Sebenta · Aplicar Sistemas de Informação Geográfica (SIG) em investigação arqueológica (UC02346)

Introdução

Esta sebenta ensina a aplicar um Sistema de Informação Geográfica (SIG) à investigação arqueológica: organizar dados de campo, vectorizar achados e estruturas, analisar relações espaciais e produzir mapas temáticos prontos para um relatório. É o trabalho de gabinete que dá sentido ao trabalho de campo.

O percurso segue um projeto real, do primeiro clique ao mapa final: começamos pelos fundamentos do SIG e pelo sistema de referência oficial em Portugal, passamos pela base de dados e pela vectorização de pontos, linhas e áreas, avançamos para análises espaciais simples e terminamos na construção de mapas temáticos. É exatamente o fluxo usado em entidades públicas, empresas de arqueologia, empresas de turismo cultural e organizações sem fins lucrativos que trabalham com património, tanto em trabalho de campo como em trabalho de gabinete.

Objetivos de aprendizagem (referencial): realizar análises simples em SIG; efetuar a vectorização de entidades pontuais, lineares e áreas; e construir mapas temáticos de análise espacial. Ao longo destes capítulos vais analisar as funcionalidades do software de SIG em contexto arqueológico, operar programas informáticos de software SIG, selecionar as funcionalidades certas para cada representação, analisar bases de dados de informação espacial, aplicar a vectorização de entidades pontuais, lineares e de áreas, manipular dados alfanuméricos e geográficos e categorizar dados.

Os recursos de referência para esta UC são simples: dispositivos tecnológicos com ligação à internet, software de SIG e manuais técnicos. É tudo o que precisas para reproduzir, em casa ou no gabinete, o fluxo desta sebenta.

1. O que é um SIG e porque importa na arqueologia

Um Sistema de Informação Geográfica (SIG) é um sistema que capta, guarda, analisa e representa dados que têm localização no espaço. A diferença entre um SIG e uma base de dados comum está numa só coisa: em SIG, cada registo tem coordenadas.

Um SIG assenta em cinco peças que têm de funcionar juntas:

Todo o objeto num SIG tem sempre duas faces indissociáveis: a face geográfica (a forma e a posição, por exemplo o ponto onde apareceu uma moeda) e a face alfanumérica (os atributos em tabela, como material, cronologia e camada estratigráfica). Clicar num ponto do mapa mostra a linha correspondente na tabela, e clicar numa linha da tabela destaca o ponto no mapa. É esta ligação permanente que torna o SIG mais útil do que um mapa em papel ou um desenho vetorial isolado.

Porque a arqueologia precisa de SIG

A investigação arqueológica gera, desde o primeiro dia de trabalho, dados com localização: onde se prospectou, onde se abriu uma sondagem, onde apareceu cada achado, os limites de cada estrutura. Sem SIG, esta informação fica dispersa em cadernos de campo, fotografias soltas e memória da equipa.

O SIG serve quatro momentos do trabalho arqueológico: prospecção (planear e registar áreas percorridas e achados de superfície), escavação (localizar cada achado, estrutura e unidade estratigráfica), gestão do acervo (cruzar a proveniência espacial com o material em depósito) e relatório e divulgação (produzir os mapas exigidos pela tutela e pela ciência). Em Portugal, o licenciamento e o acompanhamento de trabalhos arqueológicos são da responsabilidade de Património Cultural, I.P., sucessora da extinta Direção-Geral do Património Cultural (DGPC).

2. Sistemas de referência: ETRS89, PT-TM06 e UTM 29N

Toda a coordenada só faz sentido dentro de um sistema de referência. Sem ele, dois pontos com os mesmos números podem estar a quilómetros de distância um do outro.

Três conceitos que não se confundem:

• Datum geodésico: o modelo matemático da forma da Terra usado como base. Em Portugal, o datum oficial é o ETRS89 (European Terrestrial Reference System 1989).
• Sistema de coordenadas planas: a projeção que transforma coordenadas esféricas em coordenadas planas, em metros. O sistema oficial em Portugal continental é o PT-TM06/ETRS89, uma projeção transversa de Mercator.
• Fuso UTM: o sistema Universal Transverse Mercator divide a Terra em 60 fusos. Em Portugal continental existe apenas o fuso 29N: todo o território cabe num único fuso, ao contrário de países mais largos que atravessam vários.

Quem produz a cartografia de referência

A Direção-Geral do Território (DGT) é a entidade civil que recomenda o PT-TM06/ETRS89 como sistema oficial para cartografia em Portugal. O CIGeoE (Centro de Informação Geoespacial do Exército, herdeiro do antigo Instituto Geográfico do Exército, o IGeoE) produz cartografia topográfica de referência, também em ETRS89, muito usada como base de trabalho em SIG.

Os arquipélagos dos Açores e da Madeira ficam fora do fuso 29N do continente, usando fusos UTM próprios; nesta UC o trabalho centra-se no território continental, onde o sistema PT-TM06/ETRS89 e o fuso 29N são a referência única.

Exemplo resolvido · reconhecer o sistema de coordenadas

Dado um par de coordenadas de um achado, como distinguir se está em PT-TM06/ETRS89 ou em UTM 29N?

1. Olhar para a ordem de grandeza do valor de X (este-oeste).
2. No UTM 29N, o valor de X ronda as centenas de milhar de metros (por ter uma origem deslocada, a "falsa origem", de 500 000 metros no meridiano central).
3. No PT-TM06/ETRS89, a origem não tem esse deslocamento tão grande: os valores de X junto ao meridiano central de Portugal continental ficam próximos de zero, podendo ser negativos a oeste desse meridiano.
4. Conclusão prática: um valor de X muito superior a 100 000 é sinal de UTM; um valor pequeno, ou negativo, é sinal de PT-TM06.

Esta verificação rápida evita colocar uma camada inteira "fora do sítio" por engano de sistema de referência.

3. Software de SIG: open-source e certificados

O referencial pede o conhecimento de software de SIG open-source e certificados, duas famílias com lógica idêntica e interfaces diferentes.

Nesta UC trabalha-se sobretudo em QGIS: é gratuito, tem plugins próprios para arqueologia e o fluxo de trabalho aprendido é transferível para qualquer outro software de SIG, incluindo os comerciais usados por grandes entidades públicas e empresas.

A interface do QGIS

• Área de mapa: onde se vê e se desenha.
• Painel de camadas: lista todas as camadas, vetoriais e raster, pela ordem em que se desenham (as de cima tapam as de baixo).
• Painel de navegador: acede a ficheiros e bases de dados sem sair do programa.
• Barra de ferramentas de digitalização: ativar edição, adicionar entidade, guardar.
• Barra de estado: mostra as coordenadas do rato e a escala atual do mapa.

Cada camada tem propriedades a configurar antes de trabalhar: o sistema de coordenadas de referência (SRC), a tabela de atributos, a simbologia e as etiquetas. O SRC da camada tem de coincidir com o do projeto, senão as entidades aparecem deslocadas.

4. Dados vetoriais e dados raster

Um SIG representa o espaço com dois modelos de dados complementares.

O padrão de trabalho quase universal é: o raster ao fundo, como base de referência, e o vetorial vectorizado por cima, registando as entidades que interessam à investigação. Um raster não tem entidades individuais a selecionar, só pixels; um vetorial guarda geometria exata e atributos próprios.

Regra prática para decidir quando vectorizar: se a entidade tem um limite definido que interessa medir, classificar ou analisar, deve ser vectorizada.

5. Bases de dados em arqueologia

Cada camada vetorial tem uma tabela de atributos: uma linha por entidade, uma coluna por campo. É a base de dados do projeto.

• Registo (linha): um achado, uma sondagem, uma estrutura.
• Campo (coluna): um atributo desse registo, como material ou cronologia.
• Identificador único (ID): distingue cada registo, mesmo quando dois partilham os mesmos atributos.

Exemplo resolvido · estruturar uma tabela de achados

Uma equipa vai registar achados de uma sondagem. Que campos definir antes de ir para o campo?

1. id_achado: identificador único, por exemplo ACH-014.
2. tipo: categoria do material (cerâmica, metal, lítico, ósseo).
3. cronologia: período atribuído, de uma lista fechada de valores.
4. camada_estratigrafica: a unidade estratigráfica (UE) de proveniência.
5. coordenada_x e coordenada_y: no sistema PT-TM06/ETRS89.
6. fotografia: referência ao ficheiro de imagem do achado.

Definir esta estrutura antes do trabalho de campo evita que cada elemento da equipa invente os seus próprios campos.

Normalizar, validar e categorizar

Analisar bases de dados de informação espacial exige três hábitos: normalizar o vocabulário com listas de valores fechadas (evitar "Idade do Ferro" numa linha e "idade ferro" noutra), validar os campos obrigatórios antes de fechar o dia de trabalho, e categorizar dados, agrupando registos por critérios como tipologia, cronologia ou unidade estratigráfica.

6. Vectorização de entidades pontuais, lineares e áreas

Efetuar a vectorização de entidades pontuais, lineares e áreas é uma das três realizações centrais desta UC. Cada tipo de entidade serve um propósito diferente.

Entidades pontuais

Uma entidade pontual representa algo sem dimensão relevante à escala do mapa: um único par de coordenadas. Usa-se para achados individuais, pontos de amostragem e marcos geodésicos.

Passo a passo para vectorizar um ponto:

1. Ativar a edição da camada de pontos.
2. Escolher a ferramenta adicionar ponto.
3. Clicar no local exato sobre a base (ortofoto, GPS importado).
4. Preencher a tabela de atributos que abre automaticamente.
5. Guardar as edições da camada.

Entidades lineares

Uma entidade linear representa algo com comprimento relevante, sem área a preencher: uma sucessão de coordenadas ligadas por segmentos. Usa-se para limites de sondagem, estruturas lineares (um muro visto em planta) ou percursos de prospecção.

O software calcula automaticamente o comprimento da linha a partir das coordenadas dos vértices, útil para conferir contra a medição de campo.

Entidades de área

Uma entidade de área (polígono) representa algo com superfície a preencher: uma sequência de vértices que fecha sobre si própria. Usa-se para áreas de intervenção, sondagens e estruturas com superfície, como um pavimento.

Exemplo resolvido · vectorizar e conferir uma sondagem

Uma sondagem quadrangular mede, em campo, 5 por 5 metros. Vectoriza-se como polígono sobre o ortofotomapa.

1. Ativar a edição da camada de polígonos.
2. Adicionar o polígono, clicando nos quatro cantos da sondagem, pela ordem real do limite.
3. Fechar o polígono com duplo clique.
4. Ler a área calculada automaticamente pelo software: 5 × 5 = 25 m².
5. Comparar com a medição de campo: se o valor calculado se afastar muito de 25 m², há um erro de vectorização a corrigir.

Um projeto arqueológico típico combina sempre os três tipos: pontos para achados, linhas para estruturas lineares, polígonos para áreas de intervenção.

7. Ligar dados alfanuméricos a dados geográficos

Manipular dados alfanuméricos e geográficos de forma integrada é o que transforma uma folha de campo numa camada SIG útil.

Do caderno de campo à camada SIG

1. Rever e validar os dados de campo (coordenadas completas, sem campos em falta).
2. Importar as coordenadas para o QGIS, criando uma camada de pontos a partir de uma tabela com colunas X e Y.
3. Conferir o sistema de referência declarado na origem dos dados.
4. Ligar (join) tabelas externas à camada geográfica através de um campo comum, normalmente o ID.

Georreferenciar um levantamento antigo

Quando a origem não tem coordenadas SIG prontas (uma planta desenhada à mão, uma fotografia aérea antiga), é preciso georreferenciar: identificar pontos de controlo com coordenadas conhecidas, tanto na imagem como no terreno, e ajustar a imagem ao sistema de referência do projeto. Quanto mais pontos de controlo bem distribuídos, melhor o ajuste; três pontos concentrados no mesmo canto da imagem dão sempre um mau resultado. É preciso verificar o erro residual do ajuste antes de aceitar o resultado como base de trabalho.

8. Análises espaciais simples em SIG

Realizar análises simples em SIG é responder a perguntas concretas da investigação usando níveis de análise a diferentes escalas, não é um efeito visual.

Exemplo resolvido · buffer de proteção

Um achado está a 12 metros de uma estrutura classificada. Define-se um buffer de proteção de 10 metros à volta da estrutura.

1. Selecionar a camada da estrutura.
2. Correr a ferramenta buffer, com distância de 10 metros.
3. Sobrepor a camada de achados ao buffer resultante.
4. Verificar se o achado cai dentro ou fora da zona de 10 metros.

Como 12 metros é maior do que os 10 metros do buffer, o achado fica fora da zona de proteção. Se o buffer fosse alargado para 15 metros, o mesmo achado passaria a ficar dentro.

Exemplo resolvido · densidade de achados

Uma área de intervenção retangular mede 50 por 50 metros e contém 40 achados vectorizados como pontos. Qual é a densidade de achados?

1. Calcular a área: 50 × 50 = 2500 m².
2. Dividir o número de achados pela área: 40 ÷ 2500 = 0,016 achados por m².
3. Converter para uma unidade mais legível, por 100 m²: 0,016 × 100 = 1,6 achados por 100 m².

Esta densidade permite comparar zonas diferentes do mesmo sítio, ou o mesmo sítio com outros já publicados, ao mesmo nível de análise.

9. Construção de mapas temáticos

Construir mapas temáticos de análise espacial é a terceira realização central da UC, e fecha o ciclo entre o campo e o relatório.

Simbologia e classificação

A simbologia decide como cada entidade aparece no mapa, e é o que transforma uma camada crua num mapa temático:

Boas práticas: cores distintas e consistentes entre todos os mapas do mesmo relatório, um número de classes graduadas legível (normalmente entre 4 e 6) e uma legenda que explique cada símbolo.

Os elementos de um mapa de layout

O compositor de impressão do QGIS monta o mapa final a partir da área de trabalho, acrescentando os elementos que um mapa profissional exige: título, legenda com todos os símbolos usados, escala gráfica e numérica, seta do norte, grelha de coordenadas no sistema de referência do projeto, e fonte dos dados, autor e data.

Exemplo resolvido · ler uma escala

Um mapa está à escala 1:2000. No mapa, a distância entre duas sondagens mede 5 centímetros. Qual é a distância real?

1. Multiplicar a distância no mapa pelo denominador da escala: 5 × 2000 = 10 000 cm.
2. Converter centímetros para metros: 10 000 ÷ 100 = 100 metros.

As duas sondagens estão, na realidade, a 100 metros uma da outra. Se a escala fosse 1:500, os mesmos 5 centímetros corresponderiam a 5 × 500 ÷ 100 = 25 metros: escalas mais "grandes" (denominador menor) representam distâncias reais menores para o mesmo traço no papel.

Erros comuns

• Misturar coordenadas PT-TM06 com coordenadas UTM 29N no mesmo projeto sem reprojetar antes.
• Importar coordenadas de GPS sem confirmar o sistema de referência de origem.
• Vectorizar sem ativar a edição da camada, e perder o trabalho ao fechar o projeto.
• Fechar mal um polígono, deixando-o "aberto" no último vértice.
• Escrever a mesma categoria (material, cronologia) de formas diferentes na tabela de atributos.
• Correr uma análise espacial (buffer, interseção) com camadas em sistemas de referência diferentes.
• Entregar um mapa sem escala, sem seta do norte ou sem legenda.
• Vectorizar um achado pequeno como polígono só para "parecer mais completo".

Glossário

• SIG: Sistema de Informação Geográfica.
• Vetorial: modelo de dados por pontos, linhas e polígonos com coordenadas exatas.
• Raster: modelo de dados por grelha de células (pixels).
• ETRS89: datum geodésico oficial em Portugal.
• PT-TM06/ETRS89: sistema de coordenadas planas oficial em Portugal continental.
• UTM: Universal Transverse Mercator, sistema de fusos, com o continente português no fuso 29N.
• DGT: Direção-Geral do Território, entidade civil de referência para a cartografia oficial.
• CIGeoE: Centro de Informação Geoespacial do Exército, antigo IGeoE.
• Tabela de atributos: a base de dados associada a uma camada vetorial.
• Buffer: zona de influência a uma distância fixa à volta de uma entidade.
• Georreferenciar: atribuir coordenadas reais a uma imagem sem sistema de referência.
• Simbologia: as regras que definem como uma camada é desenhada no mapa.
• Património Cultural, I.P.: entidade que licencia e acompanha os trabalhos arqueológicos em Portugal, sucessora da DGPC.

Síntese

Um SIG aplicado à arqueologia segue sempre a mesma ordem: sistema de referência (ETRS89, PT-TM06, fuso 29N) → software (QGIS ou outro) → base de dados estruturada e categorizada → vectorização de pontos, linhas e áreas → integração de dados alfanuméricos e geográficos → análise espacial (buffer, interseção, densidade) → mapa temático final, com escala, legenda e norte. Domina este fluxo com QGIS e adaptas-te a qualquer outro software de SIG, incluindo os certificados usados por grandes entidades.

Exercícios resolvidos

1. Um achado tem coordenada X de 578 341. É provável que esteja em PT-TM06 ou em UTM 29N?

Resolução: em UTM 29N. Um valor de X na ordem das centenas de milhar é característico da falsa origem de 500 000 metros do UTM; em PT-TM06 os valores junto ao meridiano central de Portugal continental são muito menores.

2. Uma sondagem retangular mede 4 por 6 metros. Vectorizada como polígono, o software calcula 23,8 m². É um resultado aceitável?

Resolução: sim. A área teórica é 4 × 6 = 24 m²; 23,8 m² está muito próximo, dentro do erro normal de vectorização sobre uma base rasterizada. Uma diferença grande (por exemplo, 15 m² ou 35 m²) é que justificaria rever os vértices do polígono.

3. Uma área de escavação de 20 por 20 metros tem 12 achados vectorizados. Calcula a densidade por 100 m² e compara com o exemplo do capítulo 8 (1,6 achados por 100 m²).

Resolução: área = 20 × 20 = 400 m². Densidade = 12 ÷ 400 = 0,03 achados por m², ou 0,03 × 100 = 3 achados por 100 m². É quase o dobro da densidade do exemplo do capítulo (1,6 por 100 m²), o que pode indicar uma zona de maior concentração de achados.

4. Um colega classifica os achados no mapa com 14 cores diferentes, uma por tipo de material. É uma boa prática?

Resolução: não. Boas práticas de simbologia recomendam um número de classes legível, normalmente entre 4 e 6; 14 categorias tornam a legenda e o mapa difíceis de ler. Se há mesmo 14 tipos de material, deve agrupar-se em categorias mais amplas (cerâmica, metal, lítico, ósseo, outros) para a representação temática.

5. Duas equipas trabalham no mesmo projeto SIG: uma chama "cerâmica" a um campo, a outra chama "ceramica" (sem acento) ao mesmo campo. Que problema isto causa numa análise por categoria, e como se resolve?

Resolução: o software trata os dois valores como categorias diferentes, mesmo referindo-se ao mesmo tipo de material, o que distorce qualquer classificação ou contagem por categoria. Resolve-se normalizando o vocabulário com uma lista de valores fechada, usada por toda a equipa desde o início do trabalho de campo.