fundamentos de geoprocessamento -...

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


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


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?


Álgebra geográficaÁlgebra geográfica

Geo-campos Geo-objetos

Álgebra de campos

Álgebra de objetos

objetos = op (campos)

campos = op (objetos)

Propriedades


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


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


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


Álgebra de campos: operaçõesÁlgebra de campos: operações

• Reclassificação– união de classes com atributos

comuns– generalização do conjunto

espacial– exemplo: classificação do Brasil

em regiões


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}


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


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


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


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


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


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%})


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


Reclassificação por atributosReclassificação por atributos

Crescimento demográfico

de 0 a 2% a.a

de 2 a 3% a.a

mais de 3% a.a


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%


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


Fatiamento do MNTFatiamento do MNT

Imagem MNT MNT fatiado


DeclividadeDeclividade

Grade de declividade Declividade fatiada


Cálculo de PerfisCálculo de Perfis

Definição de trajetórias


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


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


Linguagem de comandosLinguagem de comandos

• Componentes

SubstantivoSubstantivo(elemento)(elemento)

Verbo(ação)

Modificador(ajuste)

Recupere Linha Horizontal


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);


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


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;};


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);


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



talhoes.”NDVI” = Atualize (ndvi, talhoes OnMap safra96);



solos = Espacialize (utb.”Solos” OnMap unid);


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


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


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


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


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


AMO - descriçãoAMO - descrição


Seleção de mapasSeleção de mapas

• Selecionar dados– banco de dados– categoria– projeto– plano de informação

• “Browser” do BD-Geo


Seleção de operadoresSeleção de operadores

• Selecionar operadores– seleção livre– seleção por contexto

• Configurável– permite a inclusão de novos

operadores


Edição de diagramasEdição de diagramas


Visualização do códigoVisualização do código


Configuração de comandos e variáveisConfiguração de comandos e variáveis

fundamentos de geoprocessamento -...

Documents