lançamento do software livre hydroflow 1.0

Software livre

Hydroflow 1.0O lançamento - 01/set/2015

O que é o Hydroflow?

Um software livre que processa dados geográficos vetoriais de uma rede de drenagem - contexto de Sistemas de Informações Geográficas (SIG)!

Um exemplo de representação da rede de drenagem - Bacia do Rio do Turvo

Elementos notáveis da rede

Exutório

Afluência/Foz

Nascente

O que o Hydroflow faz?

1) Associa à geometria das drenagens o respectivo fluxo de escoamento da água.

2) Hierarquiza uma rede de drenagem pelos métodos Strahler e Shreve.

As drenagens são representadas por polilinhas vetoriais, geralmente o fluxo da drenagem é dado pela sequência dos vértices da geometria:

1) Associar o fluxo à geometria

1 23

45

6

Nem sempre a criação da linha de drenagem respeita o fluxo deescoamento...

1) Associar o fluxo à geometria

2) Hierarquizar a rede - ex. StrahlerTécnicas para agrupar canais para estudos hidrológicos e correlatos...

Para que o resultado do Hydroflow serve?

Geralmente o resultado não é um fim em si - aplicado a outros processamentos no SIG.

Principais aplicações com o fluxo da drenagem:- Análises de grafo sobre a rede- Modelagem de superfícies - ex. MDT-HC

Para que o resultado do Hydroflow serve?

Principais aplicação com a hierarquização:- Identificação explícita das nascentes e dos canais de

ordem 1;- Determinação da ordem máxima da bacia e seleção da

ordem para divisão em sub-bacias;- Agrupamento dos canais para estudos hidrológicos

(inundação, erosão, infiltração no solo, …)

Motivação inicial do Hydroflow

Eu era um técnico e me colocaram para hierarquizar o Bacia do Rio do Turvo manualmente:

Motivação atual do Hydroflow

+ dados produzidos+ aplicativos disponíveis+ cultura do SIG espraiada

Precisamos de ferramentas de análise também mais fáceis para que possamos agregar mais valor a nossas análises!

Como o Hydroflow faz?

Por princípio de análise de grafos:- Determina a topologia da rede (qual drenagem se

conecta em qual)- Cria uma árvore binária- Visita a árvore em pré-ordem para determinar fluxos e

hierarquia


O principal esforço é determinar a topologia: quem está conectado em quem?


Utiliza-se do algoritmo de varredura do plano (plane sweep) para determinar a topologia com eficiência.


Sabendo a topologia, o segredo é o exutório!

Ilustrativo exemplo do algoritmo...

No início, se olha o exutório.

Exutório


Fase 1: o exutório é a única extremidade de drenagem que não toca em outra drenagem E não é uma nascente...


O fluxo do segmento que toca o exutório só pode ser um!


Anda-se à montante. Em cada afluência duas drenagens confluem e outra diverge. Já sabemos quem diverge...


E se segue com a lógica, sempre andando à montante


E se segue com a lógica...


Todos os segmentos visitados quando se chega em todas as nascentes!


Fase 2: retorna-se calculando a ordem (ex. Strahler)


Anda-se agora à jusante. Primeiro os segmentos de ordem 1

1

111

11

1


Se segue à jusante. Só se classifica um segmento quando todos aos seu montante estão classificados

1

111

11

221



1

111

11

2212

2



1

111

11

2212

22


Fim!Obs: o algoritmo não é exatamente assim por questão de desempenho...

1

111

11

2212

223

O que o Hydroflow faz de diferente?

Não depende de dados altimétricos;

É totalmente automático (sem intervenção do usuário)

Calcula a topologia da rede, uma vez que normalmente não a temos.

Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?

Baseiam-se na análise de superfície MDT-HC.

Vejamos os passos típicos no ArcGIS for Desktop...


Passo 1 - se gera uma superfície interpolada:ou se tem um MDT pronto (ex. SRTM)


Passo 2 - se remove as depressões (sinks) da superfície (passível de distorções)

Passo 3 - Cálculo doD8 para direção defluxo


Passo 4 - se calcula o acúmulo de fluxo


Passo 5 - o usuário escolhe um limiar de corte, células com acúmulo de fluxo maior do que o limiar são consideradas drenagens!Passo 6 - identificar os segmentos e a redePasso 7 - hierarquizar a redePasso 8 - converter para vetor


Então se tem uma rede hieraquizada e com fluxo correto:


Mas essas drenagens são aproximadas, pois dependem do limiar de corte escolhido e não refletem as condições que resultam em drenagens reais!


Colocando as drenagens mapeadas em vermelho sobre as aproximadas:


Damos 8 passos para termos drenagens aproximadas com fluxos e hierarquias, o Hydroflow faz em um passo apenas e sem necessitar do MDT.

Obs: MDT-HC e análise de escoamentosuperficial possuem outras aplicações alémdesta que o Hydroflow cobre.


Por fim, uma das entradas que podemos fornecer para gerar um melhor MDT-HC são as drenagens mapeadas com fluxo associado - o Hydroflow faz essa atribuição de fluxo automaticamente!

O que é preciso fornecer ao Hydroflow?

1) Um arquivo Shapefile (*.shp) com a rede de drenagem;

2) Um arquivo Shapefile com o ponto do exutório;a) Alternativamente é possível fornecer o limite da

bacia, pois então o Hydroflow considera como exutório o ponto onde uma das drenagens da rede toca o limite da bacia.

Estrutura dos dados de entrada para o Hydroflow

Para que a topologia seja corretamente calculada, é necessário um controle de qualidade sobre a rede de drenagem:- Drenagens afluentes conectadas- Drenagens fragmentadas em segmentos- Não representação de corpos hídricos, apenas linhas

(que são arcos do grafo)

Vamos à demostração do

Hydroflow!

Por que software livre?

Como algoritmo a ser publicado em periódicos, o paper e a implementação ficam à disposição da comunidade de desenvolvedores!

- é multiplataforma - Windows, Linux, MacOS, ...

Sem custo para utilização, é um conhecimento aberto.+ que um software aberto

Próximos passos?

Incorporar o código em aplicativos como QGIS, gvSIG e ArcGIS na forma de plugins;

Preparar o programa para corrigir algumas falhas topológicas da rede de drenagem automaticamente.

Obrigado pela atenção!

Perguntas??

Contatos: [email protected]

Baixe o Hydroflow em:http://www.labgis.uerj.br/hydroflow

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