CARTOGRAFIA APLICADA À BIOGEOGRAFIA

CARTOGRAFIA APLICADA À BIOGEOGRAFIA

Simone Rodrigues de Freitas 2004 Reprodução autorizada desde que citada a fonte FREITAS, S. R. Cartografia aplicada à biogeografia, . Acesso em:....

2004.

Disponível

em

http://simonerfreitasufabc.wixsite.com/simonerfreitas

Certificado de Registro da Fundação Biblioteca Nacional no. 315.216; Livro 575; Folha 376 (24/03/2004)

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

ÍNDICE

CARTOGRAFIA APLICADA À BIOGEOGRAFIA................................................................ 3 COMO E PARA QUE A BIOGEOGRAFIA USA MAPAS? ....................................................................... 3 CONCEITOS BÁSICOS DE CARTOGRAFIA NECESSÁRIOS PARA A CONFECÇÃO CORRETA DE MAPAS PARA ESTUDOS BIOGEOGRÁFICOS ................................................................................................. 4

O geóide, o elipsóide e o datum .............................................................................................. 4 Sistema de coordenadas .......................................................................................................... 6 Escala ...................................................................................................................................... 8 Erro e Precisão Gráfica ........................................................................................................ 10 Sistemas de Projeção Cartográfica....................................................................................... 13 O Sistema Universal Transverso de Mercator (UTM).......................................................... 17 REPRESENTAÇÃO CARTOGRÁFICA : LENDO CARTAS TOPOGRÁFICAS ........................................... 20 Mapas, cartas ou plantas ...................................................................................................... 20 ONDE ADQUIRIR A BASE CARTOGRÁFICA ? .................................................................................. 23 COMO CONSTRUIR OU ATUALIZAR A BASE CARTOGRÁFICA ?....................................................... 24 Sensoriamento remoto e fotografias aéreas.......................................................................... 25 O uso do GPS na biogeografia ............................................................................................. 45 AS ESCALAS E PROJEÇÕES DOS MAPAS MAIS USADOS EM BIOGEOGRAFIA E SUAS LIMITAÇÕES .... 54 AS INFORMAÇÕES QUE NÃO PODEM DEIXAR DE ENTRAR EM UM MAPA ....................................... 55 COMO FAZER OS MAPAS DE DISTRIBUIÇÃO GEOGRÁFICA ............................................................ 57 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................. 62

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CARTOGRAFIA APLICADA À BIOGEOGRAFIA

Esse apostila tem o objetivo de capacitar alunos e profissionais da área de biogeografia na leitura e produção de mapas usados em trabalhos biogeográficos. Dessa forma, pretende fornecer os conhecimentos cartográficos básicos, discutir as limitações e aplicações das bases de dados cartográficos, e apresentar as ferramentas necessárias para a construção da base de dados e para a confecção dos mapas, possibilitando, assim, aumentar a qualidade e a confiabilidade do material cartográfico gerado em estudos biogeográficos.

Como e para que a biogeografia usa mapas? O principal objetivo da biogeografia é explicar os padrões de distribuição de espécies animais e vegetais, no presente e no passado (HENGEVELD, 1990; COX & MOORE, 1993; BROWN & LOMOLINO, 1998). Dessa forma, a biogeografia relaciona os pontos de ocorrência de uma determinada espécie às características ambientais e históricas destes pontos e da espécie (Figura 1). A distribuição das aves amazônicas e atlânticas em matas de galeria do cerrado (SILVA, 1996) e a distribuição do mico-leão-dourado no Estado do Rio de Janeiro (CERQUEIRA et al., 1998) são exemplos de estudos biogeográficos.

Figura 1. Mapa mostrando as localidades (números) de coleta das espécies Bola sp., Triângulo sp., Estrela sp. e Quadrado sp. no Brasil e no Peru (modificado de WEKSLER et al., 1999).

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Para realizar esses estudos biogeográficos é necessário conhecer os pontos de ocorrência da espécie estudada, e as características climáticas, vegetacionais, topográficas, geológicas, hidrológicas, entre outras, destes pontos. A maioria desses estudos, se utiliza de mapas para mostrar a distribuição geográfica da espécie estudada, com o limite de distribuição e os pontos de ocorrência plotados. Neste sentido, conhecimentos cartográficos são fundamentais para que os mapas sejam o mais precisos e confiáveis possível, sem o risco de perda de informação.

Conceitos básicos de cartografia necessários para a confecção correta de mapas para estudos biogeográficos

Para coletar os pontos de ocorrência de forma que eles possam ser plotados adequadamente no mapa, é preciso conhecer os conceitos de geóide, datum e sistemas de coordenadas. Para confeccionar um mapa adequado para o estudo em questão, é necessário, além disso, saber a escala e a projeção mais adequada para representar a área do estudo. É de fundamental importância ter consciência de que existe sempre um erro de localização intrínseco aos mapas, e que esse erro deve ser minimizado ao máximo, se adequando às necessidades do estudo.

O geóide, o elipsóide e o datum

A Terra possui a forma de um geóide, a superfície equipotencial do campo da gravidade terrestre que mais se aproxima do nível médio dos mares (Figura 2) (ROBINSON et al., 1995). No entanto, no caso de mapeamentos de precisão, é necessária a adoção de uma figura geométrica regular, matematicamente definida e semelhante ao geóide, chamado de elipsóide de revolução, que é um sólido gerado pela rotação de uma elipse em torno do eixo dos pólos (eixo menor) (IBGE, 1999; INPE, 2002). O geóide é usado como referência altimétrica para determinar o nível médio dos mares, e conseqüentemente o datum vertical, que é a origem das coordenadas verticais para todas as observações de altitude. O datum vertical oficial do Brasil, atualmente, corresponde ao nível médio determinado por um marégrafo instalado no Porto de Imbituba, em Santa Catarina, sendo utilizada como origem para toda rede altimétrica nacional, à 4

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exceção do estado Amapá (IBGE, 1999). Para referenciar a rede altimétrica do Amapá, usa-se o marégrafo instalado no Porto de Santana (AP) (IBGE, 1999). O elipsóide é a superfície de referência utilizada nos cálculos que fornecem subsídios para a elaboração de uma representação cartográfica (Figura 2) (IBGE, 1999). A forma e tamanho de um elipsóide, bem como sua posição relativa ao geóide define um sistema geodésico, ou datum geodésico (Figura 3). No caso do Brasil, atualmente utiliza-se o Sistema Geodésico Sul Americano de 1969 (SAD69), que adota o elipsóide de referência da União Geodésica e Geofísica Internacional de 1967, sendo a origem das coordenadas (ou datum planimétrico) a estação Vértice Chuá, em Minas Gerais (IBGE, 1999; PINA & CRUZ, 2000). No Brasil, até 1977, adotava-se como datum geodésico, o elipsóide Internacional de Hayford, de 1924, sendo o datum planimétrico a estação Córrego Alegre, em Minas Gerais (PINA & CRUZ, 2000). O Sistema Geodésico Brasileiro é constituído por cerca de 70.000 estações implantadas pelo IBGE em todo o Território Brasileiro, divididas em três redes: a) Rede Planimétrica (latitude e longitude de alta precisão); b) Rede Altimétrica (altitudes de alta precisão); e c) Rede Gravimétrica (valores precisos de aceleração da gravidade para determinar a forma e dimensão da Terra) (IBGE, 1999). No caso global, o datum considerado mais acurado é o WGS84, Sistema Geodésico Mundial, cujo elipsóide é orientado globalmente (ROBINSON et al., 1995).

Superfície Topográfica

Superfície do Elipsóide

Superfície do Geóide

Superfícies Terrestres Figura 2. O geóide e o elipsóide na superfície terrestre (modificado de NASA, 2001a).

O conceito de datum é importante para o georreferenciamento de pontos na superfície terrestre. Por exemplo, no uso do GPS (Sistema de Posicionamento Global) é importante definir 5

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o datum na configuração do sistema, para que as coordenadas obtidas sejam comparáveis às de cartas topográficas usadas como base cartográfica. As cartas topográficas do IBGE e do Exército, dependendo do ano de sua produção, podem ter como datum o SAD69 ou Córrego Alegre. Tendo datum, e conseqüentemente elipsóides de referência diferentes, as coordenadas obtidas em um estudo de campo através de GPS não serão comparáveis. Dessa forma, coordenadas obtidas em um mesmo ponto da superfície terrestre, usando data distintos, serão diferentes. Apesar da proximidade entre os sistemas Córrego Alegre e SAD69 ser grande, o fato de não se efetuar as transformações devidas para a compatibilização dos documentos utilizados, pode introduzir erros da ordem de 10 a 80 metros, que pode ser significativo de acordo com o objetivo e/ou a escala em uso (PINA & CRUZ, 2000). Geóide

Elipsóide com melhor ajuste regionalmente

Elipsóide médio da Terra globalmente

Figura 3. Datum regional e global.

Sistema de coordenadas

Os sistemas de coordenadas são necessários para expressar a posição de pontos sobre uma superfície, seja ela um elipsóide, uma esfera ou um plano (IBGE, 1999). Para o elipsóide usualmente emprega-se um sistema de coordenadas cartesiano curvilíneo, constituído por paralelos e meridianos, enquanto que para o plano, emprega-se um sistema de coordenadas cartesiano retangular X e Y. No sistema de coordenadas cartesiano curvilíneo, também conhecido como, sistemas de coordenadas geográficas, considera-se que qualquer ponto na superfície terrestre dista igualmente do centro da esfera (PINA & CRUZ, 2000). Meridianos são círculos máximos que 6

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Figura 5. Sistema de coordenadas planas ou cartesianas (INPE, 2002).

Escala

Todo mapa é a representação da superfície topográfica projetada sobre um plano. A representação possui menores proporções do que o mundo real, essa proporção é a escala. Dependendo da escala utilizada, determinados elementos podem se tornar imperceptíveis, esse problema é resolvido pela generalização e utilização de símbolos cartográficos (IBGE, 1999). A escala é, por definição, a relação entre a medida de um elemento representado no mapa e sua medida no mundo real, dada pela seguinte equação:

E = d/D onde: d = um comprimento tomado no mapa D = um comprimento tomado no terreno

Por exemplo, para um mapa com escala 1:100.000, 1cm na carta corresponderá a 1km no terreno (Tabela 1).

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Tabela 1. Escala e a relação dos comprimentos da carta e no terreno. Comprimento no Comprimento no Comprimento no Escala mapa (d) em cm terreno (D) em cm terreno (D) em m 1:500 1 500 5 1:1.000 1 1.000 10 1:5.000 1 5.000 50 1:10.000 1 10.000 100 1:25.000 1 25.000 250 1:50.000 1 50.000 500 1:100.000 1 100.000 1.000 1:250.000 1 250.000 2.500 1:500.000 1 500.000 5.000 1:1.000.000 1 1.000.000 10.000 1:2.500.000 1 2.500.000 25.000 1:5.000.000 1 5.000.000 50.000 1:20.000.000 1 20.000.000 200.000

Comprimento no terreno (D) em km 0,005 0,01 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2,5 5 10 25 50 200

A escala pode ser representada no mapa na forma gráfica e/ou númerica (Figura 6). Como a escala é uma fração, quanto maior o denominador, menor é a escala e menores são os detalhes contidos no mapa (Figura 7). As escalas ecológica e geográfica são o oposto, quanto menor a escala, maiores são os detalhes (WIENS, 1989).

Figura 6. Escalas Gráfica (acima) e Numérica (abaixo) (MELHORAMENTOS, 1998).

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Menor detalhe (p.ex. 1:50.000) Escala cartográfica menor Escala ecológica e geográfica maior Figura 7. Nível de detalhamento MELHORAMENTOS, 1998)

em

Maior detalhe (p.ex. 1:20.000) Escala cartográfica maior Escala ecológica e geográfica menor mapas

de

diferentes

escalas

(modificado

de

Erro e Precisão Gráfica

A menor unidade de percepção gráfica, ou erro gráfico, está associada a escala de representação

no

mapa.

O

olho

humano

permite

distinguir

uma

medida

linear

de

aproximadamente 0,1mm, enquanto um ponto será perceptível com valores em torno de 0,2mm de diâmetro (PINA & CRUZ, 2000; CRUZ et al., 2001). A experiência demonstrou que o menor comprimento gráfico que se pode representar em um desenho é de 0,2mm, sendo este o erro admissível (IBGE, 1999). Assim, dependendo da escala do mapa, o erro gráfico corresponderá a um erro de localização no mundo real (Tabela 2). O erro tolerável varia na razão direta do denominador da escala e inversa da escala, então quanto menor for a escala, maior será o erro admissível (IBGE, 1999). Sendo assim, o erro de medição (em ) será calculado da seguinte forma:

E = 1/M M = D/d

Seja: Então: onde:

e ou

E = d/D M = em/0,2 ou em = M x 0,2

E = escala do mapa M = denominador da escala do mapa d = um comprimento tomado no mapa D = um comprimento tomado no terreno em = erro de posicionamento no terreno (em mm) 0,2 = erro gráfico no mapa (em mm)

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Tabela 2. Escalas e erros de posicionamento correspondentes. Escala Erro Gráfico Erro de posicionamento no mundo no mapa real (mm) 1:1.000 0,2mm 200mm 1:2.000 0,2mm 400mm 1:5.000 0,2mm 1.000mm 1:10.000 0,2mm 2.000mm 1:20.000 0,2mm 4.000mm 1:25.000 0,2mm 5.000mm 1:40.000 0,2mm 8.000mm 1:50.000 0,2mm 10.000mm 1:100.000 0,2mm 20.000mm 1:250.000 0,2mm 50.000mm 1:500.000 0,2mm 100.000mm 1:1.000.000 0,2mm 200.000mm

Erro de posicionamento no mundo real (m) 0,2m 0,4m 1m 2m 4m 5m 8m 10m 20m 50m 100m 200m

O erro gráfico representa, na verdade, a componente final de todos os erros acumulados durante o processo de construção do mapa (CRUZ et al., 2001). Por exemplo, no processo de digitalização de um mapa, onde as informações impressas em papel (meio analógico) são transferidas para arquivos de computador (meio digital), o erro médio encontrado é de 0,5mm. Outro exemplo, é o erro intrínseco do mapeamento realizado pelo Projeto RADAM-BRASIL, cujo produto final tem escala de 1:1.000.000, devido ao erro de posicionamento fornecido pelo uso de imagens de radar que atinge de 3 a 5km. Outras imagens de satélite possuem limitações na escala de representação devido a resolução espacial dos sensores (Tabela 3). Já o GPS, que trabalha na escala de 1:1, possui um erro de precisão intrínseco de 20m, sendo sua escala de representação recomendada de 1:100.000 ou menor. Para mapear coordenadas coletadas no campo na escala maior do que 1:100.000 (p.ex. 1: 20.000), se faz necessário o uso de aparelhos de GPS com correção diferencial (DGPS), cuja precisão chega a ser abaixo de 1m. Usando um DGPS, com precisão de menos de 5m, pode-se trabalhar em escala cadastral, ou seja, maior do que 1:25.000 (IBGE, 1999).

Tabela 3. Resolução espacial e escala de representação recomendada, baseada no erro gráfico de alguns tipos de imagens de satélite. Satélite Resolução espacial Erro Gráfico Escala de representação recomendada Landsat 30m = 30.000mm 0,2mm 1:150.000 SPOT 10m = 10.000mm 0,2mm 1:50.000 IKONOS 1m = 1.000mm 0,2mm 1:5.000

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Durante trabalhos cartográficos, geralmente é necessário unir mapas em escalas diferentes afim de compatibilizá-los em um único produto, tendo-se que reduzir alguns e ampliar outros. O ideal é trabalhar com a menor escala por causa dos problemas relacionados à ampliação, onde ocorre um aumento no erro gráfico em proporção quadrática. Quando se amplia uma carta, ocorre perda de informação e de precisão cartográfica, o que não é recomendável (Figura 8). Assim, o melhor seria reduzir as cartas com escala maior, compatibilizando a base cartográfica na menor escala, levando em conta a fusão de linhas e demais componentes que as reduções grandes podem gerar (IBGE, 1999).

Escala 1:25.000 Erro Gráfico 5m

Escala 1:25.000 Erro Gráfico 5m

REDUÇÃO EM 2X Erro reduz à metade (2,5m) Erro 1/4 de 10m = aceitável

AMPLIAÇÃO EM 2X Erro dobra (20m) Erro 4x de 5m = inaceitável

Escala 1:50.000 Erro Gráfico 10m

Escala 1:50.000 Erro Gráfico 10m

Figura 8. Exemplo de redução e ampliação para compatibilizar mapas com escalas diferentes.

A escolha da escala mais adequada para mapear uma área ou objeto de estudo dependerá, então, da extensão desta área ou objeto (IBGE, 1999). Além disso, a escolha da escala de representação do mapa dependerá da finalidade do mapa e da conveniência da escala, considerando as dimensões da área do terreno que será mapeado, o tamanho do papel em que o mapa será traçado, a orientação da área, o erro gráfico e a precisão do levantamento e/ou das informações a serem plotadas no mapa (CRUZ et al., 2001). Por exemplo, uma bacia hidrográfica de 60.000ha cujo mapeamento será baseado em uma imagem de satélite Landsat, o erro gráfico estará associado às limitações da resolução espacial da imagem, sendo a escala recomendável 1:150.000 (Tabela 3). Neste mapeamento, o georreferenciamento poderá ser feito usando como referência cartas topográficas 1:50.000 e/ou GPS. Já o mapeamento de um 12

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fragmento florestal de 20ha, cujo menor elemento que deverá ser representado são as copas das árvores cujo diâmetro mínimo é de 3m, deverá ser representado na escala de 1:15.000. Sendo assim, esse mapeamento deverá usar como base fotografias aéreas nessa escala ou maior, mapas cadastrais ou uma imagem IKONOS, e o georreferenciamento dependerá de um DGPS submétrico.

Sistemas de Projeção Cartográfica

O globo geográfico é a representação mais semelhante da Terra, principalmente quando a reduzimos à escalas muito pequenas (p.ex. 1:127.560.000). Mas este tipo de representação possui limitações de tamanho, só atendendo à representações com grandes reduções, muitas generalizações e pouca quantidade de informação (PINA & CRUZ, 2000; CRUZ et al., 2001). Esta limitação é resolvida quando se utiliza uma representação plana da superfície terrestre, ou seja, um mapa ou carta (Figura 9). Para efetuar essa representação é necessário fazer uma correspondência entre pontos da superfície terrestre e do mapa, tendo cada ponto da superfície terrestre apenas um ponto correspondente na carta ou mapa (CRUZ et al., 2001). Essa correspondência é possível através do uso de Sistemas de Projeção Cartográfica.

Figura 9. Representações da Terra – o globo terrestre e o mapa (MELHORAMENTOS, 1998).

Todos os sistemas de projeção apresentam deformações, já que não é possível “achatar” uma superfície esférica em uma superfície plana sem a deformar. Usando como exemplo uma laranja com um corte de 180º (de um pólo ao outro) sendo esticada em um plano, qualquer 13

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imagem traçada sobre a sua superfície ficará distorcida ou deformada (CRUZ et al., 2001). Assumindo a existência dessas distorções nas características de forma, área, distância ou direção, é importante escolher um tipo de projeção que preserve as características mais importantes para o nosso estudo, e que minimizem as outras distorções. Em toda tentativa de se desenvolver uma esfera em um plano, a área com menos distorção se encontra em torno do centro desta projeção, ampliando-se as deformações conforme nos afastamos do mesmo. Diferentemente da esfera, existem superfícies que podem se desenvolver em um plano sem qualquer deformação, estas superfícies são denominadas superfícies de revolução, e são ideais para serem usadas como superfícies intermediárias, ou auxiliares, na projeção dos elementos do globo em um plano (CRUZ et al., 2001). As superfícies de revolução (em relação ao eixo z) são o cone, o cilindro e o plano perpendicular ao eixo z (Figura 10).

Figura 10. Superfícies de revolução (cilindro desenvolvidas em um plano (modificado de IBGE, 1999).

e

cone)

Os paralelos e os meridianos da superfície terrestre são representados diferentemente no cilindro, cone e plano (Figura 11). Dependendo da região da Terra a ser representada, uma superfície de revolução será mais adequada do que outra. Por exemplo, para representar os pólos, o cilindro não pode ser usado, já que não existe convergência meridiana, enquanto o cone é mais adequado pois os meridianos projetados se cruzam no pólo, guardando assim, semelhança com a esfera. Para representar a linha do Equador, o cilindro seria mais adequado do que o cone ou o plano, porque no cilindro o equador conserva a dimensão original, enquanto no cone e no plano 14

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as distorções são maiores nessa região (CRUZ et al., 2001). O plano, ou projeção azimutal, seria mais adequado em escalas maiores, onde seria projetada uma pequena região em qualquer lugar na superfície terrestre, sendo seus limites mais próximos possível do centro da projeção. Para aumentar o contato com a superfície de referência e, portanto, reduzir as distorções, utiliza-se mais de uma superfície de projeção do mesmo tipo, como é o caso da Projeção Policônica (IBGE, 1999).

Projeção cilíndrica

Projeção cônica

Projeção plana ou azimutal

Figura 11. Projeções geradas sobre superfícies de revolução (modificado de INPE, 2002).

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Quanto às propriedades geométricas conservadas, as projeções podem ser classific adas em equivalentes (em inglês, equal-area), que não deformam áreas, assim todas as regiões serão mostradas em um tamanho relativo correto; conformes (em inglês, conformal), que não deformam a forma nem os ângulos de pequenas áreas, assim todas as direções ao redor de cada ponto serão representadas corretamente e os paralelos e meridianos se interseptarão à 90 o ; e eqüidistantes (em inglês, equidistant), que não apresentam deformações lineares, sendo seus comprimentos representados em escala uniforme (ROBINSON et al., 1995). Uma projeção terá apenas uma dessas características, já que essas não podem coexistir (BUGAYEVSKIY & SNYDER, 1995; PINA & CRUZ, 2000). As projeções equivalentes são muito usadas em mapas de referência para instruções e para escalas pequenas, devido a possibilidade de comparar áreas geográficas, por exemplo, as projeções equivalentes de Albers e de Lambert (ROBINSON et al., 1995). Existem quatro projeções conformes que são comumente usadas: a de Mercator (Figura 13A), a Transversa de Mercator (Figura 13B), a cônica conforme de Lambert com dois paralelos padrão, e a azimutal estereográfica. Como as projeções conformes conservam a equivalência das formas e ângulos, mas não das áreas e distâncias, não se pode medir áreas sobre elas devido às distorções (ROBINSON et al., 1995). Exemplos de projeção eqüidistante são a Cilíndrica Eqüidistante (Figura 12) e a Eqüidistante Azimutal, usada para medir movimentos originados de um centro, tais como impulsos de rádio ou ondas sísmicas (ROBINSON et al., 1995).

Figura 12. Projeção Cilíndrica Equidistante com o equador como paralelo padrão (modificado de ROBINSON et al., 1995).

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Existem diversas projeções com suas respectivas características e distorções próprias. Nesse elenco de opções, a melhor projeção será aquela que minimiza e otimiza as distorções, e que satisfaz da melhor forma possível, uma série de requerimentos para projeções de acordo com o objetivo do mapa que está sendo criado (BUGAYEVSKIY & SNYDER, 1995). Mapas usados para analisar, guiar ou registrar movimentos ou relações angulares necessitam de projeções conformes, por exemplo, cartas de navegação de marinheiros ou aviadores e mapas topográficos (ROBINSON et al., 1995). Na preparação de dados digitais para sistemas de informação geográfica, é comum a necessidade de efetuar transformações geométricas entre mapas em projeções distintas, para permitir sua compatibilização em um mesmo projeto, adotando-se um sistema de projeção único (PINA & CRUZ, 2000). Conhecendo-se as propriedades de cada projeção, é possível transformar a projeção de uma para outra, mantendo a acurácia (ROBINSON et al., 1995). No Brasil, as projeções utilizadas para o mapeamento sistemático são: Cilíndrica Transversa de Mercator Secante (utilizada no Sistema UTM) para cartas topográficas nas escalas de 1:25.000 a 1:250.000; Conforme de Lambert para escalas de 1:500.000 a 1:1.000.000; Policônica (Meridiano Central = -54o ) para a escala de 1:5.000.000; e Cilíndrica Transversa de Mercator Tangente para cartas náuticas (IBGE, 1999; PINA & CRUZ, 2000). A projeção Policônica é usada em mapas da série Brasil, regionais, estaduais e temáticos (IBGE, 1999) e da América do Sul. A projeção cônica conforme de Lambert com dois paralelos padrão foi adotada para a Carta Internacional do Mundo ao Milionésimo, a partir de 1962. Para obter mais detalhes sobre as propriedades das projeções cartográficas veja PEARSON II (1990) e BUGAYEVSKIY & SNYDER (1995).

O Sistema Universal Transverso de Mercator (UTM)

A conhecida projeção UTM, na verdade, não é uma projeção, mas sim um sistema de grade, usando o sistema de coordenadas planas, onde o metro é a unidade básica de medida (ROBINSON et al., 1995). Esse sistema de grade se baseia na Projeção Transversa de Mercator Conforme de Gauss (Figura 13B), onde o cilindro se encontra em posição transversa (PINA & CRUZ, 2000).

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No sistema UTM, o mundo é dividido em 60 fusos, onde: 1.

Cada um se estende por 6o de longitude, numerados a partir do antimeridiano de Greenwich (180o ), seguindo de oeste para leste;

2.

Cada fuso possui um meridiano central (MC) que o divide ao meio;

3.

A contagem de coordenadas é idêntica em cada fuso e tem sua origem a partir do cruzamento entre a linha do Equador e o meridiano central do fuso; e,

4.

A extensão em latitude vai de 80o Sul até 84o Norte, ou seja, até as calotas polares (Figura 14) (PINA & CRUZ, 2000). O Brasil é dividido em 8 fusos do Sistema UTM, sendo que o Estado do Rio de Janeiro

ocupa os fusos 23 e 24 (Tabela 4, Figura 15). Vale notar que o sistema UTM, já que se baseia em uma projeção conforme, altera áreas, distâncias e direções, porém, o posicionamento da grade coordenada relativa ao mapa resulta em uma acurácia geral do sistema UTM de uma parte em 2.500. Assim, pode-se calcular distâncias e direções entre dois pontos na faixa UTM com uma acurácia de 1cm em 2.500cm, ou 2,5m (ROBINSON et al., 1995). Já as distorções em relação a áreas não ultrapassam 0,5% (INPE, 2002).

A)

B)

Figura 13. A) Projeção de Mercator e B) Projeção Transversa de Mercator conforme de Gauss, na qual o Sistema UTM se baseia (modificado de INPE, 2002).

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Limite de Fuso

o

3

Meridiano Central 500.000m N

Quadrante 2 E < 500km N > 0km

o

3

Limite de Fuso

Quadrante 1 E > 500km N > 0km 0m Equador 10.000.000m E

Quadrante 3 E < 500km N < 10.000km

Quadrante 4 E > 500km N < 10.000km

Figura 14. Fuso do Sistema UTM.

Tabela 4. Fusos do Sistema UTM que ocorrem no território brasileiro (PINA & CRUZ, 2000). Fusos Meridiano Central (MC) Limites do Fuso o o o 18 75 W 78 W - 72 W o o o 19 69 W 72 W - 66 W o o o 20 63 W 66 W - 60 W o o o 21 57 W 60 W - 54 W o o o 22 51 W 54 W - 48 W o o o 23 45 W 48 W - 42 W o o o 24 39 W 42 W - 36 W o o o 25 33 W 36 W - 30 W

É importante notar que as mesmas coordenadas se repetem em todos os fusos, sendo fundamental conhecer a numeração do fuso ou a coordenada do Meridiano Central, já que esses parâmetros distinguem os fusos e possibilitam sua transformação para coordenadas geográficas (PINA & CRUZ, 2000). Para evitar coordenadas negativas, são acrescidas as constantes 10.000.000m para o Equador no hemisfério sul e 500.000m para o meridiano central de cada fuso (Figura 14). Para o Brasil, quase totalmente inserido no hemisfério sul, considera-se as coordenadas acima do equador, crescendo seqüencialmente a partir dos 10.000.000m, não se considerando o equador como 0m (PINA & CRUZ, 2000). A simbologia adotada para as coordenadas UTM é N para as coordenadas Norte-Sul e E para as coordenadas Leste-Oeste. Assim, um ponto qualquer P, será definido no sistema UTM pelo par de coordenadas E e N, correspondendo aos eixos X e Y das coordenadas planas (PINA & CRUZ, 2000). No sistema 19

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

UTM, quanto mais afastada uma coordenada estiver do Meridiano Central, maior será a deformação em escala e maior será o erro de posicionamento deste ponto na superfície terrestre. Caso a área de estudo esteja próxima do limite do fuso, é permitido o prolongamento de até 30' sobre os fusos adjacentes, criando assim uma região de superposição de 1o de largura (IBGE, 1999).

Representação cartográfica: lendo cartas topográficas

Mapas, cartas ou plantas

Podemos chamar de mapa qualquer representação cartográfica em uma superfície plana e numa determinada escala, com a representação de acidentes físicos e culturais da superfície da Terra, ou de um planeta ou satélite. Carta é a representação cartográfica subdividida em folhas, de forma sistemática, obedecendo um plano nacional ou internacional (Figura 15). Planta representa uma área de extensão suficientemente restrita para que a sua curvatura não precise ser levada em consideração, assim as escalas destes documentos tendem a ser muito grandes, ou seja, com bastante detalhe. Seu uso é bastante comum em arquitetura e na engenharia civil (CRUZ et al., 2001).

20

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

Figura 15. Distribuição das folhas da Carta do Brasil ao Milionésimo (INPE, 2002).

As cartas topográficas, cuja escala varia de 1:25.000 a 1:250.000, se caracterizam por possuírem informações planimétricas, altimétricas, hidrográficas e de vegetação (Figura 16). As informações planimétricas correspondem, principalmente, ao sistema viário (rodovias, ferrovias, caminhos,...); aos limites e fronteiras (municipal, estadual,...); às localidades (áreas urbanas, cidades,...); às obras e edificações e a pontos de controle. As informações altimétricas, também conhecidas como hipsografia, compreendem as diferentes formas de representação do relevo (curvas de nível e pontos cotados). As informações hidrográficas correspondem aos rios (permanentes, temporários,...) e canais; aos lagos e lagoas; às áreas inundadas e à linha de costa.

21

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

As informações de vegetação correspondem as áreas cobertas por mangues, mata, culturas, pasto, etc (CRUZ et al., 2001).

Figura 16. Carta topográfica.

Toda carta topográfica possui uma referência, que consiste de três nortes (norte da quadrícula, norte geográfico ou verdadeiro, e o norte magnético), informando a orientação do sistema de coordenadas (CRUZ et al., 2001). A direção das linhas de coordenadas paralelas ao meridiano central, ou seja, as linhas verticais de um mapa são o norte da quadrícula. O norte geográfico ou verdadeiro é dado pela direção da convergência de todos os meridianos, apontando para o Pólo Norte. O norte magnético é a direção determinada pela agulha magnética, livre de influência de massas metálicas, baseada na orientação do campo magnético da Terra. Os mapas indicam a diferença entre o norte verdadeiro e magnético através de um valor denominado ‘declinação magnética’ (Figura 17). Esse valor varia conforme o local da Terra em que se está, e 22

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no tempo (as cartas topográficas apresentam a variação anual em minutos). O norte da quadrícula geralmente coincide com o norte geográfico. Quando se utiliza um mapa e uma bússola para localização, é necessário fazer a conversão entre o ponto de apoio adquirido através da bússola (magnético) e o ponto correspondente no mapa (quadrícula), usando a declinação magnética (BROWN & HUNTER, 1975).

Figura 17. Legenda de uma carta topográfica mostrando os nortes magnético (NM), da quadrícula (NQ) e geográfico (NG), e a declinação magnética.

Onde adquirir a base cartográfica? No Brasil, os órgãos ou instituições governamentais responsáveis pela produção de dados cartográficos são (RIPSA, 2000): •

Fundação IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística): responsável pelo mapeamento sistemático de todo o território nacional em escalas pequenas (1:25.000 e menores);

•

DSG (Diretoria de Serviço Geográfico do Exército): divide com o IBGE a responsabilidade pelo mapeamento sistemático;

•

DHN (Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha): responsável pela geração de cartas náuticas;

•

ICA (Instituto de Cartografia de Aeronáutica): responsável pela geração de cartas aeronáuticas; 23

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

Sensoriamento remoto e fotografias aéreas

Imagens de sensoriamento remoto vem servindo de fontes de dados para estudos e levantamentos

geológicos,

ambientais,

agrícolas,

cartográficos,

florestais,

urbanos,

oceanográficos, entre outros. Acima de tudo, as imagens de sensoriamento remoto passaram a representar uma das únicas formas viáveis de monitoramento ambiental em escalas locais e globais, devido à rapidez, eficiência, periodicidade e visão sinóptica ‡ que as caracterizam. Neste momento em que a humanidade começa a encarar seriamente a necessidade de monitorar as mudanças globais que vem ocorrendo na superfície do planeta, o sensoriamento remoto aparece como uma das ferramentas estratégicas para o futuro (CRÓSTA, 1992).

Definição de Sensoriamento Remoto O campo do sensoriamento remoto vem sendo definido de várias formas, mas o conceito central é o da tecnologia que permite a aquisição de informações à distância. “ Sensoriamento remoto é a ciência e a arte de obter informação de um objeto, área ou fenômeno através da análise de dados adquiridos por um equipamento que não está em contato com o objeto, área ou fenômeno sob investigação.” (LILLESAND, 1994)

Esta definição é, no entanto, muito ampla, necessitando ser refinada. Quando se especifica o tipo de energia utilizada na transferência de informação do objeto ao sensor para energia ou radiação eletromagnética, o sensoriamento remoto fica restrito, principalmente às imagens de satélite, às fotografias aéreas e aos radiômetros. “ Sensoriamento remoto é a utilização conjunta de modernos sensores, equipamentos para processamento de dados, equipamentos de transmissão de dados, aeronaves, espaçonaves, etc., com o objetivo de estudar o ambiente terrestre através do registro e da análise das interações entre a radiação eletromagnética e as substâncias componentes do planeta Terra em suas mais diversas manifestações.” (NOVO, 1992) “ Sensoriamento remoto é a prática de derivar informação sobre a superfície terrestre usando imagens adquiridas de uma perspectiva aérea, usando radiação eletromagnética em uma ou mais regiões do espectro eletromagnético, refletida ou emitida da superfície terrestre.” (CAMPBELL, 1996)

‡

que aparece, juntamente e de uma única vez, à vista; resumido, sintético (MELHORAMENTOS, 2000).

25

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O sensoriamento remoto fundamenta-se na interação entre a radiação incidente e os alvos de interesse, envolvendo sete elementos (CCRS, 1998):

Fonte: CCSR, 1998

1. Fonte de Energia ou Iluminação (A): o primeiro requisito para o sensoriamento remoto é possuir uma fonte de energia que ilumina ou fornece energia eletromagnética para o alvo de interesse. 2. Radiação e a Atmosfera (B): como a energia viaja de sua fonte ao alvo, esta entrará em contato e irá interagir com a atmosfera pela qual passará. Esta interação pode ocorrer novamente quando a energia viajará do alvo até o sensor. 3. Interação com o Alvo (C): atravessando a atmosfera, a energia interage com o alvo. O resultado desta interação dependerá das propriedades do alvo e da radiação. 4. Registro da Energia pelo Sensor (D): depois da energia ter sido refletida pelo alvo, é necessário um sensor (remoto, ou seja, sem contato com o alvo) para coletar e registrar a radiação eletromagnética. 5. Transmissão, Recepção, e Processamento (E): a energia registrada pelo sensor deve ser transmitida, freqüentemente eletronicamente, para a estação receptora onde os dados serão processados em imagem (analógico ou digital). 6. Interpretação e Análise (F): a imagem processada é interpretada, visualmente e/ou digitalmente, para extrair informações sobre o alvo que foi iluminado. 7. Aplicação (G): o elemento final do sensoriamento remoto é alcançado quando informações sobre o alvo são extraídas da imagem para melhor compreendê-lo, revelando algumas informações novas, ou auxiliando na solução de um determinado problema. 26

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

Sensoriamento Remoto como sistema de aquisição de informações O processo pelo qual o registro da interação entre a radiação eletromagnética e os objetos, áreas ou fenômenos ocorridos na superfície terrestre são transformados em informação e interpretados é longo. Esse processo é dividido por NOVO (1992) em dois sistemas: Sistema de Aquisição de Dados e Sistema de Análise de Dados. Segundo NOVO (1992), para que o sistema de aquisição de dados funcione é necessário preencher as seguintes condições: existência de fonte de radiação, propagação de radiação pela atmosfera, incidência da radiação sobre a superfície terrestre, ocorrência de interações entre a radiação e os objetos da superfície, produção de radiação que retorna ao sensor após propagar-se pela atmosfera. Sendo assim, a aquisição de dados depende da interação energia-matéria. No sensoriamento essa interação se dá entre a energia eletromagnética e os objetos da superfície terrestre. O sol é a principal fonte de energia eletromagnética disponível para o sensoriamento remoto da superfície terrestre. Essa energia emitida pelo sol, incidente (I) sobre a superfície terrestre, é parte absorvida (A), parte transmitida (T) e parte refletida (R) pelo objeto ou alvo (Figura 18). Além disso, antes dela atingir o objeto, parte dessa energia é dispersa ou absorvida por partículas e gases da atmosfera. O sensor, então, captura a energia refletida e emitida – reflectância – por estes objetos. As formas de interação entre a radiação e os componentes da superfície terrestre variam ao longo do espectro eletromagnético (Figura 19). A resposta de um sensor depende não só da quantidade de luz, como também da freqüência da luz. É comum, portanto, descrever a característica de um sensor através de uma curva de resposta espectral que fornece a intensidade da resposta para cada freqüência ou comprimento de onda. O espectro eletromagnético é dividido em faixas denominadas regiões ou bandas espectrais, desde os raios gama até as ondas de rádio (Figura 19).

Figura 18. As três formas de interação entre a energia eletromagnética e o alvo (CCRS, 1998).

27

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Visível Raios Gama

Ultravioleta Raios-X

Infravermelho

Ondas de Rádio Micro-ondas

Comprimento de onda (em metros) Figura 19. Faixas do espectro eletromagnético dos raios gama até as ondas de rádio, passando pela faixa do visível entre 0,4 e 0,7µm (Violeta: 0,4-0,446µm; Azul: 0,446-0,500µm; Verde: 0,5000,578µm; Amarelo: 0,578-0,592µm; Laranja: 0,592-0,620µm e Vermelho: 0,620-0,7µm) e pela faixa do infravermelho entre 0,7 e 3µm (MSSL, 2000).

O sistema de aquisição de dados pode ser digital, sendo composto por elementos de cena discretos, chamados pixels, ou contínuos, chamados vetores. A imagem constituída por vetores é chamada imagem vetorial. A imagem produzida por pixels – imagem matricial ou raster – pode ser representada por uma matriz onde o cruzamento das linhas e das colunas definem as coordenadas espaciais de cada pixel (Figura 20). No sensoriamento remoto, quando a energia eletromagnética proveniente do alvo chega ao sensor, ela é transformada em sinal. Esse sinal é dividido em níveis discretos de intensidade (conhecidos como DN, digital numbers, ou BV, brightness values, ou ainda, NC, níveis de cinza) traduzindo a resolução radiométrica do sensor. Dessa forma, cada pixel receberá um valor de nível de cinza (Figura 21).

28

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MAPA BASE

VETOR

MATRIZ

Campo Lago

Floresta

Figura 20. Representação de um mapa base nos formatos vetorial e matricial. Adaptado de TURNER et al. (2001).

Figura 21. Representação matricial em uma imagem de satélite, onde cada pixel possui um valor de nível de cinza (CCSR, 1998).

29

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Resolução, em um sentido geral, refere-se à habilidade do sensor registrar e exibir detalhes finos (CAMPBELL, 1996). A resolução radiométrica é o número de níveis discretos de intensidade de energia eletromagnética que o sensor é capaz de capturar. Quanto maior o número de níveis de intensidade, ou níveis de cinza, maior e mais fina será a resolução radiométrica (Figura 22). Outros três tipos de resolução são utilizados no sensoriamento remoto: a resolução espectral, a espacial e a temporal. A resolução espectral é o número de intervalos de comprimentos de onda (faixas ou bandas) definidos pelo sensor. Quanto mais estreitos são os intervalos de comprimento de onda e maior for o número de bandas, mais fina e maior será a resolução espectral (Figura 23). A resolução espacial é a capacidade de identificar objetos na superfície abrangida pelo pixel. Quanto menor a área coberta pelo pixel, maior será a resolução espacial (Figura 24). A resolução temporal é dada pela freqüência de aquisição de dados pelo sensor. Quanto maior a freqüência, maior será a resolução temporal (Figura 25).

30

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

A

C

B

D

Figura 22. Resolução radiométrica usando como exemplo uma imagem do Maracanã (RJ) tomada pelo satélite IKONOS: A) menor resolução (2 bits ou 4 níveis de cinza), B) maior resolução (11 bits ou 2048 níveis de cinza), C) detalhe da imagem com menor resolução, D) detalhe da imagem com maior resolução (Fonte: SPACEIMAGING, 2002).

31

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0,7µm

0,4µm

Filme Preto e Branco

Azul+Verde+Vermelho

0,4µm

Filme Colorido

0,5

Azul

0,6

Verde

0,7µm

Vermelho

Figura 23. Resolução espectral comparando o filme preto e branco com menor resolução e o filme colorido com maior resolução espectral (modificado de CCRS, 1998).

Imagem CBERS/WFI Imagem Landsat 7 ETM+ Imagem IKONOS 09/04/2000 05/08/1999 20/08/2000 Resolução 260m Resolução 30m Resolução 4m Figura 24. Resolução espacial comparando imagens de menor (CBERS/WFI) a maior resolução (IKONOS). Fonte: INTERSAT (2002).

32

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Figura 25. A resolução temporal é calculada pelo tempo que o satélite leva para completar o ciclo orbital (CCRS, 1998).

Sistemas sensores e sistemas orbitais Existem diversos sistemas de aquisição de dados, tais como câmaras fotográficas aerotransportadas, satélites, sistemas de radar, sonares de microondas, etc. Os sistemas podem ser ativos, independendo da energia emitida pelo sol, como é o caso dos sistemas de microondas que registram a diferença de freqüência entre o sinal emitido por eles e o sinal recebido da superfície (p.ex. radares); ou passivos, como é o caso das câmaras fotográficas que registram a reflectância de uma superfície produzida pela emissão da energia eletromagnética oriunda do sol (CÂMARA et al., 1996). Os radares transmitem os sinais de microondas e recebem sua reflexão como base para formar imagens da superfície terrestre (Figura 26). Os sinais de radar são capazes de penetrar além da cobertura vegetal e da superfície do solo. A rugosidade e a geometria superficiais são os parâmetros

mais

importantes

para

analisar

imagens

de

radar

sendo

estas

utilizadas

principalmente para análises geomorfológicas (FRANCISCO, 1999). Usando como exemplo uma imagem de radar da região Amazônica próxima aos Andes pode-se destacar elementos do relevo e da drenagem da área (Figura 27).

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Superfície

Superfície Lisa

Floresta

Plantação

Montanhas

Superfície Rugosa

Cidade

Imagem de Radar

Figura 26. Resultados da imagem de radar para diferentes superfícies no terreno (modificado de CCRS, 1998).

Figura 27. Imagem de radar JERS1-SAR de uma região da Amazônia Andina (NASA, 2001b).

34

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Sensores passivos detectam a radiação solar refletida ou a radiação emitida pelo objeto da superfície terrestre, dependendo assim, de uma fonte de radiação externa. Esses sensores podem ser fotográficos ou de varredura (scanning systems). Os sensores fotográficos são as câmaras fotográficas cuja operação consiste em focalizar e capturar instantaneamente (framing) a energia proveniente da superfície sobre um filme foto-sensível (Figura 28A). Esses sensores utilizam, principalmente, as faixa do visível, podendo captar emissões da faixa do ultravioleta próximo a do infravermelho distante (LILLESAND & KIEFER, 1994; MOREIRA, 2001; SPRING, 2002). Já os sensores imageadores (ou de varredura eletro-óptica) transmitem seus dados à distância e as imagens produzidas são formadas pela aquisição seqüencial dos pixels (Figura 28B). Além disso esses sensores utilizam uma faixa maior do espectro eletromagnético, tendo uma maior resolução espectral. Comparando-se as vantagens e desvantagens das fotografias aéreas sobre as imagens produzidas por sensores de varredura pode-se dizer que apesar de apresentar condições mais fáceis de operação, devido as suas características geométricas bem definidas, e baixos custos para escalas cartográficas maiores, as fotografias aéreas limitam-se as horas de sobrevôo e devido a fenômenos atmosféricos não permitem frequentemente observar o solo a grandes altitudes (SPRING, 2002). A)

B)

Satélite

Sensor

Varredura

Cena Figura 28. Esquema apresentando o funcionamento de sensores passivos fotográfico (A) e de varredura (B) (modificado de NASA, 2001a).

35

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As fotografias aéreas e alguns sensores de varredura permitem a estereoscopia. Durante o aerolevantamento, sucessivas fotografias são tomadas de forma que tenha sobreposição de 50 a 60% entre elas (Figura 29). Essa sobreposição permite que duas fotos subseqüentes (estereopares) forneçam duas perspectivas diferentes de uma área. Quando essas imagens são visualizadas através de um estereoscópio, cada olho observa um ponto a partir do qual aquela imagem do estereopar foi tomada no vôo (Figura 30). O resultado é a percepção da imagem em três dimensões (LILLESAND & KIEFER, 1994). Fotografias aéreas podem servir de base para mapeamentos e para localização de áreas de estudo (Figura 31).

60% de sobreposição

Linha de vôo

Sobreposição lateral Sobreposição lateral de 30% de vôo

Figura 29. Esquema de plano de vôo mostrando as sobreposições entre as fotografias, que possibilitam a estereoscopia (ROBINSON et al., 1995).

36

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B

A

C

BEN MEADOWS, 2002

BEN MEADOWS, 2002

FOCUS SCIENTIFIC, 2002

Figura 30. Tipos de estereoscópios: A) estereoscópio de bolso (Abrams CB-1 Pocket Stereoscope), B) esterescópio de espelho (TOPCON Mirror Stereoscope, C) microscópio 3D (SRM20 Stereo Dissecting Microscope).

R I

A

X

L

G P

B S C

T

Centro de Informações e Dados do Rio de Janeiro (CIDE), Palácio Guanabara, Prédio Anexo

R

Figura 31. Fotografia aérea (1:20.000, feita em Janeiro de 1996) do Garrafão (G=Guapimirim, R=Rio Soberbo, P=Posto de gasolina Garrafão, C=Grade C, S=Buraco da Sunta/Alan, B=Grade B, L=Laboratório/Alojamento, A=Grade A, I=Rio Iconha, T=Teresópolis, X=Paraíso das Plantas).

37

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

Sensores à bordo de satélites permitem a realização de medidas consistentes multitemporais relativas a grandes áreas, durante períodos de tempo que chegam a décadas. Muitos sensores são transportados em satélites em órbitas próximas dos pólos e sincronizadas com o sol, para cruzar sempre o Equador na mesma hora solar atingindo uma cobertura global e uma geometria de iluminação consistentes. Este é o caso dos satélites das séries Landsat e SPOT e do NOAA/AVHRR. O intervalo de repetição varia entre esses satélites dependendo de sua altitude e velocidade. Outros sensores são transportados em satélites orbitais geoestacionários a fim de proverem uma grande freqüência de cobertura de uma mesma região. Este é o caso dos satélites meteorológicos da série GOES (CÂMARA et al., 1996). Dentre os principais satélites em operação atualmente destacam-se os satélites meteorológicos GOES – Geostationary operational environmental satellite, operado pelo National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA, EUA) – e METEOSAT – Meteorological Satellite, operado pela European Space Agency (ESA) –; os satélites de aplicação híbrida como é o caso do NOAA (EUA); e os satélites de recursos naturais como a série Landsat – operado pela NASA, sendo as imagens comercializadas pela United States Geological Survey (USGS, EUA) –, a série SPOT – Systeme Probatoire d’ Observation de la Terre, operado pela empresa privada SPOT Image (França) –, o CBERS (Chinese Brazilian Earth Resources Satellite, Brasil e China), o IRS (Indian Remote Sensing, desenvolvido pela Indian Space Research Organization, Índia), o JERS (Japanese Earth Resources Satellite, Japão), o ERS (European Remote Sensing Satellite, administrado pela European Space Agency, União Européia), o RADARSAT (lançado pela Agência Espacial Canadense e operado pela empresa privada RADARSAT International Inc.), o IKONOS (lançado pelos EUA) (ROCHA, 2000) e o QuickBird (lançado e operado pela empresa norte-americana Digital Globe) (DIGITAL GLOBE, 2002). A Tabela 6 apresenta as características dos principais satélites em operação atualmente.

38

Tabela 6. Características dos principais sistemas orbitais (baseado em CRÓSTA, 1997; ROCHA, 2000; INTERSAT, 2002). Satélite (Origem)

Altitude

Sensor Espectral (µm)

NOAA 15 (EUA)

870km

Resolução Espacial Radiométrica

Temporal

Largura da faixa

Site (WWW)

AVHRR

0,58-0,68 0,78-1,10 3,55-3,93 10,30-11,30 11,50-12,50

1,1km

10 bits 1024 NC

6 horas

2.700km

http://www.noaa.gov/

VAIN

0,65 3,90 6,70 11,00 12,00

1km 13,8km

8 bits 256 NC

15 minutos

Até 1/3 da superfície terrestre

http://www.noaa.gov/

8 bits 256 NC

16 dias

185 km

http://geo.arc.nasa.g ov/sge/landsat/lands at.html

GOES 11 (EUA)

35.000km

LANDSAT 7 (EUA) 705km

ETM+

PAN

0,45-0,52 0,53-0,61 0,63-0,69 0,75-0,90 1,55-1,75 10,4-12,5 2,09-2,35 0,52-0,90

30m

60m 30m 15m

39

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

Tabela 6. Características dos principais sistemas orbitais (baseado em CRÓSTA, 1997; ROCHA, 2000; INTERSAT, 2002) (continuação 1). Satélite (Origem)

Altitude

Sensor

SPOT 4 (França) HRV-IR

832km

PAN

VEGETATION HRV-IR

Resolução Espectral (µm)

Espacial

0,50-0,59 0,61-0,68 0,79-0,89 1,58-1,75

20m 10 e 20m

0,51-0,73

10m

0,61-0,68 0,78-0,89 1,58-1,75 0,43-0,47 (oceanografia)

20m

1,16km

Radiométrica

Temporal

10 bits 1024 NC 6 bits 64 NC

Largura da faixa

Site (WWW)

60km 26 dias ou até 2 dias

http://www.spot.com/ 2.250km

10 bits 1024 NC

20m

60km

0,45-0,52

CBERS 1 (Brasil e China) CCD

PAN 778km IR-MSS

WFI

0,52-0,59 0,63-0,69 0,77-0,89 0,51-0,73

80m

10,4-12,5

160m

0,76-0,90

120km

8 bits 256 NC

1,55-1,75 2,08-2,35 0,50-1,01 0,63-0,69

26 dias ou até 3 dias

20m

260m

http://www.cbers.inp e.br/

26 dias

3 dias

900km

40

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

Tabela 6. Características dos principais sistemas orbitais (baseado em CRÓSTA, 1997; ROCHA, 2000; INTERSAT, 2002) (continuação 2). Satélite (Origem)

Altitude

Sensor

IKONOS II (EUA)

Resolução Espectral

Largura da faixa

Site (WWW)

13km

http://www.spaceima ging.com/

1 a 3,5 dias

16,5km

http://www.digitalglob e.com/

44 dias

75km

http://www.nasda.go.j p/projects/sat/jers1/in dex_e.html

Espacial

Radiométrica

Temporal

4m

11 bits

1,5 dias

0,45-0,52µm MSS 680km

0,52-0,60µm 0,63-0,69µm

2048 NC

0,76-0,90µm PAN

0,45-0,90µm

1m

3 dias

0,45-0,52µm QUICKBIRD II (EUA)

450km

Multispectral

0,52-0,60µm 0,63-0,69µm

2,44 m

11 bits 2048 NC

0,76-0,90µm PAN

0,45-0,90µm

0,61m

SAR (Polarização HH)

Banda L (23,5cm)

18m

JERS-1 (Japão) - radar 568km

8 bits 256 NC

41

Devido a suas características e aplicações específicas cada grupo de satélites possui sensores que permitem a extração de diferentes informações. Em geral, cada sensor cobre um determinado número de faixas ou bandas espectrais que devido ao intervalo espectral representado por elas terão aplicações distintas (Figura 32). As aplicações de cada banda estão relacionadas ao comportamento espectral dos alvos naquele intervalo espectral. No Brasil, os sistemas mais utilizados são Landsat e NOAA para estudos ambientais e GOES para estudos climáticos e metereológicos.

Miami, Flórida - 15 de Março de 1988

Visível Azul

Visível Verde

Visível Vermelho

Infravermelho Próximo

Infravermelho Médio

Infravermelho Termal

Figura 32. Imagens adquiridas pelas sete bandas do Landsat-TM mostrando as diferenças na distinção dos alvos e em suas potenciais aplicações (modificado de NASA, 2001a).

Comportamento Espectral de Alvos Uma premissa fundamental em sensoriamento remoto é que se pode identificar objetos localizados na superfície terrestre estudando a radiação refletida e/ou emitida por estes objetos. Através dos sensores, a reflectância dos objetos pode ser quantificada e representada através de faixas de comprimento de onda. O conjunto de tais observações constitui o padrão de resposta espectral do objeto, ou assinatura espectral do alvo (Figura 33). O conhecimento detalhado do padrão de resposta espectral de determinado alvo permite a identificação deste, possibilitando, por exemplo, separar tipos de plantações, de florestas ou de solos.

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Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

Bandas Landsat TM

1 V

2 V

3 V

4 IVP

5 IVM

7 IVM

6 IVT

Figura 33. Assinaturas espectrais de diferentes alvos: água, neve, nuvem, asfalto, areia, vegetação e solo. Abaixo, as faixas espectrais correspondentes do sensor TM do Landsat são mostradas (modificado de NOVO, 1992).

Interpretação de Imagens A diferença entre o comportamento espectral de objetos distintos possibilita distingüir entre e identificar as composições dos diferentes alvos na imagem (CRÓSTA, 1992). Com o processamento digital das imagens de sensoriamento remoto é possível obter como resultado um mapa temático da área imageada. O processamento consiste na execução das seguintes etapas: georreferenciamento, realce (brilho, contraste e saturação), composição colorida e classificação (CRÓSTA, 1992). A classificação é a associação dos 43

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pixels da imagem a um "rótulo" descrevendo um objeto real (vegetação, solo, água, etc.). Essa "rotulação" possibilita a confecção de mapas temáticos à partir da imagem digital. Pode-se dizer, então, que uma imagem de sensoriamento remoto classificada é uma forma de mapa digital temático (CRÓSTA, 1992). A produção de cartas-imagem e mapas temáticos à partir de imagens provenientes de sensores remotos é, atualmente, um trabalho usual (Figura 34).

Figura 34. Carta-imagem e Mapa Temático do Entorno do Parque Nacional de Jurubatiba (RJ).

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O uso do GPS na biogeografia

O Sistema de Posicionamento Global (GPS) é um sistema cada vez mais utilizado na biologia para coletar pontos de ocorrência de espécies (localidades) ou posicionar na superfície terrestre as áreas de estudo. O NAVSTAR-GPS é um sistema de posicionamento contínuo e determinação de velocidade, baseado em satélites e operado pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos. O sistema define a posição de um ponto sobre a superfície terrestre a partir de satélites com órbitas conhecidas (Figura 35) (RIPSA, 2000). Atualmente, o sistema norte-americano (NAVSTAR-GPS) monopoliza o Sistema de Posicionamento Global, no entanto a União Européia vem desenvolvendo um projeto para lançar no mercado, em 2008, um sistema de localização global mais avançado do que o atual, chamado GALILEO (ESA/EC, 2003a). Existe um sistema similar ao GPS que foi criado pela antiga União Soviética, chamado GLONASS, que ainda se encontra em uso, mas devido a falta de manutenção e investimentos, está obsoleto (FONTANA, 2002).

Figura 35. Posição dos satélites GPS na órbita terrestre (GARMIN, 2000).

45

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O sistema funciona da seguinte forma: os satélites na constelação são ajustados com um relógio atômico que mede o tempo muito acuradamente. Esses satélites emitem sinais personalizados indicando o tempo exato em que o sinal deixa o satélite e a posição (efemérides) deste. Então, o receptor no solo, que é um aparelho GPS de mão ou que pode estar incorporado em um telefone celular, possui em sua memória os detalhes precisos das órbitas de todos os satélites da constelação. Dessa forma, lendo o sinal captado, o aparelho GPS pode reconhecer cada satélite em particular e determinar o tempo que o sinal levou para chegar, calculando assim, a distância dele em relação ao satélite. Quando o receptor no solo capta os sinais de pelo menos quatro satélites simultaneamente, ele pode calcular sua posição exata através da interseção entre os sinais (RIPSA, 2000; FONTANA, 2002; ESA/EC, 2003b). O sistema é composto de três segmentos básicos (Figura 36) (GARMIN, 2000; RIPSA, 2000; FONTANA, 2002): • Segmento Espacial: Sistema NAVSTAR-GPS (Navigation Satellite Timing and Ranging) que consiste em uma constelação de 24 satélites (8 satélites em cada um dos três planos orbitais) posicionados à 20.000km de altitude em órbita circular no período de 12 horas, usando o elipsóide global WGS-84. Para permitir que de qualquer lugar da superfície da Terra, em qualquer hora do dia, seja possível determinar a posição de um ponto foi estabelecido um esquema orbital, de tal forma que sempre exista no mínimo seis satélites eletronicamente visíveis. • Segmento de Controle: estações de controle localizadas nos Estados Unidos e que monitoram e determinam a órbita de todos os satélites GPS, fazendo as correções orbitais e determinando erros nos relógios atômicos a bordo dos satélites. • Segmento Receptor ou Usuário: receptores (aparelhos de GPS) e antenas que captam os sinais transmitidos pelos satélites e calculam a sua posição precisa e a sua velocidade.

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SEGMENTO ESPACIAL

S1

S3 S2

SEGMENTO DE CONTROLE

S4

SEGMENTO USUÁRIO

Figura 36. Segmentos do Sistema de Posicionamento Global (GARMIN, 2000).

Cada satélite GPS transmite em duas bandas de freqüências: Civil (L1) na freqüência de 1575,42MHz e Militar (L2) na freqüência de 1227,60MHz. Na banda L2, o erro médio é de aproximadamente 18 metros, enquanto que na L1, será de 30 a 300 metros (com SA, que é a Disponibilidade Seletiva inserida pelo Departamento de Defesa Americano na banda civil como um meio de controle de precisão) (FONTANA, 2002). Desde maio de 2000, a SA (Selective Availability) foi interrompida tendo-se conseguido atingir uma precisão na determinação das coordenadas de um ponto, de cerca de 10m (GARMIN, 2000). Os receptores de GPS civis possuem potencialmente erros de posicionamento resultantes do acúmulo de erros causados pelas seguintes fontes (GARMIN, 2000; RIPSA, 2000; FONTANA, 2002): •

Sombreamento/Geometria do satélite: se refere à posição relativa dos satélites em qualquer dado tempo. A geometria ideal do satélite ocorre quando os satélites estão localizados em um ângulo de aproximadamente 45o em relação ao receptor. A geometria pobre ocorre quando os satélites estão

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posicionados em linha ou em um agrupamento estreito (Figura 37). Todos os aparelhos GPS possuem uma página que exibe a erro causado pela geometria dos satélites, chamado de GDOP (Geometric Dilution of Precision) ou DOP (média dos erros GDOP, VDOP (vertical) e HDOP (horizontal). Assim, quanto mais próximo ao número 1 (escala de 1 a 10), melhor a configuração dos satélites para realizar o posicionamento (BERNARDI & LANDIM, 2002; FONTANA, 2002). Segundo FONTANA (2002), o DOP de 2 a 4 significa uma boa qualidade e geometria dos satélites. Em alguns aparelhos GPS, esse erro é exibido em metros (ou pés), apenas calculando o erro causado pela geometria dos satélites.

GEOMETRIA IDEAL

GEOMETRIA POBRE

Figura 37. Geometria dos satélites (modificado de CRUZ et al., 2001).

•

Meio de Propagação: os cálculos assumem que o sinal de rádio viaja a uma velocidade constante - a velocidade da luz. No entanto, a velocidade da luz só é constante no vácuo; quando o sinal de rádio entra na ionosfera e na toposfera diminui de velocidade, o que ocasiona erros de cálculo de posicionamento. Os aparelhos de GPS usam um modelo que calcula o atraso médio, mas não o atraso exato do sinal.

•

Qualidade dos sinais: para que o aparelho GPS trabalhe melhor com as informações emitidas pelos satélites, essas devem chegar com uma certa clareza. Normalmente os receptores apresentam uma página para demonstrar a qualidade do sinal, na forma de barras gráficas e números contendo o número do satélite, sua posição em relação ao norte (azimute) e o ângulo de inclinação em relação ao horizonte.

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•

Múltiplas interferências: ocorre quando o sinal do GPS é refletido por outros objetos na superfície terrestre, tais como edifícios, grandes superfícies rochosas ou vegetação densa, ou por interferências eletrônicas antes alcançar o receptor GPS. Isso aumenta o tempo de viagem do sinal, causando erros (Figura 38). Além da reflexão pelos obstáculos no solo, esses obstáculos podem bloquear a recepção de sinais, causando erros no posicionamento ou até nenhuma leitura de posicionamento, prejudicando, assim, a qualidade do sinal (Figura 38). A visão mais clara possível fornecerá a melhor recepção, assim aparelhos de GPS não funcionam corretamente em locais fechados, embaixo d'água ou no subsolo.

Sinais bloqueados

Múltiplas interferências

Figura 38. Múltiplas interferências sendo fonte de erros de posicionamento no sistema GPS (GARMIN, 2000).

•

Outros tipos de erro que devem ser considerados: a) Problemas nos relógios; b) Mau posicionamento da antena: que deve ser posicionada para se obter o

ângulo de visão máximo; c) Danos nas antenas; d) Panes no processador interno do receptor; e) Problemas de alimentação de energia.

49

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Entretanto, a acurácia pode ser aumentada pela combinação de um receptor GPS com um receptor GPS Diferencial (ou DGPS), o qual pode operar a partir de várias fontes possíveis para ajudar a reduzir alguns das fontes de erro descritas acima. O GPS Diferencial é o nome dado ao método pelo qual se determina entre a posição informada pelo aparelho e a verdadeira posição geográfica, existindo dois tipos: o DGPS em Tempo Real (Real Time DGPS) e o DGPS de pós-processamento (Invert DGPS) (FONTANA, 2002). O receptor GPS Diferencial baseia-se na observação simultânea de 2 estações, onde as coordenadas do ponto são determinadas em relação a um ponto fixo (coordenadas precisamente conhecidas), chamado estação de referência (Figura 39) (GARMIN, 2000). O processador analisa a posição informada pelo GPS e calcula a relação de erros gerada pelos satélites (ponto de posição GPS), sendo o GPS diferencial propriamente dito, a diferença entre os valores obtidos pelas estações (FONTANA, 2002). A acurácia de um DPGS típico é de 1 a 5m, podendo atingir até 30mm nos modelos mais sofisticados (GARMIN, 2000; FONTANA, 2002).

SINAL GPS

SINAL GPS

SINAL DGPS (CORREÇÃO) ESTAÇÃO DO RECEPTOR GPS E TRANSMISSOR DGPS

GPS E RECEPTORES DGPS À BORDO DO NAVIO

Figura 39. Funcionamento do GPS Diferencial (GARMIN, 2000).

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Dependendo da aplicação, os receptores GPS podem ser classificados em (CRUZ et al., 2001): •

Navegação: Equipamento portátil que armazena somente as coordenadas dos pontos. Diferenciam-se na capacidade de memória, no número de canais de recepção do sinal, possibilidade de visualização de mapas, tela com zoom ou colorida. As marcas mais conhecidas são Garmin e Magellan. O preço varia entre $100 e $600;

•

Topográfico/Geodésico (L1): efetua observação do código e da portadora. Necessita de software para pós-processamento dos dados. Custam cerca de $20.000 o par. No início de 2001 foi lançado o 1o equipamento brasileiro - GTR-1 - com o preço de R$20.000 o par§ .

•

Geodésico (L1/L2): idem ao anterior com a possibilidade de observar a frequência L2 (militar). Custam cerca de $40.000.

Para estudos biogeográficos, o uso de receptores GPS se faz necessário para marcar coordenadas de localidades de ocorrência da espécie estudada ou da área de estudo onde o levantamento faunístico ou florístico foi realizado. Devido a escala de estudo ser pequena (1:100.000 ou menores), geralmente não é necessário o uso de GPS diferencial (topográfico ou geodésico). Erros de posicionamento na ordem de 15m (com a SA desligada) no campo são desprezíveis, já que são menores do que o erro de posicionamento associado ao erro gráfico, encontrado nessas escalas, de no mínimo 20m. Quando a SA está ligada, os erros podem chegar a 250m, sendo a escala de estudo abaixo de 1:1.250.000 mais indicada (o que corresponderia a um mapa englobando grande parte do Brasil ou uma área ainda maior). Assim, o uso de aparelhos GPS de navegação são adequados para estudos biogeográficos (Tabela 7). Vale ressaltar que o que torna um aparelho GPS melhor que outro é a precisão dos receptores e a capacidade que os mesmos possuem de captar os sinais transmitidos pelos satélites, além da relação custo/objetivo de uso (FONTANA, 2002).

§

http://www.techgeo.com.br/

51

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Tabela 7. Alguns modelos de GPS e suas características. Modelo

GPS II

GPS III

GPS V

eTrex

eTrex Venture

eTrex Vista

Receptor

MultiTrac8

12 canais

12 canais

12 canais

12 canais

12 canais

250

500

500 (com 15 caracteres para o nome e mais 50 para comentários)

500

500

500

-

-

19Mb

-

1Mb

24Mb

o

N de pontos Memória

Sistema viário das Américas, Cidades do Atlântico ou Mundo Pacífico, e pontos marinhos

Base de dados ou mapa

-

Américas ou Internacional

Sistema viário das Américas ou Atlântico

-

Duração da bateria

20h

36h

25h

22h (2AA)

20h (2AA)

12h (2AA)

Tipo de exibição

Cristal líquido (azulverde)

Cristal líquido (4 níveis de cinza)

Cristal líquido (4 níveis de cinza)

Cristal líquido (4 níveis de cinza)

Cristal líquido (4 níveis de cinza)

Cristal líquido (4 níveis de cinza)

Cálculo de área

Não

Não

Não

Não

Sim

Sim

Pixels (H x W)

100 x 64

160 x 100

256 x 160

128 x 64

288 x 160

288 x 160

Sistema à prova d'água

Submerso a 1m por 30min.

Submerso a 1m por 30min.

Submerso a 1m por 30min.

Submerso a 1m por 30min.

Submerso a 1m por 30min.

Submerso a 1m por 30min.

-

Sim

Sim

Sim

Sim

Sim

Fora do mercado

Fora do mercado

$536

$145

$194

$375

Ícones para pontos Preço (dólares)

Fonte: GARMIN International (www.garmin.com).

Para configurar um aparelho GPS é necessário o conhecimento de alguns dados cartográficos como datum, sistema de coordenadas e fuso horário (time zone). Para que o receptor GPS localize a constelação de satélites (efemérides) e calcule corretamente a posição do ponto, é necessário informá-lo em que fuso horário (Tabela 8) o usuário está. Uma maneira simples de determinar seu fuso horário é saber quantas horas está atrasado ou adiantado em relação ao UTC, ou Tempo Universal Coordenado (também denominado hora ‘Greenwich’ ou ‘zulu’). Em 1986, o UTC substituiu a Hora Média de Greenwich (GMT), sendo considerado o Padrão Mundial de Tempo, e se baseia-se em medições atômicas em vez da rotação da Terra. Por exemplo, o horário de Brasília está 3 horas atrás

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do UTC; então, a diferença será –3. Subtraia uma hora para cada fuso horário à medida que viaja para oeste (GARMIN, 2000).

Tabela 8. Fusos horários UTC aproximados para várias zonas delimitadas em longitudes. Se você estiver no período de horário de verão, some uma hora à diferença horária do fuso (GARMIN, 2000). Zona Longitudinal Diferença Horária Zona Longitudinal Diferença Horária 180,0º W a 172,5º W -12 007,5º E a 022,5º E +1 172,5º W a 157,5º W -11 022,5º E a 037,5º E +2 157,5º W a 142.5º W -10 037,5º E a 052,5º E +3 142,5º W a 127,5º W -9 052,5º E a 067,5º E +4 127,5º W a 112,5º W -8 067,5º E a 082,5º E +5 112,5º W a 097,5º W -7 082,5º E a 097,5º E +6 097,5º W a 082,5º W -6 097,5º E a 112,5º E +7 082,5º W a 067,5º W -5 112,5º E a 127,5º E +8 067,5º W a 052,5º W -4 127,5º E a 142,5º E +9 052,5º W a 037,5º W -3 142.5º E a 157,5º E +10 037,5º W a 022,5º W -2 157,5º E a 172,5º E +11 022,5º W a 007,5º W -1 172,5º E a 180,0º E +12 007,5º W a 007,5º E 0

Usar o GPS juntamente com um mapa amplia o poder de ambos durante a navegação. Para isso é preciso selecionar o formato de apresentação das posições (sistema de coordenadas), datum, unidades e norte de referência que combinem com o mapa (GARMIN, 2000). O sistema de coordenadas mais usado é latitude e longitude em graus e minutos decimais (hdddºmm.mmmm’), mas o GPS possui vários outros como coordenadas planas (UTM), e coordenadas geográficas no formato graus, minutos e segundos decimais (hdddo mm'ss.ssss''). O datum inicial da maioria dos aparelhos GPS é o WGS 84 (World Geodetic Survey de 1984). No entanto, caso o usuário pretenda plotar as coordenadas coletadas pelo GPS em uma carta topográfica, o mais adequado é utilizar o datum da carta (SAD-69 ou Córrego Alegre). A unidade de medida comumente utilizada para todas as leituras de velocidade e distância é a métrica. A maioria dos aparelhos GPS possibilitam escolher outras unidades como milhas terrestres (statute) ou milhas náuticas (GARMIN, 2000). As marcações angulares do GPS corresponderão às da agulha magnética se o GPS estiver referenciado ao norte magnético (configuração inicial). Devido a erros introduzidos pelo processo de planificar a superfície terrestre em um mapa, nem todas as linhas de

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posição desenhadas no mapa apontam exatamente para o norte verdadeiro. Assim, o norte indicado pelas linhas é denominado ‘Norte da Carta’ ou ‘Norte da Quadrícula’ (Grid North). Entretanto, a diferença normalmente é tão pequena que o norte da quadrícula pode ser considerado igual ao norte verdadeiro para deslocamentos terrestres. FONTANA (2002) sugere que use o norte verdadeiro (true) quando o usuário empregar unicamente a carta topográfica e o GPS, descartando o uso da bússola.

As escalas e projeções dos mapas mais usados em biogeografia e suas limitações

Estudos em biogeografia geralmente usam mapas do Brasil, da América do Sul ou regionais (p. ex. parte da Amazônia Legal). Em geral, esses mapas estão em projeção Policônica, coordenadas geográficas e em escalas cartográficas pequenas (menores de 1:50.000). Mapas usados para localizar a área de estudo, em áreas como ecologia, usam escalas maiores (menores ou iguais a 1:50.000), geralmente com projeção UTM e coordenadas planas. É importante notar que a acurácia do posicionamento de determinada localidade ou ocorrência de uma espécie em um mapa dependerá da escala, e do erro gráfico intrínseco a esta escala.

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As informações que não podem deixar de entrar em um mapa

Os mapas produzidos para publicações em biogeografia devem seguir as normas cartográficas para que os leitores possam avaliar a precisão dos dados mostrados nessa representação cartográfica. Alguns elementos cartográficos são impressindíveis para a produção de um mapa (Figuras 40 e 41): •

Título (descreve o propósito da carta)

•

Norte geográfico (que geralmente coincide com o norte da quadrícula)

•

Escala (gráfica e/ou numérica)

•

Projeção e datum usados

•

Gratículas indicando as coordenadas

•

Legenda indicando os elementos do mapa

•

Localização da área em uma escala menor

•

Informações sobre a base cartográfica utilizada

Figura 40. Algumas informações contidas na legenda de uma carta topográfica.

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Figura 41. Informações que devem ser apresentados em um mapa.

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Como fazer os mapas de distribuição geográfica

Existem duas formas de confeccionar um mapa: manual (cartografia analógica) e através do computador (cartografia digital). Diferentemente da cartografia analógica, a cartografia digital pode fornecer uma base de dados digital mais rapidamente atualizável e produzir mapas visualizados em diferentes meios, podendo ser interativos e animados (PETERSON, 1995; ROBINSON et al., 1995). Existem diversos programas (softwares) de automação de tarefas cartográficas e visualização de dados, denominados de CADs que podem ser usados para gerar mapas como, por exemplo, AutoCAD, AutoCAD Map e MapMaker (Tabela 9). Vale ressaltar que os CADs diferem dos SIGs (Sistemas de Informações Geográficas), já que esses últimos superam a simples manipulação de mapas digitais através da exploração das relações existentes entre seus dados gráficos e descritivos,

permitindo

a

execução

de

funções

de

análise

espacial,

envolvendo

proximidade, adjacência e conectividade, além de análises envolvendo compatibilizações de diversos mapas, oriundos de diversas fontes, escalas, sistemas de projeção, etc. (BURROUGH & MCDONNELL, 1998; RIPSA, 2000). No entanto, alguns SIGs podem ser sub-utilizados para gerar mapas como, por exemplo, ArcView, MapInfo, SPRING e Idrisi (Tabela 9). Existem alguns programas que vem sendo usados, principalmente por biólogos, para gerar mapas como, por exemplo, Fishmap, SURFER e DMAP (Tabela 9). Além dos programas de computador, é necessário obter uma base de dados constituída por mapas e localidade georreferenciadas de ocorrência de espécies. Os mapas, como já vimos, podem ser adquiridos (IBGE, Exército, Prefeituras, etc.) ou confeccionados (usando como base, p.ex., imagens de satélite). Já as coordenadas das localidades pode ser adquiridas através de GPS, no próprio local, ou através dos Gazetteer (livros que contém mais de 6.000 localidades e suas coordenadas geográficas). Alguns Gazetteer são: United States Board on Geographic Names (USBGN) (Quadro 1), Ornithological Gazetteer (Paynter & Traylor) (Quadro 2), e CALLE** (Quadro 3). A escala sugerida para os mapas que usam as coordenadas dos Gazetteer é de 1:1.000.000 ou menor, já que eles usam como fonte a Carta do Brasil ao Milionésimo entre outras.

**

http://www.calle.com/world/

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Tabela 9. Programas usados para gerar e/ou visualizar mapas digitais. Programas Utilidades AutoCAD e AutoCAD Map Produção de desenhos técnicos e mapas Fishmap Produção de mapas iMap (Macintosh) Produção de mapas MapMaker Produção de mapas Natural Resources Database Produção de mapas Versamap Produção de mapas GPS TrackMaker Produção de mapas com os waypoints do GPS SURFER Produção de mapas em 3D DMAP Produção de mapas de distribuição MapMate Produção de mapas de distribuição DIVA-GIS Produção de mapas de distribuição e análise ArcView Produção de mapas e análise Christine GIS System Produção de mapas e análise Floramap Produção de mapas e análise MapInfo Produção de mapas e análise MapViewer Produção de mapas e análise Tratamento de imagens de satélite, análises e Idrisi produção de mapas Tratamento de imagens de satélite, análises e SPRING produção de mapas MapBrowser Visualizador de mapas

Gratuito

X X X

X X

Site na Internet http://www.autodesk.com http://www.bcfisheries.gov.bc.ca/fishinv/fishmap.htm http://www.kuleuven.ac.be/bio/sys/imap/ http://www.mapmaker.com/ http://www.nrdb.co.uk/ http://www.versamap.com/ http://www.gpstm.com/port/ http://www.goldensoftware.com/products/surfer/surfer.shtml http://www.dmap.co.uk/welcome.htm http://www.mapmate.co.uk/ http://www.diva-gis.org/ http://www.esri.com/software/arcgis/arcview/overview.html http://www.christine-gis.com/ http://www.floramap-ciat.org/ http://www.mapinfo.com/ http://www.goldensoftware.com/products/mapviewer/mapviewer.shtml http://www.clarklabs.org/ http://www.dpi.inpe.br/spring/

X

http://www.vdstech.com/mapbrowser.htm

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QUADRO 1 Exemplo de localidades contidas no USBGN Gazetteer, onde são apresentados o nome da localidade (ex. Serra do Cipó), sua designação (p.ex. morro), suas coordenadas geográficas (latitude 7 o52'S, longitude 36o52'W), sua unidade administrativa (p.ex. , Estado da Paraíba) e a referência das coordenadas dessa localidade (p.ex. Carta do Brasil ao Milionésimo).

Nome da Localidade Cinco Ilhas Cipó, Córrego do Cipó, Rio see Cipó, Riacho do Cipó, Serra do Cipoal

Designação

Latitude

Longitude 51 26 W 44 19 W 38 49 W

Unidade Administrativa 77000 77033 77041

Referência da localidade 01 01 00

ISLS STM STMI

20 29 S 17 16 S 9 53 S

HLL PPL

7 52 S 1 43 S

36 52 W 55 26 W

77025 77015

01 01

DESIGNAÇÃO: ISLS = ilhas; STM = rio; STMI = rio intermitente; HLL = morro; PPL = lugar povoado UNIDADE ADMINISTRATIVA: 77000 = Brasil (geral); 77033 = Estado de Minas Gerais; 77041 = Estado de São Paulo; 77025 = Estado da Paraíba; 77015 = Estado do Pará REFERÊNCIA DA LOCALIDADE: 01 = Carta do Brasil ao Milionésimo (IBGE); 00 = Outras referências ou referências cruzadas.

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QUADRO 2 Exemplo de localidades contidas no Ornithological Gazetteer, onde são apresentados o nome da localidade (ex. Serra do Cipó, Estado de Minas Gerais), suas coordenadas geográficas (latitude 19o14'S, longitude 43o33'W) e as referências bibliográficas onde essa localidade foi citada.

CIPÓ, SERRA (Ruschi, 1961:32); see Cipó, Serra do. CIPÓ, SERRA DO; Minas Gerais

1914 / 4333 (Vanzolini, pers. comm.)

Alt ?; in eastern Minas Gerais, in southern Serra do Espinhaço [ 1730/4330 (USBGN) ], NE of Belo Horizonte [ 1930/4345 (USBGN) ] ; not named on our maps; Berlioz, at 1,400m, 9 Aug. 1933 (Berlioz, 1934b:423); Berla, June 1946 (FMNH); Ruschi, 16 June 1956, at 900-1,200 m, 10 Mar. 1958, 19 Nov. 1959, 19 Jan. 1960, Sept., Oct., Dec. Year? (Ruschi, 1961:32-33, as “Serra Cipó”; p.41; 1962a: 17-18; ...; Sazima, at Km 114 on Vespasiano [ 1940/4355 (USBGN) ] / Conceição [ Conceição do Mato Dentro, 1901/4325 (USBGN) ] highway, date ? (Sazima, 1981). Onde: USBGN = United States Board on Geographic Names; FMNH = Field Museum of Natural History. Obs. Todas as latitudes estão a Sul do Equador, exceto quando são seguidas por “N”.

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QUADRO 3 Exemplo de localidades contidas no CALLE, onde são apresentados o nome da localidade (ex. Guapimirim, Estado do Rio de Janeiro, Brasil), suas coordenadas geográficas (latitude em graus e minutos decimais 22,53oS, que equivale a o 22 31,8'S ou 22o31'05"S; longitude 42,98o'W ou 42o58,8'W ou 42o58'05"W), sua altitude (115m), informações climáticas (se disponível), links de busca, três mapas em escalas diferentes, e opções de zoom.

Guapimirim, Brazil Page World:Brazil:Estado do Rio de Janeiro (http://www.calle.com/world/BR/21/index.html) Latitude -22.5333333 Longitude -42.9833333 Altitude (feet) 380 Lat (DMS) 22° 31' 60S Long (DMS) 42° 58' 60W Altitude (meters) 115 Click here to include current weather info Google links for Guapimirim Google links for Guapimirim, Brazil FAST/Alltheweb images for Guapimirim FAST/Alltheweb images for Guapimirim, Brazil

110.8 nm east and west of Guapimirim. Mercator projection. Illuminated Bigger Smaller Wider Narrower Taller Shorter Reset 4.0X In

2.0X In

1.4X In

1.4X Out

2.0X Out

4.0X Out

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Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

Referências Bibliográficas

BEN MEADOWS. Stereoscope , 2002. Disponível em . Acesso em: 11/10/2002. BERNARDI, J. V. E.; LANDIM, P. M. B. Aplicação do Sistema de Posicionamento Global

(GPS)

na

Coleta

de

Dados,

2002.

Disponível

em

. Acesso em: 10/05/2003. BROWN, J. H.; LOMOLINO, M. V. Biogeography. Sunderland: Sinauer Associates, 1998. 692 p. BROWN, T.; HUNTER, R. The Spur book of map and compass. Buckinghamshire: Spurbooks, 1975. 62 p. BUGAYEVSKIY, L. M.; SNYDER, J. P. Map projections : a reference manual. London: Taylor & Francis, 1995. 328 p. BURROUGH, P. A.; MCDONNELL, R. A. Principles of geographical information systems . Oxford: Oxford University Press, 1998. 333 p. CÂMARA, G.; CASANOVA, M. A.; HEMERLY, A. S. et al. Anatomia de sistemas de informação geográfica. Campinas: Instituto de Computação da UNICAMP, 1996. 193 p. CAMPBELL, J. B. Introduction to remote sensing. New York: The Guilford Press, 1996. 622 p. CCSR. Tutorial on the Fundamentals of Remote Sensing, 1998. Disponível em . Acesso em: 25/04/2001. CERQUEIRA, R.; MARROIG, G.; PINDER, L. Marmosets and Lion-tamarins distribution (Callitrichidae, Primates) in Rio de Janeiro State, South-eastern Brazil. Mammalia, v. 62, p. 213-226, 1998. COX, C. B.; MOORE, P. D. Biogeography: an ecological and evolutionary approach. Oxford: Blackwell Science, 1993. 326 p. 62

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

CRÓSTA, A. P. Processamento digital de imagens de sensoriamento remoto. Campinas: IG/UNICAMP, 1992. 170 p. CRÓSTA, A. P.; FILHO, C. R. S. Sensoriamento remoto. In: SAGRES. Anuário Fator GIS. Curitiba: Sagres, 1997. p. C10-C21. CRUZ, C. B. M.; BARROS, R. S.; PIRES, F. M. A. et al. Leitura de mapas e técnicas de localização em campo. Rio de Janeiro, 2001. 99 p. DIGITAL GLOBE. QuickBird, 2002. Disponível em . Acesso em: 9/10/2002. ESA

/

EC.

Galileo,

2003a.

Disponível

em

. Acesso em: 25/01/2004. ESA / EC. Galileo: A permanent reference in time and space, 2003b. Disponível em .

Acesso

em: 25/01/2004. FOCUS SCIENTIFIC. SRM10 & SRM20 Stereo Dissecting Microscope , 2002. Disponível

em

. Acesso em: 11/10/2002. FONTANA, S. P. GPS: a navegação do futuro. Porto Alegre: Mercado Aberto, 2002. 304 p. FRANCISCO, C. N. Interpretação e prática cartográfica para o ensino escolar: Módulo Sensoriamento Remoto. Niterói, 1999. 16 p. (manuscrito). GARMIN. GPS: Guide for beginners . Olathe: Garmin International, 2000. 23 p. HENGEVELD, R. Dynamic biogeography. Cambridge: Cambridge University Press, 1990. 249 p. IBGE. Noções básicas de cartografia. Rio de Janeiro: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística, 1999. 130 p.

63

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

INPE.

SPRING:

Conceitos

Cartográficos,

2002.

Disponível

em

. Acesso em: 28/08/2002. INTERSAT. Sensores Remotos, 2002. Disponível em . Acesso em: 27/08/2002. LILLESAND, T. M.; KIEFER, R. W. Remote sensing and image interpretation. New York: John Wiley & Sons, 1994. 750 p. MELHORAMENTOS.

Atlas

Geográfico

do

Brasil.

JCS

Multimídia/

IBGE/INPE/SISGRAPH, 1998. CDROM. MELHORAMENTOS. Michaelis 2000: moderno dicionário da língua portuguesa. São Paulo: Reader's Digest/Melhoramentos, 2000. 2241 p. MOREIRA, M. A. Fundamentos do Sensoriamento Remoto e metodologias de aplicação. São José dos Campos: INPE, 2001. 252 p. MSSL.

Missions ,

2000.

Disponível

em

. Acesso em: 9/10/2002. NASA. JERS1, 2001b. Disponível em . Acesso em: 12/04/2001. NASA.

Sensoriamento

Remoto

Tutorial,

2001a.

Disponível

em

. Acesso em: 12/04/2001. NOVO, E. M. L. M. Sensoriamento remoto: princípios e aplicações. São Paulo: Editora Edgard Blücher, 1992. 308 p. PEARSON II, F. Map projections: theory and applications. Boca Raton: CRC Press, 1990. 372 p. PETERSON, M. P. Interactive and animated cartography. Englewood Cliffs: PrenticeHall, 1995. 257 p.

64

Cartografia aplicada à biogeografia - Simone R. Freitas - 2004

PINA, M. F.; CRUZ, C. B. M. Conceitos básicos de cartografia para utilização em sistemas de informações geográficas. In: RIPSA, R. I. D. I. P. A. S.-. Conceitos básicos de sistemas de informação geográfica e cartografia aplicados à saúde . Brasília: Organização Panamericana de Saúde/Ministério da Saúde, 2000. p. 91-107. RIPSA. Conceitos básicos de sistemas de informação geográfica e cartografia aplicados à saúde . Brasília: Organização Panamericana de Saúde/Ministério da Saúde, 2000. 124 p. ROBINSON, A. H.; MORRISON, J. L.; MUEHRCKE, P. C. et al. Elements of cartography. New York: John Wiley & Sons, 1995. 674 p. ROCHA, C. H. B. Geoprocessamento: tecnologia transdisciplinar. Juiz de Fora: Editora do Autor, 2000. 220 p. SILVA, J. M. C. Distribution of Amazonian and Atlantic birds in gallery forests of the cerrado region, South America. Ornitologia Neotropical, v. 7, p. 1-18, 1996. SPACEIMAGING.

Ikonos,

2002.

Disponível

em

.

Acesso em: 27/08/2002. SPRING. SPRING: Introdução ao Sensoriamento Remoto, 2002. Disponível em . Acesso em: 29/08/2002. TURNER, M. G.; GARDNER, R. H.; O'NEILL, R. V. Landscape ecology in theory and practice: pattern and process. New York: Springer-Verlag, 2001. 404 p. WEKSLER, M.; GEISE, L.; CERQUEIRA, R. A new species of Oryzomys (Rodentia, Sigmondontinae) from southeast Brazil, with comments on the classification of the O. capito species group. Zoological Journal of the Linnean Society, v. 125, p. 445-462, 1999. WIENS, J. A. Spatial scaling in ecology. Functional Ecology, v. 3, p. 385-397, 1989.

65