AVALIAÇÃO DO EFEITO DE DIFERENTES AJUSTES NA DIGITALIZAÇÃO DE MAPASRESUMO
O suprimento da crescente demanda por mapas temáticos tem sido facilitado pela disponibilidade de recursos computacionais mediante o uso de Sistemas de Informações Geográficas (SIGs). Dados de fontes analógicas, principalmente mapas de papel, devem ser transformados para a forma digital, a fim de utilizá-los nos SIGs. Neste trabalho, realizado no Departamento de Solos da Faculdade de Agronomia da UFRGS, em março e abril de 1996, determinou-se a melhor forma de digitalizar mapas analógicos, variando o número de coordenadas fornecidas ao SIG, bem como a maneira de apontá-las e representá-las, com diferentes tamanhos de "pixel", avaliando a qualidade dos mapas e a quantificação das áreas. Avaliou-se ainda o tamanho de "pixel" mais adequado para a impressão em cada escala de publicação. Conclui-se que não há diferença, quanto à medição de áreas, entre o modo de apontamento contínuo e pontual. Recomenda-se o uso de um tamanho máximo do "pixel" e de tolerância em torno de 2 a 3 mm no mapa original, e um tamanho de "pixel" para impressão não maior que 0,5 mm e, de preferência, menor que 0,25 mm.
Termos de indexação
digitalização; mapa; Sistema de Informações Geográficas
SUMMARY
Supply to the growing demand for thematical maps has been eased by the availability of computers using Geographical Information Systems (GIS). Data from analogical sources, mainly paper maps, must be transformed into the digital form to be used by the GIS. We determine the best method for digitalizing analogical maps in March and April 1996 at the Soil Department of the Federal University of Rio Grande do Sul State, Brazil, varying the number of coordinates provided to the GIS, as well as the way of pointing and representing, using different pixel sizes for the evaluation of map quality and area quantification. We also evaluated the best pixel size for printed maps. For area quantification, we did not find difference between the continuous and point method. The recommended pixel size and tolerance is about 2 to 3 mm on the original map, whereas the printed pixel size should not exceed 0.5 mm , and preferentially be smaller than 0.25 mm .
Index terms
digitalization; map; Geographical Information System
INTRODUÇÃO
O suprimento da crescente demanda por mapas temáticos, fontes de informações para a exploração, manejo e conservação de recursos naturais, tem sido facilitado, nos últimos anos, pela disponibilidade de recursos computacionais mediante o uso de Sistemas de Informações Geográficas (SIGs), segundo trabalhos científicos, como os de Formaggio et al. (1992), Gomes et al. (1993) e Assad (1995). Esses sistemas são programas computacionais que facilitam o armazenamento, o processamento e o cruzamento de informações georreferenciadas.
Na geração de mapas temáticos, os SIGs empregam informações na forma digital e, portanto, dados digitais provenientes de sensoriamento remoto podem ser utilizados diretamente. Por outro lado, dados de fontes analógicas, principalmente mapas de papel, devem ser transformados para a forma digital a fim de utilizá-los nos SIGs. Esse processo de transformação é chamado de digitalização (Assad & Sano, 1993). A digitalização consiste em duas etapas. Na primeira, o apontamento, as coordenadas de um número de pontos presentes nos limites entre as unidades no mapa são registradas e arquivadas num arquivo vetorial de linhas, arcos ou polígonos, normalmente usando uma mesa digitalizadora. Na segunda, a rasterização, o programa de digitalização interpola a posição dos limites com base nas coordenadas fornecidas, criando uma imagem digital. Quanto mais coordenadas são fornecidas na primeira etapa, menores serão os erros que ocorrem na segunda. Entretanto, para uma transformação dos dados analógicos de limites curvos em digitais, sem nenhuma perda de informação, seria necessário um número infinito de coordenadas. Portanto, a digitalização implica sempre perda de informações, sendo o erro relativo menor na digitalização de linhas retas do que na digitalização de curvas (Burrough, 1987). A imagem digital de um mapa, após processamento ou cruzamento dos dados digitais, é composta de "pixels", a unidade mínima de resolução da imagem. Cada "pixel" só pode conter um valor simples de um atributo mapeado, ou seja, a área coberta por cada "pixel" é uniforme na imagem, resultando novamente em perda de informação, pois a informação fica diluída na média para cada "pixel", o que nem sempre é desejável. A escolha de um tamanho de "pixel" adequado, portanto, é de grande importância na racionalização da análise de imagens. Não se deve utilizar "pixel" muito pequeno para não aumentar desnecessariamente o tamanho dos arquivos e o tempo de processamento da imagem, nem "pixel" muito grande, a fim de evitar perda excessiva de informação.
Na produção final de um mapa impresso, que é um processo de transformação de uma imagem digital em uma analógica (impressa em papel), deve-se atentar para o fornecimento de um mapa de boa qualidade visual. Em função da escala de impressão do mapa, deve-se dimensionar o tamanho do "pixel" adotado na imagem digital.
Este trabalho teve por objetivo determinar a melhor forma de digitalizar mapas analógicos, variando o número de coordenadas fornecidas ao SIG, bem como a maneira de apontá-las e representá-las, com diferentes tamanhos de "pixel", avaliando a qualidade dos mapas e a quantificação das áreas. Avaliou-se, ainda, o tamanho de "pixel" mais adequado para a impressão em cada escala de publicação.
MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho foi realizado no Departamento de Solos da Faculdade de Agronomia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul em março e abril de 1996. Como mapa analógico, utilizou-se um mapa de solos de escala 1:32.000 da região situada entre as coordenadas UTM 432.000 a 436.000 e 6.684.000 a 6.686.000 da Zona 22, correspondente a uma área de 8 km2 do município de Sentinela do Sul (RS), contendo quatro unidades de mapeamento (Figura 1). Utilizan-do-se um microcomputador PC486-DX 2 acoplado a uma mesa digitalizadora "Van Gogh" de tamanho A1 e uma impressora HP Deskjet 600 e munido dos programas IDRISI (versão 4.1), TOSCA (versão 2.0) e Photostyler (versão 2.0), testaram-se diferentes combinações de métodos de digitalização.
Mapa de solos utilizado para digitalização com representação das unidades de mapeamento 1 a 4.
Como é comum aos programas de apontamento, o TOSCA permite a definição da densidade de pontos registrados, mediante seleção de uma tolerância, que é a distância mínima entre pontos subseqüentes registrados. Além disso, permite trabalhar usando os modos de apontamento contínuo, onde o programa automaticamente armazena uma coordenada a cada tolerância, ou pontual, onde o usuário marca cada coordenada a armazenar, sendo que o programa apenas o armazena se ele estiver localizado a uma distância maior que a tolerância do ponto anterior. Utilizaram-se os dois modos de apontamento, combinados com quatro tolerâncias: 10, 30, 60 e 100 m. Os oito tratamentos resultantes foram executados com três repetições, cada uma delas feita por um operador diferente, a fim de reduzir a influência de erros sistemáticos de um digitalizador no erro final. Os 24 arquivos vetoriais de linhas resultantes foram transformados em arquivos vetoriais de arcos e, posteriormente, de polígonos, os quais foram rasterizados pelo programa IDRISI, originando imagens com diferentes tamanhos de "pixel": 12,5, 25, 50 e 100 m.
Efetuaram-se avaliações quantitativas do tamanho dos arquivos vetoriais de polígonos. Através do programa IDRISI, determinou-se a área de cada uma das quatro unidades de mapeamento em todas as imagens. A variação na medição das áreas foi avaliada pela comparação de médias por meio do teste de Duncan. Para fins de comparação, a área de cada unidade também foi determinada por medição das unidades de mapeamento no mapa original por planimetria, com quatro repetições.
As 96 imagens geradas foram exportadas na forma de arquivos gráficos de formato TIFF ("Tag Image File Format"), permitindo a sua importação pelo programa "Aldus Photostyler". Através deste, imprimiram-se as imagens nas escalas 1:10.000, 1:25.000, 1:50.000 e 1:100.000. Uma das imagens (a com "pixel" 12,5 m e tolerância 10 m) foi impressa também nas escalas 1:15.000, 1:20.000, 1:30.000, 1:35.000, 1:40.000, 1:45.000, 1:55.000 e 1:60.000. Para a avaliação da qualidade visual dos mapas, a uma distância de, aproximadamente, 0,5 m entre mapa e observador, empregou-se, como critério, a não-percepção do "pixel" no mapa. O tamanho do "pixel" dos mapas que foram impressos estão no quadro 1.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Tamanho dos arquivos
O tamanho dos arquivos vetoriais depende exclusivamente da quantidade de informações digitalizadas e reflete, portanto, o número de coordenadas registradas. Dessa forma, quanto menor a tolerância, maior o tamanho do arquivo gerado. Como se observa no quadro 2, utilizando-se o modo de apontamento contínuo, onde o número de pontos registrados é o máximo possível dentro da tolerância estabelecida, geram-se arquivos maiores do que aqueles que resultam da digitalização pelo modo pontual. As diferenças entre as repetições (operadores), no modo pontual, devem-se a diferenças no detalhamento da tortuosidade das linhas, que podem ocorrer com maior facilidade para as menores tolerâncias, resultando em maiores coeficientes de variação no tamanho dos arquivos. Em função da liberdade que o operador tem quando emprega o modo de apontamento pontual, resultando em maior ou menor densidade de pontos registrados, inerentes à percepção e habilidade de cada operador, o coeficiente de variação do tamanho dos arquivos entre operadores é maior nesse modo.
Medição de áreas a partir das imagens
A análise estatística através do teste de Duncan revelou que, na significância de 5%, não houve diferença na medição das áreas entre os modos de apontamento contínuo e pontual em nenhum dos casos da pesquisa. Dessa forma, é indiferente o uso de qualquer um dos modos quanto à medição de áreas. Com base nessa conclusão, os valores obtidos para as áreas por ambos os métodos foram considerados como repetições na análise estatística subseqüente, cujos resultados se encontram no quadro 3.
Área determinada para as quatro unidades de mapeamento por planimetria e utilizando combinações de quatro tolerâncias e quatro tamanhos de "pixel", com análise estatística
Seus dados mostram que, independentemente da tolerância utilizada, maior tamanho do "pixel" causa maiores diferenças entre a medição da área pelo SIG e aquela por planimetria. Embora não se possa afirmar que os valores obtidos por planimetria sejam os verdadeiros, o método apresenta alta precisão e exatidão, sendo a melhor referência disponível. O tamanho crítico de "pixel" para as unidades de mapeamento 1 a 3, para todas as tolerâncias, está entre 50 e 100 m , correspondente a uma distância de, aproximadamente, 2 a 3 mm no mapa original, isto é, o uso de "pixel" maior que 2 a 3 mm (na escala do mapa original) gerou diferenças significativas na medição de áreas. Para a unidade 4, o tamanho crítico foi menor, entre 12,5 e 50 m, que correponde a, aproximadamente, 1 mm no mapa original.
Os resultados da comparação de médias entre diferentes tolerâncias mostram que, para as unidades 1 a 3 e para tamanhos de "pixel" menores que 100 m, existe diferença entre a tolerância de 100 m e as demais. Portanto, a tolerância crítica para medição de áreas está em torno de 2 a 3 mm no mapa original. Para o tamanho de "pixel" de 100 m, essa diferença quanto à tolerância não existe tão claramente, devendo ser diluída pelo erro causado pelo tamanho do "pixel". A unidade de mapeamento 4 não apresentou nenhuma diferença entre as médias para as diferentes tolerâncias.
Avaliação da qualidade de impressão
A qualidade visual de um mapa é, entre outros fatores, função do tamanho de "pixel" utilizado para sua impressão, uma vez que a utilização de um "pixel" maior do que a resolução da visão do observador causa, na sua percepção, distorções nos limites entre unidades no mapa, resultando em perda da qualidade da informação. A resolução é, obviamente, dependente da distância entre o observador e o mapa.
Dessa forma, a partir da impressão de uma imagem ("pixel" 12,5 m com tolerância 10 m) em escalas de 1:10.000 a 1:100.000 e relacionando-se o tamanho do "pixel" no terreno com o tamanho do "pixel" impresso, consideraram-se boas as imagens impressas na escala 1:50.000 ("pixel" de 0,25 mm) e aceitáveis as de 1:25.000 ("pixel" de 0,50 mm).
CONCLUSÕES
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O modo de apontamento contínuo gera arquivos vetoriais de maior tamanho.
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O modo de apontamento contínuo ou pontual não implica diferenças quanto à medição de áreas.
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Para uma medição confiável das áreas, o tamanho máximo do "pixel" e da tolerância utilizável está em torno de 2 a 3 mm no mapa original.
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O tamanho do "pixel" para impressão não deve exceder 0,5 mm e, de preferência, deve ser menor ou igual a 0,25 mm.
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Diferenças entre operadores (digitalizadores) ocorrem quanto ao tamanho dos arquivos vetoriais gerados, porém não influenciam a medição de áreas.
LITERATURA CITADA
- ASSAD, M.L.L. Uso de um sistema de informações geográficas na determinação da aptidão agrícola de terras. R. bras. Ci. Solo, Campinas, 19:133-139, 1995.
- ASSAD, E.D. & SANO, E.E., eds. Sistema de informações geográficas: aplicações na agricultura. Planaltina, EMBRAPACPAC, 1993.
- BURROUGH, P.A. Principles of geographical information systems for land resources assessment. Oxford, Oxford University Press, 1987. 193p.
- FORMAGGIO, A.R.; ALVES, D.S. & EPIPHANIO, J.C.N. Sistemas de informações geográficas na obtenção de mapas de aptidão agrícola e de taxa de adequação de uso das terras. R. bras. Ci. Solo, Campinas, 16:249-256, 1992.
- GOMES, E.C.B.; LEITE, F.R.B. & CRUZ, M.L.B. Aptidão agrícola das terras através de sistema de informações geográficas. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO., 7., Curitiba, 1993. Anais. Curitiba, INPE/SELPER/SBC, 1993. p.132-139.
