ISSN 1517-2627
Outubro, 2021

Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
Embrapa Solos
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento

DOCUMENTOS
226

Geo em Cápsulas: Aplicações de Geoserviços e Composição de Mapas com QGIS

Edilson Amaral Tavares Coutinho
Daniel Chaves Webber
Dafne Godoy
Ricardo de Oliveira Dart
Gustavo de Mattos Vasques
Pedro Vieira Cruz

Embrapa Solos
Rio de Janeiro, RJ
2021

Embrapa Solos

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Embrapa Solos

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Presidente: Gustavo de Mattos Vasques

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Supervisão editorial: Marcos Antônio Nakayama

Normalização bibliográfica: Enyomara Lourenço Silva (CRB – 4/1569)

Projeto gráfico da coleção: Carlos Eduardo Felice Barbeiro

Editoração eletrônica: Alexandre Abrantes Cotta de Mello

Capa: Alexandre Abrantes Cotta de Mello

Imagem da capa: Daniel Chaves Webber

1ª edição

E-book (2021)

Todos os direitos reservados.

A reprodução não autorizada desta publicação, no todo ou em parte,
constitui violação dos direitos autorais (Lei nº 9.610).

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)

Embrapa Solos

Geo em cápsulas: aplicações de Geoserviços e composição de mapas com QGIS / Edilson Amaral Tavares Coutinho … [et al.]. – Rio de Janeiro : Embrapa Solos, 2021.

E-book : il. color. – (Documentos / Embrapa Solos, ISSN 1517-2627 ; 226).

E-book no formato ePub.

1. Sistema de Informação Geográfica. 2. Geoprocessamento. 3. Base de dados. I. Coutinho, Edilson Amaral Tavares. II. Webber, Daniel Chaves. III. Godoy, Dafne. IV. Dart, Ricardo de Oliveira. V. Vasques, Gustavo de Mattos. VI. Cruz, Pedro Vieira. VII. Embrapa Solos. VIII. Série.

CDD 910.285

Enyomara Lourenço Silva (CRB – 4/1569)

© Embrapa, 2021

Autores

Edilson Amaral Tavares Coutinho

Geógrafo, estagiário da Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, PE

Daniel Chaves Webber

Administrador, mestre em Ciência e Tecnologia Ambiental, analista da Embrapa Pesca e Aquicultura, Palmas, TO

Dafne Godoy

Graduanda em Geografia, estagiária da Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ

Ricardo de Oliveira Dart

Geógrafo, mestre em Geografia, analista da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ

Gustavo de Mattos Vasques

Engenheiro florestal, doutor em Ciências do Solo, pesquisador da Embrapa Solos, Rio de Janeiro, RJ

Pedro Vieira Cruz

Graduando em Engenharia Agronômica, bolsista da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ

Apresentação

O geoprocessamento, como ciência de processamento informatizado de dados georreferenciados, possui funções transversais às áreas de Transferência de tecnologia e de Pesquisa e Desenvolvimento. Na Embrapa, o geoprocessamento e o sensoriamento remoto são de grande relevância para a obtenção de resultados em projetos e ações gerenciais, sejam em processos metodológicos, levantamentos de solos, cartas topográficas, mapeamentos temáticos, zoneamentos e capacitações. A criação da Infraestrutura de Dados Espaciais da Embrapa (GeoInfo) e de diferentes infraestruturas de dados espaciais (WebGIS), tem incrementado sobremaneira a procura e o acesso por dados espaciais de projetos produzidos na Embrapa, necessitando soluções criativas e gratuitas para multiplicar a capacidade e a capilaridade da equipe de geoprocessamento no atendimento aos clientes da empresa. A Série Documentos “Geo em Cápsulas” visa atender este objetivo. Empregando softwares livres e linguagem compatível com o grau de conhecimento de usuários da plataforma GeoInfo (pesquisadores, analistas, técnicos, assistentes, extensionistas, consultores, professores, estudantes, gestores e agentes de instituições públicas e privadas), estes materiais didáticos têm a participação de estagiários e bolsistas, encorajados a redigir e elaborar tutoriais utilizando conhecimentos e técnicas de geoprocessamento adquiridas em conjunto com pesquisadores e analistas. Nesta primeira “cápsula”, iremos abordar dois temas que geram dúvidas recorrentes por parte dos usuários do GeoInfo: Aplicações de Geoserviços no Acesso a Dados Espaciais e a Composição de Mapas com o software QGIS.

Maria de Lourdes Mendonça Santos Brefin
Chefe-Geral da Embrapa Solos

Introdução

A Infraestrutura de Dados Espaciais da Embrapa (GeoInfo) utiliza a plataforma livre GeoNode para armazenamento, gerenciamento e publicação de dados e metadados espaciais. O GeoNode é uma plataforma de softwares abertos (open source) com uma interface amigável que permite que usuários com diferentes níveis de conhecimento possam compartilhar camadas, criar mapas interativos e documentos (figura 1).

Figura 1. Tipos de dados espaciais disponíveis no GeoInfo.

Fonte: http://geoinfo.cnps.embrapa.br/

As camadas são planos de informação manipuláveis em Sistemas de Informação Geográficas (SIG), que podem ser vetores (shapefiles) ou arquivos matriciais (formato GeoTiff). Já os documentos podem ser dados, tabelas e publicações que podem ser associados a dados geográficos, inseridos por meio de diversos formatos de arquivos, como *.xls, *.dbf, *.pdf, *.jpg e *.docx, arquivos compactados, entre outros. No GeoNode existe também um ambiente de criação de mapas interativos (figura 2), onde conjuntos de camadas podem ser manipulados, sendo possível obter informações das feições, realizar sobreposições ajustando a transparência das camadas, medições, consultas simples, etc.

Figura 2. Ambiente de criação de mapas interativos do GeoInfo.

Fonte: http://geoinfo.cnps.embrapa.br/maps/2079/view

Entretanto, o GeoInfo assim como a grande maioria das infraestruturas de dados espaciais, não possui todas as ferramentas que os Sistemas de Informação Geográfica - SIGs fornecem para seus usuários. Para atender demandas de usuários com experiência avançada em SIGs, as camadas vetoriais e matriciais também podem ser consumidas por meio de geoserviços disponibilizados pelo GeoInfo, ampliando assim suas possibilidades de processamento e análises espaciais. Uma vez carregadas em ambiente SIG, às camadas podem inclusive ser apresentadas na forma de mapas, com as respectivas legendas, rótulos e simbologias.

Geoserviços são serviços web específicos para o domínio geoespacial, constituindo um poderoso conjunto de funcionalidades para coletar, armazenar, recuperar, transformar e apresentar dados espaciais associados a um determinado objetivo. Através dos geoserviços é possível exportar informações para uma ampla gama de formatos, tanto para edição de objetos como para a apresentação de mapas (Brasil, 2021).

Neste tutorial serão descritos três diferentes geoserviços disponíveis na plataforma GeoNode, a saber, WMS (Web Map Service), WFS (Web Feature Service) e WCS (Web Coverage Service), e como utilizá-los para consumir dados disponíveis no GeoInfo utilizando o software livre QGIS (utilizou-se a versão 3.18, porém é possível utilizar qualquer versão). Adicionalmente, é apresentado um passo a passo para elaborar layout de mapas com as camadas do GeoInfo consumidas pelos geoserviços.

Conexão a Geoserviços

Conexão com dados espaciais do padrão WMS

As operações Web Map Service - WMS podem ser realizadas a partir de um navegador web que fará a submissão das requisições sob a forma de uma URL. Nesse padrão, os arquivos serão visualizados como JPEG, PNG e GIF, ou em formato vetorial, como o Scalable Vector Graphics (SVG) (Brasil, 2021). Ele disponibiliza um produto dos dados já processados, carregando a padronização/estilos de cores da legenda. Portanto, poucas operações são possíveis e a interação com o processamento do arquivo é reduzida.

Inicialmente, é necessário abrir um novo projeto clicando no ícone na barra de ferramentas do projeto. Para acessar o gerenciador de fonte de dados basta pressionar juntas as teclas de atalho Ctrl + Shift + W, o que irá abrir uma nova janela.  É preciso criar uma nova conexão, para isso clique em “Novo” (Figura 3).

Figura 3. Janela do gerenciador de fonte de dados.

Fonte: Open... (2021).

Uma nova janela, denominada "Criar uma nova WMS conexão”, será aberta para que a conexão possa ser estabelecida. Nesta nova janela (Figura 4) é preciso escolher um nome para a conexão, colar o endereço URL do geoserviço no local indicado e, em seguida, confirme clicando em “OK”.

Figura 4. Janela de criação de uma nova conexão WMS/WMTS.

Fonte: Open... (2021).

Exemplo:

Nome: Embrapa Solos

Endereço: http://geoinfo.cnps.embrapa.br/geoserver/geonode/wms

Para estabelecer a conexão, na janela do gerenciador de fonte de dados no QGIS (Figura 3), clique em “Conectar”. Serão abertas todas as imagens disponibilizadas por esse geoserviço. Selecione o arquivo correspondente à imagem desejada e o formato da imagem (JPG, PNG, PNG8, TIFF e SVG) de preferência. Será necessário definir o Sistema de Coordenadas de Referência clicando em “Modificar/Mudança...”. O sistema de coordenadas de referência¹ da imagem geralmente está contido nos metadados do arquivo ou no próprio layout do mapa escolhido, que podem ser consultados no GeoInfo. Por fim, clique em “Adicionar” e “Fechar” para visualizar a imagem na área de trabalho do QGIS. A Figura 5 ilustra tais procedimentos.

Figura 5. Janela de adição de camada a partir de um servidor WMS.

Fonte: Open... (2021).

O arquivo é então adicionado na lista de camadas do QGIS já com a legenda, caso esta exista (Figura 6).

Figura 6. Arquivo de imagem do GeoInfo carregado a partir de geoserviço WMS no QGIS.

Fonte: Open... (2021).

Para esse tipo de arquivo as possibilidades de operações em ambientes SIG, como o QGIS, são mais limitadas tendo em vista que são imagens. No entanto, é possível identificar as informações contidas nas feições utilizando a ferramenta "identificar feições", ou ainda, capturar coordenadas de um local desejado. Outra possibilidade, comum a todos geoserviços, é a produção de layouts para camada, que pode ser criado a partir das teclas de atalho Ctrl + P.

Conexão com dados espaciais do padrão WFS

O padrão Web Feature Service - WFS é utilizado para camadas vetoriais, as quais os usuários poderão processá-las e alterá-las empregando diversas operações para a produção de informação no formato GML. As operações WFS podem ser realizadas a partir de um navegador web que fará a submissão das requisições sob a forma de uma URL e este retornará os dados em si. Da mesma forma que no procedimento anteriormente explicado, para acessar o WFS é preciso abrir o Gerenciador de fonte de dados WFS e criar uma nova conexão clicando em “Novo”.

Em seguida, a janela “Modificar Conexão WFS” (Figura 7) será aberta para que a conexão possa ser estabelecida. É preciso escolher um nome para a conexão, colar o endereço URL do geoserviço no local indicado e, em seguida, confirme clicando em “OK”.

Figura 7. Janela de criação de uma nova conexão WFS.

Fonte: Open... (2021).

Exemplo:

Nome: Embrapa Solos

Endereço: http://geoinfo.cnps.embrapa.br/geoserver/geonode/wfs

Para estabelecer a conexão, na janela “Gerenciador de fonte de dados WFS” (Figura 8), clique em “Conectar”. Serão abertas todas as imagens disponibilizadas por esse geoserviço. Selecione o arquivo correspondente às feições desejadas. Por fim, clique em “Adicionar” e “Fechar” para visualizar a imagem na área de trabalho do QGIS.

Figura 8. Janela Gerenciador de Fonte de Dados WFS.

Fonte: Open... (2021).

O plano de informação é então adicionado na lista de camadas do QGIS como observado na Figura 9.

Figura 9. Arquivo da feição do GeoInfo carregado a partir de geoserviço WFS no QGIS.

Fonte: Open... (2021).

Com esse serviço pode-se alterar a simbologia de simples para categorizado e será possível visualizar melhor no mapa os dados de aptidão, entre outras muitas possibilidades de alteração e operações possíveis em arquivos vetoriais (p.e. clipagem, contorno, união, conversão, etc..). Portanto, o uso do WFS é outra forma de acessar dados vetoriais e processá-los em ambientes SIG. Na Figura 10 é possível notar um exemplo onde a simbologia do dado foi modificada.

Figura 10. Alteração de simbologia do dado adquirido pelo WFS.

Fonte: Open... (2021).

Conexão com dados espaciais do padrão WCS

Este serviço é especificado para tratamento de dados matriciais modelados como geocampos (Brasil, 2021). O WCS permite acessar dados que representam fenômenos com variação contínua no espaço e, da mesma forma que o WFS, ele precisa que se interaja com o dado para se criar determinada informação. Utilizando os mesmos procedimentos, para acessar o WCS é preciso abrir o Gerenciador de fonte de dados e criar uma nova conexão clicando em “Novo".

Na janela ”Criar uma nova conexão WCS” (Figura 11) é preciso escolher um nome para a conexão, colar o endereço URL do geoserviço no local indicado e, em seguida, confirme clicando em “OK”.

Figura 11. Janela ”Criar uma nova conexão WCS”.

Fonte: Open...  (2021).

Exemplo:

Nome: CNPS

Endereço: http://geoinfo.cnps.embrapa.br/geoserver/geonode/wcs

Para estabelecer a conexão, na janela do “Gerenciador de fonte de dados WCS”, clique em “Conectar”. Selecione o arquivo correspondente as feições desejadas. Por fim, clique em “Adicionar” e “Fechar” para visualizar a imagem na área de trabalho do QGIS. O arquivo é então adicionado na lista de camadas do QGIS como observado na figura 12.

Figura 12. Arquivo matricial do Geoinfo carregado a partir de geoserviço WCS no QGIS.

Fonte: Open... (2021).

Tanto no WCS como no WFS é necessário salvar o arquivo em uma pasta de sua escolha após carregá-lo. O arquivo vetorial salvo a partir do geoserviço WFS pode ter suas feições específicas selecionadas por atributo. Em seguida, converter a projeção do vetor para UTM e realizar o cálculo de área. No arquivo matricial salvo através do geoserviço WCS, orienta-se a utilização da ferramenta “calculadora raster”, a qual pode ser acessada na barra “Raster” do QGIS.

Outro utilitário interessante é o complemento Lat Lon Tools² (necessário instalar através da opção Complementos -> Gerenciar e instalar complemento). Através dele o usuário pode localizar as coordenadas de sua propriedade em um arquivo vetorial ou matricial.

¹ O sistema de coordenadas geográfica geralmente empregado nos cadastros de imagens no Geoinfo é o GCS DATUM WGS84 (cód. EPSG 4326).

² Esta ferramenta será abordada com mais detalhes na 2ª edição do “Geo em Cápsulas”, além de outros complementos disponíveis no QGIS.

Produção de layout no QGIS

A produção de um compositor de impressão (layout) de um projeto atrelado a geoserviços é idêntica para os três tipos (WMS, WFS e WCS) em qualquer versão do software QGIS. Logo após a escolha do arquivo (imagem ou vetor) via geoserviço (WMS, WFS ou WCS), a critério do utilizador, o próximo passo será criar uma nova composição de impressão e nomeá-la. No exemplo, a seguir optou-se pelo geoserviços WMS e por um mapa de aptidão climática para a cultura da mandioca dentro do cenário chuvoso³. Para criar um novo layout (compositor de impressão) são utilizadas as teclas de atalho Ctrl + P. Em seguida, na janela em destaque (figura 13), descreva o título do layout.

Figura 13. Criação do título do layout no QGIS.

Fonte: Open... (2021).

Após a abertura da página de impressão, o usuário deve configurar as características principais do layout (Figura 14) como o tamanho da folha de impressão, orientação (retrato ou paisagem), margens, número de páginas, resolução.

Figura 14. Configuração da composição do layout.

Fonte: Open... (2021).

No exemplo, foi escolhido o tamanho de página A0 considerando uma impressão em plotter. Porém, poderiam ser utilizados outros tamanhos de papel a depender da necessidade e escala do mapa a ser desenvolvido. Já a orientação (retrato ou paisagem) da página irá depender da disposição (mais vertical ou horizontal) da camada. Para a produção do layout foi utilizado a página em modo retrato pelo fato de a camada utilizada estar na forma vertical, ficando melhor a manipulação e produção do mapa nesse formato. Outra informação importante é a resolução da impressão, que geralmente opta-se por 300 dpi, tendo em vista a qualidade do conteúdo apresentado e tamanho do arquivo. Quanto menor for esse valor, menos qualidade a impressão terá e menor será o tamanho do arquivo. Uma vez feitas às configurações, o próximo passo é adicionar o mapa (Figura 15).

Figura 15: Página de edição do compositor de impressão (layout) e destaque para a ferramenta “adicionar mapa”.

Fonte: Open... (2021).

Após selecionar a ferramenta de adição do mapa, deve-se escolher o espaço que o mapa irá ocupar na folha de impressão, clicando e arrastando sobre a página em branco até que a camada (WMS, WFS ou WCS) seja visualizada por inteiro na página. Em seguida, selecione a escala que pretende apresentar o conteúdo (no exemplo 1:100.000), clicando no mapa incluído e em seguida em “Propriedades do Item” (Figura 16).

Figura 16: Tela de identificação de Propriedades do item “mapa 1” e escolha da escala.  Fonte: Open... (2021).

Em seguida, utilize a ferramenta  para posicionar a camada no local de preferência. Em seguida, devemos incluir os elementos cartográficos básicos que compõem um mapa (título, legenda, escala gráfica, sistema de coordenadas, grade de coordenadas e orientação do norte geográfico).

Adição de rótulo para produção do título

Para adicionar o título do mapa, selecione a ferramenta  e em seguida clique no local da página que deseja posicionar o título. Depois de adicionado o título no local desejado, clique na ferramenta  para ampliar ou reduzir os limites da área do título. O texto pode ser editado usando a barra de propriedades do item ao lado direito. Neste local é possível alterar o conteúdo do texto assim como alterar o tipo, o tamanho e a cor da fonte, entre outras configurações (Figura 17).

Figura 17: Edição do título do mapa na barra de propriedades do item.

Fonte: Open... (2021).

Adição de legenda

Para adicionar a legenda dentro do mapa selecione a ferramenta  e, em seguida, clique no local da página que deseja posicioná-la. Depois de adicionada a legenda no local desejado, clique na ferramenta  (em algumas versões do QGIS o ícone ) para ampliar ou reduzir os limites da área da legenda. O texto pode ser editado usando a barra de propriedades do item ao lado direito. Neste local é possível alterar o conteúdo do texto assim como alterar o tipo, o tamanho e a cor da fonte, entre outras configurações como posição da legenda, decidindo a localização dela dentro da formatação utilizada (Figura 18).

Figura 18: Demonstração da barra de propriedades do mapa junto com as legendas já inseridas.

Fonte: Open... (2021).

Por se tratar de um arquivo em WMS, não é possível ocorrer à edição da legenda além da mudança do tamanho, selecionando a opção "Legenda gráfica WMS".

Adição de orientação do norte geográfico

O norte geográfico ou norte verdadeiro é o que utiliza o eixo de rotação como referência. Este eixo, apesar de apontar para o Polo Norte geográfico, não coincide com o norte magnético, que por sua vez é aquele que identificamos no ponteiro da bússola e que está alinhado com as forças do campo magnético do planeta Terra.

Para adicionar o norte geográfico dentro do mapa selecione a ferramenta  e em seguida clique no local da página que deseja posicioná-la. Depois da adição do norte geográfico no local desejado, clique na ferramenta  (em algumas versões do QGIS a figura pode vir assim ) para ampliar ou reduzir o tamanho do norte selecionado. A seleção de qual tipo de norte será usada pode ser definida usando a barra de propriedades do item ao lado direito (figura 19). Neste local é possível definir a figura e também alterar o tipo, o tamanho, entre outras configurações como a sua posição.

Figura 19: Demonstração da barra de propriedades do mapa junto com as possibilidades figura para o norte geográfico.

Fonte: Open... (2021).

Adição de escala gráfica

A escala gráfica do mapa é adicionada como forma de demonstrar a real distância usada dentro do mapa, através dela é possível se concentrar no verdadeiro espaço de um ponto a outro na localidade escolhida. Para adicionar o norte geográfico dentro do mapa selecione a ferramenta  e em seguida clique no local da página que deseja posicioná-la. Depois da adição da escala ao mapa no local desejado, clique na ferramenta  (em algumas versões do QGIS a figura pode vir assim ) para ampliar ou reduzir o tamanho selecionado. As configurações de cores e tipo de barras podem ser definidas usando a barra de propriedades do item ao lado direito. Neste local é possível definir a figura e também alterar o tipo, o tamanho, entre outras configurações (Figura 20).

Figura 20: Demonstração da barra de propriedades do mapa junto com as possibilidades de figuras para o norte geográfico.

Fonte: Open... (2021).

Adição de projeção e grade de coordenadas

Para adição da grade de coordenadas e projeção que o mapa foi configurado, devemos voltar para a propriedade do item do mapa e selecionar a opção grades (Figura 21).

Figura 21: Ferramenta de adição da grade de coordenadas dentro do mapa.

Fonte: Open... (2021).

Após a adição deverão ser delimitados os intervalos dos eixos de latitude e longitude (Figura 22a) e logo após, deverá ser selecionada a opção "desenhar coordenadas" (Figura 22b).

Figura 22. (a) demonstração intervalo da grade nos eixos X e Y. (b) demonstração de a opção "desenhar coordenadas" nas propriedades do item.

Fonte: Open... (2021).

Para adição da projeção em que o mapa foi realizado, basta seguir o passo visualizado anteriormente para adição de outro rótulo com todas as informações do arquivo vetorial ou matricial que foi utilizado para a produção do trabalho realizado. Para a identificação do sistema de coordenadas do arquivo que foi utilizado para a produção do layout o usuário poderá reconhecer nas propriedades do próprio arquivo, acessando dentro da página de edição do QGIS ao clicar com o botão direito do mouse na camada utilizada, ou dentro dos metadados do arquivo vetorial/matricial utilizado no próprio portal do GeoInfo. Após essa identificação, é necessário colocá-la dentro do novo rotulo inserido no projeto.

³ Os mesmos procedimentos poderiam ser empregados para os geoserviços WFS e WCS, bem como outros mapas da preferência do usuário.

Referências

BRASIL. Ministério da Economia. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. INDE: Catálogo de Geoserviços. Rio de Janeiro. Disponível em:  https://inde.gov.br/CatalogoGeoservicos. Acesso em: 18 fev. 2021.

OPEN SOURCE GEOSPATIAL FOUNDATION. QGIS a Free and Open Source Geographic Informatiom System - Equipe de Desenvolvimento QGIS, 2021: Sistema de Informação Geográfica QGIS. . Disponível em: http://qgis.org. Acesso em: 06  mar. 2021.