Especialista em projeções

• Projeções cartográficas
• Sistemas de referência de coordenadas
• Como é que é utilizado no « QGIS »?
• Exemplo de registo de um ponto GPS na Grã-Bretanha
  • 1. Transformação de referência
  • 2. Projeção cartográfica
• O que é que poderia correr mal?
• QGIS separador «Transformação»

Projeções cartográficas

A projeção cartográfica é a operação que define como apresentar/exibir dados espaciais (os seus dados com o sistema de referência de coordenadas associado) numa superfície plana bidimensional (QGIS , numa tela de mapa ou num mapa impresso em papel). Existem vários tipos de projeções utilizadas na cartografia (projeções planas, cilíndricas e cónicas). Cada tipo de projeção pode preservar algum atributo do mapa «plano» bidimensional. Algumas projeções preservam a distância, outras as áreas, etc. Por exemplo, a projeção de Mercator foi criada para apresentar rumos precisos para viagens marítimas.

Pode ler mais sobre projeções cartográficas no QGIS documentos ou Wikipédia.

Sistemas de referência de coordenadas

Todos os seus dados espaciais incluem informações sobre a localização desses dados na Terra. Imaginemos que pretenda registar a posição de uma árvore patrimonial. Pode ficar ao lado dela com um recetor de GPS e anotar a latitude, a longitude e a altitude do local. Dois números em graus e um em metros. Pensa que esses três números irão indicar com exatidão a posição da árvore patrimonial para os seus filhos. Não é assim tão fácil. E se, daqui a 50 anos, o GPS for substituído por uma tecnologia diferente que não utilize a latitude e a longitude? Ou digamos que a árvore se encontre na Austrália. O continente situa-se na placa tectónica continental que se desloca mais rapidamente do mundo, a uma velocidade de cerca de 7 centímetros por ano. E a sua posição de GPS está relacionada com as coordenadas globais/mundiais. Ok, pelo menos devemos anotar a data em que registámos as coordenadas e qual o sistema de referência de coordenadas (CRS) que utilizámos.

Por vezes, as coordenadas dos dados espaciais estão expressas em metros ou pés; outras vezes, em graus; e, por isso, é também necessário um sistema de referência de coordenadas que defina como os dados espaciais podem ser transformados para a posição na Terra. Cada sistema de referência de coordenadas pode ser geográfico (por exemplo, para todo o globo, utilizando latitude e longitude em graus) ou projetado (por exemplo, para a Grã-Bretanha ou parte dos EUA, utilizando unidades métricas como os pés). Assim, o sistema de referência de coordenadas é composto por:

• os parâmetros matemáticos, tais como a origem e a escala (por exemplo, o meridiano principal, que especifica a localização da longitude 0°)
• unidades horizontais (e verticais) (graus, metros, pés, ...)
• referencial, o elipsóide/geóide que representa a forma da Terra e a sua posição em relação à superfície

Os sistemas de referência de coordenadas não são imutáveis. A maioria deles faz parte do registo EPSG e está associada a um número simples que permite a sua pesquisa e a obtenção da definição exata. Para aprofundar o nosso exemplo da árvore patrimonial na Austrália, poderia ter utilizado o GDA94.

Quando pretendemos apresentar os dados armazenados num sistema de referência de coordenadas num mapa que utilize outro sistema de referência de coordenadas (por exemplo, quando dispomos de várias camadas, cada uma com um sistema de coordenadas diferente), é necessário efetuar uma transformação. Quando dois sistemas de coordenadas não utilizam o mesmo datum, existem várias formas de efetuar a transformação de um sistema para o outro. Esta operação é, normalmente, apenas aproximada e podem existir várias operações para diferentes finalidades, ou dependendo da forma como os dados foram originalmente recolhidos. Por conseguinte, enquanto utilizadores de dados espaciais, precisamos de fazer uma escolha informada sobre qual a operação mais adequada ao objetivo e a mais correta a utilizar no nosso projeto atual.

É possível encontrar informações mais detalhadas sobre os sistemas de referência de coordenadas e as projeções no QGIS documentação online ou Documentação do PROJ.

Como é que é utilizado no « QGIS »?

QGIS É um software FOSS (livre e de código aberto) que se baseia noutras bibliotecas FOSS. Em particular, o suporte às projeções é assegurado pelo PROJ. A versão proj4 foi utilizada durante décadas, mas, nos últimos anos, foi recriada de raiz para refletir as formas modernas de lidar com transformações e a crescente procura por localização de alta precisão. Versões diferentes do PROJ utilizam conjuntos diferentes de ficheiros de recursos necessários para lidar com as projeções com precisão. Consulte a ajuda do PROJ para obter mais detalhes. Mais importante ainda, o QGIS utiliza a versão 7+ do PROJ desde o QGIS 3.16 LTR e o QGIS 3.18 para todas as plataformas.

A sua instalação do QGIS contém o conjunto básico de recursos do PROJ necessários para a maior parte do trabalho quotidiano. Se precisar de alguns sistemas de referência de coordenadas específicos, os ficheiros necessários para PROJ7 e versões posteriores e para PROJ6 estão disponíveis online.

QGIS pode descarregar automaticamente os ficheiros necessários para si, quando solicitado. Basta seguir as instruções quando vir o aviso « QGIS » na caixa de diálogo de transformação:

Exemplo de registo de um ponto GPS na Grã-Bretanha

Por exemplo, imaginemos que temos um projeto para a Grã-Bretanha, no qual utilizamos a projeção cartográfica British National Grid (EPSG:27700) para apresentar o mapa. Temos um mapa de fundo no mesmo sistema de referência de coordenadas, pelo que não é necessária qualquer transformação de datum para o apresentar. No entanto, pretendemos registar pontos através de um recetor GPS no terreno, utilizando a aplicação móvelMergin Maps , e adicionamos uma camada de pontos no sistema de referência de coordenadas WGS 84. Quando adicionamos um ponto a esta camada de pontos, armazenamos os valores das coordenadas (latitude e longitude recebidas do GPS) tal como estão na secção de dados da nossa camada. Quando queremos mostrar o ponto na tela do mapa QGIS , o QGIS precisa primeiro de efetuar a transformação de datum, seguida da projeção cartográfica.

1. Transformação de referência

A British National Grid (EPSG:27700) baseia-se no sistema de referência OSGB 1936, que é diferente do WGS 84. O QGIS reconhece que existe a possibilidade de efetuar a transformação do sistema de referência de várias formas, pelo que é solicitado ao utilizador que selecione uma das opções da lista:

Neste caso, a transformação recomendada é a transformação OSTN15, que utiliza um ficheiro de grelha para transformar as coordenadas. Outras transformações utilizam o método de transformação de Helmert e oferecem uma precisão inferior. Os ficheiros de grelha para as transformações não são normalmente fornecidos com o QGIS. No entanto,o QGIS permite a instalação automática destes ficheiros no local correto! Estes ficheiros são, em seguida, utilizados automaticamente em todos os seus projetos, se necessário. Assim que esta opção estiver selecionada e pronta, o QGIS recorre à biblioteca PROJ para efetuar a transformação do sistema de referência.

2. Projeção cartográfica

Assim que os dados estiverem no mesmo sistema de referência, são projetados para um espaço plano bidimensional (tela do mapa) e apresentados ao utilizador no aplicativo móvel « QGIS » ou «Mergin Maps ».

O que é que poderia correr mal?

Existem várias situações em que pode acabar por ter pontos deslocados ou mal posicionados no seu mapa.

Provavelmente, os erros de localização dos dados ocorrem com maior frequência quando o sistema de referência de coordenadas das camadas não está definido ou foi atribuído incorretamente.

Outros problemas tornam-se visíveis quando:

1. A transformação do sistema de referência tem de ser efetuada durante a reprojeção (ou seja, o GPS, a camada de levantamento topográfico e o mapa não têm o mesmo sistema de referência geodésico)
2. E a transformação dos dados não está correta.

Por exemplo, imagine que digitalizou o seu ponto de forma a que ficasse no canto do retângulo no site QGIS . No entanto, quando o abre na aplicação móvelMergin Maps no terreno, verifica-se que está, obviamente, deslocado em dezenas de centímetros. Ou, pelo contrário, digitaliza o ponto no terreno e, quando o abre em QGIS , este está mal posicionado.

A razão provável é que existe um ficheiro de deslocamento de dados adicional que foi descarregado e utilizado corretamente em QGIS, mas que está em falta na aplicação móvelMergin Maps (mais informações em este blogue)

QGIS separador «Transformação»

QGIS apresenta uma interface intuitiva para sistemas de referência de coordenadas através do separador «Transformação» nas «Definições». É alimentado pelo PROJ, que procura encontrar o melhor percurso de transformação disponível entre o sistema de referência de coordenadas de origem e o de destino.

Suponhamos que queremos configurar uma transformação predefinida entre a Rede Nacional Britânica (EPSG:27700) e o Sistema Geodésico Mundial utilizado no GPS (EPSG:4326) para todos os nossos futuros projetos QGIS .

Através do botão «+», adicionamos uma nova entrada e selecionamos EPSG:27700 e EPSG:4326. Vamos analisar a primeira transformação com uma precisão de 1 metro:

Na parte inferior, há uma linha de descrição interessante do PROJ com o pipeline a ser utilizado pela biblioteca PROJ subjacente. Pode ler mais sobre o pipeline do PROJ, mas, para começar, eis a definição de várias operações matemáticas a realizar:

+proj=pipeline
+passo +inv +proj=tmerc +lat_0=49 +lon_0=-2 +k=0,9996012717 +x_0=400000 +y_0=-100000 +ellipses=airy
+step +proj=hgridshift +grids=OSTN15_NTv2_OSGBtoETRS.gsb
+passo +proj=unitconvert +xy_in=rad +xy_out=deg

Hum. Vamos ver se conseguimos extrair pelo menos alguma informação com a ajuda da documentação do PROJ

Vemos que há 3 passos:

• inversão +inv para o tmerc(Mercator transversal) com Arejado elipsóide («projeção cartográfica»)
• seguido por hgridshift(Deslocamento horizontal da grelha) definido por ficheiro de deslocamento de referência OSTN15_NTv2_OSGBtoETRS.gsb ("transformação de dados")
• por fim, conversão de unidades de radianos para graus (as coordenadas GPS estão em graus)

Bem, o mais importante para o segundo passo é que tenhas ficheiro de deslocamento de referência OSTN15_NTv2_OSGBtoETRS.gsb no teu computador. Se não o tiveres, é por isso que aparece um grande aviso vermelho na caixa de diálogo. Mas QGIS é sempre simpático contigo e permite-lhe descarregá-lo e guardá-lo automaticamente para utilização posterior!

Pode consultar os ficheiros PROJ descarregados nestes locais:

• Para utilizadores do Windows: C:\Users\USER\AppData\Roaming\QGIS\QGIS3\profiles\default\proj (substitua USER pelo seu nome de utilizador)
• Para utilizadores do macOS: ~/Biblioteca/Apoio a Aplicações/QGIS/QGIS3/perfis/padrão/proj
• Para utilizadores do Linux: ~/.local/share/QGIS/QGIS3/profiles/default/proj