Mapa Topográfico

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Antecedentes

Um mapa topográfico é uma representação bidimensional de uma superfície terrestre tridimensional. Os mapas topográficos são diferenciados de outros mapas porque mostram as posições horizontal e vertical do terreno. Por meio de uma combinação de curvas de nível, cores, símbolos, rótulos e outras representações gráficas, os mapas topográficos retratam as formas e localizações de montanhas, florestas, rios, lagos, cidades, estradas, pontes e muitos outros recursos naturais e artificiais. Eles também contêm informações de referência valiosas para topógrafos e criadores de mapas, incluindo marcas de referência, linhas de base e meridianos e declinações magnéticas. Os mapas topográficos são usados ​​por engenheiros civis, gestores ambientais e planejadores urbanos, bem como por entusiastas de atividades ao ar livre, agências de serviços de emergência e historiadores.

História

Alguns dos primeiros mapas conhecidos foram feitos na Mesopotâmnia, na área agora conhecida como Iraque, onde uma série de mapas mostrando limites de propriedades foram desenhados por volta de 2.400 a.C. para efeitos de tributação da terra. Um mapa romano datado de 335-366 A.D. mostrou características topográficas como estradas, cidades, rios e montanhas. A palavra topografia é derivada das palavras gregas topos, significando um lugar, e graphien, querendo escrever. Assim, topografia é a descrição escrita ou desenhada de um lugar.

Embora os fundamentos do levantamento topográfico fossem conhecidos já em 1200 a.C. , e talvez até antes, o uso de técnicas de levantamento na preparação de mapas limitava-se a cidades e outras áreas de pequena escala. Mapas em escala maior eram preparados a partir de esboços ou diários mantidos por exploradores e às vezes refletiam mais imaginação do que observação. Como resultado, as posições exatas dos pontos em um mapa costumavam apresentar erros grosseiros.

Em 1539, o matemático e geógrafo holandês Reiner Gemma Frisius descreveu um método de levantamento de uma área dividindo-a em triângulos. Este conceito de triangulação se tornou uma das técnicas básicas de levantamento de campo e ainda é usado hoje. Um dos primeiros projetos de mapeamento em grande escala usando triangulação foi iniciado na década de 1670 por Giovanni Domenico Cassini, que foi persuadido a fazer um mapa detalhado da França. Após a morte de Cassini, seus filhos e netos continuaram a trabalhar no projeto. O resultado final, denominado Carte de Cassini, foi publicado em 1793 e foi o primeiro mapa topográfico preciso de um país inteiro. Sua única deficiência era a falta geral de medições de elevação, além de algumas elevações pontuais determinadas pela medição da variação na pressão do ar com a altitude usando um barômetro. O conceito de curvas de nível para mostrar diferentes elevações em um mapa foi desenvolvido pelo engenheiro francês JL Dupain-Triel em 1791. Embora esse método permitisse a representação precisa dos contornos e elevações da terra em um mapa bidimensional plano, não era amplamente usado até meados de 1800.

Nos Estados Unidos, o governo federal reconheceu a importância de mapas topográficos precisos em um país em rápido crescimento. Em 1807, o presidente Thomas Jefferson criou o Survey of the Coast para mapear a costa atlântica como uma ajuda para viagens e comércio. Em 1836, essa organização foi renomeada como U.S. Coast Survey e, em 1878, o nome mudou para U.S. Coast and Geodetic Survey. Nesse ínterim, o mapeamento do interior do país coube a uma variedade de indivíduos e organizações, incluindo a expedição de Lewis e Clark em 1804-1806, que mapearam sua rota de St. Louis, Missouri, ao noroeste do Pacífico. Durante o período de 1838 até a eclosão da Guerra Civil em 1861, o Corpo de Engenheiros Topográficos do Exército fez contribuições importantes no mapeamento do oeste dos Estados Unidos, incluindo um mapa detalhado publicado em 1848 com base nas explorações de John Fremont. Na década de 1870, tantos grupos diferentes estavam conduzindo pesquisas que seus trabalhos começaram a se sobrepor. Para consolidar esse esforço, o U.S. Geological Survey (USGS) foi criado em 1879.

A maior parte dos primeiros mapas foi feita por trabalhosos levantamentos de campo. A partir da década de 1930, o USGS começou a usar técnicas de fotografia aérea para produzir e atualizar mapas. Na década de 1980, o uso de computadores para digitalizar e redesenhar os mapas existentes reduziu significativamente o tempo necessário para atualizar os mapas em áreas de rápido crescimento.

Hoje, o USGS tem mais de 56.000 mapas topográficos dos Estados Unidos em várias escalas, além de mapas da lua e planetas. Eles também publicam mapas especializados, incluindo mapas geológicos, hidrológicos e de fotoimagem para uma variedade de usos.

Escalas, símbolos,
e cores do mapa

Para serem úteis, os mapas topográficos devem mostrar informações suficientes sobre um tamanho de mapa que seja conveniente de usar. Isso é feito selecionando uma escala de mapa que não é muito grande nem muito pequena e aprimorando os detalhes do mapa por meio do uso de símbolos e cores.

A escala de mapa topográfico do USGS mais comum é 1:24.000. Nesta escala, 1 polegada no mapa representa 24.000 polegadas ou 2.000 pés (1 cm representa 240 m) no solo. Esses mapas são chamados de mapas quadrangulares de 7,5 minutos porque cada mapa cobre uma área de quatro lados na superfície da Terra com 7,5 minutos de longitude de largura e 7,5 minutos de latitude de altura, onde 60 minutos equivalem a um grau de ângulo. Como a distância entre as linhas de longitude fica mais estreita à medida que você se move do equador em direção aos pólos, as larguras dos mapas também variam. Para mapas dos Estados Unidos, os mapas medem cerca de 23 pol (58,4 cm) de largura por 27 pol (68,6 cm) de altura para locais abaixo de uma latitude de 31 graus e cerca de 22 pol (55,9 cm) de largura por 27 pol (68,6 cm) de altura ) para locais acima dessa latitude. Outras escalas de mapa USGS comuns são 1:63.360, 1:100.000 e 1:250.000. Essas escalas cobrem áreas maiores do que os mapas 1:24.000, mas com menos detalhes.

Para tornar os mapas topográficos mais fáceis de interpretar, símbolos e cores são usados ​​para representar vários recursos naturais e artificiais. Alguns símbolos são projetados para se parecerem com o recurso quando vistos de cima. Por exemplo, edifícios são mostrados como objetos sólidos na forma do contorno do edifício. Outros símbolos são representações universalmente reconhecidas, como uma linha longa com pequenas marcas em cruz para representar uma ferrovia. As cores desempenham um papel ainda mais importante. Rios, lagos e outros corpos d'água são mostrados em azul. Florestas e áreas com vegetação densa são mostradas em verde. Estradas secundárias e rodovias são mostradas em preto, enquanto as principais rodovias são mostradas em vermelho. As linhas de contorno, que representam a forma do próprio solo, são mostradas em marrom. As revisões recentes do mapa são mostradas em roxo.

O processo de fabricação

A produção de um mapa topográfico preciso é um processo longo e complexo que pode levar até cinco anos do início ao fim. É necessária uma equipe qualificada de agrimensores, gravadores, verificadores de fatos, impressores e outros para produzir um bom mapa. Aqui está uma sequência típica de operações usadas pelo U.S. Geological Survey para produzir um mapa topográfico quadrangular de 7,5 minutos.

Fotografando a área

• 1 A área a ser mapeada deve primeiro ser fotografada do ar. Cada seção do solo é fotografada de dois ângulos diferentes para fornecer uma imagem tridimensional estereoscópica que pode ser convertida em linhas de contorno. O céu deve estar claro e o sol deve estar no ângulo adequado para o tipo de terreno que está sendo fotografado. Sazonal Cada seção de solo é fotografada de dois ângulos diferentes para fornecer uma imagem tridimensional estereoscópica que pode ser convertida em linhas de contorno. fatores também devem ser levados em consideração. Por exemplo, em áreas onde há árvores decíduas, as fotos geralmente são tiradas entre o final do outono e o início da primavera, quando as árvores estão nuas e as características do solo subjacentes são mais visíveis.
• 2 A aeronave sobrevoa a área a uma altitude constante na direção norte-sul ao longo de trajetórias de vôo cuidadosamente determinadas, enquanto câmeras especiais tiram 10 fotografias precisamente posicionadas de cada quadrilátero. Cada câmera pode custar US $ 250.000 ou mais.

Pesquisando os pontos de controle

• 3 Para garantir a precisão de um mapa, a localização exata de vários pontos de controle deve ser estabelecida por levantamentos de campo. Os pontos de controle típicos podem ser a interseção de duas estradas ou outras características proeminentes na área do mapa. Os pontos de controle horizontais são pesquisados ​​para determinar a longitude e latitude, enquanto os pontos de controle verticais são pesquisados ​​separadamente para determinar as elevações. A localização e elevação desses pontos de controle ajudam os cartógrafos a posicionar corretamente as imagens das fotos aéreas e atribuir valores às curvas de nível.
• 4 Enquanto os agrimensores estão no campo, eles também procuram por características, que podem exigir verificações adicionais, como estradas ou riachos escondidos sob folhagens pendentes, ou edifícios que podem ter sido construídos ou demolidos desde que as fotografias aéreas foram tiradas.

Verificando as características do mapa

• 5 Alguns recursos do mapa podem exigir verificação adicional. Por exemplo, alguns fluxos podem ser executados apenas intermitentemente, caso em que seriam representados no mapa por um traço-ponto ou mais leve em vez de uma linha sólida. Certas estradas podem acabar sendo estradas privadas, em vez de estradas públicas, e devem ser sinalizadas. Os verificadores de campo vão até a área e verificam essas características conversando com os residentes locais ou consultando os registros de propriedades locais. Quaisquer características questionáveis ​​observadas pelas equipes de pesquisa também devem ser verificadas. A grafia correta dos nomes dos lugares deve ser determinada.

Compilando o manuscrito do mapa

• 6 Após o levantamento da área e a verificação de todas as características, os pares de fotografias aéreas sobrepostas são colocados em um projetor estereoscópico. Uma imagem é projetada para o olho esquerdo do operador e a outra imagem para o olho direito. O resultado é uma visão tridimensional do terreno. Dois pequenos feixes de luz são conectados a um ponteiro e são ajustados para se cruzarem em um minúsculo ponto branco correspondente a uma determinada elevação na imagem tridimensional do terreno. Por Para garantir a precisão de um mapa, a localização exata de vários pontos de controle deve ser estabelecida por campo pesquisas. Um scribecoat separado é feito para cada cor usada. movendo o ponteiro enquanto mantém os dois feixes focalizados em um ponto, o operador traça cada linha de contorno do solo e a localização de vários recursos. O ponteiro é conectado a uma caneta na mesa de traçado que desenha o contorno ou recurso sendo traçado. Todos os contornos e recursos são desenhados em preto neste ponto. Este processo é denominado compilar o manuscrito do mapa.
• 7 Quando o traçado é concluído, o mapa manuscrito acabado é fotografado e um negativo de filme do tamanho de um mapa é feito. Este negativo é reproduzido fotoquimicamente em várias folhas finas de plástico revestidas com um revestimento macio e translúcido chamado de scribecoat.

Escrevendo e editando o mapa

• 8 As folhas de plástico são retiradas uma de cada vez e colocadas sobre uma mesa de luz, onde uma luz suave brilha através de uma superfície de plástico branco. Essa iluminação de baixo torna as linhas do manuscrito do mapa visíveis através do avental. Um gravador corta cuidadosamente o avental ao longo das linhas e áreas que devem ter uma determinada cor no mapa acabado. Por exemplo, uma folha terá todas as linhas de rios, lagos e outros corpos d'água que devem ser azuis. Este processo é repetido para cada cor.
• 9 Folhas separadas para as letras são preparadas colocando-se uma folha de plástico transparente sobre cada folha marcada e alinhando cuidadosamente as letras com os recursos a serem etiquetados. Tamanhos de tipo, estilos e fontes são selecionados de acordo com padrões, que garantem consistência e legibilidade de um mapa para outro. Um negativo de filme é então feito de cada folha de tipo acabada.
• 10 Depois que as folhas riscadas são revisadas e editadas várias vezes, uma folha de prova de cor é feita expondo cada folha sob luz de cor diferente para produzir uma impressão colorida que se parece muito com o mapa acabado. Após nova revisão e edição, o mapa está pronto para ser impresso.

Imprimindo o mapa

• 11 Uma placa de impressão é preparada para cada cor do mapa, expondo as folhas riscadas e os negativos das letras. O papel é carregado em uma impressora litográfica e a primeira cor é impressa. A placa de impressão e a tinta são trocadas e o papel é passado pela impressora uma segunda vez para imprimir a segunda cor. Este processo é repetido até que todas as cores sejam impressas. Algumas das maiores impressoras podem imprimir até cinco cores em sequência sem trocar as placas ou recarregar o papel.

Controle de qualidade

O USGS usa os Padrões Nacionais de Precisão de Mapas estabelecidos em 1947. A partir de 1958, o USGS começou a testar a precisão de seus mapas verificando em campo 20 ou mais pontos bem definidos em cerca de 10% dos mapas produzidos a cada ano.

Para um mapa de 7,5 minutos na escala 1:24.000, o padrão de precisão horizontal requer que os locais mostrados no mapa para pelo menos 90% dos pontos verificados devem ser precisos até 40 pés (12,2 m) dos locais reais no solo . O padrão de precisão vertical requer que as elevações mostradas no mapa para pelo menos 90% dos pontos verificados devem ser precisas dentro da metade do intervalo do contorno no solo. Para um mapa com intervalos de contorno de 10 pés (3 m), isso significa que as elevações mostradas no mapa devem ter uma precisão de 5 pés (1,5 m) das elevações reais no solo. Para dar uma ideia do que esses padrões significam para os criadores de mapas, o padrão de precisão horizontal requer que a localização de pelo menos 90% dos pontos de verificação no mapa deve ser desenhada dentro de 0,02 pol (0,05 cm) da posição correta.

O Futuro

A maioria dos mapas topográficos em uso atualmente foi produzida manualmente. Para os cartógrafos, entretanto, o futuro está aqui hoje. Uma rede bem estabelecida de satélites de navegação forma a base do Sistema de Posicionamento Global (GPS). Este sistema permite que os topógrafos de campo determinem com precisão as posições horizontais dentro de alguns pés, mesmo nos terrenos mais remotos onde as técnicas convencionais de levantamento são impossíveis.

Outros satélites carregando uma variedade de sensores podem em breve substituir o método de fotografia aérea de fazer mapas. O primeiro de uma série de satélites Landsat foi lançado em 1972 e, em 1984, eles podiam detectar objetos na superfície da Terra com cerca de 30 m de tamanho. Em 1998, uma empresa americana se preparava para lançar um satélite capaz de detectar objetos de até 1 m (3 pés), que produziria imagens com tantos detalhes quanto os mapas atuais de 7,5 minutos do USGS. Mais importante ainda, essas imagens seriam capturadas e transmitidas como dados digitais, que poderiam ser processados ​​e impressos por computadores. Isso reduziria significativamente o tempo necessário para produzir ou atualizar mapas e também aumentaria a precisão geral.