introducao as geotecnologias

CENTRO UNIVERSITRIO DO NORTE - UNINORTE GEOTECNOLOGIAS

INTRODUO S GEOTECNOLOGIAS

Professor: Manoel Ricardo Dourado CorreiaManaus, fevereiro de 2008.

1 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


FUNDAMENTOS DE CARTOGRAFIA GERAL E ELEMENTOS DE GEODSIA

Notas: A presente apostila foi criada com base em: 1. Apostila do curso de especializao em geoprocessamento da FAGO: Fundamentos de Cartografia Geral, elaborada pelo Prof. Dr. Nilton Ricetti Xavier de Nazareno. 2. Livros Noes bsicas de Cartografia manuais tcnicos de geocincia, n 8. Elaborado pelo IBGE; e Fundamentos de Cartografia, elaborado pelo autor Paulo Arajo Duarte

Agradecimentos: Ao Sgt. EB Luiz Fernando Santos de Lima Ao Prof. MSc. Ivaniltom Oliveira Prof.MSc. Patrcia de Arajo Romo



SUMRIO1. FORMAS DA TERRA E SUPERFCIES DE REFERNCIA USADAS EM CARTOGRAFIA 2. LEVANTAMENTOS 3. REPRESENTAES CARTOGRFICAS 4. SISTEMAS DE COORDENADAS 5. CONCEITOS IMPORTANTES 6. CARTAS E MAPAS 7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS



1. FORMAS DA TERRA E SUPERFCIES DE REFERNCIA USADAS EM CARTOGRAFIAA forma de nosso planeta (formato e suas dimenses) um tema que vem sendo pesquisado ao longo dos anos em vrias partes do mundo. Muitas foram as interpretaes e conceitos desenvolvidos para definir qual seria a forma da Terra. Pitgoras em 528 a.C. introduziu o conceito de forma esfrica para o planeta, e a partir da sucessivas teorias foram desenvolvidas at alcanarmos o conceito que hoje bem aceito no meio cientfico internacional. A superfcie terrestre sofre freqentes alteraes devido natureza (movimentos tectnicos, condies climticas, eroso, etc.) e ao do homem, portanto, no serve para definir forma sistemtica da Terra. A fim de simplificar o clculo de coordenadas da superfcie terrestre foram adotadas algumas superfcie matemtica simples. Uma primeira aproximao a esfera achatada nos plos. Segundo o conceito introduzido pelo matemtico alemo CARL FRIEDRICH GAUSS (1777-1855), a forma do planeta, o GEIDE (Figura 1.2) que corresponde superfcie do nvel mdio do mar homogneo (ausncia de correntezas, ventos, variao de densidade da gua, etc.) supostamente prolongado por sob continentes. Essa superfcie se deve, principalmente, s foras de atrao (gravidade) e fora centrfuga (rotao da Terra). Os diferentes materiais que compem a superfcie terrestre possuem diferentes densidades, fazendo com que a fora gravitacional atue com maior ou menor intensidade em locais diferentes. As guas do oceano procuram uma situao de equilbrio, ajustando-se s foras que atuam sobre elas, inclusive no seu suposto prolongamento. A interao



(compensao gravitacional) de foras buscando equilbrio, faz com que o geide tenha o mesmo potencial gravimtrico em todos os pontos de sua superfcie. preciso buscar um modelo mais simples para representar o nosso planeta. Para contornar o problema que acabamos de abordar lanou-se mo de uma Figura geomtrica chamada ELIPSE que ao girar em torno do seu eixo menor forma um volume, o ELIPSIDE DE REVOLUO, achatado no plos (Figura 1.1). Assim, o elipside a superfcie de referncia utilizada nos clculos que fornecem subsdios para a elaborao de uma representao cartogrfica. Muitos foram os intentos realizados para calcular as dimenses do elipside de revoluo que mais se aproxima da forma real da Terra, e muitos foram os resultados obtidos. Em geral, cada pas ou grupo de pases adotou um elipside como referncia para os trabalhos geodsicos e topogrficos, que mais se aproximasse do geide na regio considerada.



A forma e tamanho de um elipside, bem como sua posio relativa ao geide define um sistema geodsico (tambm designado por datum geodsico). No caso brasileiro adota-se o Sistema Geodsico Sul Americano - SAD 69, com as seguintes caractersticas: - Elipside de referncia - UGGI 67 (isto , o recomendado pela Unio Geodsica e Geofsica Internacional em 1967) definido por: - semi-eixo maior - a: 6.378.160 m - achatamento - f: 1/298,25 - Origem das coordenadas (ou Datum planimtrico): - estao : Vrtice Chu (MG) - altura geoidal : 0 m6 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


- coordenadas: Latitude: 19 45 41,6527 S Longitude: 48 06 04,0639" W - azimute geodsico para o Vrtice Uberaba : 271 30 04,05" O Sistema Geodsico Brasileiro (SGB) constituido por cerca de 70.000 estaes implantadas pelo IBGE em todo o Territrio Brasileiro, divididas em trs redes:

- Planimtrica: latitude e longitude de alta preciso - Altimtrica: altitudes de alta preciso - Gravimtrica: valores precisos de acelerao da gravidade Para origem das altitudes (ou Datum altimtrico ou Datum vertical) foram adotados: Porto de Santana - correspondente ao nvel mdio determinado por um margrafo instalado no Porto de Santana (AP) para referenciar a rede altimtrica do Estado do Amap que ainda no est conectada ao restante do Pas. Imbituba - idem para a estao maregrfica do porto de Imbituba (SC), utilizada como origem para toda rede altimtrica nacional exceo do estado Amap.

SUPERFCIES DE REFERNCIA USADAS EM CARTOGRAFIAPara se mapear a superfcie da Terra, antes necessrio conhecer a sua forma e dimenses. Sabe-se que a Terra um corpo esfrico irregular e que no possui uma descrio geomtrica. Ento necessria a utilizao de modelos adequados para sua descrio de acordo com os objetivos pretendidos nos levantamentos e mapeamentos. Superfcie de referncia geoidal O geide definido como uma superfcie equipotencial (potencial gravitacional constante) materializada pelo nvel mdio dos mares. A fora da gravidade que gera essa superfcie equipotencial resultante de uma interao entre a7 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


massa e a densidade de um corpo, e que existe uma grande variao na constituio densimtrica dos materiais que constituem a parte interna do globo terrestre. Deste modo, essa superfcie equipotencial no apresenta uma forma regular. H ainda que se considerar, a questo dos corpos celestes que interagem com o campo gravitacional, provocando variaes constantes nesta superfcie. Alguns autores definem como sendo a forma do geide a que corresponde forma da Terra real. Contudo, como essa superfcie no tem uma definio geomtrica, este postulado no tem muito sentido, quando o objetivo, est na busca de um modelo para o mapeamento. No obstante, esta superfcie extremamente importante no estabelecimento das altitudes. Superfcie de referncia esfrica Se a rea a ser mapeada for extensa mostrando continentes ou a superfcie total da Terra, adota-se o modelo esfrico para a superfcie da Terra.

Esta modelo implica em:



Superfcie de referncia elipsoidal Se a rea a ser levantada e mapeada no for pequena e nem muito extensa, o modelo que melhor representa a superfcie da Terra o elipside de revoluo, que possui uma formulao matemtica razoavelmente simples. Neste modelamento levase em conta o achatamento dos plos. O elipside de revoluo definido pelos seus semi-eixo maior (a) e menor (b) ou pelo semi-eixo maior e o achatamento (f).

Este modelo implica em:



Independente do modelo adotado, tanto o esfrico como o elipsidico possuem vrias propostas para os seus parmetros definidores (raio e semi-eixos maior e menor) O relacionamento entre as superfcies fsica, geoidal e elipsoidal. Embora se utilizem modelos geomtricos para descrever a superfcie fsica da Terra na tarefa de mapeamento, as medies so executadas na superfcie topogrfica, ou simplesmente fsica. importante ento, definir-se alguns elementos deste relacionamento.

Na figura acima aparecem as superfcies fsica (SF), elipsoidal (SE) e geoidal (SG). A separao entre as superfcies elipsoidal e geoidal recebe o nome de ondulao do geide e representado pela letra N.10 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Imaginemos um ponto P na superfcie fsica sendo projetado segundo a direo da vertical (linha de prumo) e da direo da normal (reta ortogonal a superfcie do elipside). As duas projees geram os pontos P e P. Ao segmento PP corresponde a altitude ortomtrica (H), e ao segmento PP corresponde a altitude geomtrica ou elipsoidal (h). O ngulo formado entre a vertical e a normal definido como o desvio da vertical (i). Este ngulo da ordem do segundo e, deste modo, possvel se fazer uma relao entre as superfcies sem incorrer em erro significativo.

3. LEVANTAMENTOSCompreende-se por levantamento o conjunto de operaes destinado execuo de medies para a determinao da forma e dimenses do planeta. Dentre os diversos levantamentos necessrios descrio da superfcie terrestre em suas mltiplas caractersticas, podemos destacar:

LEVANTAMENTOS GEODSICOS

GEODSIA - "Cincia aplicada que estuda a forma, as dimenses e o campo de gravidade da Terra".

FINALIDADES - Embora a finalidade primordial da Geodsia seja cientifica, ela empregada como estrutura bsica do mapeamento e trabalhos topogrficos, constituindo estes fins prticos razo de seu desenvolvimento e realizao, na maioria dos pases. Os levantamentos geodsicos compreendem o conjunto de atividades dirigidas para as medies e observaes que se destinam determinao da forma e dimenses do nosso planeta (geide e elipside). a base para o estabelecimento do referencial fsico e geomtrico necessrio ao posicionamento dos elementos que compem a paisagem territorial.11 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Os levantamentos geodsicos classificam-se em trs grandes grupos:

a) Levantamentos Geodsicos de Alta Preciso (mbito Nacional)

- Cientfico: Dirigido ao atendimento de programas internacionais de cunho cientfico e a Sistemas Geodsicos Nacionais . - Fundamental (1 Ordem): Pontos bsicos para amarrao e controle de trabalhos geodsicos e cartogrficos, desnvolvido segundo especificaes internacionais, constituindo o sistema nico de referncia.

b) Levantamentos Geodsicos de Preciso (mbito Nacional)

- Para reas mais desenvolvidas (2 ordem): Insere-se diretamente no grau de desenvolvimento scio-econmico regional. uma densificao dos Sistemas Geodsicos Nacionais partir da decomposio de Figura s de 1 ordem.

- Para reas menos desenvolvidas (3 ordem): Dirigido s reas remotas ou aquelas em que no se justifiquem investimentos imediatos.

c) Levantamentos Geodsicos para fins Topogrficos (Local)

Tem caractersticas locais. Dirigem-se ao atendimento dos levantamentos no horizonte topogrfico. Tem a finalidade de fornecer o apoio bsico indispensvel s operaes topogrficas de levantamento, para fins de mapeamento com base em fotogrametria. Os levantamentos iro permitir o controle horizontal e vertical atravs da determinao de coordenadas geodsicas e altimtricas.



MTODOS DE LEVANTAMENTOS

LEVANTAMENTO PLANIMTRICO

Dentre os levantamentos planimtricos clssicos, merecem destaque:

- Triangulao: Obteno de Figura s geomtricas partir de tringulos formados atravs da medio dos ngulos subtendidos por cada vrtice. Os pontos de triangulao so denominados vrtices de triangulao (VVTT). o mais antigo e utilizado processo de levantamento planimtrico.

- Trilaterao: Mtodo semelhante triangulao e, como aquele, baseia-se em propriedades geomtricas a partir de tringulos superpostos, sendo que o levantamento ser efetuado atravs da medio dos lados.

- Poligonao: um encadeamento de distncias e ngulos medidos entre pontos adjacentes formando linhas poligonais ou polgonos. Partindo de uma linha formada por dois pontos conhecidos, determinam-se novos pontos, at chegar a uma linha de pontos conhecidos.



LEVANTAMENTO ALTIMTRICO

Desenvolveu-se na forma de circuitos, servindo por ramais s cidades, vilas e povoados s margens das mesmas e distantes at 20 Km. Os demais levantamentos estaro referenciados ao de alta preciso.

- Nivelamento Geomtrico: o mtodo usado nos levantamentos altimtricos de alta preciso que se desenvolvem ao longo de rodovias e ferrovias. No SGB, os pontos cujas altitudes foram determinadas a partir de nivelamento geomtrico so denominados referncias de nvel (RRNN).

- Nivelamento Trigonomtrico: Baseia-se em relaes trigonomtricas. menos preciso que o geomtrico, fornece apoio altimtrico para os trabalhos topogrficos.

- Nivelamento Baromtrico: Baseia-se na relao inversamente proporcional



entre presso atmosfrica e altitude. o de mais baixa preciso, usado em regies onde impossvel utilizar-se os mtodos acima ou quando se queira maior rapidez.

LEVANTAMENTO GRAVIMTRICO

A gravimetria tem por finalidade o estudo do campo gravitacional terrestre, possibilitando, a partir dos seus resultados, aplicaes na rea da Geocincia como por exemplo, a determinao da Figura e dimenses da Terra, a investigao da crosta terrestre e a prospeco de recursos minerais. As especificaes e normas gerais abordam as tcnicas de medies gravimtricas vinculadas s determinaes relativas com uso de gravmetros estticos. semelhana dos levantamentos planimtricos e altimtricos, os gravimtricos so desdobrados em: Alta preciso, preciso e para fins de detalhamento. Matematicamente, esses levantamentos so bastante similares ao nivelamento geomtrico, medindo-se diferenas de acelerao da gravidade entre pontos sucessivos.

LEVANTAMENTOS TOPOGRFICOS

So operaes atravs das quais se realizam medies, com a finalidade de se determinar a posio relativa de pontos da superfcie da Terra no horizonte topogrfico (correspondente a um crculo de raio 10 km).



POSICIONAMENTO TRIDIMENSIONAL POR GPS Na coleta de dados de campo, as tcnicas geodsicas e topogrficas para determinaes de ngulos e distncias utilizadas para a obteno de coordenadas bi e/ou tri-dimensionais sobre a superfcie terrestre, atravs de instrumentos pticos e mecnicos tornaram-se obsoletos, sendo mais utilizada16 Professor - Manoel Ricardo D. Correia

na locao de obras de

engenharia civil e de instalaes industriais. Posteriormente, sistemas eletrnicos de


determinaes de distncias por mira laser ou infravermelhas determinaram uma grande evoluo.

A geodsia por satlites baseados em Radar (NNSS), em frequncia de rdio muito altas (bandas de microondas) foi desenvolvido pela Marinha dos Estados Unidos com a finalidade bsica da navegao e posicionamento das belonaves americanas sobre superfcie, em meados dos anos 60. Surgiu atravs de pesquisas sobre distancimetros durante a 2 Grande Guerra e foi amplamente utilizado at o incio de 1993.

Atualmente o Sistema de Posicionamento Global (GPS) com a constelao NAVSTAR (Navigation System With Timing And Ranging), totalmente completa e operacional, ocupa o primeiro lugar entre os sistemas e mtodos utilizados pela topografia, geodsia, aerofotogrametria, navegao area e martima e quase todas as aplicaes em geoprocessamento que envolvam dados de campo.

O GPS

Em 1978 foi iniciado o rastreamento dos primeiros satlites NAVSTAR, dando origem ao GPS como hoje conhecido. No entanto, somente na segunda metade da dcada de 80 que o GPS se tornou popular, depois que o Sistema foi aberto para uso civil e de outros pases, j que o projeto foi desenvolvido para aplicaes militares, e tambm em consequncia do avano tecnolgico no campo da micro-informtica, permitindo aos fabricantes de rastreadores produzir receptores GPS que processassem no prprio receptor os cdigos de sinais recebidos do rastreador.

Referncia

O sistema geodsico adotado para referncia o World Geodetic System de 1984 (WGS-84). Isto acarreta que os resultados dos posicionamentos realizados com o17 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


GPS referem-se a esse sistema geodsico, devendo ser transformados para o sistema SAD-69, adotado no Brasil, atravs de metodologia prpria. Ressalta-se que o GPS fornece resultados de altitude elipsoidal, tornando obrigatrio o emprego do Mapa Geoidal do Brasil, produzido pelo IBGE, para a obteno de altitudes referenciadas ao geide (nvel mdio dos mares).

O Sistema GPS subdivide-se em trs segmentos: espacial, de controle e do usurio. Segmento Espacial (A Constelao GPS)

O segmento espacial do GPS prev cobertura mundial de tal forma que em qualquer parte do globo, incluindo os plos, existam pelo menos 4 satlites visveis em relao ao horizonte, 24 horas ao dia. Em algumas regies da Terra possvel a obteno de 8 ou mais satlites visveis ao mesmo tempo. A constelao de satlites GPS, composta por 24 satlites ativos que circulam a Terra em rbitas elpticas (quase circulares). A vida til esperada de cada satlite de cerca de 6 anos, mas existem satlites em rbita com mais de 10 anos e ainda em perfeito funcionamento.

Segmento de Controle (Sistemas de Controle)

Compreende o Sistema de Controle Operacional, o qual consiste de uma estao de controle mestra, estaes de monitoramento mundial e estaes de controle de campo.

Estao mestra: Localiza-se na base FALCON da USAF em Colorado springs Colorado. Esta estao, alm de monitorar os satlites que passam pelos EUA, rene os dados das estaes de monitoramento e de campo, processando-os e gerando os dados que efetivamente sero transmitidos aos satlites.

- Estaes de monitoramento: Rastreiam continuamente todos os satlites da18 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


constelao NAVSTAR, calculando suas posies a cada 1,5 segundos. Atravs de dados meteorolgicos, modelam os erros de refrao e calculam suas correes, transmitidas aos satlites e atravs destes, para os receptores de todo o mundo. Existem quatro estaes, alm da mestra: - Hawai; - Ilha de Assencin, no Atlntico sul; - Diego Garcia, no Oceano ndico; - Kwajalein, no Pacfico.

- Estaes de campo: Estas estaes so formadas por uma rede de antenas de rastreamento dos satlites NAVSTAR. Tem a finalidade de ajustar os tempos de passagem dos satlites, sincronizando-os com o tempo da estao mestra.

- Segmento do Usurio

O segmento dos usurios est associado s aplicaes do sistema. Refere-se a tudo que se relaciona com a comunidade usuria, os diversos tipos de receptores e os mtodos de posicionamento por eles utilizados.

Mtodos de Posicionamento

- Absoluto (Ponto isolado): Este mtodo fornece uma preciso de 100 metros.

- Diferencial: As posies absolutas, obtidas com um receptor mvel, so corrigidas por um outro receptor fixo, estacionado num ponto de coordenadas conhecidas. Esses receptores comunicam-se atravs de link de rdio. Preciso de 1 a 10 metros.

- Relativo: o mais preciso. Utilizado para aplicaes geodsicas de preciso. Dependendo da tcnica utilizada (esttico, cinemtico ou dinmico), possvel obter-se uma preciso de at 1 ppm. Para aplicaes cientficas, por exemplo, o estabelecimento da Rede Brasileira de Monitoramento Contnuo - RBMC, essa preciso de 0,1 ppm.



AEROLEVANTAMENTOS

Baseados na utilizao de equipamentos aero ou espacialmente transportados (cmaras fotogrficas e mtricas, sensores), prestam-se descrio

geomtrica da superfcie topogrfica, em relao a uma determinada superfcie de referncia. A legislao brasileira amplia o campo das atividades de aerolevantamento interpretao ou traduo, sob qualquer forma, dos dados e observaes afetuadas. Aerolevantamento definido como sendo o conjunto de operaes areas e/ou espaciais de medio, computao e registro de dados do terreno, com o emprego de sensores e/ou equipamentos adequados, bem como a interpretao dos dados levantados ou sua traduo sob qualquer forma. O aerolevantamento engloba as atividades de aerofotogrametria, aerogeofsica e sensoriamento remoto, constituindo-se das fases e operaes seguintes: 1 fase: Aquisio dos dados, constituda de operaes de cobertura area e/ou espacial. 2 fase: Operao relativa interpretao ou traduo dos dados obtidos em operao area e/ou espacial.

Operaes:

a) Processamento fotogrfico de filme areo ou espacial e respectiva obteno de diafilme, diapositivo, fotografia, fotondice e mosaico no controlado. b) Confeco de mosaico controlado e fotocarta. c) Confeco de ortofotografia, ortofotomosaico e ortofotocarta. d) Interpretao e traduo cartogrfica, mediante restituio estereofotogramtrica ou de imagem obtida com outro sensor remoto. e) Processamento digital de imagem. f) Preparo para impresso de original de restituio estereofotogramtrica ou elaborado a partir de imagem obtida com outro sensor remoto.20 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


g) Reproduo e impresso de cartas e mapas.

4. REPRESENTAO CARTOGRFICATIPOS DE REPRESENTAO POR TRAO

GLOBO - representao cartogrfica sobre uma superfcie esfrica, em escala pequena, dos aspectos naturais e artificiais de uma Figura planetria, com finalidade cultural e ilustrativa.

MAPA (Caractersticas): -representao plana; -geralmente em escala pequena; -rea delimitada por acidentes naturais (bacias, planaltos, chapadas, etc.), polticoadministrativos; -destinao a fins temticos, culturais ou ilustrativos. A partir dessas caractersticas pode-se generalizar o conceito:

Mapa a representao no plano, normalmente em escala pequena, dos aspectos geogrficos, naturais, culturais e artificiais de uma rea tomada na superfcie de uma Figura planetria, delimitada por elementos fsicos, polticoadministrativos, destinada aos mais variados usos, temticos, culturais e ilustrativos."

CARTA (Caractersticas):

-representao plana; -escala mdia ou grande; -desdobramento em folhas articuladas de maneira sistemtica;21 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


-limites das folhas constitudos por linhas convencionais, destinada avaliao precisa de direes, distncias e localizao de pontos, reas e detalhes.

Da mesma forma que da conceituao de mapa, pode-se generalizar:

"Carta a representao no plano, em escala mdia ou grande, dos aspectos artificiais e naturais de uma rea tomada de uma superfcie planetria, subdividida em folhas delimitadas por linhas convencionais - paralelos e meridianos - com a finalidade de possibilitar a avaliao de pormenores, com grau de preciso compatvel com a escala."

PLANTA - a planta um caso particular de carta. A representao se restringe a uma rea muito limitada e a escala grande, consequentemente o n de detalhes bem maior.

Carta que representa uma rea de extenso suficientemente restrita para que a sua curvatura no precise ser levada em considerao, e que, em conseqncia, a escala possa ser considerada constante.

POR IMAGEM MOSAICO - o conjunto de fotos de uma determinada rea, recortadas e montadas tcnica e artsticamente, de forma a dar a impresso de que todo o conjunto uma nica fotografia. Classifica-se em: - controlado - obtido a partir de fotografias areas submetidas a processos especficos de correo de tal forma que a imagem resultante corresponda exatamente a imagem no instante da tomada da foto. Essas fotos so ento montadas sobre uma prancha, onde se encontram plotados um conjunto de pontos que serviro



de controle preciso do mosaico. Os pontos lanados na prancha tem que ter o correspondente na imagem. Esse mosaico de alta preciso. - no-controlado - preparado simplesmente atravs do ajuste de detalhes de fotografias adjacentes. No existe controle de terreno e as fotografias no so corrigidas. Esse tipo de mosaico de montagem rpida, mas no possui nenhuma preciso. Para alguns tipos de trabalho ele satisfaz plenamente. - semicontrolado - so montados combinando-se caractersticas do mosaico controlado e do no controlado. Por exemplo, usando-se controle do terreno com fotos no corrigidas; ou fotos corrigidas, mas sem pontos de controle. FOTOCARTA - um mosaico controlado, sobre o qual realizado um tratamento cartogrfico (planimtrico). ORTOFOTOCARTA - uma ortofotografia - fotografia resultante da transformao de uma foto original, que uma perspectiva central do terreno, em uma projeo ortogonal sobre um plano - complementada por smbolos, linhas e georreferenciada, com ou sem legenda, podendo conter informaes planimtricas. ORTOFOTOMAPA - o conjunto de vrias ortofotocartas adjacentes de uma determinada regio. FOTONDICE - montagem por superposio das fotografias, geralmente em escala reduzida. a primeira imagem cartogrfica da regio. O fotondice insumo necessrio para controle de qualidade de aerolevantamentos utilizados na produo de cartas atravs do mtodo fotogramtrico. Normalmente a escala do fotondice reduzida de 3 a 4 vezes em relao a escala de vo. CARTA IMAGEM - Imagem referenciada a partir de pontos identificveis e com coordenadas conhecidas, superposta por reticulado da projeo, podendo conter simbologia e toponmia.23 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


ESCALA INTRODUO Uma carta ou mapa a representao convencional ou digital da configurao da superfcie topogrfica. Esta representao consiste em projetarmos esta superfcie, com os detalhes nela existentes, sobre um plano horizontal ou em arquivos digitais. Os detalhes representados podem ser: - Naturais: So os elementos existentes na natureza como os rios, mares, lagos, montanhas, serras, etc.

- Artificiais: So os elementos criados pelo homem como: represas, estradas, pontes, edificaes, etc. Uma carta ou mapa, dependendo dos seus objetivos, s estar completa se trouxer esses elementos devidamente representados. Esta representao gera dois problemas: 1) A necessidade de reduzir as propores dos acidentes representar, a fim de tornar possvel a representao dos mesmos em um espao limitado. Essa proporo chamada de ESCALA 2) Determinados acidentes, dependendo da escala, no permitem uma reduo acentuada, pois tornar-se-iam imperceptveis, no entanto so acidentes que por usa importncia devem ser representados nos documentos cartogrficos A soluo a utilizao de smbolos cartogrficos. DEFINIO24 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Escala a relao entre a medida de um objeto ou lugar representado no papel e sua medida real. Duas figuras semelhantes tm ngulos iguais dois a dois e lados homlogos proporcionais. Verifica-se, portanto, que ser sempre possvel, atravs do desenho geomtrico obterse figuras semelhantes s do terreno. Sejam: D = um comprimento tomado no terreno, que denominar-se- distncia real natural. d = um comprimento homlogo no desenho, denominado distncia prtica. Como as linhas do terreno e as do desenho so homlogas, o desenho que representa o terreno uma Figura semelhante a dele, logo, a razo ou relao de semelhana a seguinte: d D A esta relao denomina-se ESCALA. Assim: Escala definida como a relao existente entre as dimenses das linhas de um desenho e as suas homlogas. A relao d/D pode ser maior, igual ou menor que a unidade, dando lugar classificao das escalas quanto a sua natureza, em trs categorias: - Na 1, ter-se- d > D - Na 2, ter-se- d = D25 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


- Na 3 categoria, que a usada em Cartografia, a distncia grfica menor que a real, ou seja, d < D. a escala de projeo menor, empregada para redues, em que as dimenses no desenho so menores que as naturais ou do modelo. ESCALA NUMRICA Indica a relao entre os comprimentos de uma linha na carta e o correspondente comprimento no terreno, em forma de frao com a unidade para numerador.

Sendo: E = escala N = denominador da escala d = distncia medida na carta D = distncia real (no terreno) As escalas mais comuns tm para numerador a unidade e para denominador, um mltiplo de 10.



Isto significa que 1cm na carta corresponde a 25.000 cm ou 250 m, no terreno. OBS: Uma escala tanto maior quanto menor for o denominador. Ex: 1:50.000 maior que 1:100.000 PRECISO GRFICA a menor grandeza medida no terreno, capaz de ser representada em desenho na mencionada Escala. A experincia demonstrou que o menor comprimento grfico que se pode representar em um desenho de 1/5 de milmetro ou 0,2 mm, sendo este o erro admissvel. Fixado esse limite prtico, pode-se determinar o erro tolervel nas medies cujo desenho deve ser feito em determinada escala. O erro de medio permitido ser calculado da seguinte forma:



O erro tolervel, portanto, varia na razo direta do denominador da escala e inversa da escala, ou seja, quanto menor for a escala, maior ser o erro admissvel. Os acidentes cujas dimenses forem menores que os valores dos erros de tolerncia, no sero representados graficamente. Em muitos casos necessrio utilizar-se convenes cartogrficas, cujos smbolos iro ocupar no desenho, dimenses independentes da escala. ESCOLHA DE ESCALAS

Considerando uma regio da superfcie da Terra que se queira mapear e que possua muitos acidentes de 10m de extenso, a menor escala que se deve adotar para que esses acidentes tenham representao ser:

A escala adotada dever ser igual ou maior que l:50.000 Na escala 1:50.000, o erro prtico (0,2 mm ou 1/5 mm) corresponde a 10 m no terreno. Verifica-se ento que multiplicando 10 x 5.000 encontrar-se- 50.000, ou seja, o denominador da escala mnima para que os acidentes com 10m de extenso possam ser representadas. ESCALA GRFICA a representao grfica de vrias distncias do terreno sobre uma linha reta graduada.



constituda de um segmento direita da referncia zero, conhecida como escala primria. Consiste tambm de um segmento esquerda da origem denominada de Talo ou escala de fracionamento, que dividido em sub-mltiplos da unidade escolhida graduadas da direita para a esquerda. A Escala Grfica nos permite realizar as transformaes de dimenses grficas em dimenses reais sem efetuarmos clculos. Para sua construo, entretanto, torna-se necessrio o emprego da escala numrica. O seu emprego consiste nas seguintes operaes: 1) Tomamos na carta a distncia que pretendemos medir (pode-se usar um compasso). 2) Transportamos essa distncia para a Escala Grfica. 3) Lemos o resultado obtido.



MUDANAS DE ESCALA Muitas vezes, durante o trancorrer de alguns trabalhos cartogrficos, faz-se necessrio unir cartas ou mapas em escalas diferentes a fim de compatibiliza-los em um nico produto. Para isso necessrio reduzir alguns e ampliar outros. Para transformao de escala existem alguns mtodos: - Quadriculado - Tringulos semelhantes - Pantgrafo: Paralelograma articulado tendo em um dos plos uma ponta seca e no outro um lpis, o qual vai traar a reduo ou ampliao do detalhe que percorremos com a ponta seca. - Fotocartogrfico: Atravs de uma cmara fotogramtrica de preciso, na qual podemos efetuar regulagens que permitem uma reduo ou ampliao em propores rigorosas. Tem como vantagem a preciso e rapidez. - Digital: por ampliao ou reduo em meio digital diretamente. Como em cartografia trabalha-se com a maior preciso possvel, s os mtodos fotocartogrfico e digital devem ser utilizados, ressaltando que a ampliao muito mais susceptvel de erro do que a reduo, no entanto redues grandes podero gerar a fuso de linhas e demais componentes de uma carta (coalescncia) que devero ser retiradas. ESCALA DE REA A escala numrica refere-se a medidas lineares. Ela indica quantas vezes foi ampliada ou reduzida uma distncia.



Quando nos referimos superfcie usamos a escala de rea, podendo indicar quantas vezes foi ampliada ou reduzida uma rea. Enquanto a distncia em uma reduo linear indicada pelo denominador da frao, a rea ficar reduzida por um nmero de vezes igual ao quadrado do denominador dessa frao. PROJEES CARTOGRFICAS A confeco de uma carta exige, antes de tudo, o estabelecimento de um mtodo, segundo o qual, a cada ponto da superfcie da Terra corresponda um ponto da carta e vice-versa. Diversos mtodos podem ser empregados para se obter essa

correspondncia de pontos, constituindo os chamados "sistemas de projees". A teoria das projees compreende o estudo dos diferentes sistemas em uso, incluindo a exposio das leis segundo as quais se obtm as interligaes dos pontos de uma superfcie (Terra) com os da outra (carta). So estudados tambm os processos de construo de cada tipo de projeo e sua seleo, de acordo com a finalidade em vista. O problema bsico das projees cartogrficas a representao de uma superfcie curva em um plano. Em termos prticos, o problema consiste em se representar a Terra em um plano. Como vimos, a forma de nosso planeta representada, para fins de mapeamento, por um elipside (ou por uma esfera, conforme seja a aplicao desejada) que considerada a superfcie de referncia a qual esto relacionados todos os elementos que desejamos representar (elementos obtidos atravs de determinadas tipos de levantamentos). Podemos ainda dizer que no existe nenhuma soluo perfeita para o problema, e isto pode ser rapidamente compreendido se tentarmos fazer coincidir a31 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


casca de uma laranja com a superfcie plana de uma mesa. Para alcanar um contato total entre as duas superfcies, a casca de laranja teria que ser distorcida. Embora esta seja uma simplificao grosseira do problema das projees cartogrficas, ela expressa claramente a impossibilidade de uma soluo perfeita (projeo livre de deformaes). Poderamos ento, questionar a validade deste modelo de

representao j que seria possvel construir representaes tridimensionais do elipside ou da esfera, como o caso do globo escolar, ou ainda express-lo matemticamente, como fazem os geodesistas. Em termos tericos esta

argumentao perfeitamente vlida e o desejo de se obter uma representao sobre uma superfcie plana de mera convenincia. Existem algumas razes que justificam esta postura, e as mais diretas so: o mapa plano mais fcil de ser produzido e manuseado. Podemos dizer que todas as representaes de superfcies curvas em um plano envolvem: "extenses" ou "contraes" que resultam em distores ou "rasgos". Diferentes tcnicas de representao so aplicadas no sentido de se alcanar resultados que possuam certas propriedades favorveis para um propsito especfico. A construo de um sistema de projeo ser escolhida de maneira que a carta venha a possuir propriedades que satisfaam as finalidades impostas pela sua utilizao. O ideal seria construir uma carta que reunisse todas as propriedades, representando uma superfcie rigorosamente semelhante superfcie da Terra. Esta carta deveria possuir as seguintes propriedades: 1- Manuteno da verdadeira forma das reas a serem representadas (conformidade). 2- Inalterabilidade das reas (equivalncia). 3- Constncia das relaes entre as distncias dos pontos representados e as distncias dos seus correspondentes (equidistncia).32 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Essas propriedades seriam facilmente conseguidas se a superfcie da Terra fosse plana ou uma superfcie desenvolvvel. Como tal no ocorre, torna-se impossvel a construo da carta ideal, isto , da carta que reunisse todas as condies desejadas A soluo ser, portanto, construir uma carta que, sem possuir todas as condies ideais, possua aquelas que satisfaam a determinado objetivo. Assim, necessrio ao se fixar o sistema de projeo escolhido considerar a finalidade da carta que se quer construir. Em Resumo: As representaes cartogrficas so efetuadas, na sua maioria, sobre uma superfcie plana (Plano de Representao onde se desenha o mapa). O problema bsico consiste em relacionar pontos da superfcie terrestres ao plano de representao. Isto compreende as seguintes etapas: 1) Adoo de um modelo matemtico da terra (Geide) simplificado. Em geral, esfera ou elipside de revoluo; 2) Projetar todos os elementos da superfcie terrestre sobre o modelo escolhido. (Ateno: tudo o que se v num mapa corresponde superfcie terrestre projetada sobre o nvel do mar aproximadamente); 3) Relacionar por processo projetivo ou analtico pontos do modelo matemtico com o plano de representao escolhendo-se uma escala e sistema de coordenadas. Antes de entrarmos nas tcnicas de representao propriamente ditas, introduziremos alguns Sistemas de Coordenadas utilizados na representao cartogrfica.



5. SISTEMAS DE COORDENADASCONSTRUO DO SISTEMA DE COORDENADAS Os sistemas de coordenadas so necessrios para expressar a posio de pontos sobre uma superfcie, seja ela um elipside, esfera ou um plano. com base em determinados sistemas de coordenadas que descrevemos geometricamente a superfcie terrestre nos levantamentos referidos no captulo I. Para o elipside, ou esfera, usualmente empregamos um sistema de coordenadas cartesiano e curvilneo (PARALELOS e MERIDIANOS). Para o plano, um sistema de coordenadas cartesianas X e Y usualmente aplicvel. Para amarrar a posio de um ponto no espao necessitamos ainda complementar as coordenadas bidimensionais que apresentamos no pargrafo anterior, com uma terceira coordenada que denominada ALTITUDE. A altitude de um ponto qualquer est ilustrada na fig .2, onde o primeiro tipo (h) a distncia contada a partir do geide (que a superfcie de referncia para contagem das altitudes) e o segundo tipo (H), denominado ALTITUDE GEOMTRICA contada a partir da superfcie do elipside.



Figura 2- Sistemas de coordenadas MERIDIANOS E PARALELOS MERIDIANOS - So crculos mximos que, em conseqncia, cortam a TERRA em duas partes iguais de plo a plo. Sendo assim, todos os meridianos se cruzam entre si, em ambos os plos. O meridiano de origem o de GREENWICH (0).(2) PARALELOS - So crculos que cruzam os meridianos perpendicularmente, isto , em ngulos retos. Apenas um um crculo mximo, o Equador (0). Os outros, tanto no hemisfrio Norte quanto no hemisfrio Sul, vo diminuindo de tamanho proporo que se afastam do Equador, at se transformarem em cada plo, num ponto (90). (Figura 2.2)



a) no elipside de revoluo PN - Plo Norte PS - Plo Sul

Figura 2.2 - Paralelos e Meridianos (2) Meridiano Internacional de Referncia, escolhido em Bonn, Alemanha, durante a Conferncia Tcnica das Naes Unidas para a Carta Internacional do Mundo ao milionsimo, como origem da contagem do meridiano. LATITUDE E LONGITUDEA TERRA COMO REFERNCIA (Esfera) LATITUDE GEOGRFICA ( j )



o arco contado sobre o meridiano do lugar e que vai do Equador at o lugar considerado. A latitude quando medida no sentido do plo Norte chamada Latitude Norte ou Positiva. Quando medida no sentido Sul chamada Latitude Sul ou Negativa. Sua variao de: 0 a 90 N ou 0 a + 90; 0 a 90 S ou 0 a - 90LONGITUDE GEOGRFICA ( l )

o arco contado sobre o Equador e que vai de GREENWICH at o Meridiano do referido lugar. A Longitude pode ser contada no sentido Oeste, quando chamada LONGITUDE OESTE DE GREENWICH (W Gr.) ou NEGATIVA. Se contada no sentido Este, chamada LONGITUDE ESTE DE GREENWICH (E Gr.) ou POSITIVA. A Longitude varia de: 0 a 180 W Gr. ou 0 a - 180; 0 a 180 E Gr. ou 0 a + 180 .

Figura 2.3 - Latitude e Longitude37 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


O ELIPSIDE COMO REFERNCIALATITUDE GEODSICA ( j )

o ngulo formado pela normal ao elipside de um determinado ponto e o plano do Equador.LONGITUDE GEODSICA ( l )

o ngulo formado pelo plano meridiano do lugar e o plano meridiano tomado como origem (GREENWICH). (Figura 2.1.a) CLASSIFICAO DAS PROJEES CARTOGRFICAS

QUANTO AO MTODO a) Geomtricas - baseiam-se em princpios geomtricos projetivos. Podem ser obtidos pela interseo, sobre a superfcie de projeo, do feixe de retas que passa38 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


por pontos da superfcie de referncia partindo de um centro perspectivo (ponto de vista). b) Analticas - baseiam-se em formulao matemtica obtidas com o objetivo de se atender condies (caractersticas) prviamente estabelecidas ( o caso da maior parte das projees existentes).

QUANTO SUPERFCIE DE PROJEO a) Planas - este tipo de superfcie pode assumir trs posies bsicas em relao a superfcie de referncia: polar, equatorial e oblqua (ou horizontal) (Figura 2.4). b) Cnicas - embora esta no seja uma superfcie plana, j que a superfcie de projeo o cone, ela pode ser desenvolvida em um plano sem que haja distores (Figura 2.5), e funciona como superfcie auxiliar na obteno de uma representao. A sua posio em relao superfcie de referncia pode ser: normal, transversal e oblqua (ou horizontal) (Figura 2.4). c) Cilndricas - tal qual a superfcie cnica, a superfcie de projeo que utiliza o cilindro pode ser desenvolvida em um plano (Figura 2.5) e suas possveis posies em relao a superfcie de referncia podem ser: equatorial, transversal e oblqua (ou horizontal) (Figura 2.4). d) Polissuperficiais - se caracterizam pelo emprego de mais do que uma superfcie de projeo (do mesmo tipo) para aumentar o contato com a superfcie de referncia e, portanto, diminuir as deformaes (plano-polidrica ; cone-policnica ; cilindropolicilndrica).39 Professor - Manoel Ricardo D. Correia




Figura .2.5 - Superfcies de Projeo desenvolvidas em um plano.

QUANTO S PROPRIEDADES Na impossibilidade de se desenvolver uma superfcie esfrica ou elipsidica sobre um plano sem deformaes, na prtica, buscam-se projees tais que permitam diminuir ou eliminar parte das deformaes conforme a aplicao desejada. Assim, destacam-se: a) Eqidistantes - As que no apresentam deformaes lineares para algumas linhas em especial, isto , os comprimentos so representados em escala uniforme. b) Conformes - Representam sem deformao, todos os ngulos em torno de quaisquer pontos, e decorrentes dessa propriedade, no deformam pequenas regies. c) Equivalentes - Tm a propriedade de no alterarem as reas, conservando assim, uma relao constante com as suas correspondentes na superfcie da Terra. Seja qual for a poro representada num mapa, ela conserva a mesma relao com a rea de todo o mapa.



d) Afilticas - No possui nenhuma das propriedades dos outros tipos, isto , equivalncia, conformidade e eqidistncia, ou seja, as projees em que as reas, os ngulos e os comprimentos no so conservados. As propriedades acima descritas so bsicas e mutuamente exclusivas. Elas ressaltam mais uma vez que no existe uma representao ideal, mas apenas a melhor representao para um determinado propsito. QUANTO AO TIPO DE CONTATO ENTRE AS SUPERFCIES DE PROJEO E REFERNCIA a) Tangentes - a superfcie de projeo tangente de referncia (plano- um ponto; cone e cilindro- uma linha). b) Secantes - a superfcie de projeo secciona a superfcie de referncia (plano- uma linha; cone- duas linhas desiguais; cilindro- duas linhas iguais) (Figura 2.6). Atravs da composio das diferentes caractersticas apresentadas nesta

classificao das projees cartogrficas, podemos especificar representaes cartogrficas cujas propriedades atendam as nossas necessidades em cada caso especfico.



Figura 2.6 - Superfcies de projeo secantes PROJEES MAIS USUAIS E SUAS CARACTERSTICAS PROJEO POLICNICA - Superfcie de representao: diversos cones - No conforme nem equivalente (s tem essas caractersticas prxima ao Meridiano Central). - O Meridiano Central e o Equador so as nicas retas da projeo. O MC dividido em partes iguais pelos paralelos e no apresenta deformaes. - Os paralelos so crculos no concntricos (cada cone tem seu prprio pice) e no apresentam deformaes. - Os meridianos so curvas que cortam os paralelos em partes iguais. - Pequena deformao prxima ao centro do sistema, mas aumenta rapidamente para a periferia. Aplicaes: Apropriada para uso em pases ou regies de extenso

predominantemente Norte-Sul e reduzida extenso Este-Oeste.43 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


muito popular devido simplicidade de seu clculo pois existem tabelas completas para sua construo. amplamente utilizada nos EUA. No BRASIL utilizada em mapas da srie Brasil, regionais, estaduais e temticos.

Figura 2.7 - Projeo Policnica PROJEO CNICA NORMAL DE LAMBERT (com dois paralelos padro) - Cnica. - Conforme. - Analtica. - Secante. - Os meridianos so linhas retas convergentes. - Os paralelos so crculos concntricos com centro no ponto de interseo dos meridianos. - Aplicaes: A existncia de duas linhas de contato com a superfcie (dois paralelos padro) nos fornece uma rea maior com um baixo nvel de deformao. Isto faz com44 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


que esta projeo seja bastante til para regies que se estendam na direo esteoeste, porm pode ser utilizada em quaisquer latitudes. A partir de 1962, foi adotada para a Carta Internacional do Mundo, ao Milionsimo.

Figura 2.8 - Projeo Cnica Normal de Lambert (com dois paralelos-padro) PROJEO CILNDRICA TRANSVERSA DE MERCATOR (Tangente) - Cilndrica. - Conforme. - Analtica. - Tangente (a um meridiano). - Os meridianos e paralelos no so linhas retas, com exceo do meridiano de tangncia e do Equador. - Aplicaes: Indicada para regies onde h predominncia na extenso Norte-Sul. muito utilizada em cartas destinadas navegao.



Figura 2.9 - Projeo Cilndrica Transversa de Mercartor PROJEO CILNDRICA TRANSVERSA DE MERCATOR (Secante) - Cilndrica. - Conforme. - Secante. - S o Meridiano Central e o Equador so linhas retas. - Projeo utilizada no SISTEMA UTM - Universal Transversa de Mercator desenvolvido durante a 2 Guerra Mundial. Este sistema , em essncia, uma modificao da Projeo Cilndrica Transversa de Mercator. - Aplicaes: Utilizado na produo das cartas topogrficas do Sistema Cartogrfico Nacional produzidas pelo IBGE e DSG.



Figura 2.10 - Cilindro secante CARACTERSTICAS BSICAS DO SISTEMA UTM: 1) O mundo dividido em 60 fusos, onde cada um se estende por 6 de longitude. Os fusos so numerados de um a sessenta comeando no fuso 180 a 174 W Gr. e continuando para este. Cada um destes fusos gerado a partir de uma rotao do cilindro de forma que o meridiano de tangncia divide o fuso em duas partes iguais de 3 de amplitude (Figura 2.11). 2) O quadriculado UTM est associado ao sistema de coordenadas planoretangulares, tal que um eixo coincide com a projeo do Meridiano Central do fuso (eixo N apontando para Norte) e o outro eixo, com o do Equador. Assim cada ponto do elipside de referncia (descrito por latitude, longitude) estar biunivocamente associado ao terno de valores Meridiano Central, coordenada E e coordenada N. 3) Avaliando-se a deformao de escala em um fuso UTM (tangente), pode-se verificar que o fator de escala igual a 1(um) no meridiano central e aproximadamente igual a 1.0015 (1/666) nos extremos do fuso. Desta forma, atribuindo-se a um fator de escala k = 0,9996 ao meridiano central do sistema UTM (o que faz com que o cilindro tangente se torne secante), torna-se possvel assegurar um padro mais favorvel de deformao em escala ao longo do fuso. O erro de escala fica limitado a 1/2.500 no meridiano central, e a 1/1030 nos extremos do fuso (Figura 2.12).



4) A cada fuso associamos um sistema cartesiano mtrico de referncia, atribuindo origem do sistema (interseo da linha do Equador com o meridiano central) as coordenadas 500.000 m, para contagem de coordenadas ao longo do Equador, e 10.000.000 m ou 0 (zero) m, para contagem de coordenadas ao longo do meridiano central, para os hemisfrio sul e norte respectivamente. Isto elimina a possibilidade de ocorrncia de valores negativos de coordenadas. 5) Cada fuso deve ser prolongado at 30' sobre os fusos adjacentes criando-se assim uma rea de superposio de 1 de largura. Esta rea de superposio serve para facilitar o trabalho de campo em certas atividades. 6) O sistema UTM usado entre as latitudes 84 N e 80 S. Alm desses paralelos a projeo adotada mundialmente a Estereogrfica Polar Universal. - Aplicaes: Indicada para regies de predominncia na extenso Norte-Sul entretanto mesmo na representao de reas de grande longitude poder ser utilizada. a mais indicada para o mapeamento topogrfico a grande escala, e o Sistema de Projeo adotado para o Mapeamento Sistemtico Brasileiro.



6. CONCEITOS IMPORTANTESO sistema de coordenadas geodsicas ou o UTM permite o posicionamento de qualquer ponto sobre a superfcie da Terra, no entanto comum se desejar posicionamento relativo de direo nos casos de navegao. Assim, ficam definidos trs vetores associados a cada ponto:49 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Norte Verdadeiro ou de Gauss - Com direo tangente ao meridiano (geodsico) passante pelo ponto e apontado para o Polo Norte. Norte Magntico - Com direo tangente linha de fora do campo magntico passante pelo ponto e apontado para o Polo Norte Magntico. OBS.: Devido significativa variao da ordem de minutos de arco anualmente deste plo ao longo dos anos, torna-se necessria a correo do valor constantes da carta/mapa para a data do posicionamento desejado. Norte da Quadrcula - Com direo paralela ao eixo N (que coincide com o Meridiano Central do fuso) do Sistema de Projeo UTM no ponto considerado e apontado para o Norte (sentido positivo de N) Azimute: o ngulo formado entre a direo Norte-Sul e a direo considerada, contado a partir do Plo Norte, no sentido horrio. O Azimute varia de 0 a 360 e dependendo do Norte ao qual esteja a referenciado podemos ter: - Azimute Verdadeiro ou de Gauss ( Az G AB ) - Azimute da Quadrcula ( Az Q AB ) - Azimute Magntico ( Az M AB ) OBS.: O azimute Geodsico corresponde ao Azimute Verdadeiro contato a partir do Polo Sul. Contra-azimute: Contra-Azimute de uma direo o Azimute da direo inversa. Declinao Magntica ( d ): o ngulo formado entre os vetores Norte Verdadeiro e o Norte Magntico associado a um ponto. Convergncia Meridiana Plana ( g ): o ngulo formado entre os vetores Norte Verdadeiro e o Norte da Quadrcula associado a um ponto.50 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


No sistema UTM, a Convergncia Meridiana Plana cresce com a latitude e com o afastamento do Meridiano Central (MC). No hemisfrio Norte ela positiva a Este do MC e negativa a Oeste do MC. No hemisfrio Sul ela negativa a Este do MC e positiva a Oeste do MC. Rumo: o menor ngulo que uma direo faz com a Direo Norte- Sul. Aps o valor do rumo deve ser indicado o quadrante geogrfico a que o mesmo pertence, ou seja: NO, NE, SO ou SE. OBS: Como os azimutes, os rumos, dependendo do norte ao qual so referenciados podem ser: Rumo verdadeiro, da quadrcula ou magntico. Contra-rumo: o rumo da direo inversa.

CARTAS E MAPASCLASSIFICAO DE CARTAS E MAPAS Quanto natureza da representao: CADASTRAL - At 1:25.000 a) GERAL TOPOGRFICA - De 1:25.000 at 1:250.000 GEOGRFICA - 1:1:000.000 e menores (1:2.500.000, 1:5.000.000 at 1:30.000.000) b) TEMTICA c) ESPECIAL GERAL51 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


So documentos cartogrficos elaborados sem um fim especfico. A finalidade fornecer ao usurio uma base cartogrfica com possibilidades de aplicaes generalizadas, de acordo com a preciso geomtrica e tolerncias permitidas pela escala. Apresentam os acidentes naturais e artificiais e servem, tambm, de base para os demais tipos de cartas. CADASTRAL Representao em escala grande, geralmente planimtrica e com maior nvel de detalhamento, apresentando grande preciso geomtrica. Normalmente utilizada para representar cidades e regies metropolitanas, nas quais a densidade de edificaes e arruamento grande. As escalas mais usuais na representao cadastral, so: 1:1.000, 1:2.000, 1:5.000, 1:10.000 e 1:15.000. Mapa de Localidade - Denominao utilizada na Base Territorial dos Censos para identificar o conjunto de plantas em escala cadastral, que compe o mapeamento de uma localidade (regio metropolitana, cidade ou vila).

TOPOGRFICA Carta elaborada a partir de levantamentos aerofotogramtrico e geodsico original ou compilada de outras cartas topogrficas em escalas maiores. Inclui os acidentes naturais e artificiais, em que os elementos planimtricos (sistema virio, obras, etc.) e altimtricos (relevo atravs de curvas de nvel, pontos colados, etc.) so geometricamente bem representados. As aplicaes das cartas topogrficas variam de acordo com sua escala:52 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


1:25.000 - Representa cartograficamente reas especficas, com forte densidade demogrfica, fornecendo elementos para o planejamento socioeconmico e bases para anteprojetos de engenharia. Esse mapeamento, pelas caractersticas da escala, est dirigido para as reas das regies metropolitanas e outras que se definem pelo atendimento a projetos especficos. Cobertura Nacional: 1,01%. 1:50.000 - Retrata cartograficamente zonas densamente povoadas, sendo adequada ao planejamento socioeconmico e formulao de anteprojetos de engenharia. A sua abrangncia nacional, tendo sido cobertos at agora 13,9% do Territrio Nacional, concentrando-se principalmente nas regies Sudeste e Sul do pas. 1:100.000 - Objetiva representar as reas com notvel ocupao, priorizadas para os investimentos governamentais, em todos os nveis de governo- Federal, Estadual e Municipal. A sua abrangncia nacional, tendo sido coberto at agora 75,39% do Territrio Nacional. 1:250.000 - Subsidia o planejamento regional, alm da elaborao de estudos e projetos que envolvam ou modifiquem o meio ambiente. A sua abrangncia nacional, tendo sido coberto at o momento 80,72% do Territrio Nacional. Mapa Municipal : Entre os principais produtos cartogrficos produzidos pelo IBGE encontra-se o mapa municipal, que a representao cartogrfica da rea de um municpio, contendo os limites estabelecidos pela Diviso Poltico-Administrativa, acidentes naturais e artificiais, toponmia, rede de coordenadas geogrficas e UTM, etc.. Esta representao elaborada a partir de bases cartogrficas mais recentes e de documentos cartogrficos auxiliares, na escala das referidas bases.53 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


O mapeamento dos municpios brasileiros para fins de planejamento e gesto territorial e em especial para dar suporte as atividades de coleta e disseminao de pesquisas do IBGE. GEOGRFICA Carta em que os detalhes planimtricos e altimtricos so generalizados, os quais oferecem uma preciso de acordo com a escala de publicao. A representao planimtrica feita atravs de smbolos que ampliam muito os objetos

correspondentes, alguns dos quais muitas vezes tm que ser bastante deslocados. A representao altimtrica feita atravs de curvas de nvel, cuja equidistncia apenas d uma idia geral do relevo e, em geral, so empregadas cores hipsomtricas. So elaboradas na escala. 1:500.000 e menores, como por exemplo a Carta Internacional do Mundo ao Milionsimo (CIM). Mapeamento das Unidades Territoriais : Representa, a partir do mapeamento topogrfico, o espao territorial brasileiro atravs de mapas elaborados

especificamente para cada unidade territorial do pas. Produtos gerados:-Mapas do Brasil (escalas 1:2.500.000,1:5.000.000,1:10.000.000, etc.). -Mapas Regionais (escalas geogrficas diversas). -Mapas Estaduais (escalas geogrficas e topogrficas diversas). TEMTICA So as cartas, mapas ou plantas em qualquer escala, destinadas a um tema especfico, necessria s pesquisas socioeconmicas, de recursos naturais e estudos ambientais. A representao temtica, distintamente da geral, exprime conhecimentos particulares para uso geral.54 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Com base no mapeamento topogrfico ou de unidades territoriais, o mapa temtico elaborado em especial pelos Departamentos da Diretoria de Geocincias do IBGE, associando elementos relacionados s estruturas territoriais, geografia, estatstica, aos recursos naturais e estudos ambientais. Principais produtos: -Cartogramas temticos das reas social, econmica

territorial,etc. -Cartas do levantamento de recursos naturais (volumes RADAM). -Mapas da srie Brasil 1:5.000.000 (Escolar, Geomorfolgico, Vegetao, Unidades de Relevo, Unidades de Conservao Federais). - Atlas nacional, regional e estadual. ESPECIAL So as cartas, mapas ou plantas para grandes grupos de usurios muito distintos entre si, e cada um deles, concebido para atender a uma determinada faixa tcnica ou cientfica. So documentos muito especficos e sumamente tcnicos que se destinam representao de fatos, dados ou fenmenos tpicos, tendo assim, que se cingir rigidamente aos mtodos e objetivos do assunto ou atividade a que est ligado. Por exemplo: Cartas nuticas, aeronuticas, para fins militares, mapa magntico, astronmico, meteorolgico e outros. Nuticas: Representa as profundidades, a natureza do fundo do mar, as curvas batimtricas, bancos de areia, recifes, faris, boias, as mars e as correntes de um determinado mar ou reas terrestres e martimas. Elaboradas de forma sistemtica pela Diretoria de Hidrografia e Navegao - DHN, do Ministrio da Marinha. O Sistema Internacional exige para a navegao martima, seja de carga ou de passageiros, que se mantenha atualizado o mapeamento do litoral e hidrovias.55 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Aeronuticas: Representao particularizada dos aspectos cartogrficos do terreno, ou parte dele, destinada a apresentar alm de aspectos culturais e hidrogrficos, informaes suplementares necessrias navegao area, pilotagem ou ao planejamento de operaes areas. Para fins militares: Em geral, so elaboradas na escala 1:25.000, representando os acidentes naturais do terreno, indispensveis ao uso das foras armadas. Pode representar uma rea litornea caractersticas topogrficas e nuticas, a fim de que oferea a mxima utilidade em operaes militares, sobretudo no que se refere a operaes anfbias. CARTA INTERNACIONAL DO MUNDO AO MILIONSIMO - CIM Fornece subsdios para a execuo de estudos e anlises de aspectos gerais e estratgicos, no nvel continental. Sua abrangncia nacional, contemplando um conjunto de 46 cartas. uma representao de toda a superfcie terrestre, na projeo cnica conforme de LAMBERT (com 2 paralelos padro) na escala de 1:1.000.000. A distribuio geogrfica das folhas ao Milionsimo foi obtida com a diviso do planeta (representado aqui por um modelo esfrico) em 60 fusos de amplitude 6, numerados a partir do fuso 180 W - 174 W no sentido Oeste-Leste (Figura 2.13). Cada um destes fusos por sua vez esto divididos a partir da linha do Equador em 21 zonas de 4 de amplitude para o Norte e com o mesmo nmero para o Sul. Como o leitor j deve ter observado, a diviso em fusos aqui apresentada a mesma adotada nas especificaes do sistema UTM. Na verdade, o estabelecimento daquelas especificaes pautado nas caractersticas da CIM. Cada uma das folhas ao Milionsimo pode ser acessada por um conjunto de trs caracteres:56 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


1) letra N ou S - indica se a folha est localizada ao Norte ou a Sul do Equador. 2) letras A at U - cada uma destas letras se associa a um intervalo de 4 de latitude se desenvolvendo a Norte e a Sul do Equador e se prestam a indicao da latitude limite da folha (3). 3) nmeros de 1 a 60 - indicam o nmero de cada fuso que contm a folha. OBS: O Territrio Brasileiro coberto por 08 (oito) fusos. (Figura 2.14) (3) Alm das zonas de A a U, temos mais duas que abrangem os paralelos de 84 a 90. A saber: a zona V que limitada pelos paralelos 84 e 88 e a zona Z, ou polar, que vai deste ltimo at 90. Neste intervalo, que corresponde as regies Polares, a Projeo de Lambert no atende convenientemente a sua representao. Utiliza-se ento a Projeo Estereogrfica Polar.

Figura 2.13 - Carta Internacional do Mundo ao Milionsimo



NDICE DE NOMENCLATURA E ARTICULAO DE FOLHAS Este ndice tem origem nas folhas ao Milionsimo, e se aplica a denominao de todas as folhas de cartas do mapeamento sistemtico (escalas de 1:1.000.000 a 1:25.000). A Figura 2.15 apresenta a referida nomenclatura. Para escalas maiores que 1:25.000 ainda no existem normas que regulamentem o cdigo de nomenclatura. O que ocorre na maioria das vezes que os rgos produtores de cartas ou plantas nessas escalas adotam seu prprio sistema de58 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


articulao de folhas, o que dificulta a interligao de documentos produzidos por fontes diferentes. Existem dois sistemas de articulao de folhas que foram propostos por rgos envolvidos com a produo de documentos cartogrficos em escalas grandes: O primeiro, proposto e adotado pela Diretoria de Eletrnica e Proteo ao vo (e tambm adotado pela COCAR), se desenvolve a partir de uma folha na escala 1:100.000 at uma folha na escala 1:500. O segundo, elaborado pela Comisso Nacional de Regio Metropolitana e Poltica Urbana, tem sido adotado por vrios rgos responsveis pela Cartografia Regional e Urbana de seus estados. Seu desenvolvimento se d a partir de uma folha na escala 1:25.000 at uma folha na escala 1:1.000.



Figura 2.15 - Nomenclatura das cartas do mapeamento sistemtico

MAPA NDICE Alm do ndice de nomenclatura, dispomos tambm de um outro sistema de localizao de folhas. Neste sistema numeramos as folhas de modo a referenci-las atravs de um simples nmero, de acordo com as escalas. Assim: - para as folhas de 1:1.000.000 usamos uma numerao de 1 a 46; - para as folhas de 1:250.000 usamos uma numerao de 1 a 550;60 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


- para as folhas de 1:100.000, temos 1 a 3036; Estes nmeros so conhecidos como "MI" que quer dizer nmero correspondente no MAPA-NDICE. O nmero MI substitui a conFigura o do ndice de nomenclatura para escalas de 1:100.000, por exemplo, folha SD-23-Y-C-IV corresponder o nmero MI 2215. Para as folhas na escala 1:50.000, o nmero MI vem acompanhado do nmero (1,2,3 ou 4) conforme a situao da folha em relao a folha 1:100.000 que a contm. Por exemplo, folha SD-23-Y-C-IV-3 corresponder o nmero MI 2215-3. Para as folhas de 1:25.000 acrescenta-se o indicador (NO,NE,SO e SE) conforme a situao da folha em relao a folha 1:50.000 que a contm, por exemplo, folha SD-23-Y-C-IV-3-NO corresponder o nmero MI 2215-3-NO. A apario do nmero MI no canto superior direito das folhas topogrficas sistemticas nas escalas 1:100.000, 1:50.000 e 1:25.000 norma cartogrfica hoje em vigor, conforme recomendam as folhas-modelo publicadas pela Diretoria de Servio Geogrfico do Exrcito, rgo responsvel pelo estabelecimento de Normas Tcnicas para as sries de cartas gerais, das escalas 1:250.000 e maiores.



8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICASANDERSON, PAUL S. Fundamentos para Fotointerpretao - SBC - 1982 ANDRADE, DINARTE F. P. NUNES - Fotogrametria Bsica IME, - 1988 ANDRADE, LUS ANTONIO DE. - Proposta Metodolgica para a Confeco de CartaImagem de Satlite. Artigo da Quadricon Com. e Rep. LTDA Apostila Introduo Geodsia - Fundao IBGE, 1997 BANKER, MUCIO PIRAGIBE RIBEIRO DE. Cartografia Noes Bsicas DHN, 1965. Brasil em nmeros, Rio de Janeiro, V.3, p.1 - 1994. BERALDO, PRIMO/SOARES, SERGIO MONTEIRO -GPS. Introduo e Aplicaes Prticas. Braslia, 1995. Cartografia e Aerolevantamento-Legislao - COCAR, 1981 COELHO, ARNALDO GUIDO DE SOUZA, Uso Potencial dos sensores Remotos. Revista Brasileira de Cartografia. n. 10. Especificaes e Normas Gerais para Levantamentos Geodsicos (Coletnea das Normas Vigentes), Fundao IBGE - 1996 GARCIA, GILBERTO J. Sensoriamento Remoto, Princpios e Interpretao de Imagens, Ed. Nobel, 1982. Imagens ERTS... Suas possibilidades, Fundao IBGE, 1974. LIMA, MARIO IVAN CARDOSO DE. Manuais Tcnicos em Geocincias n. 3 - Introduo Interpretao Radargeolgica, IBGE - 1995. Manual da Carta Internacional do Mundo ao Milionsimo - CIM - Fundao IBGE, 1993 Manual de Compilao de Cartas na esc. 1:250.000 ( minuta), Fundao IBGE, 1996 Manual Tcnico de Noes Bsicas de Cartografia - Fundao IBGE, 1989 Manual Tcnico T 34-700 Convenes Cartogrficas - Ministrio do Exrcito, 1975 Manuais Tcnicos em Geocencias no 2 - Manual de Normas, Especificaes e procedimentos Tcnicos para a Carta Internacional do Mundo ao Milionsimo, Fundao IBGE, 1993. Manuais Tcnicos em Geocencias no 3 - Introduo Interpretao Radargeolgica, 62 Professor - Manoel Ricardo D. Correia

CENTRO UNIVERSITRIO DO NORTE - UNINORTE GEOTECNOLOGIAS Fundao IBGE, 1995. Manuais Tcnicos em Geocincias no 5, Manual de Geomorfologia, Fundao IBGE, 1995 Manual do Instruendo - Arquivo Grfico Municipal, Fundao IBGE, 1995 Manual Tcnico - Restituio Fotogramtrica Ministrio do Exrcito, 1976 MELLO, MAURO PEREIRA DE, Cadernos de Geocincias n. 1, Fundao IBGE, 1988 NETO, GILBERTO CMARA. Perespectivas em Cartografia por Satlite no Brasil: 1985 a 1990, Revista Brasileira de Cartografia n. 41, 1987. Notas de Noes Bsicas de Cartografia - SBC, 1986 NOVO, EVLYN M.L. DE MORAES. Sensoriamento Remoto Princpios e Aplicaes, Ed. E.Blcher, 1992. OLIVEIRA, CURIO DE. Curso de Cartografia Moderna, Fundao IBGE, 1988 OLIVEIRA, CURIO DE. Dicionrio de Cartografia, Fundao IBGE - 1988 OLIVEIRA, MARCO ANTONIO DE E ET ALLI, Metodologia de Atualizao para Cartas e Mapas, Fundao IBGE. RAISZ, ERWIN. Cartografia Geral - Rio de Janeiro, 1969. VIADANA, MARIA ISABEL C. DE FREITAS. Artigo, Alguma Metodologia de Aplicao Cartogrfica UNESP - Rio Claro, SP, 1993.



INTRODUO AO SENSORIAMENTO REMOTO

*Nota: A presente apostila foi criada com base em: 1. Livros de Sensoriamento Remoto citados na Referncia Bibliograficas

Agradecimento: Ao 1 Sgt EB Gleby Odarlon Cardoso de Souza

Sumrio1 PRINCPIOS FSICOS EM SENSORIAMENTO REMOTO 2 COMPORTAMENTO ESPECTRAL DE ALVOS ADOS ESPACIAIS 3 SISTEMAS SENSORES 4 REFERNCIAS BIBLIOGRAFICAS



1 PRINCPIOS FSICOS EM SENSORIAMENTO REMOTO

Como mencionado na introduo, na metodologia de sensoriamento remoto duas fases podem ser destacadas: a aquisio de dados relacionada com os processos de deteco e registro de informao, e a fase de utilizao/anlise dos dados que compreende o tratamento e a extrao de informaes dos dados obtidos. Na fase de aquisio temos alguns elementos que devem ser bem compreendidos para uma correta interpretao dos dados adquiridos. Esses elementos so: radiao eletromagntica, fonte de radiao, efeitos atmosfricos, comportamento espectral dos alvos e sistema sensor, conforme pode ser observado na FIG 2.

1.1 A radiao eletromagntica

O fluxo de radiao eletromagntica, ao se propagar pelo espao, pode interagir com superfcies ou objetos, sendo por estes refletido, absorvido e/ou reemitido. Este fluxo depende fortemente das propriedades fsico-qumicas dos elementos irradiados, e o fluxo resultante constitui uma valiosa fonte de informaes a respeito daquelas superfcies ou objetos. Dentro deste contexto, pode-se conceituar sensoriamento remoto como um conjunto de atividades cujo objetivo consiste na caracterizao das propriedades fsico-qumicas de alvos naturais, atravs da deteco, registro e anlise do fluxo de energia radiante por eles refletido e/ou emitido. De todas as formas de energia existentes a de especial importncia para o sensoriamento remoto a radiao eletromagntica ou energia radiante, cujas fontes principais so o Sol e a Terra.



A radiao eletromagntica (REM) definida como sendo a forma de energia que se move velocidade da luz, seja em forma de ondas ou de partculas eletromagnticas, e que no necessita de um meio material para se propagar. gerada quando uma partcula eletrizada acelerada, possuindo assim duas componentes, uma eltrica e outra magntica, que vibram perpendicularmente direo de propagao (FIG. 3) Existem dois modelos para explicar a natureza desta radiao: o ondulatrio e o corpuscular. No primeiro modelo, a radiao eletromagntica propaga-se sob a forma de ondas, a uma velocidade de 300.000 Km/s no vcuo. Pode ser descrita em termos de velocidade [c], comprimento de onda , e freqncia (f). O produto da freqncia (Hertz) pelo comprimento de ondas (metros), d a velocidade da luz em metros por segundo. C=f



Para um mesmo meio, a freqncia, definida como o nmero de ondas por segundo, que passa por um determinado ponto da trajetria de uma radiao eletromagntica, inversamente proporcional ao comprimento de onda. Quando a radiao eletromagntica passa do vcuo para outro meio tem sua velocidade diminuda de um fator n. Modifica-se a velocidade e o comprimento de onda, mantendo constante a freqncia. v = c/n

Onde n definido como ndice de refrao desse meio e uma caracterstica dele. Assim, o fenmeno da refrao atribudo ao fato de a luz assumir velocidades diferentes, em diferentes meios; e quando um raio luminoso passa de um meio para outro sofre mudana de direo. A lei de Snell nos permite relacionar os ndices de refrao de dois meios diferentes. n1sen(1) = n2sen() Se o meio 1 for o vcuo (n = 1), a equao de Snell ficaria assim: sen(1) = n sen(2) Quando a luz passa de um meio mais refringente para outro meio menos refringente pode ocorrer um fenmeno curioso. Sendo o ngulo de refrao maior que o ngulo de incidncia, existe determinado ngulo de incidncia chamado ngulo limite, para o qual ocorre uma refrao em que o raio luminoso desvia de 90 em relao linha normal (ou seja, o raio sai paralelo superfcie de separao dos dois meios, tangenciando-a). Neste caso, temos:67 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


sen (lim) = n2/n1 Para ngulos de incidncia maiores que o ngulo limite no haver refrao e toda a luz ser refletida. Este fenmeno denomina-se reflexo interna total e muito comum em elementos de alto ndice de refrao, como a gua, o vidro e o diamante. A teoria ondulatria da radiao luminosa parecia definitivamente consagrada quando, em 1905, Einstein lana mo da hiptese da quantizao da energia de Plank para explicar o efeito fotoeltrico. Este efeito (fotoeltrico) consiste na emisso de eltrons por uma superfcie metlica, quando nela se faz incidir um feixe luminoso de freqncia acima de certo valor caracterstico para o metal. Aumentado-se a intensidade da luz, o nmero de eltrons emitidos aumenta. Aumentando-se a freqncia da luz acima do valor caracterstico observa-se que os eltrons so emitidos com maior energia cintica. Einstein demonstrou que esse resultado pode ser compreendido se a energia da luz no estiver distribuda continuamente no espao, mas quantificada em pequenos corpsculos, os fotos. Este modelo (corpuscular) tambm importante no estudo da emisso e absoro, alm de explicar fenmenos como a fluorescncia e interaes atmicas e moleculares. Segundo esta teoria, a energia eletromagntica emitida, absorvida ou mesmo propagada em forma de pequenas partculas de energia, denominadas ftons ou quanta. Um fton caracterizado pela seguinte equao: E=hf Onde E a quantidade de energia (jaule), h a constante de Planck (6,6256 x 10-27

ergs.seg) e f a freqncia ( em unidade de tempo). Apenas acima de certa

freqncia caracterstica a energia do fton suficiente para arrancar um eltron do tomo. A partir da passou-se a encarar a dualidade ondulatria-corpuscular com sendo inerente natureza da radiao eletromagntica. O carter corpuscular da radiao eletromagntica torna-se mais evidente em regies do espectro de alta freqncia, e especialmente em sua interao com a matria.68 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Portanto, a radiao eletromagntica pode ser descrita em termos de comprimento de onda, freqncia. A equivalncia entre as diferentes unidades pode ser verificada a seguir: Comprimento de onda () Quilmetros (Km) Metro (m) Centmetro (cm) Milmetro (mm) Micrmetro (m) Nanmetros (nm) Angstron (A) = 1000m =1m = 0,01 m = 0,001 m = 0,000001 m = 0,000000001 m = 0,0000000001 m = 10-2 m = 10-3 m =10-6 m = 10-9 m = 10-10 m

Freqncia (ciclos por segundo)

Hertz (Hz) Kilohertz (KHz) Megahertz (MHz) Gigaherz (GHz)

= 1 Hz = 1.000 = 1.000.000 = 1.000.000.000 = 103 = 106 = 109

A faixa de comprimento de onda, freqncia ou energia em que se encontra a radiao eletromagntica praticamente ilimitada. A representao contnua da radiao eletromagntica em termos de comprimento de onda, freqncia ou energia denominada de espectro eletromagntico, conforme pode ser verificado na FIG. 4.



O espectro eletromagntico subdividido em faixas, que representam regies possuindo caractersticas peculiares em termos de processos fsicos geradores de energia, ou mecanismos fsicos de deteco desta energia. Embora o limite de cada faixa espectral no seja bem definido, as seguintes regies podem ser destacadas: raios csmicos, raios (< 0,03 nm), raios X (0,03 3,0 nm), ultravioleta (0,003 0,4 m), visvel (0,4 0,72 m), infravermelho prximo (0,72 1,3 m), infravermelho mdio (1,3 4,0 m), infravermelho distante (4,0 - 300m), microonda (1,0 100 cm) e ondas de rdio (> 100 cm). medida que se avana para a direita do espectro temos ondas de maior comprimento de onda e menor freqncia. A faixa espectral que se estende de 0,3 m a 15 m, a mais usada em sensoriamento remoto (UV IRD), embora a regio de microondas seja tambm utilizada. Das faixas mais utilizadas em sensoriamento remoto, algumas recebem denominaes prprias, a saber: espectro fotogrfico (0,3 0,9 m), espectro refletivo (o,3 4,0 m), espectro emissivo ( > 4,0 m) e espectro infravermelho termal (8,0 14,0 m). Apenas as radiaes de comprimentos de onda compreendidos entre 0,4 0,72m podem ser detectadas pelo olho humano constituindo a faixa visvel do espectro eletromagntico ou luz visvel. Dentro dessa faixa, o olho humano consegue diferenciar as seguintes cores: violeta (0,40 0,45 m), azul (0,45 0,50 m); verde (0,50 0,5470 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


m); amarelo (0,54 0,59 m); laranja (0,59 0,65 m) e vermelho (0,65 0,72 m). Esses intervalos so aproximados, pois no h limites ntidos entre as cores, como pode ser observado no arco-ris. As radiaes com comprimento de onda superior a 0,72 m, por apresentar freqncia menor do que a luz vermelha, so ditas infravermelhas, e as radiaes com comprimento de onda menor do que 0,40 m (freqncia superior da luz violeta) so denominadas ultravioletas.

1.2 Conceitos fundamentais

1.2.1 Irradincia

Irradincia (E) a quantidade de radiao que incide sobre uma superfcie, por unidade de rea. Pode ser expressa em W/m2, mW/cm2, cal./cm2 min. O sol a principal fonte de radiao eletromagntica da Terra. Possui uma massa gasosa constituda de 73% de hidrognio, 25% de hlio e 2% de outros gases. Sua superfcie chamada de fotosfera, cuja temperatura de aproximadamente 6.000 K. A quantidade total de radiao eletromagntica recebida pela Terra determinada pela projeo da sua superfcie sobre um plano perpendicular propagao da radiao (R2). Da que a radiao solar mdia recebida sobre a terra designada por insolao, seja 342 W/m2, valor correspondente a da constante solar. O valor real recebido superfcie do planeta depende dos fatores astronmicos, da latitude geogrfica, da poca do ano (em funo da posio da Terra ao longo da eclptica), do estado de transparncia da atmosfera sobre a localidade, em particular da nebulosidade.



A energia solar originada de reaes termonucleares, onde o hidrognio transformado em hlio, liberando energia neste processo. A terra, enquanto efetua seu movimento de translao em torno do Sol, gira em torno de seu prprio eixo, definindo o movimento de rotao. O plano perpendicular ao eixo de rotao da Terra est inclinado em relao ao plano de rbita da Terra ao redor do Sol com um ngulo de 2327. Dessa forma, a Terra, ao longo do ano, est sujeita a diferentes condies de iluminao.

A irradincia solar em uma superfcie varia em funo da: variao anual da distncia zenital e azimute solar (variao sazonal), que ocorre devido variao da declinao solar; esta por sua vez funo da inclinao do eixo de rotao terrestre ( 2327) em relao ao plano de rbita da Terra em torno do Sol; variao da distncia Terra-Sol durante o ano, provocada pela rbita elptica da Terra, e responsvel pela alterao de mais ou menos 2% na irradincia; transmitncia atmosfrica, que por sua vez varia em funo da quantidade e qualidade das molculas presentes na atmosfera (oznio, vapor dgua, dixido de carbono, partculas de poeira etc.) e do comprimento de onda; inclinao e orientao da superfcie topogrfica em relao fonte de irradiao. A irradincia solar no topo da atmosfera e ao nvel do mar pode ser observada na FIG. 6.

Portanto, a irradincia em uma superfcie pode ser calculada por: E = Eo cos seczr2

W/m

2



Onde Eo a constante solar (1367 w/m2 ou 1,98 cal/cm2.min), r a distncia Terra-Sol; o ngulo entre o Sol e a normal superfcie; z a distncia zenital do Sol e a transmitncia da atmosfera. O ngulo entre o Sol e a normal superfcie () pode ser determinado pela frmula: cos() = sin (Z) sin(i) cos(Ad) + cos (Z) sin(i)

Onde i a inclinao da superfcie topogrfica e Ad a diferena entre o azimute do Sol (A) e o da superfcie topogrfica (As). A distncia zenital do Sol (z) e o azimute do Sol (A) podem ser calculados, respectivamente, por: cos(Z) = sin() sin() + cos () cos() cos(H) cos(A) = (sin() + sin() cos(Z))/(sin(Z) cos()) Onde a latitude do local, a declinao do Sol e H o ngulo horrio do Sol.

A altura do sol ou elevao solar (EL) pode ser calculada por EL = 90 Z O azimute da superfcie topogrfica (As) pode ser determinado usando-se uma folha topogrfica.

A declinao pode ser calculada pela seguinte equao:

= 23,45 sin(360/365 (284 + dn))Onde dn o dia do ano, que varia de 1 a 365 para o perodo de 1 de janeiro a 31 de dezembro. Para fevereiro consta-se 28 dias. O ngulo horrio do Sol pode ser determinado por H = (Hora 12) 15 A distncia Terra-Sol ( r ) para um determinado dia do ano pode ser determinada por:73 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


As FIG. 7, 8 e 9 mostram respectivamente os valores de elevao solar, azimute solar e irradincia solar na superfcie (W/m2 ), para as latitudes de 0, 10, 20, 30, 40 e 50 sul, no horrio aproximado de passagem da maioria dos satlites que obtm imagens na superfcie terrestre (10:horas).







1.2.2 Emitncia

Emitncia (M) ou exitncia a quantidade de radiao que deixa determinada superfcie (emitida e no refletida) por unidade de rea, podendo ser expressa em W/m2, mW/cm2, cal./cm2 min. dependente da temperatura dos alvos.

1.2.3 Radincia

Radincia ( R ) a quantidade de radiao que deixa determinada superfcie por unidade de rea em uma direo de medida. A radincia inclui tanto a radiao emitida como a radiao refletida pelos alvos. Para alvos naturais da superfcie terrestre, o que determina se o sistema sensor est registrando a emitncia ou a reflectncia o comprimento de onda em que estiver operando o sensor, o que pode ser caracterizado pes propriedades dos detectores, filtros, etc. Se m, ele estar registrando



predominantemente a reflectncia dos alvos. Caso contrrio, estar registrando predominantemente a emitncia dos mesmos. A radincia de uma superfcie pode ser determinada de forma simplificada por: R = E + M W/m2 Sr

Onde E a Irradincia na superfcie; a reflectncia e M a emitncia dos alvos. No caso da obteno de informaes distncia, como o caso de um sensor orbital, a equao da radincia fica assim representada: R = (( E/) + M) + S Onde: a transmitncia e S o espalhamento da atmosfera. 1.2.4 Interao da radiao eletromagntica com a matria

Quando um fluxo de radiao eletromagntica incidir sobre uma superfcie (alvo), podem ocorrer trs fenmenos: reflectncia (), absortncia () e/ou transmitncia (), conforme FIG. 10.

= r/i

= a/i

= t/i

Onde i o fluxo de radiao incidente; r o fluxo de radiao refletido; a o fluxo de radiao absorvido e t o fluxo de radiao transmitido.

++=1Para alvos opacos, a transmitncia () igual a zero. Assim temos:

+=1Aplicando-se o conceito de corpo negro, onde a radiao absorvida emitida, podemos dizer que:

=1-Para os corpos negros a emissividade = 1; para corpos reais 0 < < 1; um reflector perfeito possui = 0.78 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


Quando a radiao eletromagntica atinge uma superfcie opaca irregular, ocorre a reflexo difusa. Se a superfcie opaca e polida (lisa), a reflexo chamada especular. Se o material transparente, uma parte da radiao penetra no material, sofrendo mudana de direo, fenmeno este j visto, em que se d o nome de refrao (FIG. 11).

Associado a estes fenmenos existe outro, o de absoro. Neste caso, a energia transportada, especialmente pelos raios luminosos, converte-se em outras formas de energia, como por exemplo o calor. O material vai sendo aquecido at atingir uma temperatura constante, sendo que nesta situao de equilbrio a energia absorvida da radiao luminosa que chega igual emitida pelo material, de forma geral, em comprimentos de ondas maiores do que os da radiao absorvida. Essa emisso explica, por exemplo, o efeito estufa: o vidro, assim como o plstico, deixa passar a radiao correspondente aos

comprimentos de onda do visvel, sendo opaco ao infravermelho. Assim, a luz visvel79 Professor - Manoel Ricardo D. Correia


passa pelo vidro e aquece o ambiente, que comea a emitir no infravermelho, radiao esta que no sai do ambiente, pois o vidro lhe opaco, com o que aquecimento do ambiente torna-se maior. Na maioria das aplicaes em sensoriamento remoto, h interesse em se identificar, monitorar ou estudar algum alvo ou fenmeno que se processa na superfcie terrestre ou que nela tenha influncia. O processo de maior relevncia na interao da radiao eletromagntica com os alvos da superfcie terrestre a reflexo ou reflectncia. Isto porque a maior parte das informaes destes alvos obtida atravs da anlise da radiao refletida. No que se refere distribuio espacial da radiao refletida por uma superfcie, pode-se considerar dois casos: a reflexo especular, causada por superfcies lisas, e a reflexo difusa, causada por superfcies rugosas. A classificao de superfcie lisa ou rugosa vai depender do comprimento de onda da radiao, do ngulo de incidncia desta radiao e das irregularidades da superfcie. Assim, uma superfcie rugosa na faixa do visvel pode parecer lisa na faixa de microondas. Uma superfcie dita lisa para determinado comprimento de onda () e o ngulo de incidncia () quando suas irregularidades mdias (h) obedecem a relao: h < /8 cos() Quando uma superfcie completamente difusa, dcada um de seus pontos reflete a radiao eletromagntica mo uma fonte lambertiana (superfcie lambertiana), isto , sua radincia independe do ngulo de visada do sistema sensor.

1.3 Efeitos atmosfricos

Quando se adquire um dado atravs de um sensor remoto, seja a nvel orbital ou suborbital, o sinal coletado interage com atmosfera at atingir o sensor. Assim, torna-se



importante conhecer os efeitos causados pela atmosfera no sinal medido por um sensor. A atmosfera formada por um conjunto de gases, vapor dgua e partculas, que envolve a superfcie da Terra. No existe um limite superior par a atmosfera; verifica-se apenas uma progressiva rarefao do ar com a altitude. Geralmente considera-se que a atmosfera terrestre possui cerca de 80 a 100 Km de espessura. Sob o ponto de vista termodinmico, a atmosfera um sistema aberto, ou seja, h intercmbio de massa com a superfcie terrestre e com o espao. A fase dispersante o ar, uma mistura homognea de nitrognio (78%), oxignio (21%), argnio (1%), dixido de carbono e outros gases que figuram em pequenas propores. A concentrao de vapor dgua na atmosfera pequena, pois dificilmente ultrapassa 4% em volume; bastante varivel (quantidade maior nas regies tropicais e menor nas regies polares) e, geralmente, diminui com altitude. No entanto, exerce importante influncia na aquisio de dados por sensoriamento remoto. Dois so os processos de atenuao mais importante que afetam a propagao da radiao eletromagntica pela atmosfera: absoro e espalhamento.

1.3.1 Absoro

A radiao eletromagntica, ao se propagar pela atmosfera, absorvida seletivamente pelos seus vrios constituintes, tais como: vapor dgua, oznio, dixido de carbono etc. Dentro das faixas do ultravioleta e visvel, o oznio o principal atenuador por absoro, enquanto que na faixa do infravermelho o vapor dgua e o dixido de carbono so os principais atenuadores (FIG. 12). Existe, entretanto, ao longo de todo o espectro eletromagntico, regies onde a absoro atmosfrica relativamente pequena; estas regies so conhecidas como janelas atmosfricas e caracterizam-se por possurem uma boa transmitncia. nessas

introducao as geotecnologias

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