Módulo 4 - Trabalhos práticos com GPS

Este fragmento do Módulo 4 refere-se ao uso prático do GPS para atualização de conjuntos de dados , assim como a sua utilização juntamente ao software Spring, assim como a manipulação de dados coletados com GPS em saídas técnicas em softwares como TrackMaker, Google Earth e Picassa, objetivando a visualização da área estudada.

Para facilitar o manuseio de GPS, podemos citar alguns manuais de aparelhos mais populares, disponiveis em português nas seguintes páginas:

http://www.sightgps.com.br/suporte/manuais/etrex.pdf

http://www8.garmin.com/manuals/eTrexLegendHCx_PTManualdoproprietario.pdf

Módulo 4 - Noções básicas de GPS - referências

Referências:

CEUB/ICPD, Instituto CEUB de Pesquisa e Desenvolvimento - Curso de GPS e Cartografia Básica – 2003

FIGUEIRÊDO, D.C. - Curso Básico de GPS – 2005

HOFMANN-WELLENHOF, B.; LICHTENEGGER, H.; COLLINS, J. Global Positioning System (GPS). Theory and practice – 1992

IBGE, Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - Noções Básicas de Cartografia- 2004

PAZ, S.M & CUGNASCA, C.E. O Sistema de Posicionamento Global (GPS) e suas aplicações

ROSA, R. Cartogragfia Básica – 2004

ROSA, R. Geotecnologias na Geografia Aplicada – 2005

SEEBER, G. Satellite Geodesy – 1993

http://www.baixaki.com.br/info/215-o-que-e-gps-.htm - acesso em 29/06/09. Willian Fonseca

Módulo 4 - Noções básicas de GPS VIII

4.12 Aplicações Gerais do GPS

Embora o GPS tenha sido desenvolvido para ir suprir as necessidades militares, logo foram desenvolvidas técnicas capazes de o tornar útil para a comunidade civil. A seguir estão apresentadas algumas aplicações no intuito de dar uma visão global das potencialidades do GPS:

Transportes /Deslocamentos - Para o transporte aéreo, marítimo ou terrestre em locais de difícil reconhecimento como é o caso de florestas ou desertos, são múltiplas as possibilidades do GPS, como traçar rotas, conhecer a distânc ia real percorrida, estabelecer trajetos de ida e volta, marcar determinado local e retornar a ele a qualquer momento. No transporte terrestre, a rota pode ser monitorada continuamente durante a viagem. Na sede de uma transportadora, as posições dos veículos são conhecidas a qualquer momento e qualquer desvio ou desaparecimento do sinal pode ser entendido como possível acidente, roubo da carga ou até mesmo desobediência do motorista em manter-se na rota preestabelecida. Isto possibilita agilidade na tomada de decisão para as devidas providências cabíveis a cada situação

Área Militar - serve em geral para navegação e orientação dos mísseis "inteligentes" até o alvo.

Defesa civil - Alguns serviços de proteção civil já estão também utilizando GPS. Receptores de GPS são colocados em ambulâncias com o objetivo de guiar os helicópteros de serviços médicos até elas muito mais rapidamente e em situações onde a visibilidade é reduzida.

Topografia e geodésia - utilizado em todas as aplicações topográficas, visto a sua precisão milimétrica que permite determinar ângulos, distâncias, áreas, coordenadas de pontos, efetuar levantamentos, etc. Além do mais o GPS oferece a possibilidade de armazenar dados alfanuméricos em cada estação, tem extremo valor na coleta de dados para mapeamento. Incomparáveis são as vantagens sobre as técnicas utilizadas sem o uso do GPS, em termos de tempo, facilidade e confiabilidade na obtenção dos dados.
O uso de equipamentos convencionais como teodolito, estação total, nível, trena, exige para estes serviços, muito mais tempo e portanto, maiores custos. Alguns casos atendidos pelo GPS são impossíveis através da Topografia, como o monitoramento contínuo de veículos; tem-se também que dentre muitas, outra grande vantagem do GPS é a não necessidade de intervisibilidade entre as estações.

Esportes e Lazer - utilizado nas atividades como navegação, pesca, alpinismo, exploração de caminhos ecológicos e pontos turísticos, etc. Para qualquer atividade que necessite conhecer a posição real do local, o GPS é um grande auxílio.

Como se pode concluir, seria impossível enumerar toda a multiplicidade de usos do GPS. Novas aplicações irão sendo desenvolvidas assim como a tecnologia que as envolve.

Mapeamentos e geoprocessamentos- muito utilizado na coleta de dados (coordenadas) de posicionamento dos diversos objetos a serem mapeados (analógicos ou digitais), como postes de redes elétricas, edificações em geral, limites de propriedades rurais, etc. Suas aplicações são intensas nos serviços de Cadastro e Manutenção que visam elaborar e monitorar cartas temáticas, assim como na captura de dados para monitoramento ambiental, prevenção de acidentes ou ajuste de bses cartográficas distintas, especialmente se utilizadas em GIS.

No setor ambiental, o universo de aplicações é quase ilimitado. mapeamento e medição de áreas desmatadas, georrefenciamento de fontes poluidoras, delimitação de áreas afetadas por desastres ecológicos entre outros. Apenas para registrar um caso real de aplicação ambiental pede-se citar o sistema de detecção de focos de incêndios florestais, em tempo real, implantado pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e o IBAMA.

Setor agrícola - serviços de agrimensura realizam levantamentos precisos e rápidos nas demarcações de propriedades, localização e medição de áreas. Aparelhos específicos para esta finalidade permitem coleta de dados para cadastramentos diversos. Na agricultura de precisão (AP), que consiste em melhorar a produtividade das culturas por meio de acompanhamento e tratamento diferenciado de pequenas parcelas da lavoura, o GPS é utilizado em todas as etapas: no georreferenciamento e posicionamento das amostras de solo; no registro espacial da vazão do produto, no momento da colheita; na determinação do local correto de aplicação de corretivos e fertilizantes. Nas tarefas de previsão de safras, além disso pode também pode ser usado para delimitação e cálculo de áreas de cultivo, no georreferenciamento de lavouras e/ou parcelas utilizadas como áreas amostrais, etc.

Outras aplicações são possíveis, por exemplo, estão na área do planejamento regional e urbano, na locação de obras na construção civil, como estradas, barragens, pontes, túneis, etc.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS VII

4.11 Classificação dos receptores GPS

Os receptores GPS podem ser divididos segundo vários critérios. Uma classificação possível é de acordo com a comunidade usuária: receptor militar, civil, navegação, geodésico e de aquisição de tempo.

Atualmente, há uma grande quantidade de receptores disponíveis no mercado, com os mais variados preços, configurações e para as mais diversas aplicações . Assim, no que diz respeito a classificação quanto ao publico utilizador, temos ainda conforme Rosa (2004), a dividisã odos equipamentos GPS em cinco grupos, segundo os objetivos de precisão e investimento: Navegação, DGPS, Cadastral, Topográfico e Geodésico.

Navegação - fornecem o posicionamento em tempo real, baseado no código C/A. Eles trabalham com pseudodistâncias obtendo-se precisão da ordem de 10 a 20 metros.
DGPS - semelhantes aos GPS de navegação, porém possuem um link de rádio, utilizado para receber as correções diferenciais provenientes de uma estação base. Através dessas correções em tempo real, consegue-se eliminar o maior erro do GPS que é o AS, obtendo-se precisão da ordem de 1 a 3 metros.

Cadastral - inclui os aparelhos que trabalham com código C/A e os que trabalham com a fase da portadora L1. O pós-processamento é executado em escritório, através da utilização de software específico. A grande diferença deste equipamento é a sua capacidade de aquisição e armazenamento de dados alfanuméricos associados às feições espaciais levantadas (ponto, linha e área), permitindo realizar cadastros para SIG. Dependendo do método e do aparelho utilizado, consegue -se precisões de 10 cemtímetros a 1 metro.

Topográficos - poderiam ser considerados iguais aos cadastrais, contudo possuem evoluções tecnológicas no próprio aparelho que acarretam numa melhora da precisão, podendo chegar até 1 centímetro. Utilizados em geral para levantamentos destinados a demarcação de terras.

Geodésicos - aparelhos de dupla frequência, recebendo a frequência L1 e a frequência L2. Esses aparelhos sofrem menos interferência da ionosfera. Estes aparelhos, com seus sofisticados recursos eletrônicos, consegue-se precisões diferenciais pós-processada da ordem de 5 mm + 1 ppm. São indicados para trabalhos geodésicos de alta precisão, como por exemplo transporte de coordenadas.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS VI

4.7 Erros relacionados ao satélite

4.7.1 Erros orbitais

Informações orbitais podem ser obtidas a partir das efemérides transmitidas pelos satélites ou das pós-processadas, denominadas efemérides precisas. As coordenadas dos satélites calculadas a partir das efemérides são, normalmente, consideradas como fixas durante o processo de ajustamento dos dados GPS. Assim sendo, qualquer erro nas coordenadas do satélite se propagará para a posição do usuário.

4.7.2 Erros no Relógio do Satélite
Embora altamente acurados, os relógios atômicos à bordo dos satélites não acompanham o sistema de tempo GPS. A diferença chega a ser, no máximo, de 1 milisegundo. Os relógios são monitorados pelo segmento de controle.

4.7.3 Relatividade
Os efeitos da relatividade no GPS não são restritos somente aos satélites (órbitas e relógios), mas também a propagação do sinal e aos relógios dos receptores. O relógio do satélite, além dos erros já mencionados, variam devido a relatividade geral e especial. Os relógios nas estações de monitoramento e de bordo estão situados em locais com potenciais gravitacionais diferentes, além de mover-se com velocidades diferentes. Isto provoca uma aparente alteração na freqüência dos relógios de bordo com relação aos terrestres.

4.7.4 Atraso de Grupo
Este erro é decorrente do retardo dos sinais quando passam através do hardware do satélite, afetando o tempo de propagação do sinal. No entanto, a calibração durante a fase de testes dos satélites permite determinar a magnitude do atraso e introduzi-la como parte dos coeficientes do polinômio do relógio.

4.8 Erros relacionados com a Propagação do Sinal

Os sinais provenientes dos satélites atravessam a atmosfera onde sofrem refração, resultando numa trajetória curva associada a um atraso na chegada do sinal. A trajetória curva se deve ao fato do sinal passar através de vários níveis de densidade variáveis. O retardo do sinal é uma conseqüência da diferença entre a velocidade do sinal na atmosfera e no vácuo.

4.8.1 Refração Troposférica
O meio onde ocorre a propagação consiste essencialmente da troposfera e da ionosfera. A troposfera se estende da superfície terrestre até aproximadamente 50 km e comporta-se como um meio não dispersivo, isto é, a refração é independente da freqüência do sinal.
O efeito da troposfera podem variar de poucos metros até aproximadamente 100m, dependendo da densidade da atmosfera e do ângulo de elevação do satélite. A refração troposférica é muito sensível à quantidade de vapor d'água presente, razão pela qual costuma-se dividi-la em duas componentes : uma seca e outra úmida.

4.8.2 Refração Ionosférica
A ionosfera, ao contrário da troposfera, é um meio dispersivo. Isto significa que a refração ionosférica depende da freqüência do sinal. A dependência da freqüência torna possível eliminar os efeitos de primeira ordem quando se coleta os dados com um receptor de dupla freqüência. Para receptores de freqüência simples, a ionosfera é a maior fonte de erro. No posicionamento relativo, sobre distâncias curtas (10 a 20 km), a maioria dos erros é eliminada. No entanto, receptores de freqüência simples são normalmente usados sobre linhas de bases maiores que as consideradas adequadas para eliminar grande parte dos efeitos da ionosfera.

4.8.3 Sinais refletidos
O receptor pode, em alguma circunstância, receber além do sinal que chega diretamente a antena, sinais refletidos em superfícies vizinhas à mesma. Tal circunstância depende da relatividade do meio onde se posiciona a antena, características da antena e de técnicas utilizadas para impedir sinais refletidos. As condições um tanto arbitrária envolvendo o levantamento torna a modelagem destes efeitos um tanto difícil, muito embora algumas combinações de observáveis permitam avaliar o nível de sinais refletidos. Estes efeitos são normalmente considerados como erros aleatórios, embora em alguns casos, pode-se comportar como efeitos sistemáticos. Desta forma, a recomendação mais efetiva é evitar levantamentos em locais propícios a estes efeitos.

4.8.4 Perdas de Ciclos
As medidas de fase são, normalmente, contínuas com respeito ao período de uma sessão de observação. Quando há uma não continuidade na medida da fase diz-se que ocorreu perda de ciclos. Isto pode ser devido a bloqueio do sinal, aceleração da antena, variações bruscas na atmosfera, interferências de outras fontes de rádio e problemas com o receptor e software. Quando ocorre perda de ciclos, é de se esperar que a parte fracional permanece correta; somente o número inteiros de ciclos sofre um salto. É necessário, e na maioria das vezes é possível, corrigir a fase da portadora do número inteiros de ciclos provocando a descontinuidade.

4.8.5 Rotação da Terra
Durante a propagação do sinal, o sistema de coordenadas rotaciona com relação ao satélite, alterando suas coordenadas. As coordenadas originais do satélite devem ser rotacionadas sobre o eixo Z de um ângulo θ, definido como o produto do tempo de propagação pela velocidade de rotação da Terra .
4.9 Erros Relacionados com o Receptor e Antena
Os erros relacionados com o receptor e antena são aqueles devido ao hardware do receptor e design da antena.

4.9.1 Erro do relógio
Os receptores GPS são normalmente equipados com osciladores de quartzo, os quais possuem boa estabilidade interna e são de custos relativamente baixo. Cada receptor possui a sua própria escala de tempo, definido pelo oscilador interno, a qual difere da escala de tempo GPS. Alguns receptores possuem osciladores altamente estáveis, podendo aceitar padrões de tempo externo. No entanto, são receptores de custo elevado, normalmente utilizados em redes de alta precisão.

4.9.2 Erros entre Canais
Quando um receptor possui mais que um canal de rastreio, pode ocorrer erro (sistemático) entre os canais. Atualmente, a maioria do receptores geodésicos possuem canais múltiplos, com cada um dos canais registrando os dados de um satélite particular, sujeito portanto ao tipo de erro aqui discutido. Para corrigi-lo, o receptor realiza uma calibração no início de cada levantamento. Para tal, cada canal rastreia simultaneamente um satélite em particular e determina os erros em relação a um canal tomado como padrão. Todos as medidas subseqüentes são corrigidas deste efeito.

4.9.3 Centro da Fase da Antena
O centro elétrico da antena é um ponto no qual as medidas dos sinais são referenciadas e geralmente não coincide com o centro físico da antena. A discrepância varia com a intensidade e direção dos sinais e é diferente para a portadora L1 e L2. Para levantamentos de alta precisão, todas as antenas envolvidas no projeto devem ser calibradas, visando corrigir as observações. Antenas de mesmo fabricante e modelos iguais não devem apresentar maiores problemas. No entanto, recomenda-se que a orientação de todas as antenas envolvidas num projeto esteja na mesma direção.

4.10 Erros Relacionados com a Estação
Além de erros nas coordenadas da estação, no caso de fixar as coordenadas da estação base, outros erros resultantes de fenômenos geofísicos podem causar variações nas coordenadas das estações envolvidas no levantamento durante o período de coleta das observações. Entre eles estão incluídos os efeitos de marés terrestres, carga dos oceanos e carga da atmosfera.

4.10.1 Coordenadas da Estação
Posicionamento GPS, no modo relativo, proporciona diferenças de coordenadas tridimensionais (X, Y e Z) de alta precisão. As diferenças de coordenadas não contém informações sobre o sistema de referência (datum), as quais são indispensáveis em qualquer tipo de levantamento. Para tal, pelo menos um ponto deve ser mantido fixo. Qualquer erro em suas coordenadas irá ser propagado para as coordenadas dos pontos determinados a partir dele. Um outro tipo de problema, que quase sempre passa despercebido, é que um erro na posição do ponto fixo, também afetará as componentes relativas, não especialmente as coordenadas cartesinas, mas sim a geodésicas. A obtenção de cada uma destas componentes é função das coordenadas supostas erradas. Têm sido mostrado que um erro de 5 m nas coordenadas de uma estação base pode produzir erros de 1,0, 0,9 e 0,8 ppm nas diferenças de coordenadas geodésicas. Isto mostra a importância de se ter coordenadas das estações bases compatíveis com a do WGS-84. Não é o que acontece no Brasil no momento, haja vista que os parâmetros de transformação entre o SAD-69 e WGS-84 foi estimado para a estação Chuá, origem do SAD-69, e são aplicados para todo o Brasil. Deformações da ordem de 20 m podem ser esperada, o que certamente deteriorará a alta acuracidade proporcionada pelo GPS.

4.10.2 Marés Terrestre
A deformação da Terra devido as forças das marés (sol e lua) é denominada marés terrestres. Próximo ao equador, a superfície desloca-se por volta de 40 cm durante um período de 6 horas. A variação é função da posição do sol e da lua, sendo que os períodos principais destas variações são às 12 e 24 horas. Tal variação é função do tempo, mas também depende da posição da estação. O efeito é similar para estações adjacentes e é provável que a maioria deles seja cancelado no processo diferencial. Para redes com linhas base longas, tais efeitos devem ser modelados.

4.10.3 Movimento do Polo
A variação das coordenadas das estações causadas pelo movimento do polo deve também ser considerada. Tal variação atinge até 25 mm (componente radial) e não se cancela sobre qualquer duração da sessão. No entanto, no posicionamento relativo é praticamente eliminada.

4.10.4 Carga dos Oceanos
O peso que o oceano exerce sobre a superfície terrestre produz cargas periódicas na superfície terrestre resultando em deslocamento A magnitude do deslocamento depende do alinhamento do sol, lua e posição do observador, podendo alcançar cerca de 10 cm na componente vertical em alguma parte do globo. Em regiões afastada da costa, este valor decresce, mas ainda podem alcançar cerca de 1 cm para distâncias (oceano-estação) de 1000 km. Considerando a precisão preconizada pelo GPS, tais efeitos devem ser levados em consideração quando se objetiva levantamento de alta precisão. Para a maioria das aplicações, tal efeito pode ser desprezado, tal como é, sem maiores problemas.

4.10.5 Carga da Atmosfera
A carga da atmosfera exerce força sobre a superfície terrestre. Variações da distribuição da massa atmosférica, a qual pode ser inferida a partir da medida de pressão da atmosfera, induz deformações sobre a crosta, principalmente na direção vertical. As maiores deformações estão associadas com tempestades na atmosfera, podendo alcançar 10 mm. A maioria dos programas para processamento de dados GPS ainda não apresenta modelos para correções desta natureza. Não se trata de um efeito com o qual o usuário deva se preocupar, mas vale a pena ter conhecimento sobre ele e saber que o GPS é sensível ao mesmo.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS V

4.7 Precisão do Posicionamento GPS


Segundo Rosa (2004) o efeito da geometria dos satélites é expresso pelo fator de degradação da precisão (DOP- Dilution Of Precision), o qual pode ser interpretado como a razão entre a exatidão do posicionamento e a exatidão da medição. Se por exemplo observarmos 4 satélites muito próximos, um metro na medição da distância pode resultar em centenas de metro de erro na posição calculada. Mas se observarmos muitos satélites e estes se encontrarem espalhados pelo céu, talvez o erro na posição seja inferior a 1.5 metros por cada metro de erro na medição de uma distância. Existem vários tipos de DOP, os mais comuns são:

· GDOP - degradação da precisão da posição tridimensional e tempo (geometria)
· PDOP - degradação da precisão da posição tridimensional
· VDOP - degradação da precisão vertical
· HDOP – degradação da precisão horizontal


O sistema GPS está sujeito à erros aleatórios, sistemáticos e grosseiros. Os erros sistemáticos podem ser parametrizados (modelados como termos adicionais) ou eliminados por técnicas apropriadas. Os erros aleatórios, por sua vez, não apresentam qualquer relação funcional com as medidas e são, normalmente as discrepâncias remanescente nas observações depois que todos os erros grosseiros e sistemáticos são minimizados; são inevitáveis, sendo considerados como uma propriedade inerente da observação. A tabela abaixo apresenta uma subdivisão das fontes de erros e lista alguns de seus efeitos. (FIGUEIRÊDO; 2005)

Módulo 4 - Noções básicas de GPS IV

4.6 Descrição dos receptores GPS

Os principais componentes de um receptor GPS são (Seeber, 1993):

· antena com pré-amplificador: as antenas GPS são protegidas para evitar possíveis danos. Para tanto se usa um tipo de plástico especial, o qual deve manter os sinais tão próximo do original quanto possível. A captação dos sinais GPS está mais concentrada no receptor do que na antena propriamente dita. De qualquer forma, uma antena GPS, geralmente, contém um pré- amplificador de baixo ruído que impulsiona o sinal antes dele alimentar o receptor.

· seção de Radio freqüência (RF): estásecção serve para a identificação e processamento dos sinais os sinais que entram no receptor. Estes sinais por sua vez são convertidos na divisão de RF para uma freqüência mais baixa, denominada freqüência intermediária e mais fácil de ser tratada nas demais partes do receptor. Isto é obtido pela combinação do sinal recebido pelo receptor com um sinal senoidal gerado pelo oscilador do receptor. Estes osciladores são, normalmente de quartzo e de qualidade muito superior aos utilizados nos relógios de pulso.

· microprocessador para controle do receptor, amostragem e processamento dos dados: é necessário no controle das operações do receptor (obter e processar o sinal, decodificar a mensagem de navegação), bem como para calcular posições e velocidades, além de outras funções (controle dos dados de entrada e saída, mostrar informações).

· interface para o usuário, painel de exibição e comandos: a unidade de comando e display proporciona a interação com o usuário. As teclas podem ser usadas para entrar com comandos visando selecionar as mais variadas opções de coleta de dados, monitoramento das atividades do receptor, mostrar as coordenadas calculadas e outros detalhes, satélites sendo rastreados, ângulo de elevação, etc, bem como para entrar com a altura da antena e identificação da estação. Porém a maioria dos receptores dispõe de padrão de operação preestabelecido, não requerendo intervenção do usuário.
· provisão de energia: o suprimento de energia foi um fator muito crítico nos primeiros receptores, devido ao alto consumo. Os receptores modernos são concebidos para que tenha consumo mínimo de energia. Alguns chegam mesmo a operar com baterias comuns (pilhas), embora tenham uma bateria interna recarregável, em adição a entrada de energia externa.

· memória para armazenar os dados: os receptores dispõem também de memória interna para armazenagem das observações (pseudo-distância e medidas de fase da portadora) e das efemérides transmitidas.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS III

4.5 - Segmentos do Sistema GPS


O Sistema GPS subdivide-se em três segmentos: espacial, de controle e do usuário.
1) Segmento Espacial

Consiste em 24 satélites distribuídos em seis planos orbitais igualmente espaçados (quatro satélites em cada plano), numa altitude aproximada de 20.200 km. Os planos orbitais são inclinados 55º em relação ao equador e o período orbital é de aproximadamente 12 horas siderais. Desta forma, a posição de cada satélite se repete, a cada dia, quatro minutos antes que a do dia anterior. Esta configuração garante que no mínimo quatro satélites GPS sejam visíveis em qualquer ponto da superfície terrestre, a qualquer hora.

2) Segmento de controle
As principais tarefas do segmento de controle são: monitorar e controlar continuamente o sistema de satélites, determinar o sistema de tempo GPS, predizer as efemérides dos satélites e calcular as correções dos relógios dos satélites e atualizar periodicamente as mensagens de navegação de cada satélite.

O sistema de controle é composto por cinco estações monitoras (Hawaii, Kwajalein, Ascension Island, Diego Garcia, Colorado Springs), três antenas para transmitir os dados para os satélites, (Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein), e uma estação de controle central (MCS: Master Control Station) localizada em Colorado Springs, Colorado –EUA. Os dados são processados na estação de controle central, para determinar as órbita dos satélites e as correções dos relógios dos satélites afim de atualizar periodicamente as mensagens de navegação. A informação atualizada é enviada para os satélites a partir das antenas terrestres.

3)Segmento dos usuários

O segmento de usuários é composto pelos receptores GPS, os quais devem ser apropriados para usar o sinal GPS para os propósitos de navegação, geodésia ou outra atividade qualquer. A categoria de usuários pode ser dividida em civil e militar. Atualmente há uma grande quantidade de receptores no mercado civil, para as mais diversas aplicações, o que demonstra que o GPS realmente atingiu sua maturidade e popularidade, servindo de base de para atualização e geração das mais diversas informações de diversas áreas e além, de servir para os mais diveersos usos.

Módulo 4 - Noções básicas de GPS II

4.2 - Características dos Sinais GPS

Cada satélite GPS transmite duas ondas portadoras: L1 e L2, que são geradas a partir da freqüência fundamental de 10.23 MHz, a qual por sua vez é multiplicada por 154 e 120 respectivamente. Desta forma, as freqüências (L) e os comprimentos de onda (λ.) de L1 e L2 são:
L1 = 1575.42 MHz -> λ = 19 cm
L2 = 1227.60 MHz -> λ = 24 cm

Estas duas freqüências são geradas simultaneamente, permitindo aos usuários corrigir grande parte dos erros decorrentes da refração ionosférica, que altera as ondas emitidas e recebidas entre satélites e receptores terrestres (aparelho GPS).

4.3 Modo de Funcionamento dos GPS

Cada satélite transmite um sinal que é recebido pelo receptor, este por sua vez mede o tempo que os sinais demoram a chegar até ele. Multiplicando o tempo medido pela velocidade do sinal (a velocidade da luz), obtemos a distância do receptor ao satélite, (distância = velocidade x tempo). No entanto, a precisão no posicionamento GPS depende do número e da geometria dos satélites usados e, obviamente, da precisão da medição da distância do receptor ao satélite.

Ou seja, o processo de identificação de um ponto receptor a partir de sinais de satélite é o que caracteriza o GPS. O receptor capta os sinais de quatro satélites para determinar as suas próprias coordenadas, e ainda o tempo. Depois, calcula a distância entre os quatro satélites pelo intervalo de tempo entre o instante local e o instante em que os sinais foram enviados.

Decodificando as localizações dos satélites a partir dos sinais de ondas específicas e de uma base de dados interna, a partir da velocidade de propagação do sinal, o receptor pode situar-se na intersecção desses dados, permitindo identificar exatamente onde o aparelho se encontra na Terra.

4.4 Sistema de Referencia

O sistema geodésico adotado para referência é o World Geodetic System de 1984 (WGS-84), ou seja, os resultados dos posicionamentos realizados com o GPS referem-se a esse sistema geodésico, devendo ser transformados para o sistema SAD-69, adotado no Brasil, através de metodologia própria. Ressalta-se que o GPS fornece resultados de altitude elipsoidal, tornando obrigatório o emprego do Mapa Geoidal do Brasil, produzido pelo IBGE, para a obtenção de altitudes referenciadas ao geóide (nível médio dos mares). A figura a seguir ilustra o WGS-84, que tem sua origem no centro de massa da Terra, com os eixos cartesianos X, Y e Z idênticos ao Sistema de Referência Terrestre Convencional para a época 1984. (IBGE; 2004).


Fonte: IBGE; 2004


O elipsóide de referência é o GRS80 (Geodetic Reference System 1980), um elipsóide de revolução equipotencial e geocêntrico. Alguns parâmetros relacionados a este elipsóide estão listados na tabela a seguir (Hofmann-Wellenhof el al, 1992).


Módulo 4 - Noções básicas de GPS

4.1 – O que é GPS?

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema de radionavegação controlado e desenvolvido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América e que permite a qualquer usuário saber a sua localização, velocidade e tempo, 24 horas por dia, sob quaisquer condições atmosféricas e em qualquer ponto da Terra, tendo a sua disposição, no mínimo, quatro satélites que podem ser rastreados para poder obter as informações desejadas, permitindo-se assim ter-se o posicionamento em tempo real.

Ou seja, é sistema de posicionamento geográfico que nos dá as coordenadas de um lugar na Terra, desde que tenhamos um receptor de sinais de GPS. A nossa posição sobre a Terra é referenciada em relação ao equador e ao meridiano de Greenwich e traduz-se por três números: a latitude, a longitude e a altitude.

Os fundamentos básicos do GPS baseiam-se na determinação da distância entre um ponto (localização de um objeto qualquer), o receptor (o aparelho de GPS), e os satélites (pontos de referência). Sabendo a distância que separa o receptor de 3 pontos podemos determinar sua posição relativa aos mesmos. A posição é a intersecção de 3 circunferências cujos raios são as distâncias medidas entre o receptor e os satélites. Do ponto de vista geométrico, somente três medidas de distância seriam suficientes. A quarta medida é necessária devido a falta de sincronização dos relógios dos satélites com os relógios do usuário, por isso, são necessários no mínimo 4 satélites para determinar a posição e tempo satisfatoriamente. (ROSA; 2004) .

Podemos assim afirmar que os GPS têm como função básica identificar a localização de um receptor que capte os sinais emitidos por seus satélites na superfície terrestre. Lembrando que o GPS consegue nos fornecer informações na forma de coordenadas geográficas e/ou UTM da posição do receptor com precisão entre 5 e 20 metros.

Há que se destacar que no GPS há dois tipos de serviços: o SPS (Standard Positioning Service) e o PPS (Precise Positioning Service). O SPS é um serviço de posicionamento e tempo padrão e que está disponível para qualquer usuários do globo, sem cobrança de taxas. Este serviço proporciona capacidade de obter exatidão horizontal e vertical dentro de 100 e 140 m respectivamente, e 340 ns (nanosegundos) na obtenção de medidas de tempo.

Já quanto ao PPS este por sua vez proporciona melhores resultados ( 10m e 20 m), mas é restrito ao uso militar e usuários autorizados, esta limitação ao acesso e ao nível de exatidão é garantida pela adoção do AS (Anti-Spoofing) e SA (Selective Availability). O AS ( anti-fraude) é um processo de criptografia do código P, visando protege-lo de imitações por usuários não autorizados. O SA (disponibilidade seletiva), ou seja, a proibição de obter a exatidão proporcionada pelo GPS, é consumada pela manipulação das mensagens de navegação e da freqüência dos relógios dos satélites.

Módulo 2 e 3: Apresentação e uso do Software Spring

Estes dois módulos referem-se à montagem e organização da base de dados, bem como a confecção de documentos cartográficos que possam vir a auxiliar no planejamento de uma bacia hidrográfica.

Estes documentos cartográficos serão elaborados com a utilização do software SPRING, elaborado pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - INPE; sendo que o acesso ao software em questão é possivel pelo site do próprio INPE, na seguinte página:


http://www.dpi.inpe.br/spring/portugues/download.php

Após o acesso a está página, realizar o cadastro solicitado, e após selecionar a versão desejada e clicar em dowlond, conforme a figura a seguir:

Fonte: Site INPE

Após isto, aparecerá a janela referente a versão escolhida, nesta janela a escolha da fonte para a transferencia do download, onde escolhe-se o idioma desejado. Para a realização do download, basta clicar em INSTALA; conforme exibido na figura abaixo:
Fonte: Site INPE


Após a conclusão do download, aparecerá na tela da área de trabalho do computador, um icone referente ao instalador do software Spring, bastando instalar o mesmo. Após a conclusão da instalação do Spring, aparecerão na área de trabalho os ícones relacionados ao mesmo.

Já para obter-se alguns manuais relativos ao SPRING, podemos acessar as seguintes páginas:
Módulo 1 - Noções Básicas de Cartografia

Referências:

Brito, Marialda da Silva; Menezes, Paulo Márcio Leal de. A simbologia dos programas dedicados ao mapeamento temático.

DUARTE, P. A. Conceituação de Cartografia Temática. Geosul. nº 11. Revista do Departamento de Geociências. Santa Catarina: UFSC, 1999.

Engenharia cartográfica – UFPR, Apostila de Cartografia disponível em:
www.cartografica.ufpr.br/docs/ctematica/ap_cartografia.pdf

http://www.ptr.poli.usp.br/ptr/SITE-ANT/Cursos/SensoriamentoRemoto/Cartografia/glossario/glossario_i.htm, acesso em 15/05/09

Rosa, Roberto, CARTOGRAFIA BÁSICA, Universidade Federal de Uberlândia, Instituto de Geografia, Laboratório de Geoprocessamento. Fev/2004, disponível em :
www.ig.ufu.br/lgeop/apostilas/Cartografia.pdf, acesso em 13/05/09.

SANCHEZ, M. C. A Cartografia como técnica auxiliar da Geografia. Boletim de Geografia Teorética. Rio Claro, 1973.

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE
http://www.ibge.gov.br/home/geociencias/cartografia/glossario/glossario_cartografico.shtm - acesso em 03/06/09.

http://www.geografia.fflch.usp.br/carta/elementos/norte_verdadeiro.htm - acesso em 03/06/09

http://www.aprh.pt/rgci/glossario/WGS84.html - acesso 03/06/09

Módulo 1 - Cartografia temática.

Módulo 1 - Noções Básicas de Cartografia

16. Cartografia temática.

Como se sabe, os mapas armazenam informações, e estas são representadas por símbolos cartográficos; sendo este uso denominado de comunicação cartográfica. No processo de comunicação cartográfica, o conjunto dos símbolos cartográfico forma, o que se denomina, de linguagem cartográfica.
A comunicação ocorre quando a informação representada é entendida pelo usuário, ou seja, a realidade representada pelo cartógrafo é entendida pela realidade do usuário/leitor. Entretanto essa mutua comunicação, depende do objetivo delimitado para tal mapa; assim a primeira tarefa do cartógrafo é definir a finalidades do mapa. Após delimitar o propósito do mapa pode-se decidir quais as suas características que devem ser representadas no mapa, as quais atendem às necessidades dos usuários; além do mais se deve definir a classificação de tais informações a serem representadas, de acordo com suas semelhanças e diferenças.

Sabendo-se quais as características que compõe o mapa, temos informação suficiente para definir os símbolos cartográficos, que são divididos em três aspectos: a dimensão espacial (fenômenos podem ser pontuais, lineares,de área ou volumétricos)l; o nível (ou escala) de medida; as variáveis visuais (variações visuais). Aqui trataremos de discutir as variáveis visuais que são nada mais do que se chama em cartografia de variações gráficas dos pontos, linhas ou áreas.

Estas variáveis gráficas são escolhidas de maneira que haja uma correspondência direta entre as variações das feições representadas e as variações gráficas das primitivas gráficas estimulando diferentes raciocínios e, portanto, diferentes entendimentos do comportamento espacial da feição.

Assim tem-se as seguintes variáveis:

· Tamanho: estimula um raciocínio visual de ordem de grandeza, em geral é utilizado para representar dados quantitativos, traduzindo a proporção entre as classes dos diversos elementos cartográficos. Para a sua representação, usam-se as formas básicas (círculos, quadrados, retângulos, triângulos), conferindo-lhe tamanhos proporcionais ao valor dos dados. Varia do grande, médio, pequeno.

·Dimensões da cor: o conhecimento sobre as cores deve ser mais preciso do que o uso das cores no nosso cotidiano. Conseqüentemente, não é suficiente definirmos as cores e suas variações pelas suas denominações da linguagem, ou seja não é suficiente definirmos que a vegetação será representada em verde, com os diferentes tipos de vegetação variando do verde claro ao verde escuro, e os rios em azul. Assim as cores são definidas segundo 3 dimensões, denominadas de tom (ou matiz), luminosidade (ou valor) e saturação de cor.

O tom de cor é definido como sendo a variação qualitativa da cor, Os tons de cores são usualmente representados por um diagrama denominado de círculo de cores.


Fonte Engenharia cartográfica - UFPR

A luminosidade da cor (ou valor da cor) é definida como a quantidade de luz branca incidente na cor, ou seja, é o que chamamos de claro ou escuro das cores.

Variação em luminosidade
Fonte: Engenharia cartográfica - UFPR


saturação de cor é definida como o quanto a cor se afasta da cor neutra e, outras palavras, nós podemos dizer que a saturação de cor diz respeito à pureza da cor.

Variação em saturação de um tom de cor
Fonte: Engenharia cartográfica - UFPR


· Forma: aplicada a símbolos pontuais, usada para representar dados qualitativos (associativos). Pode agrupar variações geométricas ou não. Em geral são múltiplas e diversas, porém não devem ser muitas, restringindo-se ao Maximo de seis por representação cartográfica realizada.

Módulo 1- Introdução ao Geoprocessamento

Módulo 1- Noções Básicas de Cartografia

14 O que é geoprocessamento?

Consiste em uma ferramenta de auxilio no tratamento, manuseio, organização, procura e análise de dados em alta velocidade, utilizando-se para isso o Sistema de Informações Geográficas (SIG). Tornando-se fundamental o emprego de mapas temáticos resultantes das técnicas de geoprocessamento, para concluir os efeitos das transformações naturais e/ou realizadas pelo homem, em uma determinada área.
É o conjunto de ferramentas que integram coleta e processamento de dados espaciais e não espaciais a cerca da Terra. Envolve ferramentas de sensoriamento remoto (imagens de satélite e fotografias aéreas), geodésia por satélite (posicionamento de precisão – GPS), cartografia digital, topografia automatizada, sistemas de informação geográfica e manuseio de banco de dados.

15. O que é um SIG (Sistema de Informações Geográficas)?

É um sistema de captação, armazenamento, manipulação, análise e apresentação de dados ou informações referentes às relações em uma natureza geográfica. .As características dos SIG’s são basicamente a interação numa mesma base de dados às informações espaciais provenientes de dados cartográficos. Oferecendo assim formas de e mecanismos para combinar as diversas informações, através de algoritmos de manipulação e análise, bem como para consultar, recuperar, visualizar e plotar o conteúdo da base de dados georreferenciados.

16. O que é sensoriamento remoto?
Trata-se de uma forma de obter informações de um objeto ou alvo, sem que haja contato físico com o mesmo. As informações são obtidas utilizando-se a radiação eletromagnética refletida e/ou emitida pelos alvos, geradas por fontes naturais como o Sol e a Terra, ou por fontes artificiais como, por exemplo, o radar.
O sensoriamento remoto envolve basicamente duas fases: aquisição de dados e a fase de utilização. Na fase de aquisição são fornecidas as informações referentes à radiação eletromagnética, aos sistemas sensores, ao comportamento espectral dos alvos, a atmosfera, etc. Na fase de utilização são mencionadas as diferentes possibilidades de aplicação destes dados nas várias áreas do saber.
Os dados de sensoriamento remoto podem ser agrupados em quatro domínios ou resoluções: temporal (repetitividade com que o sistema sensor possui na obtenção de informações dos alvos); radiométrico, a (maior ou menor capacidade de um sistema sensor em detectar e registrar diferenças de reflectância e/ou emitância dos elementos da paisagem); espectral, (melhor ou pior caracterização dos alvos em função da largura espectral e/ou número de bandas em que opera o sistema sensor); espacial ou geométrico (a mínima distância entre dois objetos (alvos) que um sensor pode registrar como sendo objetos distintos).

17. O que é imagens de satélite?
É a imagem captada por meio de sensoriamento remoto, via satélite artificial, sendo codificada e transmitida para uma estação rastreadora na Terra.

Módulo 1- Escala



Módulo 1- Noções Básicas de Cartografia


13. O que é escala?

Relação entre a distância entre dois pontos quaisquer no mapa, com a correspondente distancia na superfície da Terra. Traduzida, em geral, por uma fração, significa que essa fração representa a relação entre as distancias lineares da carta e as mesmas distâncias da natureza, ou seja: é uma fração em que o numerador representa uma distância no mapa, e o denominador a distância correspondente no terreno, tantas vezes maior, na realidade, quando indica o valor representado no denominador.
Exemplo: A escala é 1:50000, indica que a medida na carta é 50000 vezes maior no terreno.

13.1- Classificação das escalas:

a) Escala numérica: vem representadas pelo enunciado da própria fração, tendo a vantagem de informar imediatamente o numero de reduções que a superfície real sofreu. Entretanto é imprópria para processos de fotocópia, visto a ampliação ou redução que ocorre do original.
Ex: 1:25.000
Cálculos envolvendo escala:
· Escala: E = d/D onde:
· Distancia real: D = d/E
· Distancia no mapa: d= E x D
Onde:
E é a escala
D é a distancia real
d é a distancia no papel
OBS: Lembrando que se utiliza na escala, a fração como um todo, por exemplo, 1:20.000, e não apenas 20.000.

b) Escala gráfica: representada por segmento de régua graduado, podendo-se medir diretamente no mapa quaisquer distâncias no terreno, na medida representada. Pode-se, por exemplo, determinar a distancia entre dois pontos, em linha reta, com uma simples tira de papel, na qual marcamos esse alinhamento e comparando-o com a escala gráfica, teremos a medida real no terreno.


13.2 - Relação entre escala pequena e escala grande

Uma escala será maior quando indica uma redução menor, por sua vez uma escala menor será aquela que indicar uma maior redução.
Ex: 1:10000 é uma escala grande, enquanto que 1:1.000.000 é uma escala pequena.

Módulo 1 - Tipos de norte e projeções

Módulo 1 - Noções Básicas de Cartografia



6.Tipos de nortes

Norte geográfico
Local onde converge o eixo imaginário de rotação da terra, e com direção tangente ao meridiano (geodésico) passante pelo ponto e apontado para o Pólo Norte.

Norte magnético
Existe ao longo da Terra um campo magnético que converge nos pólos magnéticos norte e sul, é por esses pólos que a agulha da bússola é atraída por estes pólos. Este tipo de norte tem direção tangente à linha de força do campo magnético passante pelo ponto e apontado para o Polo Norte Magnético (que por sua vez, muda de posição, anualmente cerca de 40Km).

12. Projeções


Permitem representar uma realidade esférica (Terra) numa superfície plana (papel), assim as projeções cartográficas são formas ou técnicas de representar a superfície terrestre em mapas; amenizando problemas do arredondamento do planeta na elaboração de mapas.
Pode-se dizer então que uma projeção cartográfica consiste num conjunto de linhas (paralelos e meridianos), que formam uma rede, sobre a qual são representados os elementos do mapa. A elaboração de um mapa/carta consiste em um método pelo qual se faz corresponder a cada ponto da superfície terrestre, como sendo a um ponto no mapa. Para se obter esta correspondência utilizam-se os sistemas de projeções cartográficas, que por sua vez são classificados quanto ao tipo de superfície adotada e pelo grau de deformação da superfície.


Tipo de Superfície Adotada


Fonte: Rosa, Roberto; Cartografia Básica

Grau de Deformação da Superfície

Módulo 1 - Coordenadas UTM

Módulo 1 - Noções Básicas de Cartografia

11.O que é coordenada UTM?

As maiorias das cartas de grande e média escala, em nosso país são construídas com coordenadas plano-retangulares (a partir de 1955). Estas coordenadas formam um quadriculado relacionado à Projeção Universal Transversa de Mercator (UTM). O espaço entre as linhas do quadriculado UTM é conhecido como eqüidistância do quadriculado e será maior ou menor de acordo com a escala da carta.

O sistema de medida usado é o linear em metros, cujos valores são sempre números inteiros, sendo registrados nas margens da carta. Assim, essa projeção divide a Terra em 60 fusos de 6º de longitude cada um. O quadriculado, se considerado como parte integrante de cada fuso, tem sua linha vertical central coincidente com o meridiano central de cada fuso, o que faz com que a projeção se estenda em 3º para leste e 3º para oeste do meridiano central do fuso.

Os meridianos do fuso ou zona da projeção formam um ângulo com as linhas verticais da quadrícula. Esse ângulo é nulo para o meridiano central, mas vai aumentando com a diferença de longitude e também com a latitude. Este ângulo foi chamado de convergência meridiana, a qual é variável em relação à situação a cada ponto dentro da zona e representa, para cada ponto, o ângulo formado entre as linhas que indicam o norte geográfico e o norte da quadrícula.

Em latitude, os fusos são limitados ao paralelo de 84º N e 80º S, porque as deformações tornar-se-iam muito acentuadas para latitudes superiores. As regiões polares devem ser representadas pela projeção Universal Polar Estereográfica.
Como a limitação em latitude do sistema é até 80º S ou 84º N, o sistema neste sentido é escalonado em 4º e designado pelas letras do nosso alfabeto, maiúsculas, em disposição crescente, no mesmo sentido dos módulos das latitudes, acrescidas do símbolo da latitude, ficando assim, primeira zona ao sul, designada por SA, segunda zona ao sul SB, e inversamente para o norte do equador NA, NB, etc.

Fonte: Rosa, Roberto; Cartografia Básica.

Os paralelos na projeção UTM apresentam-se como arcos de curvatura, voltando sua concavidade para os pólos Como são 60 fusos para toda a Terra, cada fuso é numerado a partir do antimeridiano de Greenwich para a direita. No Brasil estão os fusos de numeração de 18 a 25, na direção oeste-leste. A origem das medidas do quadriculado é o cruzamento do meridiano central com o equador, ao qual foram atribuídos arbitrariamente os seguintes valores: para o meridiano central, 500.000 m E, determinando as distâncias em sentido leste/oeste, e para o equador, 10.000.000 m para o hemisfério sul, e 0 m pa ra o hemisfério norte.
Para o Brasil, quase totalmente inserido no hemisfério sul, considera -se as coordenadas acima do equador, crescendo seqüencialmente, a partir dos 10.000.000 m adotados para as áreas do hemisfério sul, ou seja, não se considera o equador como 0 m, para contagem das coordenadas da porção do Brasil situada no hemisfério norte.
A simbologia adotada para as coordenadas UTM é:
· N - para as coordenadas norte-sul;
· E - para as coordenadas leste-oeste.
· Logo, uma localidade qualquer será definida no sistema UTM pelo par de coordenadas E e N.

Os sistemas de coordenadas comumente usados para representar os dados espaciais são: latitude/longitude e UTM (Universal Transversa de Mercator). O conhecimento acerca do fuso é fundamental para o posicionamento correto das coordenadas do sistema UTM. O seu cálculo pode ser efetuado facilmente através da seguinte fórmula:

Fuso = inteiro ((180 ± l) /6 + 1).

Usa-se o sinal (+) para longitudes leste de Greenwich e (-) para longitudes oeste de Greenwich.

Modulo 1 - paraleos, meridianos, longitude e latitude


Modulo 1 - Noções Básicas de Cartografia

6. Paralelos
São círculos da esfera cujo plano é perpendicular ao eixo dos pólos. O equador é o paralelo que divide a Terra em dois hemisférios. O 0º corresponde ao equador, o 90º ao pólo norte e o -90º ao pólo sul.
Para o IBGE, são “círculos da superfície da Terra paralelos ao plano do Equador, onde apenas um é um círculo máximo, o Equador (0°), os outros tanto no hemisfério Norte quanto no hemisfério Sul, vão diminuindo de tamanho à proporção que se afastam do Equador, até se transformarem em cada pólo, num ponto (90°).



Fonte: Rosa, Roberto; Cartografia Básica


7. Meridiano
São as linhas que passam através dos pólos e ao redor da Terra, ou seja, são círculos máximos da esfera cujos planos contêm o eixo de rotação ou eixo dos pólos. O ponto de partida para a numeração dos meridianos é o meridiano que passa pelo observatório de Greenwich, na Inglaterra. Portanto, o meridiano de Greenwich é o meridiano principal (0°). A leste de Greenwich os meridianos são medidos por valores crescentes até 180º e, a oeste, suas medidas são decrescentes até o limite de -180º.


Fonte: Rosa, Roberto; Cartografia Básica.

8. O que é latitude?
É o ângulo formado entre o equador terrestre e um ponto considerado. Todos os pontos do equador terrestre têm latitude geográfica igual a 0º. Pontos situados ao norte do equador têm latitudes maiores que 0º variando até 90º que é a latitude do pólo geográfico norte. Da mesma forma variam as latitudes ao sul do equador terrestre, desde 0º a 90º, latitude do pólo geográfico sul. Para se diferenciar os valores, atribui-se sinal positivo para as latitudes norte e negativo para as latitudes sul.
Ainda segundo o IBGE, latitude é entendida como a ângulo formado pela normal à superfície, adotado para Terra, que passa pelo ponto considerado e a reta correspondente à sua projeção no plano do Equador.


9. O que é longitude?
É o ângulo formado entre o meridiano que passa pelo lugar e o meridiano que passa pela cidade de Greenwich, Inglaterra. A longitude é medida de 0º a 180º, para leste ou para oeste de Greenwich. Por convenção, atribui-se também sinais para as longitudes: negativo para oeste e positivo para leste.
Tendo-se os valores da latitude e da longitude de um local desejado, estarão determinadas as coordenadas geográficas do mesmo.


10. O que é coordenada geográfica?
Trata-se do sistema mais antigo de coordenadas. Nele, cada ponto da superfície terrestre é localizado na interseção de um meridiano com um paralelo. Suas coordenadas são a latitude e a longitude. O sistema utilizado é a graduação (graus, minutos e segundos).

Modulo 1 - Elipsóide de Referência e Datum Geodésico


5. Elipsóide de Referência e Datum Geodésico


Apesar de se assumir que a forma da Terra é redonda, em estudos onde se exige precisão de posicionamento, como é o caso da maioria das representações da superfície terrestre, deve-se considerar que a mesma possui pequenas diferenciações em sua forma.
Por meio de triangulações geodésicas, verifica-se que a Terra não possui forma elipsoidal perfeita, mas sim a de um geóide, que não pode ser descrito de forma matemática simples. Entretanto o geóide difere muito pouco das formas elipsoidal e esférica, quando se considera que o valor do raio terrestre é muito maior do que a diferença entre o geóide e estas duas formas. Por isto, pode-se dizer que a Terra é praticamente esférica.
Devido aos acidentes e irregularidades, a superfície da Terra não tem uma forma simples que possa ser expressa em termos matemáticos. A fim de simplificar o cálculo de coordenadas da superfície terrestre, foram adotadas algumas superfícies matemáticas que se aproximam em maior ou menor grau do real. Como a Terra não é exatamente esférica, lançou-se mão de uma figura geométrica chamada elipse que ao girar em torno do seu eixo menor forma um volume, o elipsóide de revolução. Assim, o elipsóde é a superfície de referência utilizada em todos os cálculos básicos que fornecem subsídios para a elaboração de uma representação cartográfica.



Fonte: Rosa, Roberto; Cartografia Básica


Conforme Rosa, 2004, “medições e levantamentos feitos na superfície terrestre (geóide) são matematicamente solucionados no elipsóide. Os sistemas geodésicos buscam uma melhor correlação entre o geóide e o elipsóide, elegendo um elipsóide de revolução que melhor se ajuste ao geóide local, estabelecendo a origem para as coordenadas geodésicas referenciadas a este elipsóide, através dos datum horizontal e vertical”.

Datum - conjunto de pontos e seus respectivos valores de coordenadas, que definem as condições iniciais para o estabelecimento de um sistema geodésico (conjunto de estações geodésicas (marcos) e suas coordenadas).

Datum Planimétrico (horizontal) - é o ponto de referência geodésico inicial que representa a base dos levantamentos horizontais, ou seja, é definido por um conjunto de parâmetros, e é um ponto de referência para todos os levantamentos cartográficos sobre uma determinada área. No Brasil, a partir da década de 1970, adota-se Datum Planimétrico SAD-69 (Datum Sul-americano de 1969), que adota o elipsóide de referência UGGI67 (União Geodésica e Geofísica Internacional de 1967) e o ponto Datum planimétrico Chuá (Minas Gerais).
Atualmente o Datum de referência horizontal utilizado no Brasil é o WGS 84, que se trata de um sistema de coordenadas tridimensional, comum e ortogonal. De forma ampla, trata-se de um elipsóide de referência de origem geocêntrica e utilizado pelo Sistema de Posicionamento Global (GPS).
A origem das coordenadas deste sistema geodésico é o centro da Terra, com suposto erro é inferior a 2cm.

Datum Altimétrico (vertical) - é a superfície formada pelo nível médio do mar, definido através de um marégrafo estável, a partir de longos períodos de observação para estabelecer a altitude zero. As altitudes são calculadas partindo-se do Datum Altimétrico. No Brasil utiliza-se o Datum Marégrafo de Imbituba (SC).

Modulo 1 - O que é cartografia e tipos de representações

Módulo 1 - Noções Básicas de Cartografia

1. O que é cartografia?

Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), cartografia é a arte de levantamento, construção e edição de mapas de qualquer natureza.

Sanches (1973), afirma que a cartografia é por si só, uma ciência perfeitamente definida, com propósitos e métodos próprios quando cuida da representação de parte ou de toda a superfície terrestre, entendendo a localização exata dos detalhes naturais e artificiais do terreno.

Para Duarte (1991), a cartografia é ciência e arte ao mesmo tempo. Para alguns é entendida como uma técnica a serviços de outras ciências.

Segundo, o IBGE, entende por cartografia como o “conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que, tendo como base os resultados de observações diretas ou a análise de documentação já existente, visa a elaboração de mapas, cartas e outras formas de expressão gráfica ou representação de objetos, elementos, fenômenos e ambientes físicos e socioeconômicos, bem como sua utilização”.

Modernamente o conceito de cartografia é tido como a organização, apresentação, comunicação e utilização da geoinformação nas formas visual, digital ou táctil, que inclui todos os processos de preparação de dados, no emprego de todo e qualquer tipo de mapa.

2. Tipos de representações.

· Globo: representação cartográfica sobre uma superfície esférica, em escala pequena, e dos aspectos naturais e artificiais; com finalidade cultural e ilustrativa.

· Mapa: descrito com maiores detalhes abaixo.

· Carta: representação no plano, em escala media ou grande, dos aspectos artificiais e naturais de uma área tomada de uma superfície planetária, subdividida em folhas delimitadas por linhas convencionais – paralelos e meridianos – com a finalidade de possibilitar a avaliação de por menores, com grau de precisão compatível com a escala.

3. Mapas
São produtos cartográficos que constituem uma representação do terreno, pode ser plana, simplificada, ou convencional. As informações georreferenciadas classificam-se conforme atributos espaciais e não espaciais:
# não-espaciais: todas as informações que caracterizam uma entidade (objeto-evento).
# espaciais: todas as formas de mapas e cartas. Assim os atributos espaciais subdividem-se em mapas base e mapas temáticos.

3.1- Mapas base (cartas topográficas): documentos cartográficos que se fundamentam em restituição fotogramétrica, ou na topografia convencional, constituindo-se em um conjunto de traços e simbologia adequada. Servem em geral como ferramenta básica para obtenção de produtos cartográficos secundários (mapas temáticos).

3.2 - Mapas temáticos: são os documentos destinados a um público específico que fará uso especifico das informações nele contidas. Assim a cartografia temática não expressa todos os fenômenos de um determinado espaço, mas sim expõem sobre uma base cartográfica de referencia um determinado fenômeno.

3.3- Mapas coropletos: exibe informações em classes e em diferentes cores e padrões. Mapa temático que representa dados numéricos, geralmente agrupados em classes, referidos a unidades espaciais (administrativas ou outras), cujo conteúdo é representado por manchas, correspondentes à base espacial, através de seqüências de símbolos que expressam a variação das classes (ou dos próprios dados, no caso de serem estes representados); estes mapas são, portanto, reservados à representação de fenômenos descontínuos.
3.4 – Mapas de isolinhas: representa fenômenos que são contínuos no espaço, através de isolinhas, cujo traçado se faz por interpolação, a partir de um numero limitado de valores, referentes a uma determinada base espacial e atribuídos ao seu centro geométrico.

3.5 – Mapa corográfico: São mapas na escala de 1:100 ou mais pequena, representando traços gerais de uma região ou conjunto de regiões; onde as características de sua representação se assemelham muito aos mapas topográficos.

3.6 - Mapa de pontos : representa um fenômeno de natureza quantitativa por intermédio de pontos de valor constante (ou pontos de valor unitário) e de igual tamanho, repartidos uniformemente ou não (implantação gráfica pontual ou em mancha).