modelagem numérica de terreno

Modelagem Numérica de Terreno

- Princípios- Grades e Interpoladores- Produtos

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MNT (DTM = Digital Terrain Model): representa matematicamente a distribuição espacial de uma determinada característica vinculada a uma superfície real

Superficie - em geral contínua e o fenômeno que

representa pode ser variado

MNT z=f(x,y)

caracteriza o parâmetro a ser modelado

Modelagem Numérica de Terreno

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Principais Aplicações: Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas

topográficos. Análise de visibilidade a partir de pontos predefinidos. Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens. Definição automática de drenagens e bacias. Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio a

análise de geomorfologia e erodibilidade Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas. Orto-retificação de imagens de sensoriamento remoto. Apresentação tridimensional (em combinação com outras

variáveis)

Modelagem Numérica de Terreno

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1. Aquisição dos dados

2. Geração de grades

3. Análises e elaboração de produtos.

Fases no Processo de Modelagem Numérica

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Aquisição dos Dados

Amostragem de dados é uma das tarefas mais importantes de todo o processo.

Compreende a aquisição de um conjunto de amostras que representam a variação de um fenômeno espacial de interesse.

Não pode ser insuficiente - subamostragem,

nem ser redundante - superamostragem.

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Aquisição dos Dados - Amostragem

A amostragem não é aleatória. – Deve ser representativa do comportamento do fenômeno.

Superamostragem nem sempre significa uma amostragem representativa.

Definição de amostragem - considerar quantidade e posicionamento das amostras em relação ao comportamento do fenômeno a ser modelado.

Por exemplo:– Superamostragem de altimetria numa região plana

significa redundância de informação– Subamostragem - poucos pontos em uma região de

relevo movimentado - significa escassez de informações.

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Amostragem por PONTOS: regular ou irregular

Amostragem regular - posição espacial (x,y) mantém uma regularidade de distribuição nas direções x e y. Exemplos:– Levantamentos sistemáticos em trabalhos de campo,

amostras obtidas automaticamente, imagens em par estéreo

– Imagens de fase interferométrica.

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Amostras por PONTOS: irregular

Não existe regularidade na distribuição das amostras.– Mais usada na prática em um levantamento de campo -

locais de acesso mais fácil - ao longo de drenagens ou de estradas - onde se pode fazer medições.

– Na quase totalidade as amostras mais representativas de um fenômeno não estão regularmente distribuídas.

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Amostragem por Isolinhas

Representação de uma superfície por meio de curvas de isovalor.

Exemplo: isolinhas altimétricas - mapas topográficos. – Nos mapas topográficos existem pontos amostrados

irregularmente que foram obtidos por trabalhos de campo.

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Aquisição dos Dados Mapa plano-altimétrico com isolinhas e pontos cotados

Representações de MNT no SPRING

(a) pontos (c) grade triangular(b) isolinhas

(d) grade retangular

Isolinhas derivadas de grade retangular ou triangular

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Contorno

Edição de Linhas: Modo e Fator de Digitalização Valor de cota

Sair

Desfazer

Salvar

Mostrar Barras Auxiliares

Recursos de Edição Vetorial de MNT

Criar

Editar

SuprimirFerramentas

Exercício 15

Criar mapa altimetrico– Importar isolinhas (DXF - Release 12)

Entidade “3D Polyline” do AutoCad.

– Importar pontos cotados (DXF - Release 12) Entidade “POINT” do AutoCad

– Gerar toponimia (texto)

Mesmo PI no SPRING

Importar como Amostras (MNT)

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Modelo Numérico de Terreno

Grade Retangular– Mais adequada p/ dados

geofísica e vista 3D– Facilita manuseio e conversão

Grade Triangular– Representa melhor relevos

complexos– Capacidade de incorporar

restrições (linha de quebra)

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TIN ( Triangular Irregular Network ) Utiliza polígonos de faces triangulares com vértices sobre

os próprios pontos amostrados. Amostras interligadas três a três, formando triângulos. Existem inúmeras maneiras de interligar esses pontos –

mais usada é triangulação de Delaunay

Modelagem por Grade Triangular

Exercício 16

Gerar grade triangular

– Sem linha de quebra

– Com linha de quebra

Usar PI de drenagem

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Modelagem por Grade Retangular (interpoladores)

Vizinho mais próximo Média Simples Média Ponderada

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Interpoladores

Vizinho Mais Próximo Média Simples

Média Ponderada

Exercício 17

Gerar grades retangulares de

amostras e de outras grades– Grade retangular a partir das

amostras

– Grade retangular a partir de outra

grade retangular

– Grade retangular a partir de grade

triangular

Onde obter dados de MNT - Modelos Numéricos de Terreno ?

SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission)

http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/

Fontes disponíveis

1 – USGS

http://eros.usgs.gov/products/elevation/

2 – EMBRAPA (Brasil em Revelo)

http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/

3 – Topodata (INPE)

http://www.dsr.inpe.br/topodata/ 20

SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/

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SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/

Quadrículas com articulação na escala 1:250.000 ( 1o de latitude por 1,5o de longitude)

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prefixo de 6 letras LA_LON

Escolha o FORMATO :-ASCII – XYZ-GRAD-GEOTIF-Idrisi 2-BMP

SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/

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Exercício 18 - Mapa de Altimetria – SRTM

4 arquivos são necessários para recobrimento do DF Os arquivos estão no formato GeoTIFF (LatLong / WGS-84),

15_48_ZN.TIF

15_495ZN.TIF

16_48_ZN.TIF

16_495ZN.TIF

Exercício 18 - Mapa de Altimetria – SRTM

Problemas de ajuste no contato entre as grades:

Solução : Substituir os valores DUMMY (Nulos) pela média de seus vizinhos horizontais e verticais.

mnt2 = mnt1 < 2000 ? mnt1 : (mnt1[0,-2] + mnt1[0,2]) / 2 ;

zoom no dado entrada

zoom no dado de corrigido

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Produtos de MNT: Geração de Imagem

Imagem MNT Nível de Cinza

- Mapeamento linear dos valor de cota (Z) para nível de cinza

Zmin -> 1 e Zmax->255

* Condição : uma categoria do modelo Imagem no banco

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Produtos de MNT: Geração de Imagem

Imagem MNT Sombreada

- Valores dos níveis de cinza proporcionais à intensidade de iluminação que atinge o pixel.

* Condição : uma categoria do modelo Imagem no banco

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Produtos de MNT: Análise de Perfis

Determinação das trajetórias

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- representado por uma grade regular, é projetado no plano 2D juntamente com uma imagem de textura (imagem sombreada ou imagem de sensoriamento remoto)

* Condição : uma grade retangular como PI ativo.

Produtos de MNT: Projeção Geométrica Planar - 3D

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Produtos de MNT: Fatiamento

Classificação de um MNT através da definição de faixas de valores e associação desses valores com classes pré-definidas.

* Condição : uma categ. do modelo Temático com classes para cada fatia

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Grade Retangular de altimetria Imagem de Alturas Fatiada (920-1000-1100-1200-1220)

Aplicações: exemplo de Fatiamento

Exercício 19 a 22

Ex 19: Geração de Imagem de MNT – Criar uma nova categoria para armazenar os planos imagens.

Ex 20: Fatiamento de grade de altimetria – mapa hipsométrico – Criar uma nova categoria com classes para armazenar os intervalos de corte da altimetria.

Ex 21: Geração de Perfil a partir de grades– Edite trajetórias na tela. Encerrar a linha com botão

direito do mouse antes de gerar o gráfico.

Ex 22: Visualização de Imagem em 3D– Utilize a imagem de relevo sombreado como textura– Copie imagem Sintética de Satélite para projeto

corrente e utilize esta imagem como textura.

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Z i-1,j Z i,j

Z i-1,j-1 Z i,j-1Z i+1,j-1

Z i-1,j

Z i+1,j+1Z i,j+1Z i-1,j+1

A declividade e a exposição são obtidas a partir da definição do vetor gradiente. D = arctg {[( Z/X )2+( Z/Y )2]1/2} E = arctg [-( Z/Y )/ ( Z/X )] ( -< E < )

Uma metodologia para grade regular

[Z/X]i,j = [( Zi+1,j+1 + 2*Zi+1,j + Zi+1,j-1 ) – ( Zi-1,j+1 + 2*Zi-1,j + Zi-1,j-1 )]/8*X

[Z/Y]i,j = [( Zi+1,j+1 + 2*Zi,j+1 + Zi-1,j+1 ) – ( Zi+1,j+1 + 2*Zi,j-1 + Zi-1,j-1 )]/8*Y

Produtos de MNT: Mapa de Declividade e Exposição

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Grade regular de declividade Imagem de declividade fatiada (0-2, 2-5, 5-10 e >10)

Produtos de MNT: Mapa de Declividade

Exercício 23 - Mapa de Declividade – Aplicativo 1

Geração de Grade Declividade e Fatiamento de Grade Numérica – Mapa de Declividade

AltimetriaCurvas de Nívelimportadas

Pontos Cotadosimportados

Altimetria

Grade Retangular c/valores de Altimetria(matriz 2D de Num.reais)

Altimetria

Grade triangular c/valores de Altimetria(Linhas 2D e Nós 3D)

Altimetria

Grade Retangular c/valores de Declividade(em % ou graus)(matriz 2D de Num.reais)

Declividade

Mapa Temático c/classes de declividade(matriz 2D de Num.Inteiros)

DeclividadeFatiamentop/ classestemáticas

Gerar GradeRetangular

Gerar GradeTriangular

GerarDeclividadeImportação

de Dados

Dados deAltimetria

em formatoDXF

Ex 30

Ex 30

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Edição Matricial

Disponíveis 5 modos de operações: Editar Área - Utiliza edição de linhas fechadas (ilhas)

digitalizadas sobre o PI ativo;

Copiar área - Utiliza um plano de informação de referência (imagem classificada, rotulada, planos temáticos ou cadastrais) para associar ou trocar as classes no PI ativo;

Classificar Área - permite pintar a imagem temática com classes temáticas sobre as áreas (polígonos), que estão representadas pelos próprios pixels da imagem

Limpar Pixels – elimina áreas de pixels contíguos menores que o limiar informado

Deslocar Imagem - desloca todo o plano matricial na direção informada

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Edição Matricial – Barra de Ferramentas

Selecionar operação: Editar, Classificar, Copiar, Limpar, Deslocar

Selecionar classe

Operações na fila Sair

Remover item da fila

Executar operações

Remover todos os itensDeslocamento

Cor da classe

Visual da classe

Permite editar-Mapas temáticos matriciais-Imagens classificadas-Imagens sintéticas

Permite editar-Mapas temáticos matriciais-Imagens classificadas-Imagens sintéticas

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Edição Matricial - Editar Área

Botão da direita fecha o polígono Executar para alterar os polígonos editados

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Edição Matricial - Copiar Área

Selecionar PI de referência Selecionar polígono vetor ou matricial na tela Auxiliar a área a ser pintada Executar para alterar

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Edição Matricial - Classificar Área

Selecione a cor da classe que deseja atribuir Selecione o polígono na tela do PI ativo. Executar para confirmar.

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Edição Matricial - Limpar Pixels

Digite o número de pixels contíguos que deseja substituir. Executar para confirmar.

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Edição Matricial - Deslocar Imagem

Digite o valor de deslocamento em X e Y. Executar para confirmar. O que ultrapassar o retângulo

envolvente do PI será recortado.