Fundamentos de Cartografia para SIG

Os conceitos envolvendo a Cartografia são fundamentais para quem trabalha com a análise de dados espaciais e elaboração de mapas, porque permitem ao profissional gerar produtos de maior qualidade, com padrão universal.

Assim, compreender sobre Sensoriamento Remoto, Sistemas de Informações Geográficas, Geoprocessamento, Geotecnologias e principalmente Cartografia é essencial para bons profissionais, permitindo maior domínio sobre as bases que alicerçam a sua prática.

Devido a importância da Ciência Cartográfica na geração de mapeamentos mais fieis à realidade, decidi fazer uma série de vídeos teóricos explicando alguns fundamentos da Cartografia muito úteis para quem trabalha com softwares de SIG, por exemplo, tipos de dados espaciais, projeções cartográficas e sistema de referência de coordenadas.

Os vídeos podem ser encontrados no canal da Geoaplicada, clicando nesta playlist.

Organizei todo o material neste artigo baseado nos tópicos dos vídeos do Canal e ao final você pode acessar o link para baixar o slide pronto.

Cartografia

Primeiramente, vamos tratar sobre Cartografia, a Ciência que busca representar a superfície terrestre por meio de mapas.

Em uma definição mais abrangente, que foi estabelecida pela Associação Cartográfica Internacional, em 1966, a cartografia é:

O conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que, tendo por base os resultados de observações diretas ou da análise de documentação, se voltam para a elaboração de mapas, cartas e outras formas de expressão ou representação de objetos, elementos, fenômenos e ambientes físicos e socioeconômicos, bem como a sua utilização.

Divisão Cartográfica

A Cartografia pode ser dividida em dois grandes grupos, a Sistemática e a Temática:

Cartografia sistemática ou de base

Essa cartografia se preocupa com a geração de mapeamentos que servirão de base para outras representações. A cartografia sistemática é elaborada por profissionais mais especializados, como engenheiros cartógrafos, além disso, por ser de uso geral, possui convenções cartográficas (explicadas no tópico sobre elementos fundamentais de um mapa).

Nesse tipo de cartografia são representados, por exemplo, altitudes, vias, distâncias, localização de cidades, etc. Um bom exemplo é a Carta Topográfica.

Cartografia temática

Esta cartografia envolve mapeamentos de temas específicos, cuja maior preocupação é com o conteúdo que será apresentado. São, portanto, mapas que buscam dizer O quê, Onde e as vezes Como ocorre determinado fenômeno geográfico, utilizando símbolos gráficos.

Mapas de relevo, climáticos e de densidade populacional são exemplos de produtos da Cartografia temática.

Representação Cartográfica

A Terra pode ser representada de diferentes formas como pode ser visto nas figuras abaixo. Cada qual serve a um propósito específico, sendo elas:

• Globo

Uma representação esférica da superfície terrestre em pequena escala e a mais fiel representação da Terra por simular a curvatura terrestre.

• Mapa

Representação plana da superfície terrestre geralmente em pequena escala, para fins culturais, ilustrativos ou científicos.

• Carta

Representação plana da superfície terrestre em média e grande escala. Permite avaliação precisa de distâncias, localização, altitude, etc. Também se diferencia por ser dividida em folhas de forma sistemática. Alguns autores dividem as cartas em: cartas cadastrais, possuem escala maior que 1: 5.000 e cartas topográficas, escalas entre 1:25.000 e 1:250.000.

• Planta

Representação plana da superfície terrestre em grande escala (por exemplo, maior que 1:1.000). Apresenta detalhes minuciosos do terreno, como ruas, residências, rede de esgoto, etc.

Apesar de existir essa classificação, é importante ressaltar que nem sempre essa divisão entre mapa, carta e planta é aplicada, de modo que o termo mais utilizado para designar essa forma de representar graficamente a superfície terrestre é o “Mapa”.

Cartografia Digital

Ela surgiu com os avanços tecnológicos, tendo como objetivo a geração de mapeamentos confiáveis, com uso de todos os elementos necessários para compreensão da distribuição espacial do fenômeno representado.

Os softwares de SIG são muito utilizados na cartografia digital, mas não são os únicos. O Google Earth e o Autocad também são softwares usados na cartografia e não são considerados SIGs.

A propósito, fiz uma abordagem mais completa sobre o tema no canal, que você pode acessar aqui.

Sistemas de Informação Geográfica

O segundo tópico compreende o SIG, em inglês GIS (Geographic Information System), que é um sistema composto por dados, hardware, pessoas, metodologias e o software.

Estes componentes se integram nos permitindo armazenar, manipular e analisar uma riqueza de dados e informações espaciais:

Geoprocessamento

Um software SIG é a ferramenta computacional do Geoprocessamento, que por sua vez pode ser definido como:

O processamento de dados com referência espacial, que tem como objetivo gerar uma informação, também com referência espacial.

O Geoprocessamento possui diversas aplicações em diferentes setores da economia, nos serviços públicos e na conservação ambiental.

Existem vários softwares para Geoprocessamento na atualidade, como ArcGIS (proprietário) e o QGIS (um dos mais famosos softwares SIG do mundo). Você pode conferir uma lista deles neste link.

Aliás, no blog tem artigo sobre SIG e um sobre Geoprocessamento, além de um vídeo sobre o tema no canal. Em suma, nele explico o que é Geoinformática, Geoprocessamento e Geotecnologias, o que são e quais as diferenças entre eles, recomendo a leitura.

Dados espaciais

No terceiro tópico, prosseguimos os Fundamentos de Cartografia com tema dados espaciais. Para entender sua definição, vamos compreender o que são dados.

Os dados são registros de fenômenos que não passaram por um tratamento. Todo SIG trabalha com dados, mas eles precisam ser georreferenciados.

Dados espaciais, também chamados de dados geográficos ou georreferenciados, são dados que possuem uma localização na superfície terrestre, ou seja, que possuem coordenadas.

São exemplos de dados espaciais:

Tipos de dados espaciais

Os dados espaciais são divididos em dois grandes grupos, a saber, dados gráficos ou espaciais e dados alfanuméricos.

Dados gráficos/espaciais

São representados graficamente através de figuras geométricas vetoriais ou de matrizes.

A escolha entre esses dois tipos de dados vai depender do objetivo do seu trabalho e do fenômeno analisado.

• Vetorial: os fenômenos são representados por pontos, linhas ou polígonos (também chamados de primitivas gráficas).
• Matriciais ou Raster: os fenômenos são representados por meio de matrizes com linhas e colunas cuja intersecção, chamada de célula ou pixel, armazena o dado.

Dados de atributo/alfanuméricos

Já os dados alfanuméricos são representados por códigos textuais, números ou símbolos armazenados em tabelas, vinculados às feições gráficas que possuem referência espacial.

Saiba mais vendo o vídeo sobre dados espaciais no canal.

Projeções cartográficas

Prosseguindo no quarto tópico, no qual veremos outro conceito fundamental para quem trabalha com mapas, a projeção cartográfica. O objetivo da projeção cartográfica é representar a superfície da Terra ou uma parte da Terra num pedaço de papel ou tela de computador.

Todas as projeções causam distorções, portanto, cabe ao profissional escolher aquela que melhor represente a superfície que está mapeando.

Classificação das projeções

Veja no quadro abaixo um resumo do tipo de classificação e exemplos de projeções:

Classificação	Nome
Quanto ao método	Geométricas, Analíticas
Quanto à superfície de projeção	Planas ou Azimutais Cônicas, Cilíndricas Polisuperficiais
Quanto às propriedades	Equidistantes, Conformes Equivalentes, Afiláticas
Quanto ao tipo de contato entre as superfícies de projeção e referências	Tangentes Secantes

Agora vamos ver um pouco mais sobre cada uma delas.

Classificação quanto ao método

• Geométricas: envolve princípios projetivos, segundo um ponto de vista.
• Analíticas: aquelas que perderam o sentido geométrico propriamente dito em consequência da introdução de leis matemáticas, visando à obtenção de determinada propriedade.

Classificação quanto à superfície de projeção

• Projeções planas ou azimutais: projeções da superfície terrestre sobre um plano a partir de um determinado ponto de vista. Existem três tipos: polar, equatorial ou oblíqua (horizontal).
• Projeções cônicas: projeções da superfície terrestre sobre um cone, que posteriormente é planificado. Apresentam paralelos circulares e meridianos radiais. Existem Três tipos: normal, transversal e oblíqua (horizontal).
• Projeções cilíndricas: projeções da superfície terrestre sobre um cilindro envolvente, que posteriormente é planificado. Apresentam os paralelos retos e horizontais e os meridianos retos e verticais. Há deformação as regiões de elevadas latitudes. Existem três tipos: equatorial, transversal e oblíqua (horizontal).
• Projeções polisuperficiais: aquelas em que há o emprego de mais do que uma superfície de projeção para aumentar o contato com a superfície de referência e, portanto, diminuir as deformações. Existem três tipos: plano-poliédrica; cone-policônica; cilindro-policilíndrica.

Classificação quanto às propriedades

Exemplos de projeções quanto às propriedades

• Equidistantes: não apresentam deformações lineares, isto é, os comprimentos são representados em escala uniforme, em determinada direção, em outras palavras, conservam as distâncias.
• Conformes: não deformam os ângulos e formas, mas alteram as áreas, ou seja, conservam os ângulos.
• Equivalentes: Não deformam as áreas, isto é, as áreas no mapa guardam uma relação constante com suas correspondentes na superfície da Terra, resumidamente, conservam áreas.
• Afiláticas ou convencionais: Os comprimentos, as áreas e os ângulos não são conservados. Entretanto, podem possuir uma ou outra característica que justifique sua construção. A projeção de Robinson é um exemplo do tipo afilática/convencional e que é muito usada em mapas mundi.

Classificação quanto ao tipo de contato entre as superfícies de projeção e referências

• Tangentes: a superfície de projeção é tangente à de referência (plano – um ponto; cone e cilindro – uma linha);
• Secantes: superfície de projeção secciona a superfície de referência (plano – uma linha; cone – duas linhas desiguais; cilindro – duas linhas iguais).

Veja mais no vídeo sobre projeções cartográficas no canal.

Sistemas de Coordenadas

Em quinto lugar, é necessário conhecer os Sistemas de Coordenadas, pois são necessários para expressar a posição de pontos sobre uma superfície, seja ela um elipsóide, esfera ou um plano. Em outras palavras, é o endereço de determinado ponto.

Existem três tipos de sistemas de coordenadas, as cartesianas, plano-retangulares e as geodésicas:

• Sistema de coordenadas cartesianas: conjunto de três retas (x, y e z), denominadas de eixos coordenados, que são mutuamente perpendiculares;
• Sistema de coordenadas plano-retangulares ou projetadas: originário das coordenadas cartesianas, representam as coordenadas em um plano a partir de projeções cartográficas. Cada projeção dá o nome a um tipo de sistema de coordenadas plano-retangulares.
• Sistema de coordenadas geodésicas: coordenadas definidas pela latitude e longitude geodésicas (ângulos em relação ao elipsoide).

Temos um vídeo sobre Sistema de Coordenadas que pode ser acessado aqui.

Modelos de Representação da Terra

A fim de facilitar a representação da superfície física terrestre, que é extremamente difícil de ser modelada em sua totalidade, foram desenvolvidos modelos de representação, com destaque para o geóide e o elipsóide, explicados neste sexto tópico.

Geóide

É a superfície do nível médio do mar homogêneo supostamente prolongado por sob os continentes (conforme IBGE). Essa superfície se deve, principalmente, às forças de atração (gravidade) e força centrífuga (rotação da Terra) e acompanha as variações da estrutura de distribuição de massa da Terra. É usado para medir elevações na superfície de forma precisa.

Elipsóide de Revolução

É a superfície de referência utilizada nos cálculos para a elaboração de uma representação cartográfica, pode ser visualizada como uma elipse achatada nos polos.

Cada país adota um elipsóide como referência, o que mais se aproxima do geóide na região considerada. No Brasil o elipsóide adotado é o Geodetic Reference System of 1980 (GRS80).

Datum

Provavelmente você já deve ter ouvido falar sobre ele, ou mesmo ter tido problemas na utilização de diferentes data (plural de datum). De acordo com o IBGE, o datum é composto pela forma e tamanho de um elipsóide, bem como sua posição relativa ao geóide.

De forma simples, podemos dizer que datum é um modelo matemático teórico de referência para a representação da superfície da Terra, utilizado em um determinado mapa ou carta.

Exemplo de datum cuja referência é o centro da Terra (geocêntrico) e datum cuja referência está na superfície da Terra (topocêntrico)

Existem dois tipos de data: o datum horizontal ou planimétrico e o datum vertical ou altimétrico.

• Datum planimétrico ou geodésico

É um ponto de origem para a referência das coordenadas a nível local ou global.

• Datum altimétrico

É a superfície de referência a partir da qual são calculadas todas as altitudes de uma área.

Cada país ou região escolhe o datum que melhor represente sua área. Veja uma lista de data adotados oficialmente no Brasil

Histórico de data utilizados no Brasil

• Córrego Alegre: adotado na década de 50, tinha como vértice o ponto Córrego Alegre, e o elipsóide Internacional de Hayford de 1924 como superfície de referência, sendo seu posicionamento e orientação determinados astronomicamente;
• Astro Datum Chuá: a partir de estudos gravimétricos na região do ponto Córrego Alegre, foi escolhido um novo ponto, no vértice de Chuá. Este sistema foi estabelecido pelo IBGE em caráter provisório, como um ensaio para a implantação do Datum SAD69.
• SAD 69 (South American Datum): adotado em 1979. A imagem geométrica da Terra é definida pelo Elipsóide de Referência Internacional de 1967. Nela há a adoção de um referencial topocêntrico, isto é, o ponto de origem e orientação está na superfície terrestre.
• SAD 69 (1996): veio em um momento de reajustamento da rede geodésica brasileira, utilizando-se das novas técnicas de posicionamento por satélites GPS.
• SIRGAS 2000: Sistema de Referência Geocêntrico para as Américas, adotado em 2005. Desde 2015 é o datum oficial do Brasil em substituição ao SAD 69. Adota o elipsóide do Sistema Geodésico de Referência de 1980. A definição/orientação do SIRGAS 2000 é geocêntrica, ou seja, adota um referencial que tem a origem dos seus três eixos cartesianos localizada no centro de massa da Terra.

O datum utilizado mundialmente é o WGS 84 (World Geodetic System), atualmente na quarta versão do sistema de referência geodésico global estabelecido pelo Departamento de Defesa Americano desde 1960, com o objetivo de fornecer posicionamento e navegação em qualquer parte do mundo.

O WGS 84 adota o elipsóide do Sistema Geodésico de Referência de 1980, a próposito, o mesmo do SIRGAS 2000. É um sistema geocêntrico também, por isso ambos são muito semelhantes.

O datum é crucial para evitar erros de posicionamento, portanto, ao usar dados produzidos por outras pessoas ou instituições, é importante verificar qual datum foi usado para gerar o mapeamento. Além disso, se você estiver construindo um mapeamento do zero, deve ter certeza de qual datum é o mais adequado para a área que está trabalhando.

Para mais informações sobre datum e exemplos práticos da utilização de diferentes data, confira o vídeo sobre o tema no canal.

Sistema de Referência de Coordenadas (SRC)

Neste sétimo tópico veremos a junção das definições sobre sistema de coordenadas e datum, anteriormente apresentadas. Todo dado espacial inserido em um software de SIG, por exemplo, no QGIS, precisa de um Sistema de Referência de Coordenadas, sendo um sistema composto pelo:

Sistema de coordenadas geográficas + datum

ou

Sistema de coordenadas planas + projeção cartográfica + datum

Vamos entender cada um desses sistemas…

Sistema de coordenadas geográficas

É originado do sistema de coordenadas geodésicas e representa uma esfera, contendo medidas angulares em graus, minutos e segundos ou graus decimais. Os locais são identificados pela latitude e longitude com origem no centro da Terra.

Localizam de forma direta qualquer ponto sobre a superfície terrestre, sendo, portanto, um sistema global.

1º equivale a cerca de 111 km.

Os data usados conjuntamente ao Sistema de Coordenadas Geográficas podem ser o SIRGAS 2000 e o WGS84, por exemplo.

Sistema de coordenadas projetadas ou planas

É originado do sistema de coordenadas plano-retangulares, representam uma superfície plana e bidimensional, com medidas métricas. Os locais são identificados por valores x e y em uma grade, com origem no centro da grade.

Este sistema sempre envolve uma projeção adequada para um local específico e uma unidade de medida, geralmente em metros.

Os data usados conjuntamente ao Sistema de Coordenadas Planas podem ser o SIRGAS 2000 e o WGS84, por exemplo.

Um dos sistemas de coordenadas mais usados é Sistema de coordenadas planas UTM, que é um sistema de coordenadas baseado na Projeção Cilíndrica Transversa de Mercator e utilizado em todo o mundo.

Sistema de coordenadas planas UTM

O Sistema de coordenadas planas UTM divide o globo em 60 fusos de 6º de longitude contados a partir do antemeridiano de Greenwich (sentido Oeste-Leste), com as letras representando as zonas e os números os fusos.

O Brasil, abrange 8 fusos como pode ser observado na imagem abaixo:

A decisão entre usar o Sistema de coordenadas Geográficas ou o Sistema de coordenadas Planas é importante e depende do objetivo, área abrangida, escala, público-alvo, etc.

Se o objetivo é apenas situar um local em relação ao mundo, coordenadas geográficas satisfazem, pois são maior familiares ao público em geral.

Já as coordenas UTM possuem a vantagem de permitir o cálculo de distâncias de maneira mais rápida, apenas diminuindo um valor do outro, e são bastante utilizadas em trabalhos técnicos.

É importante dizer que se sua área mapeada envolver mais de um fuso UTM, o uso do sistema UTM não é adequado, pois os dados resultantes terão grande distorção e uma menor precisão.

Para entendimento prático do funcionamento e utilização do Sistema de Coordenadas Planas UTM, veja esse vídeo no canal.

Elementos fundamentais de um mapa

Por fim, chegamos ao oitavo e último tópico sobre Fundamentos de Cartografia para SIG, que consiste no entendimento da estrutura básica que caracteriza os mapas.

Aproveitando, existe no blog um artigo completo sobre mapa temático, que você pode ler aqui.

Resumidamente, um mapa deve possuir 6 elementos:

1 – Título

É uma descrição objetiva do que está sendo representado no mapa. Deve dizer “O que é”, “Onde” e em alguns casos “Quando” de forma sucinta.

2 – Orientação

É a direção do mapa, que pode ser representada por uma rosa do ventos ou por uma seta apontando para o norte.

3 – Grade de coordenadas

Indica a posição da área representada no mapa na superfície terrestre. Pode apresentar coordenadas geográficas ou coordenadas planas.

4 – Legenda

Atribui um significado à simbologia. Nela são apresentados os símbolos do mapa (pontos, linhas, áreas) e sua tradução. Geralmente localiza-se no canto direito ou inferior da folha. Um outro termo utilizado com sentido similar à Legenda é o Convenções Cartográficas, porém, nas convenções cartográficas são utilizados símbolos aceitos internacionalmente para fins de patronização, típico da cartografia sistemática.

5 – Escala

É a relação entre a medida de um objeto no mapa e sua medida real, podendo ser gráfica, numérica ou nominal.

6 – Fonte

Deve conter informações que possibilitem ao leitor verificar a autoria do mapa, ano/data de elaboração, fonte dos dados de origem, assim como o sistema referência de coordenadas. Quando for necessário, também deve-se inserir o logotipo da instituição.

Veja um exemplo de mapa com todos os elementos fundamentais:

Existem alguns outros elementos destacáveis, embora não-obrigatórios, como tabelas, mapa de localização, descrição metodológica, gráficos, etc. Estes podem ser usados dependendo do objetivo do mapa.

Mais uma vez, além do artigo com mais conteúdos sobre os mapas, temos um vídeo sobre o tema no canal, clique aqui para ver.

Considerações

Enfim, chegamos ao final do artigo 🙂

Ficou um pouco extenso, mas você pode baixar o slide mais organizado e mais ilustrado neste link.

Para ter acesso à lista completa dos vídeos no canal sobre os Fundamentos da Cartografia para SIG, que recomendo bastante, acesse aqui.

E todas as referências consultadas podem ser visualizadas aqui.

Agradeço por você ter me acompanhado neste artigo e qualquer dúvida comente abaixo que responderei assim que puder!