Fundamentos de Geoprocessamento
Cartografia
Integração de Dados
INPE - Divisão de Processamento de Imagens
Vínculo com Cartografia
• Natureza dos dados espaciais
• Aspectos funcionais e de apresentação
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Cartografia para Geoprocessamento
• Natureza dos dados espaciais
– sistemas de coordenadas
– sistemas de projeção cartográfica
– transformações geométricas
– componentes de erro
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Cartografia para Geoprocessamento
• Aspectos funcionais e de apresentação
– modelagem cartográfica
– integração de dados
– integração com Sensoriamento Remoto
– visualização
– generalização cartográfica
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Cartografia para Geoprocessamento
• Terra: como tratar matematicamente o
objeto de nosso estudo?
– Geodésia, forma e dimensões da Terra
– geóide, esferóides, datum planimétrico
– coordenadas geográficas ou geodésicas?
– Sistema Geodésico Brasileiro
– mudanças de datum
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Cartografia para Geoprocessamento
• Datum planimétrico ou horizontal
– conceito importante, normalmente mal interpretado
e mal usado pela comunidade de usuários
– afeta diretamente a exatidão geodésica da base de
dados digitais
– impõe a questão da variabilidade das coordenadas
geodésicas
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Sistemas de Coordenadas
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Sistemas de Coordenadas
• Coordenadas geodésicas (geográficas?)
– figura de referência: esfera ou elipsóide
• Coordenadas geocêntricas terrestres
X = R.cos cos 
Y = R.cos .sen 
Z = R.sen 
 = arcsen (Z/R)
 = arctan (Y/X)
(assumindo o modelo esférico)
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Sistemas de Coordenadas
• Coordenadas polares
– desenvolvimento de projeções cônicas
• Coordenadas cartesianas
– coordenadas de projeção
x = cos
y = sen
 = arctg (y/x)
 = (x2 + y2) 0.5
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Projeções Cartográficas
• Sistemas de projeção
x = f1() y = f2 ()
 = g1(x,y)  = g2(x,y)
• Propriedades
– conformidade, equivalência, equidistância
• Escolha da projeção
– localização, tamanho, forma
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Projeções Cartográficas
• Superfície ou figura de referência
– esfera, elipsóide
• Superfície de projeção
– plano, cone, cilindro, poliedro
• Posição da superfície de projeção
– normal ou equatorial, oblíqua, transversa
• Método de construção
– projetivo, analítico, convencional
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Transformações geométricas
• Similaridade - 4 parâmetros
• Afim ortogonal - 5 parâmetros
• Afinidade - 6 parâmetros
• Polinomiais -  6 parâmetros
• Requerimentos
– pontos de controle
• Aplicações
– digitalização, geo-referenciamento
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Transformações geométricas
identidade
escala
rotação
rotação residual
quebra do paralelismo
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Conhecimento da Incerteza
• Exatidão de posicionamento
– erro na posição de pontos bem definidos
• Exatidão de atributos
– campos (relevo) … valor numérico
– categorias (solo) … certo ou errado
• Consistência lógica e completeza
– linhas omitidas ou polígonos não rotulados
– base de dados contém o que deve?
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Modelagem Cartográfica
Operação por vizinhança (dinâmica)
valor novo = f (valores vizinhos)
Operação por regiões (estática)
valor novo = f (valores de uma região)
(fonte: Tomlin, 1990)
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Operação por vizinhança
(fonte: Tomlin, 1990)
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Operação por regiões
(fonte: Tomlin, 1990)
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Integração de Dados
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Integração de Dados
• Sistemas de referência
– fusos ou zonas da projeção UTM
• Cobertura dos dados
– divisão por folhas do mapeamento
– divisão por distrito, município ou estado
– divisão por imagem de satélite
• Erros nos dados
– polígonos espúrios
– ajuste de linhas
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Integração com Sensoriamento Remoto
• Sensoriamento Remoto representa uma
fonte única de informação atualizada
para um SIG.
• A união da tecnologia e dos conceitos e
teorias de Sensoriamento Remoto e SIG
possibilita a criação de sistemas de
informação mais ricos e sofisticados.
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Correção geométrica de imagens
• Importância
– eliminação de distorções sistemáticas
– estudos multi-temporais
– integração de dados em SIG
• Requerimentos
– conhecimento das distorções existentes
– escolha do modelo matemático adequado
– avaliação e validação de resultados
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Correção geométrica de imagens
• Fontes de distorções geométricas (MSS,
TM, HRV, AVHRR)
– rotação da Terra (skew)
– distorções panorâmicas (compressão)
– curvatura da Terra (compressão)
– arrastamento da imagem durante uma varredura
– variações de altitude, atitude e velocidade do
satélite
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Correção geométrica de imagens
• Transformação geométrica
– modelo de correções independentes
– modelo fotogramétrico
– modelo polinomial (registro de imagens)
• Mapeamento inverso
• Reamostragem (interpolação)
– vizinho mais próximo
– bilinear
– convolução cúbica
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Transformação Geométrica (T)
• Modelo de correções independentes
– distorções sistemáticas são corrigidas de forma
independente
– cálculo (l,p)  (,) não é factível
• Modelo fotogramétrico
– usa o princípio das equações de colinearidade
– considera a interdependência das distorções
– cálculo (l,p)  (,) é factível
• Modelo polinomial (registro de imagens)
– cálculo (l,p)  (,) através de pontos de controle
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Mapeamento Inverso (T-1)
Y
p
J
?
pixel
T
T-1
l
I
X
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Reamostragem (interpolação)
• Vizinho mais próximo
– pega o NC mais próximo ao resultado do mapeamento
inverso.
• Bilinear
– usa três interpolações lineares sobre os quatro pixels que
cercam o resultado do mapeamento inverso, duas ao
longo das linhas e uma na direção das colunas.
• Convolução cúbica
– usa cinco interpolações polinomiais do terceiro grau sobre
os dezesseis pixels que cercam o resultado do
mapeamento inverso, quatro ao longo das linhas e a
quinta na direção das colunas.
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Visualização
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
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Visualização
• Codificação e medição
• Extração - visão de baixo nível
• Abstração e síntese
• Organização
• Visão artificial
• Leitura, análise e interpretação
• Representação gráfica
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Visualização
• Codificação e medição
– representação discreta da realidade
• Extração
– análise de feições
– segmentação
• Abstração e síntese
– análise de forma
– reconhecimento e localização de objetos
– rotulação
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Visualização
• Visão artificial
– correlação de imagens
– transformação matriz-vetor
– reconhecimento de padrões
• Leitura, análise e interpretação
– extração, modelagem e inferência
• Representação gráfica
– encapsular a arte e a técnica cartográfica?
– modelar a partir da representação gráfica?
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Generalização Cartográfica
• Universalização do conteúdo de uma
base de dados espaciais com uma certa
finalidade
– redução da complexidade
– retenção da exatidão espacial e de atributos
– função da escala ou da resolução espacial?
– modelagem em níveis de abstração diferentes
– comunicação mais eficiente
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Generalização Cartográfica
(fonte: McMaster, Shea, 1992)
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Motivações da generalização
• Seleção e representação simplificada de
objetos através de transformações
espaciais e de atributos
– construção de bases de dados
– otimização computacional
– aumento de robustez
– derivação de bases de dados
– otimização da comunicação visual
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Tipos de generalização
• Sequência de operações de modelagem
– generalização de objetos
• seleção de objetos
• conteúdo da base de dados
– generalização orientada à modelagem
• simplificação da base de dados
– generalização cartográfica
• representação gráfica da base de dados simplificada
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Estratégias de generalização
• Orientação por processos
– deduções a partir de uma base de dados
detalhada
– explicitação de semântica e contexto
• Orientação por representações
– representações múltiplas, multi-escala
– ênfase na eficiência de extração de informação
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Generalização
• Visualização ou modelagem?
• Emulação do processo analógico?
• Análise espacial?
(fonte: Muehrcke, Muehrcke, 1992)
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