Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto Prof. Dr. Alzir Felippe Buffara Antunes Geoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR Primeira Parte Conceito de SIG/Geoprocessamento Elementos de um SIG Noções básicas de Cartografia Banco de Dados Aplicações- Análise Espacial Pratica: ARC-VIEW Geoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR Segunda Parte Conceito de SR Espectro eletromagnético Interpretação de Imagens: sensores Classificação Digital Correção Geométrica : geo-referenciamento Geoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR CONCEITO Geoprocessamento pode ser definido como o conjunto de técnicas e metodologias que implicam na: aquisição; arquivamento; processamento; representação de dados geo-referenciados . Geoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR
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Geoprocessamentoe Sensoriamento Remoto
Prof. Dr. Alzir Felippe Buffara Antunes
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Primeira Parte
Conceito de SIG/Geoprocessamento
Elementos de um SIG
Noções básicas de Cartografia
Banco de Dados
Aplicações- Análise Espacial
Pratica: ARC-VIEW
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Segunda Parte
Conceito de SR
Espectro eletromagnético
Interpretação de Imagens: sensores
Classificação Digital
Correção Geométrica : geo-referenciamento
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CONCEITO
Geoprocessamento pode ser definido como o conjunto de técnicas e metodologias que implicam na:
aquisição;arquivamento;processamento;representação de dados geo-referenciados .
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Aquisição Fonte de dados
Processamento Software
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Geoprocessamento é a disciplina do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para o tratamento da informação geográfica.
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O que éINFORMAÇÃO GEOGRÁFICA?
Y
XGeoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR
Palavras Chaves do Conceito:
Dado e Informação
Dado Georreferenciado é aquele que possui coordenadas Geográficas;
Sistema de Coordenadas Geográficas:LatitudeLongitudeUTM
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Mundo real
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Latitudes e
Longitudes depontos da Terra.
equador
equador
polo nortemeridiano deGreenwich
paralelos
90 o
0 o
Geo-referência
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P n Z
X
Y
P s
Q Q'O
A
A'
φ
λ
Greenwich
meridiano
do ponto A
coordenadas
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A informação geográfica é tudo aquilo que se refere a determinado objeto que pode ser vinculado a superfície física da terra ou ao seu modelo simplificado o mapa.
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Sistema de Informação Geográfica SIG ou GIS é tecnologia baseada em Hardware e Software utilizada para descrição e análise do espaço geográfico.
Mais conceitos ...
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Esta tecnologia integra operações de banco de dados , análise estatística e mapeamento digital espacialmente referenciado.
BASECARTOGRÁFICA
Mapa digital
+INFORMAÇÃO
=
RESPOSTAS
Onde? Como? Se...? Por que? O quê?
SIG = Geoprocessamento + Análise Espacial
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Pop: 100.000
Dp: 63 hab/ km2
23o 8,4’ S 53o 40,8’WGeoprocessamento: Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes UFPR
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SIG é o ambiente que permite a integração e a interação de dados referenciados espacialmente com vistas a produzir análises espaciais de apoio à tomada de decisões técnica e política.
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Fonte: Esri, 1998Aplicações :
Planejamento urbano e RegionalMeio AmbienteSegurançaControle de catástrofes Distribuição de EnergiaSaneamentoTransportesSaúde
Etc......
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Deslizamento
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Informações para análise de deslizamento
Mapa de Vegetação
Declividade
Solos
Pluviometria
Áreas de
Risco
DADOS RESULTADO
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COMPONENTES DE UM SIG
Dado-Informação;Hardware/Software;Recursos Humanos;Metodologia de Desenvolvimento de Aplicativos
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O MUNDO REAL
ABSTRAÇÃO OU SIMPLIFICAÇÃO
RECURSOS HUMANOS PROCEDIMENTOS/METODOLOGIAS
HARDWARE E SOFTWARE DADOS-INFORMAÇÃO
RESULTADOS
.
SIG
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Funcionalidade do Sistema
Obter respostas: Onde?
Como? Se...?
Por que?
O que?
O DADO
Gráfico: Mapas
Alfa-numérico (atributo): Dados sobre os mapas
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Aquisição de dados gráficos(Geotecnologias)
Cartografia (mapas digitais ou papel);Aerofotogrametria;GPS;Topografia Digital Sensoriamento Remoto
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Geomática
Grupo de geotecnologias que permite a aquisição de dados georreferenciados.
Geotecnologias
Topografia DigitalGPS AerofotogrametriaS. Remoto
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topografiaNos levantamentos topográficos, supõe-se que uma pequena região da superfície terrestre possa ser considerada como plana.
Plano topográfico
Níveltubular
vertical
Fonte: NADAL, 2000
Objetivo:Determinação de coordenadas (X,Y,Z), para pequenasáreas da superfície terrestre.
CAMPO: Medidas de ângulos, distancias e desníveis paradeterminação de:
COORDENADAS, ÁREAS, ALTITUDES e COTAS
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ângulo vertical
eixo secundário
círculo vertical
eixo óptico
níveis tubulares
círculo horizontal
Fio de prumo
ângulo horizontal
eixo principal
Teodolito
Ângulos e Distancias
α, d
Fonte: NADAL, 2000
α
NorteA
d
A (α, d) A (X,Y)
α= azimute
d = distância
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PS
PNPN-PS= Verdadeiro/Geográfico
PN-PS= Magnético
A
B
Nv
Az
δ
δ= declinação magnética
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Dada as coordenadas ...
1 12 ( )( )i i i iA x x y y+ += + −∑Formula de Gauss
∆Y
∆X
DAz
Tang AZ= ∆X / ∆Y
XB= XA + D cos AZYB= YB + D sem AZ
A
B
Transporte de Coordenadas
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Geóide
Ha
Hb
hi
α
∆h
∆h= hi - Dtag α∆h= Hb - Ha
D
Desnível
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N
A
B∆h
∆h = Ré - Vante = R - V
nível
mira
mira
eixo óptico
LeituradeRé
Leiturade
Vante
Lance de nivelamento
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Isolinhas
20
40
60
604020
Representaçãodo
relevo
P (X,Y, Z)
“Fotogrametria é a arte, ciência, e tecnologia de obtenção de informações confiáveis sobre osobjetos físicos e o meio ambiente através de processos de gravação, medição e interpretaçãode imagens fotográficas e padrões da energiaeletromagnética radiante e outros fenômenos”(ASPRS, 1980).
Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes
A fotografia aérea tem sido usada desde os primórdios do Século XX como provedor de dados espaciais em uma grande gama de aplicações.
Foto MAPA ( E, N)
ConceitoFotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes
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A fotografia aérea VERTICAL permite obter medidas fidedignas de confiança da superfície terrestre.
Na fotografia aérea vertical não há inclinação da câmera aérea na tomada da cena.
Inclinação
Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes
As fotografias podem ser classificadas de acordo com a orientação da câmara e o tipo de emulsão utilizada.
f= distância focal
H’= Altura de vôo
A
A’
Eixo óptico
datumHm
Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes
H’= Altura de vôo, centro perspectivo ao solo
H= Altitude de vôo, Altura de vôo + Altitude média do terreno (Hm)
PP= ponto principal: pé da perpendicular baixada do centro óptico ao plano da fotografia;
Nadir= vertical
f= distância focal: distancia ao longo do eixo óptico ao plano da fotografia
Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes
Escala do MAPA: redução terreno/ representação
E= Distância no terreno / distância no MAPA; 1: E
Escala na AEROFOTO: H’/ f; 1:E
f
DATUM
H’
Hm
a b
B A
AB/ab assim como H’/f
E= H’/f
ou
1/ E= f/H’
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ya
xacf
A
a
XA
YAha
xa/XA ; ya/YA; f/ H-ha
XA= xa (H – ha)/ f
YA= ya (H- hb)/f
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Marcas Fiduciais
PP
Fotogrametria 1 Prof. Alzir Felippe Buffara Antunes
As fotografias de acordo com a orientação da câmara digital pode ser classificadas em verticais e inclinadas (ou oblíquas).
A fotografia vertical é aquela de o ângulo de inclinação (α) é menor que 3o.
Foto realmente vertical é aquela que o ângulo de inclinação é NULO.
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V
filme
cena
V
α
Vα
horizonte
Vertical Inclinada
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Fotografia aérea e imagem de satélite
quadro
Projeção central
Varredura
Iinha (pixel)
S. Física
Sensor
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RESTITUIÇÃO:
Procedimento pelo qual uma fotografia aérea passa ser transformada em mapa, em escala e sistema de projeção apropriado.
A restituição digital é responsável pela maior fonte de mapas em grandes escala hoje disponível
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Fotografia aérea NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
A cartografia digital é a base de um SIG;
Cartografia é a arte de levantamento, construção e edição de mapas e cartas de qualquer natureza.
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Carta e mapa - representação em escala conveniente dos detalhes naturais e artificiais da superfície terrestre;
Para representar um informação geo-referenciada graficamente é necessário determinar o modelo matemático da terra, e a escala da representação .
Definições
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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E você sabe qual e a figura geométrica que mais se aproxima da FORMA da terra?
( ) PLANO( ) ESFERA( ) ELIPSE
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
Breve história
Forma Esférica: Eratosthenes 230 a.c
Raio 6.100 km
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No século XIX após expedições ao Pólo, conclui-se que forma da Terra pode então ser assimilada por um modelo matemático definido como elipsóide de revolução.
PS
Diferença 22 km
PN
equador 6378.1 km
6356.7 km
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Modelo Matemático
elipse
Sup. Elipse
Sup. Real
O modelo matemático é uma simplificação do modelo real (geóide)
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
Elipse
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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EUA(GPS)6.356.7526.378.137WGS 841984
Brasil6 356 7756 378 160Sad 691967
Brasil(até1985)
6 356 9126 378 388Hayford1910
EUA6 356 5156 378 249Clarke1866
UsobaElipsóideAno
Principais elipsóides
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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P n Z
X
Y
P s
Q Q'O
A
A'
φ
λ
Greenwich
Coordenadas geodésicas baseadas no modelo matemático elipsóide
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
A terra e suas superfícies
Geóideelipsóide
S. física
Geóide: forma real
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
ESCALA
Dentre os conceitos mais importantes que deveremos abordar neste trabalho está o de ESCALA que é a relação entre as dimensões dos objetos representados em um mapa, carta ou planta e as correspondentes no mundo realtraduzidos por uma fração:
distância no mapa dE = ou E =
Distância no terreno D
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA: escala
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As escalas são classificadas em numéricas e gráficas. As numéricas são representadas na forma 1:T onde T é geralmente, um número inteiro múltiplo de 100.
Exemplo escala gráfica:
500 m
Se 1 cm vale 500m, logo a escala é:
50.000 cm/ 1cm = 50.000,
Logo 1: 50.000
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
Bases cartográficas com escalas pequenas como 1:250.000, 1:100.000 representam grandes extensões.
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA: escala
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Escalas grandes 1:2000 a 1:10000, onde pequenas áreas são representadas com detalhes possuem fins cadastrais, para projetos, outros.
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA: escala
1: 2.500
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1:1.000 1cm = 10m1:1.0000 1cm = 100m
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA: escala
A informação de um SIG depende da ESCALA. Por que?
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Escala e informação 1:1.000.000 Escala e informação 1:200.000
Escala e informação 1:50.000 CLASSIFICAÇÃO
Cadastrais - 1:1000 a 1:10.000
Topográficas - 1:25.000 a 1:250.000
Mapas regionais - 1:500.000 a 1:1.000.000
Mapas Geográficos: Menor 1.000.000
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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Topográfico
Temático
Exercício: Preencha o quadro
1: 250.000
1: 25.000
1: 5.000
1:2.500
Aplicação emSIG
Equivalência em metros no Terreno de 1cm no mapa
ESCALA
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Sistemas de Projeção Cartográfica
Cria-se assim os denominados Sistemas de projeção cartográficos que seriam uma correspondência matemática entre coordenadas plano-retangulares da carta e as coordenadas geodésicas na Terra.
Alguns sistemas são combinações geométricas simples, mas geralmente, são expressões puramente abstratas.
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Surge desta forma a terminologia deformações, o que ocorre evidentemente é que esta anamorfose não pode ocorrer sem um deslocamento desigual dos pontos da esfera sobre o plano.
Então? É a ANAMORFOSE um ERRO?
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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•A disposição de uma figura geométrica não será, então, a mesma na carta ou na superfície da Terra, em outras palavras, a imagem de um contorno será uma imagem deformada.
•Este defeito (não pode ser encarado como erro) é inevitável e o problema essencial das projeções será o de apreciar as deformações de modo a reduzir, ao mínimo os defeitos incômodos.
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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exemploNOÇÕES DE CARTOGRAFIA
Fonte: ROBINSON, 1995
Cabe ao usuário da cartografia e SIG, o conhecimento e a identificação destes problemas para que conheça o grau de erro cometido a partir de determinações e posicionamento a partir da carta.
Cabe julgar o que é aceitável ou não!
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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Modelo da Terra Superfície de Projeção
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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Deve ser salientado que o termo desenvolver com referência a projeções, significa executar o desdobramento de uma superfície em outra sem deformá-la.
As figuras mais utilizadas que são desenvolvíveis no plano são cilindro e o cone.
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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Superfície de Projeção
Cilindro Cone Plano
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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Exemplos de projeções
Pn
A
A’ paralelo
meridiano
Superfície esférica mapa
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Reticulado da Projeção Conforme de Lambert.
Conforme ao longo dos Paralelos Padrões
Zonas de Deformações
Escalas Médias, útil em áreas que se estendem longitudinalmente
PROJEÇÃO CONICA
Reticulado: Paralelos e Meridianos
Projeção de Mercator
Deformaçãoacentuada
próximo aospólos
Reticulado
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA SISTEMA TRANSVERSO DE MERCATORUTM
Cilindro
Fuso UTM
Linha de secância
Eixo docilindro
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Características do Sistema UTM
Sistema Conforme;
Eqüidistante no Meridiano Central;
Boa precisão em escalas grandes nas zonas intertropicais;
O mais usado no mundo no que se refere a cartas topográficas.
Deformações
Os fusos existem para que as deformações sejam aceitáveis: minimizar erros
M C
+3o +3o
Os FUSOS são divididos de 6o em 6o
4 N
4 S
12 S
20 S
28 S
meridiano central
72 66 60 54 48 42 36
Em que fuso UTM se encontra TOLEDO?
4 N
4 S
12 S
20 S
28 S
72 66 60 54 48 42 36
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A origem do sistema de coordenadas UTM encontra-se para cada fuso na intersecção do meridiano central do fuso com o equador terrestre. As coordenadas cartesianas ortogonais são denominadas de N (norte) e E (leste).
M C
Equador
30 Leste 30 Oeste
10.000.000
HN
E
N
500.000
0
HSGuaratuba
Ex: ( E= 744.109,75m; N= 7.1334424.25m )
(ϕ= 25 0 53’ 18”S λ= 48 o 33’ 49” W)
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
800.000 500.000
MC200.000
Os meridianos e Paralelos são próximos a linhas Retas na Região do Equador
O fuso UTM cobre portanto uma região de 350 km para cada lado do meridiano central, existindo linhas onde não ocorrerão deformações linerares.
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
Deformações no Sistema U.T.M.
reduçao ampliaçãoampliação
k= 1
,001
k= 1
k= 0
,999
6
k=1
k=1,
001
mer
idia
no c
entra
l
linha
de
secâ
ncia
linha
de
secâ
ncia
500000m 834000166000680000320000
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
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Azimute de quadrícula em verdadeiro.N
Nq
c
a
o
Aq
Aoa
oa
A = Aq + coa oa
c = Convergênciameridiana.
c = ∆λ" sen ϕ
Como o meridiano "converge" para o pólo, acontece estáinclinação à qual é denominada convergência dos meridianos. A convergência dos meridianos pode então ser definida como o ângulo formado entre a linha norte-sul verdadeira e a linha norte-sul do reticulado(grid ou canevá)
N-S verdadeiro
N-S mapa
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Altimetria: a coordenada H
Denomina-se de curva de nível as isocurvasque unem pontos de iguais altitudes, alturas ou cotas do terreno
Datum Vertical
Imbituba-SC
H
NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
Curvas de Nível
0 5 10 15 205
10
15
20
Escala 1: 1000
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O conceito de MDT (modelo digital do terreno) que significa reproduzir a forma do terreno, modelar utilizando meios digitais, geralmente com a sigla na língua inglesa DTM (“Digital Terrain Model”), écomplexo e de difícil concretização.
É mais simples, a obtenção do denominado DEM (modelo digital de elevações), quando diz respeito somente a altimetria. O DTM tem a característica de representar tridimensionalmente todas as feições do terreno.
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Sobreposição imagem de Satélite e Modelo Digital do Terreno
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HARDWARE E SOFTWARESOs softwares permitem processar e
analisar a informação geográfica.
Um software de SIG efetua: ligação de dados gráficos (mapas) a banco de dados.
COMPONENTES DE UM SIG
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