Artigo: dados espaciais abertos e serviços de webmapas para uso em SIG

Artigo: Conjuntos de dados espaciais abertos e serviços de mapas via internet para uso em sistemas de informações geográficas

Por Luiz Fernando de Novaes Vianna – vianna@epagri.sc.gov.br

Introdução:

Dados abertos são aqueles que podem ser acessados livremente, modificados e distribuídos para qualquer propósito (http://opendefinition.org/). Segundo este conceito, o Brasil encontra-se no mesmo patamar de disponibilização de dados abertos que países como os Estados Unidos, Reino Unido, Austrália e França, ocupando o 12^o lugar no ranking mundial, entre 122 países (Figura 1).

Figura 1: Índice global de dados abertos segundo a Open Knowledge Foundation. Fonte:http://index.okfn.org/ acessado em 24/11/2016.

A comparação entre os países é feita anualmente pela Open Knowledge Foundation – OKF (https://okfn.org/), e os resultados estão disponíveis no portal do Global Open Data Index (http://index.okfn.org/). Segundo a OKF a importância da disponibilização dos dados por parte dos governos está na transparência. Os conjuntos de dados abertos utilizados para o cálculo do índice (http://index.okfn.org/methodology/) oferecem informações poderosas sobre as funções e o desempenho dos governos, que podem ser comparadas de forma consistente entre os países. Além disso, o uso dos conjuntos de dados disponíveis por especialistas de diversas áreas contribui para a melhoria da qualidade e da confiabilidade dos mesmos. Os dados abertos são importantes na educação e na gestão, favorecendo o acompanhamento de mudanças e tendências ao longo do tempo.

No campo das ciências, “dado aberto” (Open Data) constitui um termo emergente no processo de definição sobre como os dados científicos podem ser publicados e reutilizados diante das barreiras legais. Murray-Rust (2008) aponta como um dos maiores impedimentos para o avanço do conhecimento as dificuldades jurídicas criadas através de leis de direitos autorais e direito de propriedade, principalmente aquelas impostas pelas editoras. Por outro lado, há uma corrente que acredita que o futuro da ciência está na “ciência aberta”, conduzida por uma filosofia de compartilhamento de softwares e dados (Gewin, 2016).

Iniciativas de socializar dados abertos são recentes, mas estão ocorrendo em diversas áreas como na gestão pública (Kassen, 2013; Dawes, et.al., 2016), na medicina (Poldrack and Gorgolewsky, 2014), em parcerias entre universidades e indústrias (Perkman and Schildt, 2015), nas geociências e nas ciências ambientais, com destaque para o uso de dados abertos de natureza espacial (Percivall, 2010, Turner, et.al., 2015).

Os conjuntos de dados abertos de natureza espacial, apresentam a vantagem de agregar conhecimento sob uma perspectiva geográfica. Considerando a década de 1960 como aquela em que os sistemas de informações geográficas (SIG) foram concebidos conceitualmente (Berry, 1962; Bunge, 1962; Nystuen, 1968) ou implantados computacionalmente (Tomlinson, 1968; Tomlinson, 1998), em 2012 foi comemorado o 50^o aniversário dos SIG. Em pouco mais de meio século a popularização do uso dos SIG livres e de domínio público como o Quantum Gis, o Grass, o Google Earth e também do acesso aos aplicativos para dispositivos móveis, como o Google Maps, o Waze, ou o OruxMaps, fomentou uma demanda por conjuntos de dados espaciais, também abertos e de domínio público¹.

Apesar da necessidade de investimentos no levantamento, processamento, armazenamento e disponibilização desses conjuntos de dados, muitos deles são gerados por instituições públicas ou com recursos públicos, por isso estão disponíveis para todos os usuários. Além disso, hoje em dia existem iniciativas para gera-los de forma colaborativa, como por exemplo, o Open Street Map (https://www.openstreetmap.org).

Os conjuntos de dados espaciais abertos podem ser acessados através dos metadados, através do download direto dos arquivos ou por intermédio de protocolos de serviços via web, como o Web Map Server (OGC, 2015). O acesso aos metadados permite ao usuário identificar, entre outras coisas, a origem do conjunto de dados espaciais, sua escala, seu formato e o responsável pela sua geração. O acesso aos conjuntos de dados espaciais através de download é importante para aqueles que precisam não só visualizá-los geograficamente, mas principalmente processá-los através de edição e/ou algum tipo de análise espacial. Já o acesso através de serviços de mapas via web permite ao usuário visualizar, editar e realizar algumas análises sem que seja necessário fazer o download dos arquivos.

Internacionalmente há uma iniciativa de padronização de formatos e protocolos de conjuntos de dados espaciais abertos, organizada pelo Open Geospatial Consortium (OGC – http://www.opengeospatial.org/). No Brasil, a Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais (INDE – http://www.inde.gov.br/) é a responsável por isso. A INDE foi instituída pelo decreto 6.666 de 2008 e abrange o conjunto de tecnologias, políticas, mecanismos e procedimentos de coordenação e monitoramento, padrões e acordos necessários para favorecer e ordenar a geração, o armazenamento, o acesso, o compartilhamento, a disseminação e o uso dos conjuntos de dados espaciais em nível federal, estadual, distrital e municipal.

Nessa revisão, apresentarei algumas ferramentas de busca de dados espaciais, algumas fontes de dados espaciais abertos e alguns serviços de mapas via web. O objetivo é auxiliar os usuários de sistemas de informações geográficas na pesquisa e na obtenção de dados espaciais abertos em fontes nacionais e internacionais. Para isso foram utilizados endereços eletrônicos consultados durante o mês de novembro de 2016. Quaisquer dificuldades de acesso aos endereços apresentados nessa revisão não representam falha na pesquisa e não são responsabilidade do autor ou da revista.

Catálogos de metadados de dados espaciais

Para iniciar uma busca por conjuntos de dados espaciais, tão importante quanto os arquivos em si são seus metadados. O Perfil de Metadados Geoespaciais do Brasil (CONCAR, 2009) apresenta de forma detalhada a estrutura de metadados obrigatória para os conjuntos de dados espaciais de domínio público no país. É através da disponibilidade de acesso aos metadados que os usuários podem realizar consultas sobre a qualidade dos conjuntos de dados espaciais em diversos aspectos, como a fonte, a escala, o formato, a abrangência espacial, o sistema de referência, a data de aquisição e/ou geração e o responsável.

Assim como existem padrões de formatos, protocolos de disponibilização de conjuntos de dados espaciais e metadados livres e de acesso púbico, também existem sistemas de acesso aos metadados elaborados sob os princípios dos softwares livres e de código aberto. O mais utilizado é o GeoNetwork (http://geonetwork-opensource.org/), elaborado sobre uma arquitetura de código aberto, de baixo custo e com base nos padrões internacionais de protocolos livres. É através do GeoNetwork que se tem acesso aos metadados dos conjuntos de dados espaciais. Na tabela 1 estão listados os catálogos de metadados das instituições brasileiras com seus endereços de acesso, quantidade de metadados cadastrados e data de atualização, segundo a INDE.

Fonte: http://www.metadados.inde.gov.br/estatisticas/MetadadosServlet acessado em 22/11/2016

O catálogo de metadados da INDE integra todos os catálogos de metadados das instituições nacionais e pode ser acessado no endereço http://www.metadados.inde.gov.br/geonetwork/srv/por/main.home.

Os conjuntos de dados espaciais cujos metadados estão disponíveis através do catálogo de metadados do IBGE estão organizados em 45 categorias e consistem de bases cartográficas em diversas escalas, dados geodésicos, imagens de satélites, atlas e mapas temáticos das áreas de geografia e meio ambiente.

O ICA não possui um catálogo de metadados próprio, o que dificultou a obtenção de informações mais detalhadas sobre os conjuntos de dados que dispõe. Mas através do catálogo de metadados da INDE percebeu-se que o ICA possui cadastrado em sua base dados próprios e também de outras instituições.

Tanto o MMA quanto o IBAMA e a CPRM destacam-se pelos conjuntos de dados ambientais que possuem. Os dois primeiros utilizam-se dos conjuntos de dados de outras instituições para a gestão ambiental, mas também produzem conjuntos de dados importantes, como o mapa dos biomas brasileiros e das unidades de conservação. Já a CPRM disponibiliza conjuntos de dados geológicos, mineralógicos e hidro geológicos.

Através do portal de metadados da ANA é possível acessar as informações a respeito dos conjuntos de dados espaciais gerados pela agência, bem como de alguns conjuntos de dados sob responsabilidade de outras instituições. Atualmente são 142 conjuntos de dados que compõem o módulo de inteligência geográfica do sistema nacional de informações sobre os recursos hídricos (SNIRH). Os conjuntos de dados gerados pela ANA estão disponíveis para download a partir do portal de metadados, já os conjuntos de dados das outras instituições possuem links para as suas páginas. Destacam-se no portal da ANA a divisão hidrográfica brasileira Otto codificada, a rede de estações de monitoramento hídrico e os mapas de eventos hidrológicos críticos.

Além dos principais catálogos de metadados nacionais apresentados, existem outros de abrangência internacional, que também possuem conexões com as instituições do Brasil.

No catálogo de metadados da Food and Agriculture Organization of the United Nations – FAO (http://www.fao.org/geonetwork/srv/en/main.home) estão disponíveis mapas interativos, imagens de satélites e dados espaciais relacionais mantidos pela FAO e seus parceiros. Os conjuntos de dados estão organizados em 12 categorias que abrangem limites administrativos e políticos internacionais, e conjuntos de dados sobre agricultura, ecologia, biologia, clima, pesca, recursos florestais, hidrologia, uso e cobertura do solo, sócio economia, demografia, solos e topografia. Alguns conjuntos de dados possuem link para download dos arquivos em formato shapefile.

O Global Change Master Directory of the National Aeronautics and Space Administration – GCMD/NASA (http://gcmd.gsfc.nasa.gov/) detém mais de 34.000 conjuntos de dados e serviços que cobrem áreas temáticas das geociências e das ciências ambientais. A missão do projeto é auxiliar pesquisadores, formuladores de políticas e o público na busca e no acesso aos conjuntos de dados espaciais, serviços relacionados e metadados. O diretório também oferece ferramentas de autoria online para provedores de dados e serviços e fornece as informações de citação para creditar corretamente as contribuições dos autores dos conjuntos de dados. Os usuários podem realizar buscas no site do GCMD/NASA usando palavras-chave, pesquisas de texto livre, pesquisas espaciais (mapa) e temporais (data) ou qualquer combinação destas. Os usuários também podem pesquisar ou refinar uma pesquisa por centro de armazenamento de dados, local, instrumento, plataforma, projeto ou resolução temporal / espacial.

Conjuntos de dados espaciais abertos

O IBGE disponibiliza ao público um portal para download (http://downloads.ibge.gov.br/) de arquivos em formatos diversos contendo conjuntos de dados estatísticos (http://downloads.ibge.gov.br/downloads_estatisticas.htm) e geográficos (http://downloads.ibge.gov.br/downloads_geociencias.htm). Os conjuntos de dados estatísticos estão organizados em 66 categorias dentre as quais destacam-se os censos, as estimativas de população, os indicadores sociais e de desenvolvimento sustentável, os dados de produção agropecuária e outros dados socioeconômicos, como o Produto Interno Bruto (PIB). Esses conjuntos de dados estatísticos podem ser espacializados por unidades administrativas, como setor censitário, município, estado e regiões.

Os conjuntos de dados geográficos estão organizados em 11 categorias, com destaque para os conjuntos vetoriais em formato shapefile que compreendem: (i) as bases cartográficas contínuas (ftp://geoftp.ibge.gov.br/cartas_e_mapas/bases_cartograficas_continuas); (ii) as cartas topográficas nas escalas 1:25.000, 50.000, 100.000, 250.000 e 1.000.000. (ftp://geoftp.ibge.gov.br/cartas_e_mapas/folhas_topograficas/vetoriais); (iii) os conjuntos de dados ambientais com arquivos do projeto Radam Brasil e os mapas de climatologia, geologia, geomorfologia, pedologia, vegetação e uso e cobertura da terra (ftp://geoftp.ibge.gov.br/informacoes_ambientais); e (iv) a organização do território com a divisão em setores censitários, municípios, unidades da federação, regiões e outras divisões político-administrativas, contendo um acervo histórico dos limites (ftp://geoftp.ibge.gov.br/organizacao_do_territorio); O IBGE disponibiliza, ainda dados matriciais (raster), como imagens de satélites de diversos sensores e ortomosaicos em diferentes escalas (ftp://geoftp.ibge.gov.br/imagens_do_territorio/imagens_corrigidas);

O Serviço Geológico do Brasil (CPRM) mantém o GEOBANK (http://geobank.cprm.gov.br/), um portal de conjuntos de dados vetoriais com ferramentas de consulta para download e serviços de mapas via web para visualização. Os arquivos vetoriais em formato shapefile disponíveis para download estão organizados em 14 categorias. Destacam-se a batimetria do Brasil, os conjuntos de dados geológicos e de geodiversidade em diversas escalas, os mapas de recursos minerais e os conjuntos de dados hidrogeológicos, como a distribuição dos pontos de captação de água subterrânea.

A ANA é responsável pela disponibilização dos dados hidrológicos do Brasil, com ênfase para as estações de monitoramento de chuva e nível dos rios. Os conjuntos de dados são disponibilizados através do sistema HidroWeb. Existem duas versões do sistema. Na primeira versão (http://hidroweb.ana.gov.br/default.asp), a base de dados das estações de monitoramento pode ser baixada através do menu “Softwares” ou diretamente através do link http://hidroweb.ana.gov.br/Baixar/Software/Inventário.zip. Através dessa versão, está disponível a base de dados completa, em formato “mdb”, que exige um conhecimento mais avançado para uso em SIG. A versão atual (http://www.snirh.gov.br/hidroweb/) é mais amigável e permite também que o usuário pré-selecione os conjuntos de estações que deseja utilizar e depois exporte nos formatos pdf, xls ou kml.

Além dos conjuntos de dados vetoriais, alguns conjuntos de dados matriciais, como imagens de satélite, modelos digitais de elevação, grades batimétricas e superfícies contínuas de dados climáticos, também se encontram disponíveis para download. O Instituto Nacional de Pesquisas espaciais (INPE) possui um catálogo de imagens (http://www.dgi.inpe.br/CDSR/) com produtos de 16 satélites, incluindo o Aqua, o Terra, os CBERS 2, 2B, e 4 e os Landsat de 1 a 8.

Através do projeto Brasil em Relevo, a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) elaborou os mosaicos do modelo digital de elevação da Shuttle Radar Topographic Mission – SRTM (USGS, 2006) por unidade da federação. Esses mosaicos, com resolução planimétrica de 90m, estão disponíveis para download em formato Geotif 16bits, através do link https://www.cnpm.embrapa.br/projetos/relevobr/download/index.htm.

O projeto TOPODATA do INPE (http://www.dsr.inpe.br/topodata/index.php) oferece os conjuntos de dados do SRTM em quadrículas compatíveis com a articulação 1:250.000 e mais alguns produtos derivados, como declividade, orientação, sombreamento do relevo e curvatura. O acesso pode ser feito através do portal WebMapit (http://www.webmapit.com.br/inpe/topodata/).

O USGS também disponibiliza imagens de satélite e modelos digitais de elevação, além de produtos processados como temperatura superficial e índices de vegetação. Os conjuntos de dados matriciais oferecidos pelo USGS podem ser acessados através do portal EarthExplorer (http://earthexplorer.usgs.gov/).

Conjuntos de dados matriciais climáticos também podem ser obtidos no portal do WorldClim (http://worldclim.org/). Atualmente na versão 1.4, o portal disponibiliza grades com 1km² de resolução planimétrica das médias mensais de temperatura (mínima, média e máxima), precipitação e mais 19 variáveis bioclimáticas derivadas.

Serviços de mapas via internet

Os serviços de mapas via internet podem ser projetados para serem acessados através dos navegadores ou por intermédio de protocolos específicos, como o Web Map Service – WMS. Os serviços de mapas são criados, normalmente, através da linguagem XML e o acesso se dá por intermédio de endereços de rede. Isso permite que os mapas sejam publicados em serviços específicos e acessados via internet com o uso de SIG.

O acesso através dos navegadores é direto, bastando digitar o endereço eletrônico. Já o uso dos conjuntos de dados nos SIG exige algumas configurações de acesso aos serviços de mapas, que variam entre os sistemas. O acesso no ArcGis, por exemplo, é feito através de uma conexão direta pelo ArcMap, ArcCatalog, ArcScene ou ArcGlobe. As instruções para uso dos serviços WMS no ArcGis estão disponíveis em http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/10.3/manage-data/using-arccatalog/connecting-to-gis-servers.htm. No Quantum GIS os conjuntos de dados disponíveis nos serviços são inseridos na forma de camadas (http://www.qgistutorials.com/pt_BR/docs/working_with_wms.html).

O IBGE possui 38 serviços de mapas organizados em 8 categorias: Amazônia Legal, Mapas do Brasil, Censo Demográfico 2010, Grade Estatística 2010, Atlas Digital Brasil 1 por 1, Divisão Político Administrativa, Carta Internacional ao Milionésimo, e Base contínua 1:250.000. Os links para os serviços podem ser acessados em http://mapas.ibge.gov.br/interativos/servicos/wms-do-arcgis.html.

A CPRM disponibiliza 13 serviços de mapas: Afloramentos Geológicos, Domínios Hidrogeológicos, Unidades Geológico-Ambientais, Unidades Litoestratigráficas nas escalas , :50.000, 150.000, 250.000 e 1.000.000, Unidades Litoestratigráficas em Mapas Estaduais, Projetos da CPRM, Projetos de Aerogeofísica, Drenagens Unifiliar, Imagem Geocover e Relevo. Os serviços estão disponíveis em http://geobank.sa.cprm.gov.br/pls/publico/geobank.website.servicos_wms?p_webmap=N.

O Ministério do Meio Ambiente – MMA também disponibiliza serviços de mapas através de uma plataforma desenvolvida pelo próprio MMA, o i3Geo (https://softwarepublico.gov.br/social/i3geo). O sistema disponibiliza serviços que podem ser abertos no Google Earth ou nos SIG, seguindo o protocolo OGC. Os links para os conjuntos de dados podem ser acessados em http://mapas.mma.gov.br/i3geo/ogc.htm.

A Secretaria de Desenvolvimento Sustentável de Santa Catarina – SDS oferece um serviço que permite acesso ao aerolevantamento do Estado, aos modelos digitais de terreno e de superfície e à base hidrográfica. Os conjuntos de dados podem ser acessados via navegador ou por intermédio do protocolo WMS em http://sigsc.sds.sc.gov.br/.

O estado de Santa Catarina também possui um sistema de mapas via web para monitoramento de variáveis meteorológicas e acompanhamento do risco de ocorrência de doenças para várias culturas, o Agroconnect (http://www.ciram.sc.gov.br/agroconnect/). Esse sistema foi desenvolvido por pesquisadores da Epagri/Ciram, que estão trabalhando na implantação do catálogo de metadados geográficos do Estado. A Epagri/Ciram (http://ciram.epagri.sc.gov.br/) ainda disponibiliza para download, entre outros conjuntos de dados, a mapoteca topográfica digital em escala 1:50.000 e 100.000 nos formatos shapefile e dxf. O acesso é através do link “Mapas Digitais”.

Outros serviços internacionais de acesso a conjuntos de dados ambientais globais podem ser de interesse, como o do USGS (https://viewer.nationalmap.gov/services/), o da NASA (http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/about/wms.php) e o da European Environment Agency – EEA (http://www.eea.europa.eu/code/gis).

Considerações finais

A disponibilidade de dados espaciais abertos já é uma realidade no Brasil. Apesar de recente, a adoção da filosofia de acesso livre aos dados de domínio público favorece à sociedade como um todo, além de contribuir com a evolução na qualidade dos dados gerados e mantidos com recursos públicos. Nessa revisão foi possível apresentar algumas ferramentas de busca e identificar os principais conjuntos de dados espaciais abertos disponíveis no Brasil. Não esgotou-se a lista de instituições e iniciativas de compartilhamento de dados espaciais abertos, mas foram apresentados alguns caminhos para que os usuários possam ampliar essa lista de acordo com as necessidades individuais específicas.

Referências Bibliográficas

Bunge, W., 1962. Theoretical Geography. First Edition. Lund Studies in Geography Series C: General and Mathematical Geography. Lund, Sweden: Gleerup.

Berry, B.J.L., 1968. Approaches to Regional Analysis: A synthesis, in: Berry, B.J.L., Mrble, D.F. (Eds.), Spatial Analysis: A Reader in Statistical Geography. Prentice-Hall Inc., New Jersey, pp. 24–34.

CONCAR – Comissão Nacional de Cartografia, 2009. Perfil de Metadados Geoespaciais do Brasil (Perfil MGB). Disponível em: <http://www.metrogeo.org.br/arquivos/Perfil_MGB.pdf> Acesso em: 22/11/2016.

Dawes, S.S., Vidiasova, L., Parkhimovich, O., 2016. Planning and designing open government data programs: An ecosystem approach. Gov. Inf. Q. 33, 15–27. doi:10.1016/j.giq.2016.01.003

Gewin, V., 2016. Data sharing: An open mind on open data. Nature 529, 117–119. doi:10.1038/nj7584-117a

Kassen, M., 2013. A promising phenomenon of open data: A case study of the Chicago open data project. Gov. Inf. Q. 30, 508–513. doi:10.1016/j.giq.2013.05.012

Murray-Rust, P., 2008. Open Data in Science. Ser. Rev. 34, 52–64. doi:10.1016/j.serrev.2008.01.001

Nystuen, J., 1968. Identification of some fundamental spatial concepts, in: Berry, B.J.L., Mrble, D.F. (Eds.), Spatial Analysis: A Reader in Statistical Geography. Prentice-Hall Inc., New Jersey, pp. 35–41.

OGC – Open Geospatial Consortium Inc., 2015. OpenGIS Web Map Server Implementation Specification. Disponível em <http://www.opengeospatial.org/standards/wms> Acesso em: 22/11/2016

Percivall, G., 2010. The application of open standards to enhance the interoperability of geoscience information. Int. J. Digit. Earth 3, 14–30. doi:10.1080/17538941003792751

Perkmann, M., Schildt, H., 2015. Open data partnerships between firms and universities: The role of boundary organizations. Res. Policy 44, 1133–1143. doi:10.1016/j.respol.2014.12.006

Poldrack, R.A., Gorgolewski, K.J., 2014. Making big data open: data sharing in neuroimaging. Nat Neurosci 17, 1510–1517. doi:10.1038/nn.3818

Tomlinson, R.F., 1968. A Geographic Information System for Regional Planning. Data Handl. Interpret. 78, 45–48. doi:10.5026/jgeography.78.45

Tomlinson, R., 1998. The Canada geographic information system. The history of geographic information systems: Perspectives from the pioneers, 21-32.

Turner, W., Rondinini, C., Pettorelli, N., Mora, B., Leidner, A.K., Szantoi, Z., Buchanan, G., Dech, S., Dwyer, J., Herold, M., Koh, L.P., Leimgruber, P., Taubenboeck, H., Wegmann, M., Wikelski, M., Woodcock, C., 2015. Free and open-access satellite data are key to biodiversity conservation. Biol. Conserv. 182, 173–176. doi:10.1016/j.biocon.2014.11.048

USGS., 2006. Shuttle Radar Topography Mission. 3 Arc Second, Filled Finis

hed 2.0, Global Land Cover Facility. Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, California, February 2000.