operações de consulta e análise espacial · 2 ferramenta que possibilita a realização de...
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Universidade do Estado de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Civil
Operações de Consulta e Análise Espacial
Profa. Adriana Goulart dos Santos
2
Ferramenta que possibilita a realização de análises
espaciais através de álgebra de mapas. A análise
espacial utiliza os atributos espaciais e não espaciais das
entidades gráficas armazenadas na base de dados
espaciais para fazer simulações sobre os fenômenos do
mundo real.
A álgebra de mapas é implementada através do LEGAL
(Linguagem Espacial para Geoprocessamento
Algébrico), uma linguagem de consulta e manipulação
espacial que realiza operações sobre dados dos tipos
MAPA TEMÁTICO, MODELO NUMÉRICO DE TERRENO
e IMAGEM.
O que é o LEGAL?
3
A linguagem LEGAL
LEGAL - Linguagem Espaço-Geográfica
baseada em Álgebra
Quais são as operações da álgebra de mapas disponíveis?
– campos
booleanas, matemáticas, locais e zonais
– objetos
seleção e junção espacial
– mistas
intersecção espacial, mapas de distâncias, reclassificação por atributos
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Qual é a estrutura de um programa em LEGAL?
Declaração
Imagem tm3 (“LANDSAT”), tm4 (“LANDSAT”);
Numerico ndvi (“NDVI”);
Instanciação
tm3 = Recupere (Nome = “banda3”);
tm4 = Recupere (Nome = “banda4”);
ndvi = Novo (Nome = “ndvi_jun94”);
Processamento
ndvi = (tm4 - tm3) / (tm4 + tm3);
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Operadores pontuais
Operadores unários (transformação)
– pondere: temático numérico
– fatie: numérico temático
– reclassifique: temático temático
Operadores matemáticos
– numérico numérico
Operadores booleanos
– Temático, imagem ou numérico temático
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
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Operador booleano
Tematico mapa_solo (“Solos”);
Tematico mapa_apt (“Aptidao”);
decliv (“Declividade”)
{
// Parte 1 - Declaracao
Tematico solos ("Solos"), aptidao ("Aptidao"),
decliv ("Declividade");
// Parte 2 - Instanciacao
decliv = Recupere(Nome = "Decliv94");
solos = Recupere (Nome = "Solos94");
aptidao = Novo (Nome = "apt94", ResX=50, ResY=50, Escala = 50000);
// Parte 3 - Operacao
aptidao= Atribua
{ "Boa" : (solo.Classe == "LatossoloRoxo" && decliv.Classe == "O-3"),
"Media" : (solo.Classe == "LatossoloVermAm" && decliv.Classe == "3-8"),
"Inapto" : (solo.Classe == "AreiaQuart" && decliv.Classe == ">8");
}
7
Exercício 4.3
Operações de Inferência Geográfica com LEGAL
Cruzamento Booleano
Cruzamento por média ponderada
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
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Geo-campos - reclassificação
Reclassificação: mudança de atributos
Por exemplo, a operação: "Para todos os países da América do Sul,
gere um geo-campo temático com o crescimento demográfico de cada
país, dividido em classes: { (de 0 a 2% ao ano), (de 2 a 3% a.a.), (mais
de 3% a.a.)}."
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Geo-campos - reclassificação
O programa em LEGAL é dado por:
{
// Parte 1 - Declaracao
Objeto pais ("Paises_America_Sul");
Atributo popul("Paises_America_Sul", "popul");
Cadastral map_AS ("Mapa_Paises");
Tematico mapa_pop ("Densidade_Populacao");
Tabela fatia (Fatiamento);
// Parte 2 - Instanciacao
mapa_AS = Recupere (Nome = "Mapa_America_Sul");
mapa_pop = Novo (Nome = "Pop_America_Sul",
ResX=100, ResY=100, Escala=10000000,Repres= Vetor);
fatia = Novo ( CategoriaFim = "Densidade_Populacao",
[0.0, 2.0] : "0-2%",
[2.0, 3.0] : "2-3%",
[3.0, 10.0]: ">3%" );
// Parte 3 - Operação
mapa_pop= ReclAtrib (pais,popul,fatia) OnMap mapa_AS;
}
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Geo-campos - Operação matemática
Combinação de mapas numéricos por funções
matemáticas: refletem modelos e funções conhecidas pelo
especialista
– Ex: equação universal de perda de solo
P = (erosividade) * (erodibilidade) * (declividade) *
(comp. encosta) * (cobertura solo) * (índice proteção)
– Média ponderada para combinar declividade e solo para achar
adequação
adequação = [2*solo_ponderado + 5*(1/declividade)] / 7
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
11
Geo-campos: Operações Zonais
Operações sobre geo-campos numéricos – Exemplo:
“dado um mapa de solos e um mapa de declividade da mesma região,
obtenha a declividade média para cada tipo de solo”.
Os operadores zonais incluem:
-média, máximo e mínimo e desvio padrão dos valores sobre uma região;
-índice de variedade dos valores, onde cada valor no mapa de saída será
computado a partir do número de valores diferentes do geo-campo de entrada
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Operações sobre geo-campos e geo-objetos
Mapas de distância
– gera um mapa de geo-campos contendo as distâncias
de cada ponto do mapa a um(s) geo-objeto(s) de
referência (representado por ponto, linha ou região)
– operação puramente geométrica (espacial)
– Exemplo: Faixas de distância ao longo de rios,
estradas, lagos, etc
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
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Mapa de distâncias
Nilo Egito
Classes de distância ao rio Nilo
Determine uma faixa de terra de 200 metros ao
longo das margens dos rios
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Exercício 4.4
Mapa de Distância a partir das linhas do Metrô
Exemplo
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Exercício 4.5
Tabulação Cruzada entre distâncias do metrô e distritos
O que faz uma tabuilação cruzada ?
R. Compara as classes de dois planos Temáticos
Condição : matriz, mesma resolução e mesmo número de linhas
e colunas
Uso / DeclividadeMataSolo UrbanoReflorestamento
0 – 2 % 23.5 63.7774.5 6643.5
2 - 6 % 2330.5 43.43434.3 234.5
Exemplo
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
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Geo-campos: Operações Locais (vizinhança)
Geo-campo resultante é obtido através do valor em um ponto e mais
um conjunto de pontos em uma vizinhança específica
Exemplos:
– Mínimo, máximo, médio e moda
– Filtros para dados de SR
– Interpoladores espaciais para MNT
– Mapas de declividade e exposição para MNT
– Índices de Diversidade para Temáticos
Vizinhança 3x3
Vizinhança 5x5
Vizinhança +
17
Geo-campos: Operações Locais (Vizinhança)
Diversidade de vegetação - Áreas de contato
– vizinhança 3x3
1 12
1
1 3 2
21
Flor. Várzea
Floresta
Densa
CerradoRebrota
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Fatiamento de grade de altimetria
Imagem MNT MNT fatiado
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Exercícios
4.7 - Geração de Imagem para Modelo Numérico
4.8 - Fatiamento de Grade de Altimetria – Mapa Hipsométrico
Exercícios
4.9 - Geração de Perfil a partir de grades
4.10 - Visualização de Imagem em 3D
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
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Geo-campos: Operações Zonais
Dados mapas de solos e de declividade calcule a
declividade média por tipo de solo
5.0 7.5 7.0
20.0
10.0 12.0 15.0
15.0 15.0
Declividade (dado de entrada) Mapa de solos (restrição)
LA
LV
Aq LE
7.5 7.5 7.5
20.0
15.0 15.0 15.0
20.0 15.0
Máximo Zonal
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Operações sobre geo-campos
RESUMO DAS OPERAÇÕES SOBRE GEO-CAMPOS
TIPOS
PONTUAIS OPERAÇÕES ENTRADA SAÍDA
TRANSFORMAÇÃO
PONDERAÇÃO TEMÁTICO NUMÉRICO
RECLASSIFICAÇÃO TEMÁTICO TEMÁTICO
FATIAMENTO NUMÉRICO TEMÁTICO
BOOLEANAS
AND/NOT/OR/XOR TEMÁTICO/NUMÉRICO TEMÁTICO
MATEMÁTICA
FUNÇÃO NUMÉRICO NUMÉRICO
VIZINHANÇA OPERAÇÕES
TEMÁTCO NUMÉRICO Filtros de Imagens
Métodos de Interpol., etc NUMÉRICO NUMÉRICO
ZONAIS OPERAÇÕES
RESTRIÇÃO
TEMÁTICO
MÉDIA, MÁX., MÍN.
DESV.PADRÃO, etcNUMÉRICO NUMÉRICO
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Operações sobre geo-campos e geo-objetos
Atualização de atributos de geo-objetos a partir de geo-campos
Usando a geometria de cada objeto como restrição espacial e uma
função de agrupamento gerar um valor de atributo para o objeto
Ex: Calcular a altimetria média de cada município de uma região
– Dados : o mapa de municípios da região (geo-objeto), o mapa de
altimetria da região (geo-campo)
– Restrição espacial : o polígono que delimita o município
– Atributo : valor de altimetria
– Função de agrupamento: média
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
27
Operações sobre geo-campos e geo-objetos
Atualização
Atualização de atributos de talhões de cultura com valores médios de níveis de cinza de uma imagem
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Operações sobre geo-campos e geo-objetos
Espacialização de um atributo de um geo-objeto gerando
um geo-campo
Exemplo: Mapa de Unidades de paisagem possuem
atributos como geomorfologia, tipos de solos, geologia e
vegetação
Tipo de solo foi espacializado gerando um geo-campo
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Operações sobre geo-campos e geo-objetos
Espacialização de atributos (nominais)
Geo -Campo
Espacialização do atributo tipo de solos
Geo-Objeto TABELA
Atributos
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Espacialização de atributos (inteiros/reais)
TAB. Atributos
0 - 20hab/km2
20 - 200hab/km2
> 200hab/km2 Densidade
Populacional
Geo-Objeto
Geo-Campo Temático
Operações sobre geo-campos e geo-objetos
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Álgebra de geo-objetos
Seleção por Atributos A seleção por atributos sobre um conjunto de geo-objetos, dada
uma restrição baseada apenas nos atributos descritivos, gera como
resultado um sub-conjunto, cujos membros satisfazem a restrição. Ex: “selecione todos
os municípios da Bahia
com densidade populacional
maior que 40hab/km2”.
Mapa de Municípios do Estado da Bahia
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Álgebra de geo-objetos
Restrições espaciais (relacionamentos) – topológicas
escolas municipais do bairro Jardim Satélite
– direção bairros a leste do rio Paraíba
– métricas hospitais a 2km da via Dutra
Ex: “Selecione todos os municípios
da Bahia adjacentes ao município
de Canudos”.
Mapa de Municípios do Estado da Bahia
Canudos Monte Santo Uauá Jeremoabo Chorrochó
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Álgebra de geo-objetos
JUNÇÃO ESPACIAL - produz como resultado uma
coleção de objetos que satisfazem a restrição espacial. Ex:
– “Recupere as reservas indígenas a menos de 5Km das
estradas na Amazônia”.
Resp: conjunto de pares (reserva, estrada)
– “Para as cidades do sertão cearense, ache quais estão a menos de 10Km
de algum açude com capacidade de mais de 50.000m3 de água”.
Resp: conjunto de pares (cidade, açude)
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Operações sobre geo-campos e geo-objetos
Operação de intersecção espacial
– utilizada em zoneamento (regiões homogêneas)
– cada polígono é identificado separadamente
– herança dos atributos dos geo-campos originais
– identificação das regiões homogêneas de um país a
partir do cruzamento dos mapas de vegetação, solos
e clima
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Intersecção espacial
geomorfologia vegetação
VG3 VG2 VG1 GM1
GM3
GM2
GM2
idreg nome geom. veg solo
1203000 R-III VG3 TS2
1203001 R-IV GM3 VG1 TS1
R-I
R-II R-III
R-IV R-V
R-VI
solos
TS2
TS1
TS3
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RESUMO DAS OPERAÇÕES
Operação Objeto
Entrada
Objeto
Modificador
Objeto Saída Restrição
Ponderação TEMÁTICO NUMÉRICO (função unária)
Fatiamento NUMÉRICO TEMÁTICO (função unária)
Reclassificação TEMÁTICO TEMÁTICO (função unária)
Booleana NUMÉRICO ,
TEMÁTICO
TEMÁTICO (regras)
Matemática NUMÉRICO NUMÉRICO (fórmula)
Zonais NUMÉRICO TEMÁTICO NUMÉRICO
Atualização GEO - OBJETO NUMÉRICO ( OU
TEMÁTICO )
GEO - OBJETO
( atributo )
Espacialização GEO - OBJETO
( ATRIBUTO )
NUMÉRICO , TEMÁTICO
Reclassificação
por Atributo
GEO - OBJETO
( ATRIBUTO )
TEMÁTICO (regras de classificação)
Mapa de
Distância
(" buffer")
GEO - OBJETO NUMÉRICO
Seleção Espacial GEO - OBJETO
( conjunto)
CADASTRAL GEO - OBJETO
( conjunto)
(predicado espacial)
Junção Espacial GEO - OBJETO
( conjuntos)
CADASTRAL GEO - OBJETO e
VALORES
( conjunto)
(predicado espacial)
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Composição de operações
Operações complexas feitas a partir de
operações básicas
Envolvem geo-campos e geo-objetos
Cálculo da altitude média de cada cidade da
região do Vale do Paraíba
Indicação dos lotes do cadastro urbano de
Quixadá que estão em terrenos com
declividade média maior que 30%
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Operações típicas de MNT
Fatiamento do MNT
Mapas de declividade e exposição
Cálculo de perfis
Cálculo de volumes de corte e aterro
Geração automática de drenagem
Análise exploratória
Geração de superfície por Krigeagem
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Operador zonal
Tematico solo (“Solo”);
Numerico decl (“Declividade”), declzon (“Declividade”);
solo = Recupere (Nome = “MapaSolo”);
decl = Recupere (Nome = “GradeDecl”);
declzon = Novo (Nome= “DeclMedia”);
declzon = MediaZonal (decl, solo);
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Campos Objetos
Campos Atributos de Objetos
– operador atualize
– valor de atributo calculado a partir de temático,
numérico ou imagem
Objetos Campos
– operador espacialize
– temático ou numérico gerado a partir de atributo de
objeto
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