nocoes basicas cartografia

nocoes basicas cartografia

(Parte 1 de 5)

Ministério do Planejamento e Orçamento

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística - IBGE Diretoria de Geociências - DGC

Rio de Janeiro 1998

DEPARTAMENTO DE CARTOGRAFIA - DECAR APOSTILA DE NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA JULHO/98

Av. Brasil, 15.671 - Bloco I B - Térreo - Parada de Lucas - Rio de Janeiro - RJ Tel.: 391-78 ramal 248 - CEP 21.241-051

Coordenação

Isabel de Fátima Teixeira Silva Enga. Cartógrafa

Orientação e Revisão Técnica

Anna Lúcia Barreto de Freitas Enga. Cartógrafa

Organização, Compilação e Elaboração

Wolmar Gonçalves Magalhães Engo. Cartógrafo

Colaboração

Moema José de Carvalho Augusto Enga. Cartógrafa Marco Antônio de Oliveira Geógrafo e Geólogo

DEPARTAMENTO DE CARTOGRAFIA - DECAR APOSTILA DE NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA JULHO/98

DEPARTAMENTO DE CARTOGRAFIA - DECAR APOSTILA DE NOÇÕES BÁSICAS DE CARTOGRAFIA JULHO/98

A presente apostila foi elaborada tendo como objetivo não só servir como parâmetro de orientação para o Curso de Noções Básicas de Cartografia, onde profissionais das mais diversas áreas que utilizam direta ou indiretamente a Cartografia ou um produto cartográfico como ferramenta de trabalho no desenvolvimento de suas atividades, possam conhecer todas as etapas que compreendem o mapeamento, mas também voltada aos profissionais do Departamento de Cartografia, propiciando melhor entendimento das fases que antecedem e precedem o seu trabalho.

Visando ainda alcançar a leitores com pouco ou nenhum conhecimento cartográfico, os temas foram abordados de forma objetiva, cabendo aos que desejarem maiores detalhes, uma vasta bibliografia à qual poderão recorrer, parte dela utilizada na compilação desta apostila.

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1 - HISTÓRICO9
2 - FORMA DA TERRA10
3 - LEVANTAMENTOS12
3.1 - LEVANTAMENTOS GEODÉSICOS13
3.1.1.1 - LEVANTAMENTO PLANIMÉTRICO14
3.1.1.2 - LEVANTAMENTO ALTIMÉTRICO14
3.1.1.3 - LEVANTAMENTO GRAVIMÉTRICO15
3.2 - LEVANTAMENTOS TOPOGRÁFICOS15
3.3 - POSICIONAMENTO TRIDIMENSIONAL POR GPS16
3.4 - AEROLEVANTAMENTOS18
I - REPRESENTAÇÃO CARTOGRÁFICA15

I - INTRODUÇÃO 3.1.1 - MÉTODOS DE LEVANTAMENTOS

1.1 - POR TRAÇO19
1.2 - POR IMAGEM20

1 - TIPOS DE REPRESENTAÇÃO

2.1 - INTRODUÇÃO21
2.2 - DEFINIÇÃO21
2.3 - ESCALA NUMÉRICA23
2.3.1 - PRECISÃO GRÁFICA24
2.3.2 - ESCOLHA DE ESCALAS24
2.4 - ESCALA GRÁFICA25
2.5 - MUDANÇAS DE ESCALA26
2.6 - ESCALA DE ÁREA26
3 - PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS27
3.1.1 - CONSTRUÇÃO DO SISTEMA DE COORDENADAS29
3.1.2 - MERIDIANOS E PARALELOS30
3.1.3.1. - A TERRA COMO REFERÊNCIA (Esfera)31
3.1.3.2. - O ELIPSÓIDE COMO REFERÊNCIA32
3.2 - CLASSIFICAÇÃO DAS PROJEÇÕES CARTOGRÁFICAS32
3.2.1 - QUANTO AO MÉTODO3
3.2.2 - QUANTO À SUPERFÍCIE DE PROJEÇÃO3
3.2.3 - QUANTO ÀS PROPRIEDADES35
PROJEÇÃO E REFERÊNCIA...............................................................................36

2 - ESCALA 3.1 - SISTEMAS DE COORDENADAS 3.1.3 - LATITUDE E LONGITUDE 3.2.4 - QUANTO AO TIPO DE CONTATO ENTRE AS SUPERFÍCIES DE

3.3.1 - PROJEÇÃO POLICÔNICA37
3.3.3 - PROJEÇÃO CILÍNDRICA TRANSVERSA DE MERCATOR (Tangente)39
3.3.4 - PROJEÇÃO CILÍNDRICA TRANSVERSA DE MERCATOR (Secante)40
3.3.5 - CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DO SISTEMA UTM:41
3.4 - CONCEITOS IMPORTANTES43

3.3 - PROJEÇÕES MAIS USUAIS E SUAS CARACTERÍSTICAS 3.3.2 - PROJEÇÃO CÔNICA NORMAL DE LAMBERT (com dois paralelos padrão).38

4.1 - CLASSIFICAÇÃO DE CARTAS E MAPAS4
4.1.1 - GERAL4 4
4.1.1.1 - CADASTRAL4

4 - CARTAS E MAPAS 4.1.1.2 - TOPOGRÁFICA ............................................................................................4

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4.1.1.3 - GEOGRÁFICA45
4.1.2 - TEMÁTICA46
4.1.3 - ESPECIAL46
4.2 - CARTA INTERNACIONAL DO MUNDO AO MILIONÉSIMO - CIM47
5 - ÍNDICE DE NOMENCLATURA E ARTICULAÇÃO DE FOLHAS50
6 - MAPA ÍNDICE52
7 - NOÇÕES DE SENSORIAMENTO REMOTO53
8 - IMAGENS RADARMÉTRICAS53
8.1 - BANDAS DE RADAR57
9 - IMAGENS ORBITAIS58
9.1 - SISTEMA LANDSAT59
9.1.1 - COMPONENTES DO SISTEMA LANDSAT60
9.1.2 - CARACTERÍSTICA DA ÓRBITA61
9.1.3 - SISTEMAS SENSORES61
9.1.4 - FORMAÇÃO DE IMAGENS62
9.2 - SISTEMA SPOT63
9.2.1 - CARACTERÍSTICAS DA ÓRBITA63
9.2.2 - O SENSOR HRV63
9.2.3 - COMPONENTES DO SISTEMA SPOT64
9.3 - APLICAÇÕES DAS IMAGENS ORBITAIS NA CARTOGRAFIA65
9 3.1 - NO MAPEAMENTO PLANIMÉTRICO65
9 3.2 - NO MAPEAMENTO PLANIALTIMÉTRICO65
9.3.3 - NO MAPEAMENTO TEMÁTICO65
9.3.4 - CARTA IMAGEM6
I - ELEMENTOS DE REPRESENTAÇÃO67
1 - PLANIMETRIA68
1.1 - HIDROGRAFIA68
1.2 - VEGETAÇÃO68
1.3 - UNIDADES POLÍTICO-ADMINISTRATIVAS69
1.4 - LOCALIDADES71
1.5 - ÁREAS ESPECIAIS74
1.6 - SISTEMA VIÁRIO74
PLANIMÉTRICOS.....................................................................................................75
1.8 - LINHAS DE LIMITE75

1.7 - LINHAS DE COMUNICAÇÃO E OUTROS ELEMENTOS

2.1 - ASPECTO DO RELEVO76
2.2 - CURVAS DE NÍVEL78
2.2.1 - PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS:79
2.2.2 - FORMAS TOPOGRÁFICAS80
2.2.3 - REDE DE DRENAGEM82
2.3 - EQÜIDISTÂNCIA83
2.4 - CORES HIPSOMÉTRICAS84
2.5 - RELEVO SOMBREADO85
2.6 - PERFIL TOPOGRÁFICO86
2.6.1 - ESCALAS86
2.6.2 - DESENHO86
IV - PROCESSO CARTOGRÁFICO8
1 - CONCEPÇÃO8 8
1.1 - FINALIDADE8

2 - ALTIMETRIA 1.2 - PLANEJAMENTO CARTOGRÁFICO...................................................................8

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2 - PRODUÇÃO89
2.1.1 - AEROFOTOGRAMETRIA89
2.1.1.1 - VÔO FOTOGRAMÉTRICO90
2.1.1.2 - FOTOGRAMA91
2.1.1.2.1 - CÂMARAS FOTOGRAMÉTRICAS93
2.1.1.2.2 -ESCALA FOTOGRÁFICA94
2.1.1.3 - COBERTURA FOTOGRÁFICA95
2.1.1.4 - PLANEJAMENTO E ORGANIZAÇÃO FOTOGRAMÉTRICA98
2.1.1.5 - APOIO SUPLEMENTAR ( APOIO DE CAMPO )9
2.1.1.6 - REAMBULAÇÃO9
2.1.1.7 - AEROTRIANGULAÇÃO100
2.1.1.8 - RESTITUIÇÃO100
2.1.2 - COMPILAÇÃO102
2.1.2.1 - PLANEJAMENTO102
2.1.2.1.1 - INVENTÁRIO DA DOCUMENTAÇÃO103
2.1.2.1.2 - PLANIFICAÇÃO DO PREPARO DE BASE103
2.1.2.1.3 - PASTA DE INFORMAÇÕES CARTOGRÁFICAS (PIC)103
2.1.2.2.1 - SELEÇÃO CARTOGRÁFICA104
2.1.2.2.2 - PROCESSOS DE COMPILAÇÃO105
2.1.2.3 - ATUALIZAÇÃO CARTOGRÁFICA106
CARTOGRÁFICA..............................................................................106
2.1.2.3.1.1 - ATRAVÉS DE FOTOGRAFIAS AÉREAS106
2.1.2.3.1.2 - ATRAVÉS DE DOCUMENTAÇÃO CARTOGRÁFICA107
2.1.2.3.2 - COMPILAÇÃO DA BASE108
2.1.2.4.1 - ORGANIZAÇÃO DA BASE COMPILADA109
2.1.2.4.2 - DESENHO109
2.2 - PREPARO PARA IMPRESSÃO109
2.2.1 - LABORATÓRIO FOTOCARTOGRÁFICO110
2.2.2 - GRAVAÇÃO/SEPARAÇÃO DE CORES DOS ELEMENTOS110
2.2.3 - COLAGEM (Fixação de Topônimos)1
PARA IMPRESSÃO OFFSET.............................................................................1
2.3 - CARTOGRAFIA TEMÁTICA112
2.3.1 - CARACTERÍSTICAS TEMÁTICAS112
2.3.2 - CLASSIFICAÇÃO113
3 - INTERPRETAÇÃO E UTILIZAÇÃO117
1 - LEITURA DE COORDENADAS119
1.1 - COORDENADAS GEOGRÁFICAS119
1.2 - COORDENADAS PLANIMÉTRICAS122
1.3 - ALTITUDE DE UM PONTO NA CARTA125
1.4 - DECLIVIDADE126

2.1 - MÉTODOS 2.1.2.2 - CRITÉRIOS PARA ELABORAÇÃO DA BASE CARTOGRÁFICA 2.1.2.3.1 - ALGUNS MÉTODOS PARA ATUALIZAÇÃO 2.1.2.3.1.3 - ATRAVÉS DE IMAGENS ORBITAIS E RADARMÉTRICAS.107 2.1.2.4 - ORGANIZAÇÃO DA BASE E APRESENTAÇÃO FINAL 2.2.4 - SELEÇÃO DE CORES DA TOPONÍMIA E GERAÇÃO DE POSITIVOS V - APLICAÇÕES E USO BIBLIOGRAFIA ....................................................................................................................... 127

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1 - HISTÓRICO

Mesmo considerando todos os avanços científicos e tecnológicos produzidos pelo homem através dos tempos, é possível, nos dias de hoje, entender a condição de perplexidade de nossos ancestrais, no começo dos dias, diante da complexidade do mundo a sua volta. Podemos também intuir de que maneira surgiu no homem a necessidade de conhecer o mundo que ele habitava.

O simples deslocamento de um ponto a outro na superfície de nosso planeta, já justifica a necessidade de se visualizar de alguma forma as características físicas do "mundo". É fácil imaginarmos alguns dos questionamentos que surgiram nas mentes de nossos ancestrais, por exemplo: como orientar nossos deslocamentos? Qual a forma do planeta? etc..

O conceito de Cartografia tem suas origens intimamente ligadas às inquietações que sempre se manifestaram no ser humano, no tocante a conhecer o mundo que ele habita.

O vocábulo CARTOGRAFIA, etmologicamente - descrição de cartas, foi introduzido em 1839, pelo segundo Visconde de Santarém - Manoel Francisco de Barros e Souza de Mesquita de Macedo Leitão, (1791 - 1856). A despeito de seu significado etmológico, a sua concepção inicial continha a idéia do traçado de mapas. No primeiro estágio da evolução o vocábulo passou a significar a arte do traçado de mapas, para em seguida, conter a ciência, a técnica e a arte de representar a superfície terrestre.

Em 1949 a Organização das Nações Unidas já reconhecia a importância da Cartografia através da seguinte assertiva, lavrada em Atas e Anais:

"CARTOGRAFIA - no sentido lato da palavra não é apenas uma das ferramentas básicas do desenvolvimento econômico, mas é a primeira ferramenta a ser usada antes que outras ferramentas possam ser postas em trabalho."(1)

(1) ONU, Departament of Social Affair. MODERN CARTOGRAPHY - BASE MAPS FOR WORLDS NEEDS. Lake Success.

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O conceito da Cartografia, hoje aceito sem maiores contestações, foi estabelecido em 1966 pela Associação Cartográfica Internacional (ACI), e posteriormente, ratificado pela UNESCO, no mesmo ano: "A Cartografia apresenta-se como o conjunto de estudos e operações científicas, técnicas e artísticas que, tendo por base os resultados de observações diretas ou da análise de documentação, se voltam para a elaboração de mapas, cartas e outras formas de expressão ou representação de objetos, elementos, fenômenos e ambientes físicos e sócio-econômicos, bem como a sua utilização."

O processo cartográfico, partindo da coleta de dados, envolve estudo, análise, composição e representação de observações, de fatos, fenômenos e dados pertinentes a diversos campos científicos associados a superfície terrestre.

2 - FORMA DA TERRA

A forma de nosso planeta (formato e suas dimensões) é um tema que vem sendo pesquisado ao longo dos anos em várias partes do mundo. Muitas foram as interpretações e conceitos desenvolvidos para definir qual seria a forma da Terra. Pitágoras em 528 A.C. introduziu o conceito de forma esférica para o planeta, e a partir daí sucessivas teorias foram desenvolvidas até alcançarmos o conceito que é hoje bem aceito no meio científico internacional.

A superfície terrestre sofre frequentes alterações devido a natureza (movimentos tectônicos, condições climáticas, erosão, etc.) e à ação do homem, portanto, não serve para definir forma sistemática da Terra.

A fim de simplificar o cálculo de coordenadas da superfície terrestre foram adotadas algumas superfície matemática simples. Uma primeira aproximação é a esfera achatada nos pólos.

Segundo o conceito introduzido pelo matemático alemão CARL FRIEDRICH

GAUSS (1777-1855), a forma do planeta, é o GEÓIDE (Figura 1.2) que corresponde à superfície do nível médio do mar homogêneo (ausência de correntezas, ventos, variação de densidade da água, etc.) supostamente prolongado por sob continentes. Essa superfície se deve, principalmente, às forças de atração (gravidade) e força centrífuga (rotação da Terra).

Os diferentes materiais que compõem a superfície terrestre possuem diferentes densidades, fazendo com que a força gravitacional atue com maior ou menor intensidade em locais diferentes.

As águas do oceano procuram uma situação de equilíbrio, ajustando-se às forças que atuam sobre elas, inclusive no seu suposto prolongamento. A interação (compensação gravitacional) de forças buscando equilíbrio, faz com que o geóide tenha o mesmo potencial gravimétrico em todos os pontos de sua superfície.

É preciso buscar um modelo mais simples para representar o nosso planeta. Para contornar o problema que acabamos de abordar lançou-se mão de uma Figura geométrica chamada ELIPSE que ao girar em torno do seu eixo menor forma um volume, o ELIPSÓIDE DE REVOLUÇÃO, achatado no pólos (Figura 1.1). Assim, o elipsóide é a superfície de referência utilizada nos cálculos que fornecem subsídios para a elaboração de uma representação cartográfica.

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Muitos foram os intentos realizados para calcular as dimensões do elipsóide de revolução que mais se aproxima da forma real da Terra, e muitos foram os resultados obtidos. Em geral, cada país ou grupo de países adotou um elipsóide como referência para os trabalhos geodésicos e topográficos, que mais se aproximasse do geóide na região considerada.

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A forma e tamanho de um elipsóide, bem como sua posição relativa ao geóide define um sistema geodésico (também designado por datum geodésico). No caso brasileiro adota-se o Sistema Geodésico Sul Americano - SAD 69, com as seguintes características:

- Elipsóide de referência - UGGI 67 (isto é, o recomendado pela União Geodésica e Geofísica Internacional em 1967) definido por:

- semi-eixo maior - a: 6.378.160 m - achatamento - f: 1/298,25

- Origem das coordenadas (ou Datum planimétrico):

- estação : Vértice Chuá (MG) - altura geoidal : 0 m

- coordenadas: Latitude:19º 45º 41,6527’’ S

Longitude: 48º 06’ 04,0639” W - azimute geodésico para o Vértice Uberaba : 271º 30’ 04,05”

O Sistema Geodésico Brasileiro (SGB) é constituido por cerca de 70.0 estações implantadas pelo IBGE em todo o Território Brasileiro, divididas em três redes:

- Planimétrica: latitude e longitude de alta precisão - Altimétrica: altitudes de alta precisão

- Gravimétrica: valores precisos de aceleração da gravidade

Para origem das altitudes (ou Datum altimétrico ou Datum vertical) foram adotados:

1) Porto de Santana - correspondente ao nível médio determinado por um marégrafo instalado no Porto de Santana (AP) para referenciar a rede altimétrica do Estado do Amapá que ainda não está conectada ao restante do País.

2) Imbituba - idem para a estação maregráfica do porto de Imbituba (SC), utilizada como origem para toda rede altimétrica nacional à exceção do estado Amapá.

3 - LEVANTAMENTOS

Compreende-se por levantamento o conjunto de operações destinado à execução de medições para a determinação da forma e dimensões do planeta.

Dentre os diversos levantamentos necessários à descrição da superfície terrestre em suas múltiplas características, podemos destacar:

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3.1 - LEVANTAMENTOS GEODÉSICOS

GEODÉSIA - "Ciência aplicada que estuda a forma, as dimensões e o campo de gravidade da Terra".

FINALIDADES - Embora a finalidade primordial da Geodésia seja cientifica, ela é empregada como estrutura básica do mapeamento e trabalhos topográficos, constituindo estes fins práticos razão de seu desenvolvimento e realização, na maioria dos países.

Os levantamentos geodésicos compreendem o conjunto de atividades dirigidas para as medições e observações que se destinam à determinação da forma e dimensões do nosso planeta (geóide e elipsóide). É a base para o estabelecimento do referencial físico e geométrico necessário ao posicionamento dos elementos que compõem a paisagem territorial.

Os levantamentos geodésicos classificam-se em três grandes grupos: a) Levantamentos Geodésicos de Alta Precisão (Âmbito Nacional)

- Científico: Dirigido ao atendimento de programas internacionais de cunho científico e a Sistemas Geodésicos Nacionais.

- Fundamental (1ª Ordem): Pontos básicos para amarração e controle de trabalhos geodésicos e cartográficos, desnvolvido segundo especificações internacionais, constituindo o sistema único de referência.

b) Levantamentos Geodésicos de Precisão (Âmbito Nacional)

- Para áreas mais desenvolvidas (2ª ordem): Insere-se diretamente no grau de desenvolvimento sócio-econômico regional. É uma densificação dos Sistemas Geodésicos Nacionais à partir da decomposição de Figura s de 1ª ordem.

- Para áreas menos desenvolvidas (3ª ordem): Dirigido às áreas remotas ou aquelas em que não se justifiquem investimentos imediatos.

c) Levantamentos Geodésicos para fins Topográficos (Local)

Tem características locais. Dirigem-se ao atendimento dos levantamentos no horizonte topográfico. Tem a finalidade de fornecer o apoio básico indispensável às operações topográficas de levantamento, para fins de mapeamento com base em fotogrametria

Os levantamentos irão permitir o controle horizontal e vertical através da determinação de coordenadas geodésicas e altimétricas.

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3.1.1 - MÉTODOS DE LEVANTAMENTOS

3.1.1.1 - LEVANTAMENTO PLANIMÉTRICO

Dentre os levantamentos planimétricos clássicos, merecem destaque:

- Triangulação: Obtenção de Figura s geométricas à partir de triângulos formados através da medição dos ângulos subtendidos por cada vértice. Os pontos de triangulação são denominados vértices de triangulação (VT). É o mais antigo e utilizado processo de levantamento planimétrico.

- Trilateração: Método semelhante à triangulação e, como aquele, baseia-se em propriedades geométricas a partir de triângulos superpostos, sendo que o levantamento será efetuado através da medição dos lados.

- Poligonação: É um encadeamento de distâncias e ângulos medidos entre pontos adjacentes formando linhas poligonais ou polígonos. Partindo de uma linha formada por dois pontos conhecidos, determinam-se novos pontos, até chegar a uma linha de pontos conhecidos.

3.1.1.2 - LEVANTAMENTO ALTIMÉTRICO

Desenvolveu-se na forma de circuitos, servindo por ramais às cidades, vilas e povoados às margens das mesmas e distantes até 20 Km. Os demais levantamentos estarão referenciados ao de alta precisão.

- Nivelamento Geométrico: É o método usado nos levantamentos altimétricos de alta precisão que se desenvolvem ao longo de rodovias e ferrovias. No SGB, os pontos cujas altitudes foram determinadas a partir de nivelamento geométrico são denominados referências de nível (RN).

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- Nivelamento Trigonométrico: Baseia-se em relações trigonométricas. É menos preciso que o geométrico, fornece apoio altimétrico para os trabalhos topográficos.

- Nivelamento Barométrico: Baseia-se na relação inversamente proporcional entre pressão atmosférica e altitude. É o de mais baixa precisão, usado em regiões onde é impossível utilizar-se os métodos acima ou quando se queira maior rapidez.

3.1.1.3 - LEVANTAMENTO GRAVIMÉTRICO

A gravimetria tem por finalidade o estudo do campo gravitacional terrestre, possibilitando, a partir dos seus resultados, aplicações na área da Geociência como por exemplo, a determinação da Figura e dimensões da Terra, a investigação da crosta terrestre e a prospecção de recursos minerais.

As especificações e normas gerais abordam as técnicas de medições gravimétricas vinculadas às determinações relativas com uso de gravímetros estáticos.

À semelhança dos levantamentos planimétricos e altimétricos, os gravimétricos são desdobrados em: Alta precisão, precisão e para fins de detalhamento.

Matematicamente, esses levantamentos são bastante similares ao nivelamento geométrico, medindo-se diferenças de aceleração da gravidade entre pontos sucessivos.

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