fundamentos de geoprocessamento -...
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FundamentosFundamentos de de Geoprocessamento Geoprocessamento
INPE -INPE - Divisão Divisão de de Processamento Processamento de de Imagens Imagens
Operações de Operações de Análise Espacial Análise Espacial
22GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Por que Álgebras?Por que Álgebras?
• Falta de teoria de informação espacial emGeoprocessamento
• Software = desenvolvimento “ad hoc”– ensino de SIG: ensino de sistemas
• Álgebra geográfica– caracterização das operações de Geoprocessamento– base conceitual para entendimento de SIG– linguagem de manipulação e análise
33GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Formalização de operaçõesFormalização de operações
id nome CPF seleçãoprojeção
prod. cartesianounião e diferença
SELECT nomeFROM tabelaWHERE “CPF = 21”
tabelas álgebra relacional linguagem SQL
dados geográficos
Operações sobrecampos e
geo-objetos
álgebra geográfica
?linguagem para SIG
44GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Propriedades de álgebra geográficaPropriedades de álgebra geográfica
• Extensibilidade– especializações de tipos básicos
• Quais tipos de dados?• Operações sobre objetos complexos
– tipos atômicos (polígonos) e compostos (mapas)
• Completeza– existe critério formal para operadores geográficos?
55GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Álgebra geográficaÁlgebra geográfica
Geo-campos Geo-objetos
Álgebra de campos
Álgebra de objetos
objetos = op (campos)
campos = op (objetos)
Propriedades
66GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Álgebra de geo-camposÁlgebra de geo-campos
• Pontuais– reclassificação, fatiamento, classificação– operações booleanas e aritméticas
• Locais– função das variações locais da superfície– filtragem em imagens, declividade em MNT
• Zonais– função de uma zona delimitada por outro mapa– altitude média de cada município do Ceará
77GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Geo-campos - ponderaçãoGeo-campos - ponderação
• Transforma temático emnumérico– mapa de solos
• (tipo, peso): (LE, 0.35), (Aq, 0.6),(outros, 0.2)
– atribuição de pesos reflete aimportância relativa de cadatipo de solo
LA
LV
AqLE
0.35 0.200.35
0.60
0.20 0.20 0.20
0.600.20
88GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Geo-campos - fatiamentoGeo-campos - fatiamento
• Transforma numérico emtemático– mapa de declividade (graus)
declividade tema0.0 - 9.9 baixa10.0 - 19.9 médiaacima de 20.0 alta
5.0 8.03.0
20.0
5.0 10.0 15.0
12.010.0
baixa
médiaalta
99GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Álgebra de campos: operaçõesÁlgebra de campos: operações
• Reclassificação– união de classes com atributos
comuns– generalização do conjunto
espacial– exemplo: classificação do Brasil
em regiões
1010GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Operação booleanaOperação booleana
• Entrada: campos temáticos ou numéricos• Saída: campo temático• Operações
– classe_saída = classe_1 (OU/NÃO/E) classe_2– adequada para análise qualitativa– uso_adequado = {declividade=baixa E tipo de
solo=Le E tipo de cultura=café}
1111GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Álgebra de campos: operaçõesÁlgebra de campos: operações
• Média ponderada– combinar declividade e solo– adequação = [2*solo_ponderado
+ 5*(1/declividade)] / 5
• Funções matemáticas– equação universal de perda de
solo– P = (erosividade) * (erodibilidade) *
(declividade) * (comp. encosta) *(cobertura solo) * (índice proteção)
0.35 0.200.35
0.60
0.20 0.20 0.20
0.600.20
5.0 8.03.0
20.0
5.0 10.0 15.0
12.010.0
1212GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Geo-campos: operações zonaisGeo-campos: operações zonais
• Dados mapas de solos e de declividadecalcule a declividade média por tipo de solo
Mapa de solos (restrição)
5.0 7.57.0
20.0
10.0 12.0 15.0
15.015.0Declividade (dado de entrada)
7.5 7.57.5
20.0
15.0 15.0 15.0
20.015.0 Máximo Zonal
LALV
AqLE
1313GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Álgebra de geo-objetosÁlgebra de geo-objetos
• Restrições sobre atributos– seleção das cidades de Alagoas com mortalidade
acima de 100%
• Restrições espaciais (relacionamentos)– topológicas
• escolas municipais do bairro Jardim Satélite
– direção• bairros a leste do rio Paraíba
– métricas• hospitais a menos de 2km da via Dutra
1414GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Geo-campos Geo-campos ⇒⇒ geo-objetos 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 apartir do cruzamento dos mapas de vegetação,solos e clima
1515GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Intersecção espacialIntersecção espacial
geomorfologia vegetação
VG3VG2 VG1GM1
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
1616GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Geo-objetos Geo-objetos ⇒⇒ geo-campos geo-campos
• Mapas de distância– restrições métricas a partir de geo-objetos– regiões {a menos de 5km, entre 5km e 30km, a
mais de 30km} do rio Nilo• Reclassificação por atributos
– geo-campo com a distribuição espacial de umatributo de geo-objetos
– mapa temático da América do Sul com ocrescimento demográfico anual de cada paísdividido em classes ({0% a 2%, entre 2% e 3%,mais de 3%})
1717GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Mapa de distânciasMapa de distâncias
NiloEgito
Classes de distânciaao rio Nilo
Determine uma faixa de terra de 200 metros ao
longo das margens dos rios
1818GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Reclassificação por atributosReclassificação por atributos
Crescimento demográfico
de 0 a 2% a.a
de 2 a 3% a.a
mais de 3% a.a
1919GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Composição de operaçõesComposição de operações
• Operações complexas feitas a partir deoperações 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 comdeclividade média maior que 30%
2020GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Análise espacial em MNTAnálise espacial em MNT
• Fatiamento do MNT• Mapas de declividade e aspecto• Cálculo de perfis• Cálculo de volumes de corte e aterro• Geração automática de drenagem• Análise exploratória através de Krigeagem
2121GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Fatiamento do MNTFatiamento do MNT
Imagem MNT MNT fatiado
2222GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
DeclividadeDeclividade
Grade de declividade Declividade fatiada
2323GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Cálculo de PerfisCálculo de Perfis
Definição de trajetórias
2424GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
A linguagem LEGALA linguagem LEGAL
• LEGAL - Linguagem Espaço-Geográficabaseada em Álgebra
• Operações– campos
• booleanas, matemáticas, locais e zonais
– objetos• seleção e junção espacial
– mistas• intersecção espacial, mapas de distâncias, reclassificação
por atributos
2525GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Álgebra de mapas em SIGÁlgebra de mapas em SIG
• Menus hierárquicos– mais fáceis de usar– menos flexíveis, auto-contidos
• Linguagens de comandos– mais flexíveis– tradução de ações em palavras– automatização de sequências– documentação de histórico
2626GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Linguagem de comandosLinguagem de comandos
• Componentes
SubstantivoSubstantivo(elemento)(elemento)
Verbo(ação)
Modificador(ajuste)
Recupere Linha Horizontal
2727GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Programa em LEGALPrograma em LEGAL
• DeclaraçãoImagem tm3 (“LANDSAT”), tm4 (“LANDSAT”);Numerico ndvi (“NDVI”);
• Instanciaçãotm3 = Recupere (Nome = “banda3”);tm4 = Recupere (Nome = “banda4”);ndvi = Novo (Nome = “ndvi_jun94”);
• Processamentondvi = (tm4 - tm3) / (tm4 + tm3);
2828GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Operadores pontuaisOperadores pontuais
• Operadores unários (transformação)– pondere: temático → numérico– fatie: numérico → temático– reclassifique: temático → temático
• Operadores matemáticos– numérico → numérico
• Operadores booleanos– temático ou numérico → temático
2929GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Operador booleanoOperador booleano
Tematico mapa_solo (“Uso_solo”);Tematico mapa_apt (“Aptidao”);Numerico mapa_chuva (“Chuva”);
mapa_apt = Atribua(CategoriaFim = ”Aptidao"){
“Boa”: mapa_solo.Classe == “Le” Emapa_chuva > 1500;
“Ruim”: Default;};
3030GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Operador zonalOperador 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);
3131GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Campos Campos ⇔⇔ Objetos 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
3232GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Campos Campos ⇔⇔ Objetos Objetos
talhoes.”NDVI” = Atualize (ndvi, talhoes OnMap safra96);
3333GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Campos Campos ⇔⇔ Objetos Objetos
solos = Espacialize (utb.”Solos” OnMap unid);
3434GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Interface para álgebra de mapasInterface para álgebra de mapas
• Permite ao usuário expressar seus modelosde análise espacial
• Deve considerar a atividade cognitiva dousuário
• Aproxima o modelo mental ao modeloconceitual
• Faz uso de metáforas
3535GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Linhas de comandosLinhas de comandos e linguagens de programação e linguagens de programação
• Projetista usa o jargão do usuário comometáfora
• Usuário tem dificuldades em:– memorizar um grande número de operadores– escrever os comandos corretamente– selecionar o operador certo para cada tarefa
• Documentação eficiente dos procedimentose do modelo de análise
3636GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Menus e formuláriosMenus e formulários
• Questionários eletrônicos– seleção de operadores, operandos e para compor
expressões através de listas de opções
• Não expressam o modelo de análise• Não armazenam nem recuperam os
procedimentos• Auxiliam o usuário a escrever comandos
corretos
3737GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Interfaces por manipulação diretaInterfaces por manipulação direta
• Dados e operadores são representados porícones– usuário estabelece a sequência de procedimentos
conectando os ícones
• Difícil manutenção de diagrama de modeloscomplexos
• Requer ajuda de formulários para informarparâmetros
• Representa bem o modelo de análise
3838GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
AMO - Álgebra de MapasAMO - Álgebra de Mapasorientada por Objetosorientada por Objetos
• Usa conceitos de OO para enriquecersemanticamente uma interface
• Aumenta a produtividade do usuário deLEGAL
• Documenta, armazena e recupera modelos• Acelera o aprendizado do usuário novato• Auxilia na disseminação da tecnologia de
geoprocessamento
3939GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
AMO - descriçãoAMO - descrição
4040GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Seleção de mapasSeleção de mapas
• Selecionar dados– banco de dados– categoria– projeto– plano de informação
• “Browser” do BD-Geo
4141GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Seleção de operadoresSeleção de operadores
• Selecionar operadores– seleção livre– seleção por contexto
• Configurável– permite a inclusão de novos
operadores
4242GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Edição de diagramasEdição de diagramas
4343GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Visualização do códigoVisualização do código