadas, Fuso e Localização da área de interesse é informada ao software, por meio de um código numérico. No caso do exemplo anterior, se trabalhado o município de Porto Grande (AP), em vez de utilizar toda a descrição SIRGAS 2000, UTM, 22 N, será informado ao software apenas o código EPSG: 31976. Como saber qual código EPSG utilizar no projeto? Esse processo pode ser realizado de duas formas. A primeira é conhecer a lista dos códigos EPSG utilizados no Brasil (Tabela 8). Já a segunda forma diz respeito à seleção do código, por meio de uma busca dentro do próprio software, assim como será exemplificado na sequência, durante a criação de um projeto no QGIS. Tabela 8. Códigos EPSG mais utilizados no Brasil SRC Datum Código EPSG » Córrego Alegre » 4225 Sistema de » SAD 1969 » 4618 Coordenadas Geográficas » GCS SIRGAS 2000 » 4674 » GCS WGS 1984 » 4326 SRC Datum Código EPSG » SAD 1969/ UTM zone 18 N » 29168 Sistema de » SAD 1969/ UTM zone 18 S » 29188 Coordenadas Planas » SAD 1969/ UTM zone 19 N » 29169 Projeção UTM Datum SAD 69 » SAD 1969/ UTM zone 19 S » 29189 » SAD 1969/ UTM zone 20 N » 29170 » SAD 1969/ UTM zone 20 S » 29190 continua... 52 SRC Datum Código EPSG » SAD 1969/ UTM zone 21 N » 29171 » SAD 1969/ UTM zone 21 S » 29191 Sistema de » SAD 1969/ UTM zone 22 N » 29172 Coordenadas Planas » SAD 1969/ UTM zone 22 S » 29192 Projeção UTM Datum SAD 69 » SAD 1969/ UTM zone 23 S » 29193 » SAD 1969/ UTM zone 24 S » 29194 » SAD 1969/ UTM zone 25 S » 29195 SRC Datum Código EPSG » WGS 1984/ UTM zone 18 N » 32618 » WGS 1984/ UTM zone 18 S » 32718 » WGS 1984/ UTM zone 19 N » 32619 » WGS 1984/ UTM zone 19 S » 32719 » WGS 1984/ UTM zone 20 N » 32620 Sistema de » WGS 1984/ UTM zone 20 S » 32720 Coordenadas Planas Projeção UTM » WGS 1984/ UTM zone 21 N » 32621 Datum WGS84 » WGS 1984/ UTM zone 21 S » 32721 » WGS 1984/ UTM zone 22 N » 32622 » WGS 1984/ UTM zone 22 S » 32722 » WGS 1984/ UTM zone 23 S » 32723 » WGS 1984/ UTM zone 24 S » 32724 » WGS 1984/ UTM zone 25 S » 32725 SRC Datum Código EPSG » SIRGAS 2000/ UTM zone 18 N » 31972 Sistema de Coordenadas Planas » SIRGAS 2000/ UTM zone 18 S » 31978 Projeção UTM Datum SIRGAS 2000 » SIRGAS 2000/ UTM zone 19 N » 31973 » SIRGAS 2000/ UTM zone 19 S » 31979 continua... 53 SRC Datum Código EPSG » SIRGAS 2000/ UTM zone 20 N » 31974 » SIRGAS 2000/ UTM zone 20 S » 31980 » SIRGAS 2000/ UTM zone 21 N » 31975 Sistema de » SIRGAS 2000/ UTM zone 21 S » 31981 Coordenadas Planas » SIRGAS 2000/ UTM zone 22 N » 31976 Projeção UTM Datum SIRGAS 2000 » SIRGAS 2000/ UTM zone 22 S » 31982 » SIRGAS 2000/ UTM zone 23 S » 31983 » SIRGAS 2000/ UTM zone 24 S » 31984 » SIRGAS 2000/ UTM zone 25 S » 31985 SRC Datum Código EPSG Sistema de Coordenadas Planas » WGS 1984/ Pseudo Mercator » 3857 Projeção Mercator Datum WGS 1984 SRC Datum Código EPSG Sistema de Coordenadas Planas » South America Lambert Conformal Conic » 102015 Projeção Cônica Conforme de Lambert Fonte: Santos (2014). 1.5.4 Criação de um projeto no QGIS De posse das informações básicas a respeito do QGIS e SIG, pode-se iniciar um projeto no QGIS. 1.5.4.1 Criar projeto no QGIS Passo 1 - Clique duas vezes sobre o ícone do QGIS 54 O ícone pode ser encontrado dentro da pasta chamada “QGIS 3.16” que estará salva na área de trabalho do computador. Passo 2 - Quando o QGIS tiver iniciado, é possível criar um projeto em branco, ou vazio, de três formas: Opção 1. Utilizando o atalho Ctrl + N do teclado; Opção 2. Clicando no ícone de folha em branco na Barra de Ferramentas; Opção 3. Indo até o Menu Projeto e clicando em Novo. 1.5.4.2 Selecionar o sistema de referência do projeto Antes de selecionar o sistema de referência, assim como foi tratado no tópico anterior, é preciso ter algumas informações sobre o projeto. Nesse exemplo, será trabalhado o município de Colombo, localizado no estado do Paraná. Como saber se a área de interesse do projeto se encontra dentro de um ou mais fusos? 55 Passo 1 - Acessar o Menu Camada (1), vá até Adicionar Camada (2) e depois clique em Adicionar Camada Vetorial (3). Passo 2 - Para buscar o arquivo shapefile, clique nos três pontos (...) do campo “Base(s) de vetores”. Passo 2.1 - Dentro da pasta “Curso_QGIS” encontra-se a pasta “00_Shapefile”, então procure os seguintes arquivos dessa pasta: “PR_Colombo_Sirgas2000.shp”, correspondente ao limite do município de Colombo, PR. “Fusos_UTM_BR.shp”, correspondente aos fusos do Brasil. 56 Passo 2.2 - Para selecionar todos os arquivos shapefiles de interesse de uma única vez, clique em “Todos arquivos” (1) e selecione “Shapefiles” (2). Assim, apenas os arquivos do tipo.shp aparecerão. Passo 2.3 - Pressione a tecla “Ctrl” do teclado, clique sobre os arquivos de interesse e clique em “Abrir”. 57 Passo 2.4 - Clique em “Adicionar” (1) para adicionar os arquivos shapefiles e, então, clique em “Close” (2) para fechar a janela. Observe que o município se encontra totalmente dentro do fuso 22, ao sul da Linha do Equador. Com isso, são obtidas as informações básicas para a seleção do código EPSG no QGIS (Tabela 9). 58 Tabela 9. Informações básicas para a seleção do código EPSG. Área de Interesse Colombo, Paraná Fuso » Apenas zona 22 Localização » Sul do Equador (S) Sistema de » Pode-se trabalhar tanto com coordenadas geográficas como Coordenadas com coordenadas cartesianas (UTM) Datum » SIRGAS 2000 (oficial do Brasil) Nesse caso, escolhendo-se trabalhar com coordenadas UTM, a nomenclatura para a procura do código EPSG é: SIRGAS 2000, UTM, 22 Sul. Voltando à Tabela 8, essas informações correspondem ao código EPSG:31982. Como selecionar o código EPSG do projeto QGIS? Passo 1 - Vá até o Menu Projeto e clique em Propriedades. 59 Passo 2 - Vá até SRC (1). Em Filtro (2) digite o código 31982 ou procure por SIRGAS 2000. Em Sistema de Referência de Coordenadas (3) aparecerá: SIRGAS 2000 / UTM zone 22 S. Selecione esse SRC. Clique em Apply (4). Finalize clicando em OK (5). Como saber qual é o código EPSG ativo no projeto? O EPSG ativo no projeto pode ser visualizado no canto inferior direito, na Barra de Status. Nesse exemplo, utiliza-se o sistema geodésico de referência SIRGAS 2000 (modelo matemático aproximado da terra é um elipsoide) e o sistema de projeção UTM (baseado na projeção cilíndrica transversa e que possui como propriedade ser conforme, ou seja, preserva ângulos). É importante lembrar que um sistema de projeção como o UTM ou Albers necessita estar associado a um sistema geodésico de referência (SIRGAS 2000 ou WGS 84). 60 1.5.4.3 Salvar o projeto Para salvar o projeto basta clicar no ícone do disquete presente na Barra de Ferramentas. Selecione o endereço (pasta “Curso_QGIS”) onde será salvo e escolha o nome do projeto “Projeto_Fusos”. 1.5.4.4 Abrir um projeto existente Um projeto já existente pode ser carregado no QGIS, por meio do ícone de pasta (de arquivos) ou pelo atalho Ctrl + O. Também pode ser aberto, acessando o Menu Projeto e selecionando a opção Abrir. Exercício 9 - Projeto no QGIS Crie um projeto no QGIS, selecione o SRC, salve o projeto e feche o QGIS. Inicie novamente o QGIS e abra o projeto salvo. Veriﬁque se o SRC selecionado continua o mesmo. 61 1.6 Geoprocessamento e Dados Espaciais 1.6.1 Cartografia para geoprocessamento 1.6.1.1 Escala A escala em um mapa é importante para dar ao leitor uma noção do tamanho ou grandeza do que está representado. Os mapas são sempre menores que o que realmente representam, e a escala é uma forma de quantificar o quanto eles são menores. Essa é a informação necessária para interpretar a distância representada (por exemplo, um centímetro (1 cm) no mapa) para a distância real (cerca de 25.000 cm, ou 1/4 km no terreno, se a escala do mapa for 1: 25.000). A área e, de certa forma, a direção também dependem disso. A escala é uma relação matemática entre a dimensão (real) do terreno na Superfície Física da Terra (D) e sua correspondente na imagem ou documento cartográfico (d) (representação). De modo geral, pode-se dizer que a escala (E) cartográfica é uma relação de proporção. Onde: E é escala; d é a dimensão no mapa (produto cartográfico); e D é a dimensão real. Para representar qualquer feição da superfície terrestre em um produto cartográfico, é necessário adotar uma escala, para indicar qual a redução que foi realizada. Em cartografia e em geoprocessamento sempre são utilizadas escalas de redução. Formas de expressar as escalas: a) Fração representativa ou numérica 62 b) Gráfica ou escala de barras Escala gráfica é a representação gráfica de várias distâncias do terreno sobre uma linha reta graduada, que permite realizar as transformações de dimensões gráficas em dimensões reais, sem efetuar cálculos. O uso da escala gráfica, ou de barra, facilita a interpretação direta das dimensões das feições no terreno. Se for necessário imprimir um mapa/planta, a escala gráfica acompanha as distorções que, porventura, ocorrerem, por isso ela é muito adotada nos trabalhos de campo. Os mapas são frequentemente descritos, em um sentido relativo, como sendo de pequena ou grande escala. A Figura 18 ajuda a entender esse conceito. Nesta Figura, têm-se os mapas que representam uma área da superfície terrestre, nas escalas de 1:100.000, 1:50.000 e 1:25.000. Desse grupo, o mapa de 1:100.000 tem a escala pequena em relação aos outros dois mapas. O mapa com a escala maior é o mapa C, que é desenhado em uma escala de 1: 25.000. As três ilustrações descrevem a relação entre a escala do mapa e o tamanho da área da superfície representada. Observe o que acontece com a quantidade de área representada nos mapas, quando a escala é alterada. Uma duplicação da escala (1:100.000 para 1:50.000 e 1:50.000 para 1:25.000) faz com que a área mostrada no mapa seja reduzida para 25% ou um quarto. Figura 18. Detalhamento de uma feição em diferentes escalas. Fonte: Pidwirny (2006) 63 Padrão de Exatidão Cartográfico (PEC) 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: Onde: em é o erro tolerável em metros; e M = dimensão no terreno/denominador da escala. O erro tolerável, 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. Escolha da escala Considerada uma região da superfície da Terra que se deseja mapear e que possua muitos acidentes de 10 m de extensão, a menor escala que se deve adotar para que esses acidentes tenham representação, será: A escala adotada deverá ser igual ou maior que 1:50.000. Na escala 1:50.000, o erro prático (0,2 mm ou 1/5 mm) corresponde a 10 m no terreno. A definição de escala de representação também pode ser definida de outras maneiras práticas: de acordo com a precisão da técnica utilizada para a coleta de dados georreferenciados no campo. Por exemplo, GNSS de navegação (código C/A), topográfico (L1), geodésico (L1, L2 e, ou L5), Estação Total, vetorização em imagem etc.; 64 de acordo com a resolução espacial (5 cm, 2 m, 10 m, 30 m etc.) do dado do tipo raster, imagem de satélite ou obtida por drone. Resolução espacial está associada à quantidade de detalhes perceptível em uma imagem. Curiosidade Uma referência de escala nem sempre é importante. Mapas de metrô muitas vezes fornecem uma representação semelhante a um diagrama de linhas e conexões, que informa como viajar na rede que constituem, mas não estão em escala, o que signiﬁca que as distâncias nesses mapas não reﬂetem consistentemente essas distâncias no mundo real. Em casos como esses, o que importa são as conexões relativas, não as distâncias, áreas ou direções exatas; esses mapas são úteis porque preservam relacionamentos topológicos (conexões entre si), mas não precisam preservar ou representar os cartesianos. 1.6.1.2 Produtos cartográficos A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), com base na norma NBR 13133 (ABNT, 1994), considera os termos carta e mapa como sinônimos e define carta/mapa como: Representação gráfica sobre uma superfície plana, dos detalhes físicos, naturais e artificiais, de parte ou de toda a superfície terrestre - mediante símbolos ou convenções e meios de orientação indicados, que permitem a avaliação das distâncias, a orientação das direções e a localização geográfica de pontos, áreas e detalhes -, podendo ser subdividida em folhas, de forma sistemática, obedecido um plano nacional ou internacional. Esta representação em escalas médias e pequenas leva em consideração a curvatura da Terra, dentro da mais rigorosa localização possível relacionada a um sistema de referência de coordenadas. A carta também pode constituir-se numa representação sucinta de detalhes terrestres, destacando, omitindo ou generalizando certos detalhes para satisfazer requisitos específicos. A classe de informações que uma carta, ou mapa, se propõe a fornecer, é indicada, frequentemente, sob a forma adjetiva, para diferenciação de outros tipos como, por exemplo, carta aeronáutica, carta náutica, mapa de comunicação, mapa geológico. 65 Já segundo o IBGE (2021), cartas e mapas são produtos cartográficos diferentes e possuem as seguintes definições: MAPA é a “representação no plano, normalmente em escala pequena, dos aspectos geográficos, naturais, culturais e artificiais de toda a superfície (Planisfério ou Mapa Mundi), de uma parte (Mapas dos Continentes) ou de uma superfície definida por uma dada divisão político-administrativa (Mapa do Brasil, dos Estados, dos Municípios) ou por uma dada divisão operacional ou setorial (bacias hidrográficas, áreas de proteção ambiental, setores censitários). CARTA é a “representação de uma porção da superfície terrestre no plano, geralmente em escala média ou grande, oferecendo-se a diversos usos, tais como a avaliação precisa de distâncias, direções e localização geográfica dos aspectos naturais e artificiais, podendo ser subdividida em folhas, de forma sistemática e em consonância a um plano nacional ou internacional.” Outra distinção dos produtos cartográficos tem como base a escala de representação utilizada. Nessa classificação, são considerados mapas, as representações em escala pequena, cartas, as representações em escala média e plantas em escala grande (Tabela 10). Tabela 10. Classificação dos produtos cartográficos com base no denominador da escala. Produto Mapa Carta Planta Cartográfico Denominador 1.000.000 250.000 100.000 50.000 25.000 10.000 2.000 da Escala (D) Escala Pequena Média Grande Fonte: Adaptado de IBGE (1985) Caracterização dos Mapas, Cartas e Plantas: a) Mapas Representação plana. Geralmente em escala pequena. Área delimitada por acidentes naturais (bacias hidrográficas, regiões fisiográficas, planaltos, chapadas etc.), ou político-administrativos. Destinação a fins temáticos, culturais ou ilustrativos. 66 b) Carta Representação plana. Geralmente em escala média ou grande. Desdobramento em folhas articuladas de maneira sistemática. Limites das folhas constituídos por linhas convencionais. Destinada à avaliação precisa de direções, distâncias e localização de pontos, áreas e detalhes. c) Planta É um caso particular da carta. É uma representação em escala grande de uma área pequena. Maior quantidade de detalhes. A curvatura da Terra pode ser desconsiderada sem erro sensível. Classificação das cartas e mapas quanto à natureza da representação (IBGE, 1999): a) Geral A finalidade é 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. Servem de base para os demais tipos de cartas. Pode ser: o cadastral: com escala até 1:25.000. Ex: Carta de localidade. o topográfica: com escala de 1:25.000 a 1:250.000. Ex: Carta/Mapa municipal. Disponíveis no plugin DSG Tools para o QGIS. o geográfica: com escala de 1:1.000.000 e menores. Ex: Mapa de unidades territoriais. b) 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. 67 Com base no mapeamento topográfico ou de unidades territoriais, o mapa temático é elaborado em especial pelos Departamentos da Diretoria de Geociências do IBGE, associando elementos relacionados às estruturas territoriais, à geografia, à estatística, aos recursos naturais e aos estudos ambientais. Principais produtos: o cartogramas temáticos das áreas social, econômica, territorial etc. o cartas do levantamento de recursos naturais (volumes Radam). o mapas da série Brasil 1:5.000.000 (Escolar, Geomorfológico, Vegetação, Unidades de Relevo, Unidades de Conservação Federais). o atlas nacional, regional e estadual. c) Especial 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. Destina-se à representação de fatos, dados ou fenômenos típicos. Por exemplo: o cartas náuticas, aeronáuticas e para fins militares. o mapa magnético, astronômico e meteorológico. Figura 19. Classificação das cartas e mapas quanto à natureza da representação. Fonte: os autores 68 1.6.2 Dados espaciais 1.6.2.1 Estrutura de dados espaciais Os dados para se trabalhar em SIG podem ser diretamente espaciais, com alguma coordenada associada, ou não espaciais que podem ser integrados aos espaciais. Com relação à estrutura de armazenamento (ou formato) de dados espaciais digitais, eles são comumente diferenciados em dois tipos: Raster (matricial) e Vetorial. A estrutura matricial, ou em grade, é uma malha quadriculada regular sobre a qual se constrói, célula à célula, o elemento que está sendo representado. Essa estrutura é representada por uma matriz com n linhas e m colunas M(n, m), onde cada célula é denominada pixel (picture element) e apresenta um valor z que pode indicar, por exemplo, uma cor ou tom de cinza a ele atribuído (Fitz, 2008). Exemplos de dados raster: fotografias aéreas, imagens de satélite, Ortomosaicos, Modelo Digital de Superfície (MDS) e Modelo Digital do Terreno (MDT). A estrutura vetorial utiliza um sistema de coordenadas para a sua representação e é composta por três primitivas básicas ou, ainda, três diferentes tipos de geometria, sendo elas: pontos, linhas e polígonos (Fitz, 2008), também conhecidas por feições: Pontos: são representados por apenas um par de coordenadas e são utilizados para representar, por exemplo, a localização de determinado objeto ou fenômeno. Linhas: são representadas por um conjunto de pares de coordenadas e servem para representar, por exemplo, cursos de rios, rodovias, ferrovias, linhas de transmissão etc. Polígonos: são representados por um conjunto de pares de coordenadas e servem para representar, por exemplo, delimitações de áreas. Nas Tabelas 11 e 12 são apresentadas as principais características dos dados vetoriais e matriciais. 69 Tabela 11. Comparação entre os modelos matriciais e vetoriais. Característica Matricial Vetorial Captação do dado Rápida Lenta Área de armazenamento Grande Pequena Gráficos Médio Bom Estrutura de dados Simples Complexa Precisão geométrica Baixa Alta Análise de rede Baixa Bom Análise de área Bom Médio Generalização Simples Complexa Geração de desenho Rápida Lenta Modelagem Simples Complexa Operação pontual Simples Complexa Transformação de coordenadas Complexa Simples Fonte: Miranda (2015). Tabela 12. Estrutura de dados matriciais e vetoriais. Característica Matricial Traduz imagens digitais matriciais geradas Traduz imagens vetorizadas, compostas por sensoriamento remoto e processos de por pontos, linhas e polígonos. escanerização. Execução de operações entre camadas ou Execução de operações entre camadas ou layers de mesma área e atributos distintos layers de mesma área e atributos distintos é extremamente fácil e rápida. é bastante complexa e demorada. Vínculo com atributos alfanuméricos Vínculo com atributos alfanuméricos é torna-se facilitado, já que se dá por meio dificultado (pixel a pixel). de ponto, linha ou polígono registrado. Resolução digital está vinculada Resolução digital do mapa é limitada pela diretamente à quantidade de pixels da quantidade de vetores dispostos e de imagem, podendo requerer processadores sua impressão, proporcionando grande de grande capacidade e velocidade. detalhamento. Fronteiras das imagens são descontínuas Fronteiras das imagens são contínuas (efeito serrilhado). (feições regulares). Cálculos de distâncias, áreas etc. Cálculos de distâncias, áreas etc., em geral, vinculam-se ao desemprenho do simplificados, tornando o processamento hardware. mais rápido. Fonte: Fitz (2008). 70 As feições vetoriais e alguns formatos de dados raster podem ter associados o que se chama de atributos. Atributos podem ser considerados características ou propriedades que descrevem as feições, podendo ser quantitativos ou qualitativos, espaciais (com alguma coordenada associada) ou não espaciais. 1.6.2.2 Formato de dados espaciais Formato de dados vetoriais Existem diferentes formatos de dados geográficos vetoriais. Os mais difundidos são: a) Arquivo shape ESRI (*.shp*.SHP) As feições vetoriais são mais comumente representadas em arquivos SHP (shapefile). O formato SHP é um dos padrões de armazenamento de feições vetoriais mais utilizados em SIG e pode ser manipulado em vários softwares; A estrutura de dados geográficos vetoriais do formato SHP contém, basicamente, dois tipos de informações: (i) a informação espacial que descreve o formato do objeto geográfico e (ii) a informação alfanumérica que descreve as características não espaciais desses objetos (atributos). Esse formato armazena a informação geograficamente referenciada em um conjunto de arquivos: shp - Dados vetoriais, armazena a geometria das entidades; dbf - Conjunto de dados, contém a informação descritiva das entidades; shx - Arquivo de índices, armazena as ligações entre as entidades (dbf) e a sua geometria (shp); prj - Definição do sistema de referência e projeção cartográfica, quando possuir um sistema de coordenadas associado; sbn - Realiza as ligações entre as entidades vetoriais e a sua informação descritiva; ain - Somente existem quando se procedem às operações de joining (concatenação) de banco de dados. 71 b) Comma Separated Values (*.csv*.CSV) Valores separados por vírgula. Formato bastante leve e rápido de ser processado; Pode ser produzido em editores de texto. c) Keyhole Markup Language [KML] (*.kml*.KML) Formato produzido, inicialmente, para ser visualizado no software Google Earth. Diversos sites atualmente distribuem informações nesse formato. d) GPS eXchange Format [GPX] (*.gpx*.GPX) Formato em que a maioria dos programas que processam dados de GPS conseguem exportar as informações coletados no campo. e) Microstation DGN (*.dg

QGIS_CURSO_APOSTILA_01.pdf

Document Details

Tags

Related

Full Transcript

Upgrade to continue