modelagem numérica de terrenos e fontes de dados ambientais
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Modelagem Numérica de Terreno& Fontes de Dados Ambientais
Vitor Vieira VasconcelosCarolina Moutinho Duque de Pinho
Flávia da Fonseca FeitosaDisciplina BH1408 – Cartografia e Geoprocessamento para o Planejamento Territorial
Março de 2017
Representação matemática computacional da distribuição de um fenômeno espacial
Aplicações típicas: Relevo
Profundidades de mar/rio
Dados geofísicos e geoquímicos
Dados climáticos
Pode representar qualquer grandeza com variação espacial contínua, quantitativa
Modelos Numéricos de Terreno - MNT
Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas topográficos
Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens
Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio a análise de geomorfologia e erodibilidade
Apresentação tridimensional
Exemplos de usos do MNT
TerminologiaMNT – Modelo Numérico de TerrenoMDT – Modelo Digital de Terreno
MDE – Modelo Digital de Elevação
MDS – Modelo Digital de Superfície
Qualquer variável quantitativa contínua
Dados topográficos ao nível do solo
Elevação da superfície, incluindo copasdas árvores e edificações
EGG, G.C. Geração de modelos digitais de superfície compostos utilizando imagens do sensor PRISM/ALOS. Dissertação de Mestrado. UFV. 2012.
MDS - Modelo Digital de SuperfícieMDE - Modelo Digital de Elevação
Revisão: Estruturas de RepresentaçãoComputacional de Dados Contínuos
Pontos cotados (x,y,z)
Isolinhas
Malha triangular (TIN)
Grade regular
Revisão: Estruturas de RepresentaçãoComputacional de Dados Contínuos
Estruturas vetoriais 2,5D Pontos cotados (x,y,z)
Isolinhas
Malha triangular (TIN) Associação de um valor numérico a cada localização do espaço 2D
Não são tridimensionais, suporte espacial são localizações 2DGrade regular = Estrutura matricial
Grade regular (matriz de reais) elemento com espaçamento fixo valor estimado da grandeza
Estruturas de Dados para MNT
Estruturas de Dados para MNTMalha Triangular (TIN – triangular irregular network) conexão entre amostras. Superfície representada através
de um conjunto de faces triangulares interligadas estrutura vetorial - topológica arco-nó
MALHA TRIANGULAR (TIN) GRADE REGULAR
VANTAGENS 1. Melhor representação de relevo complexo
2. Incorporação de restrições como linhas de crista
1. Facilita manuseio e conversão
2. Adequada para dados não-altimétricos
PROBLEMAS 1. Complexidade de manuseio
2. Inadequada para
Álgebra de mapas
1. Representação de
relevo complexo
2. Cálculo de declividade
Estruturas de Dados para MNT
Curvas de Nível
Isolinhas (Curvas de Nível)Linha imaginária, em que todos ospontos têm o mesmo valornumérico. Isolinhas não se cruzam
Dados altimétricos: Onde todos os pontos tem a mesmaaltitude em relação a uma superfíciede referência, geralmente o nívelmédio do mar.
Curvas de nível e perfil topográfico
Equidistância vertical:Intervalo de valor entre as curvas de nível
FERREIRA, G.M.L., MARTINELLI, M. Atlas geográfico: espaço mundial. Moderna, 2003.
Equidistância Vertical de Curvas de nível
É o intervalo de valores das curvas de nível Solução de compromisso entre:
• Boa distribuição visual das curvas nas áreas maisplanas
• Limite de espaçamento visível entre linhas emencostas íngremes (para não ficarem emboladas)
• Valores de classe redondos (quebras claras) para facilitar a leitura
A melhor escolha de equidistância pode variardependendo do relevo da região (montanhosa ouplana)
IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007
Curvasmuito
próximas
Curvasmuito
espaçadas
Equidistância Vertical de Curvas de nível
Escala (M)Intervalossugeridos(metros)
Menor intervalovisível em
encosta de 45º, em metros𝑨𝑨 =
𝑴𝑴𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
BomespaçamentoA = n * log(n)
onde
𝒏𝒏 =𝟏𝟏𝟐𝟐𝟐𝟐𝑴𝑴
+ 𝟏𝟏
1:1.000.000 200 500 2001:500.000 200 250 1301:250.000 100 100 851:100.000 50 50 471:50.000 20 a 30 25 291:25.000 20 12.5 191:10.000 10 5 101:5.000 5 2.5 5.7
IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007
Escala -> Resolução
EscalaResoluçãohorizontal
aproximada (m)
Equidistânciavertical de curvas
de nível (m)1:1.000.000 200 200
1:450.000 90 2001:250.000 50 1001:150.000 30 751:50.000 10 20 a 301:25.000 5 201:10.000 2 10
ESCALA X ACUIDADE VISUAL = RESOLUÇÃO HORIZONTALAcuidade visual = 0,2mm
IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007.
Curvas de nível Triangulação
O Processo de Modelagem Numérica1. AMOSTRAGEM: Dados de entrada
nas representações Amostras 2,5D
Isolinhas
Linhas de restrição
2. MODELAGEM: Criação de estruturas De grades regulares
De grades irregulares
3. APLICAÇÕES OU ANÁLISES: Uso dos modelos
Imagens, declividade
Fatiamento, visibilidade, contornos
Volumes, drenagens, etc...
Dados Altimétricos - Fonteshttp://www.ambiente.sp.gov.br/cpla/modelo-digital-de-elevacao-mde-do-estado-de-sao-paulo/
http://s.ambiente.sp.gov.br/cpla/MDE_ESP_v2.rar
Escala original de 1:50.000 (analógica),digitalizada em resolução horizontal de 30m (1:150.000)
MDE – São Paulo Resolução Horizontal 1:150.000“Resolução Vertical” 1:50.000
Dados Altimétricos – FontesSRMT (Shuttle Radar Topography Mission)
SRTM V3 (SRTM Plus, ou 1 Arc-Second Global) Resolução original de 30 metros (1:150.000) com preenchimentode falhas por outros MDE (ASTER e GMTED2000).
Sites: USGS Earth Explorer (https://earthexplorer.usgs.gov/) Nasa Reverb (https://reverb.echo.nasa.gov) Nasa EarthData (https://urs.earthdata.nasa.gov/) NASA LPDAAC (https://gdex.cr.usgs.gov/gdex/) US Government Computer (https://e4ftl01.cr.usgs.gov/SRTM/)
TopodataResolução de 90 metros (1:450.000), com preenchimento de falhas por interpolação e depois reamostrada para 30 metros.
Site: http://www.dsr.inpe.br/topodata/
INDEBase Contínua 1:1.000.000
Dados Altimétricos - Fontes
Bases de Dados: IBGE
(…)
http://downloads.ibge.gov.br/downloads_geociencias.htmftp://geoftp.ibge.gov.br/
Prefeituras
Dado obtido Formato .dwg (spaguetti)
Análise de dados de Terreno
1. Download em:
2. Importar arquivo “MDE_ESP” (raster) no QGIS & LimiteMunicipal_SBC
Utilizando o MDE da Secretaria do Meio Ambiente/SP 1:150.000 Horizontal, 1:50.000 Vertical
http://www.ambiente.sp.gov.br/cpla/modelo-digital-de-elevacao-mde-do-estado-de-sao-paulo/
Recorte SBC – CortarRaster -> Extrair -> Recorte
Recorte SBC – Cortar - máscara
Antes de começarmos vamos checarprojeção cartográfica?
Antes de começarmos vamos checarprojeção cartográfica?
Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADO DE COORDENADAS
O dado original está em coordenadas geográficas, as distâncias são em “ângulos”
Precisaremos do dado projetado para fazer alguns cálculos, entre eles o de declividade.
Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADO DE COORDENADAS
Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADO DE COORDENADAS
Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADODE COORDENADAS
Mudar o Sistema de Coordenadas do ProjetoMenu “Projeto” -> Propriedades do Projeto
Mudar o Sistema de Coordenadas do Projeto
Contornos (Curva de Nível)
Contornos (Curva de Nível)Escala original de 1:50.000 -> Equidistância vertical = 20 a 30m
Contornos (Curva de Nível)
Verificação dos pontos de ocorrência de deslizamentos
Verificação dos pontos de ocorrência de deslizamentos
Abra o arquivo Ocorrencias_SIRGAS2000_UTM.shp sobre os arquivos atuais;
Dê um zoom sobre alguns pontos e analise a localização destes pontos.
Percebam que só com a representação matricial do MNT em tons de cinza em grade regular e com as curvas de nível a interpretação ainda é difícil.
Vamos facilitar as coisas...
Análise de Dados do TerrenoSombreamento: Cria um mapa de sombrasusando a luz e sombra para fornecer umaaparência mais tridimensionalRelevo: Cria um mapa de relevosombreado com cores variando conformeintervalos de elevaçãoDeclividade: Calcula o ângulo de declivepara cada célulaExposição (aspecto): Gera o mapa de orientação de vertente começando emnorte, em graus – sentido horárioÍndice de Rugosidade: Mediçãoquantitativa da heterogeneidade do terreno. É calculado para cada localização, pelo resumo da alteração da elevaçãodentro de uma janela de 3x3 pixels
RILEY, S. J. Index That Quantifies Topographic
Heterogeneity. intermountain Journal of sciences, v. 5, n. 1–
4, p. 23-27, 1999.
Análise de Dados do Terreno
Sombreamento Ângulo Vertical
Azimute
Sombreamento
Segundo este modelo esta ocorrência está “esquisita”
Erro na informação da ocorrência? Erro no modelo digital de terreno? Não, nenhum dos dois. É apenas a utilização de dados na resolução
e escala inadequados. Abram dentro da pasta dados o arquivo de
curvas de nível da prefeitura (escala 1:10.000 (resolução horizontal de 2m e equidistância vertical de 5m)
Resolução X Escala
Resolução X Escala
Como gerar um modelo digital de terreno a partir de isolinhas?
Vamos gerar um novo sombreamento, um mapa de hipsometria (relevo), e um de declividade a partir das curvas de 1:10.000, mas para isso precisamos gerar um novo MNT
Ativar o plugin “Complemento de Interpolação”
Raster -> Interpolação -> Interpolação
Como gerar um modelo digital de terreno a partir de isolinhas?
Como o processo é demorado, vamosabrir um MNT pronto
Abra o arquivoMDE_1_10.000_2m.tif
MNT_ESPResolução
30m
MNT_curvas1:10.000
Resolução 2m
Como o processo é demorado, vamosabrir um MNT pronto
Sombreamento detalhadoFaça o sombreamento do arquivo MDE_1_10.000_2m.tif
Raster -> Análise de Terreno -> Sombreamento
Sombreamentodetalhado1:10.000
(2m)
Sombreamentogeneralizado
1:150.000 (30m)
Relevo (Fatiamento)Raster -> Análise de Terreno -> Relevo
Relevo (Fatiamento)
DeclividadeRaster -> Análise-> MDE (Modelos de Terreno)
Declividade
Declividade do Terreno
Declividade: Porcentagem e Graus
Declividade% = dhdH∗ 100
Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = ArcTan dhdH
Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = Tan−1Declividade%
100
Declividade% = Tan Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 ∗ 100
Cálculo
Conversão
Declividade: Porcentagem e Graus
Declividade: Porcentagem e Graus
Calculadoras online de conversão:
Porcentagem para Graus:http://www.calcunation.com/calculator/slope-percent-conversion.php
Graus para Porcentagem:http://www.calcunation.com/calculator/degrees-to-percent.php
Classificação: EMBRAPA. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, 1999
DeclividadeRaster -> Análise-> MDE (Modelos de Terreno)
Declividade
Exposição (Aspecto – orientação)
Exposição (Aspecto – orientação)Raster -> Análise de Terreno -> Aspecto
Exposição(Aspecto – orientação)
Exposição(Aspecto – orientação)
Exposição (Aspecto – orientação)Aspecto Relevo
Áreas Brancas (valor nulo) = PlanoEx: Topos de Morro, Fundos de Vale
EXERCÍCIO MNT - ROTEIRO1. Importe o MDE do Estado de São Paulo na escala de 1:150.000/1:50.0002. Recorte o MDE utilizando o shapefile de algum município de São Paulo
Dê preferência para a área de estudo do seu trabalho final. O shapefile com todos os municípios de São Paulo é 35MU250GC.shp – selecione o município desejado, exporte-o como um novo shapefile (Save As...) e use como referência para recortar o MDE.
3. Converta o MDE recortado para um sistema projetado de coordenadas4. Gere as curvas de nível (isolinhas) a partir do MDE projetado5. Gere uma imagem sombreada6. Gere uma imagem com a hipsometria sombreada (Relevo Fatiado)7. Gere uma imagem com a declividade fatiada (Classes de Declividade)8. Gere uma imagem com a exposição (Aspecto – Orientação)
Poste no Tidia (Exercício MNT) até 23/03.
Fontes de Dados Ambientais
WRI – Aqueduct Global Mapshttp://www.wri.org/resources/data-sets/aqueduct-global-maps-21-data
INDE – Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais http://www.visualizador.inde.gov.br/
Bases de Dados IBGEdownloads.ibge.gov.br
MMA http://www.mma.gov.br/governanca-ambiental/geoprocessamentohttp://mapas.mma.gov.br/i3geo/datadownload.htm
MMA http://www.mma.gov.br/governanca-ambiental/geoprocessamentohttp://mapas.mma.gov.br/i3geo/datadownload.htm
SISCOM - IBAMA
SISCOM – IBAMAhttp://siscom.ibama.gov.br/monitora_biomas/index.htm
ANA – Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricoshttp://www.snirh.gov.br/
ANA – Metadados http://metadados.ana.gov.br/geonetwork/srv/pt/main.home
IPEF – Institutode Pesquisas e EstudosFlorestais
http://ipef.br/geodatabase/mapas.asp
INPE – Banco de Dados de Queimadashttps://prodwww-queimadas.dgi.inpe.br/bdqueimadas
INPE – PRODEShttp://www.dpi.inpe.br/prodesdigital/prodes.php
IMAZON GEOhttp://www.imazongeo.org.br/doc/downloads.php
DATAGEO – Infraestrutura de Dados Espaciais Ambientais do Estado de São Paulo
http://datageo.ambiente.sp.gov.br/
DATAGEO – Infraestrutura de Dados Espaciais Ambientais do Estado de São Paulo
http://datageo.ambiente.sp.gov.br/
Escalas mais detalhadas1:250.000 to 1:2.000
Dados geográficos de mapeamento de mais difícil acesso
Coletados por projetos científicos específicos ou
Proporcionados pelas instâncias governamentais estaduais (Secretarias) e municipais.
Exemplos
São Bernardo do Campo, São José dos Campos, Santos, São Sebastião….
Outras Fonteshttps://www.labgis.uerj.br/fontes_dados.php