Projeção, datum e SIG. Mas que diabos?!

Acho que um dos principais motivos de dores de cabeça para quem trabalha com softwares de Sistemas de Informações Geográficas (SIG) são as projeções e data cartográficos (datum no plural se escreve data, pois vem do latim).

A relação interdisciplinar forte que existe entre a Cartografia e o Geoprocessamento é o espaço geográfico. Para representar processos que ocorrem num espaço geográfico precisamos da Cartografia e o Geoprocessamento trata e analisa, geralmente dento de um SIG, estes mesmos processos dentro do espaço geográfico.

Também percebo que um dos principais motivos para esta dificuldade é a falta de conhecimento da grande parte dos usuários sobre os conceitos básicos da Cartografia. Isso se deve principalmente pela densidade de termos, matemática e teoria por trás de tais conceitos.

Porém utilizá-los de forma errônea pode complicar o andamento do seu projeto...


Tentarei explicar tais conceitos de maneira resumida e intuitiva, mas ressalto que vou ignorar alguns pontos pertinentes do assunto, pois meu objetivo é passar a essência.

1 - Forma da Terra

Definir a forma da Terra é o primeiro passo, porém defini-la não é uma tarefa fácil. Sua composição é heterogênea e precisa ser matematicamente descritível, em outras palavras, descrita através de fórmulas, sistemas matemáticos e afins.

Desta forma, utiliza-se dois parâmetros: o campo gravitacional da Terra e a média do nível da água dos mares. Com esses dois dados, cria-se a superfície equipotencial gravitacional, em outras palavras, uma superfície onde a gravidade tem o mesmo valor em todos os seus pontos, mais próxima ao nível de água médio dos mares, formando o que chamamos de geóide.

A técnica de inferência do geóide esbarra na limitação do conhecimento do campo gravitacional da Terra. Conforme este conhecimento aumenta devido a evolução das técnicas e acurácia dos instrumentos, cria-se versões mais atualizadas do geóide terrestre.

Fora a definição resumida, o que vale ressaltar é que existe uma diferença entre a forma da Terra real e o geóide, isto é, existe no processo um erro inerente que não é constante para toda a superfície terrestre.

2 - Elipsóide de revolução e Datum

A forma matemática do geóide é intricado, o que dificulta uma série e aplicações práticas. Desta forma, cria-se na Cartografia uma versão mais simplificada do mesmo, o elipsóide de revolução. Só para constar, o círculo está para a esfera como a elipse está para o elipsóide.

Tal elipsóide de revolução é definido essencialmente por dois parâmetros: (1) raio equatorial, isto é, o raio da Terra na linha do equador; e (2) grau de achatamento dos pólos.

Nesse ponto entra o datum planimétrico. O datum planimétrico é composto por um conjunto de parâmetros, onde na prática são: (1) o elipsóide de revolução; e (2) um ponto de referência terrestre, isto é, o ponto de "amarração" do elipsóide à Terra.

Além do deste datum, também temos tipo de datum menos utilizado nos softwares de SIG, o datum vertical ou altimétrico. Este datum é uma superfície de referência baseada no nível médio dos mares. Ele só se faz necessário a dados que contenham informações de elevação como, por exemplo, um mapa hipsométrico.

Cada país adota um datum planimétrico e um datum vertical que melhor represente seu território, isto é, melhor se aproxime da realidade da fração do globo terrestre correspondente ao seu território. Sendo assim, temos diversos data para diferentes regiões do globo. Se, por exemplo, utilizarmos o datum planimétrico oficial da China para representarmos o território da Colômbia, teremos uma grande distorção. Para aumentar ainda mais a quantidade de data existentes, os instrumentos e técnicas se aprimoram, gerando novas versões mais acuradas de geóides [como dito anteriormente], elipsóides, pontos de "amarração" dos elipsóides e nível médio dos mares. Obviamente esses novos parâmetros geram versões de data oficiais atualizados em cada país com o passar do tempo.

O Brasil já possuiu dois data planimétricos oficiais: Córrego Alegre e SAD 69. Atualmente o Brasil está num período de transição para o SIRGAS 2000, o novo datum planimétrico oficial. Além disso, muitos dados do nosso território são encontrados também no datum WGS 84. O datum vertical oficial no Brasil é o Imbituba, Santa Catarina e difilmente encontra-se dados geográficos brasileiros em outro datum vertical.

Em breve colocarei um post sobre a reprojeção entre esses data.

3 - Sistemas de coordenadas geográficas

Agora que vimos que no SIG a forma da Terra é definida através de data planimétricos e verticais, precisamos definir um sistema de coordenadas para referenciar nossas informações.

Existem algumas maneiras de referenciarmos coordenadas no elipsóide de revolução, mas certamente a mais utilizada são as coordenadas geográficas. No link no final do post aborda as outras formas na página 6-6.

As coordenadas geográficas são referenciadas por dois ângulos: o latitudinal e o longitudinal. O ângulo latitudinal é em relação à linha imaginária do equador e o ângulo longitudinal é em relação à linha imaginária de Greenwich. Veja a figura abaixo:


4 - Projeções cartográficas

Referenciar suas coordenadas no globo utilizando o sistema de coordenadas geográficas pode ser limitado para inúmeras ferramentas do SIG como, por exemplo, medir distâncias e cálculo de área. Desta forma, realizamos a projeção do nosso elipsóide de revolução num plano.

O problema é que não há como realizar o processo de projeção sem deformações. Determinadas técnicas de projeções cartográficas geram determinados tipos de deformações. Então é de suma importância a escolha correta da projeção, dependendo da finalidade do dado geográfico a ser projetado. Por exemplo, a projeção Cônica Conforme de Lambert deforma áreas, portando não podemos realizar cálculos envolvendo áreas em dados geográficos nessa projeção, pois o resultado obviamente não será preciso.

No link no final do post aborda os tipos de projeções com mais detalhes e contém uma tabela com as principais projeções cartográficas e suas características quanto às deformações na página 6-14. O que vale ressaltar aqui é que precisamos prestar atenção no tipo de projeção que utilizamos para determinadas finalidades.

4.1 - Projeção UTM

A projeção UTM - Universal Transverse Mercator é um das mais utilizadas em escalas 1:250.000 e maiores, pois suas características são pertinentes a estas escalas: preserva ângulos e a deformação de áreas não ultrapassa a 0,5%.

Todavia, ela tem uma característica peculiar entre as outras projeções, a projeção UTM divide a terra em fusos ou zonas. Cada fuso contém 6º de longitude, então a Terra contém 60 fusos (360º/6º). Além disso, geralmente dividimos na prática cada fuso nos hemisférios (norte e sul). Associamos a cada fuso um número, que começa no anti-meridiano de Greenwich, isto é, na longitude -180º, de oeste para leste. Também é comum associarmos a letra "S" ou "N" para referência o hemisfério. O Brasil é abrangido pelo fuso 18 até o 25.

É importante considerar os limites dos fusos na hora de escolher a projeção UTM no seu projeto. Não podemos, por exemplo, representar dados contidos no fuso 18S no fuso 19S, pois isso obviamente resultaria em erro. Às vezes também nossa área de estudo pode ser abrangida por dois fusos, como é o caso do Estado do Rio de Janeiro, que é abrangido pelo fuso 23 e 24. Nesses casos precisamos adotar outra projeção cartográfica ou customizar os parâmetros do fuso UTM, o que torna necessário um bom conhecimento do assunto por parte do usuário e gera incompatibilidade com outros dados geográficos.

5 - Conclusão

Como foi visto, temos vários data e projeções cartográficas. Temos um grande número de combinação de ambos. É importante sabermos escolher qual datum e qual o sistema de projeção utilizar (ou não utilizar) para que as respectivas deformações não deteriorem os resultados desejados. Recomendo olhar a tabela de projeções na página 6-14 do link no final do post.

Ressalto que o processo de projeção é opcional, podemos representar o espaço geográfico desejado com coordenadas geográficas no datum escolhido. Porém não utilizar um sistema de projeção limita a possibilidade de uma série de operações no SIG, principalmente envolvendo distâncias e áreas.

Bem, queria mostrar para vocês "sucintamente" (imaginem se fosse de forma completa) os conceitos que envolvem a Cartografia e Geoprocessamento. Ter esses conceitos na cabeça ou pelo menos a mão pode fazer grande diferença ao nosso projeto de SIG.


Existe um ótimo material sobre o assunto no capítulo 6: Cartografia para Geoprocessamento, do livro Introdução à Ciência da Geoinfomação. Todo este livro está disponível gratuitamente neste link, o capítulo 6 está neste.

Abçs e até a próxima...