operações de consulta e análise espacial · 2 ferramenta que possibilita a realização de...

Universidade do Estado de Santa Catarina

Departamento de Engenharia Civil

Operações de Consulta e Análise Espacial

Profa. Adriana Goulart dos Santos

2

Ferramenta que possibilita a realização de análises

espaciais através de álgebra de mapas. A análise

espacial utiliza os atributos espaciais e não espaciais das

entidades gráficas armazenadas na base de dados

espaciais para fazer simulações sobre os fenômenos do

mundo real.

A álgebra de mapas é implementada através do LEGAL

(Linguagem Espacial para Geoprocessamento

Algébrico), uma linguagem de consulta e manipulação

espacial que realiza operações sobre dados dos tipos

MAPA TEMÁTICO, MODELO NUMÉRICO DE TERRENO

e IMAGEM.

O que é o LEGAL?

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A linguagem LEGAL

LEGAL - Linguagem Espaço-Geográfica

baseada em Álgebra

Quais são as operações da álgebra de mapas disponíveis?

– campos

booleanas, matemáticas, locais e zonais

– objetos

seleção e junção espacial

– mistas

intersecção espacial, mapas de distâncias, reclassificação por atributos

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Qual é a estrutura de um programa em LEGAL?

Declaração

Imagem tm3 (“LANDSAT”), tm4 (“LANDSAT”);

Numerico ndvi (“NDVI”);

Instanciação

tm3 = Recupere (Nome = “banda3”);

tm4 = Recupere (Nome = “banda4”);

ndvi = Novo (Nome = “ndvi_jun94”);

Processamento

ndvi = (tm4 - tm3) / (tm4 + tm3);

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Operadores pontuais

Operadores unários (transformação)

– pondere: temático numérico

– fatie: numérico temático

– reclassifique: temático temático

Operadores matemáticos

– numérico numérico

Operadores booleanos

– Temático, imagem ou numérico temático

Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.

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Operador booleano

Tematico mapa_solo (“Solos”);

Tematico mapa_apt (“Aptidao”);

decliv (“Declividade”)

{

// Parte 1 - Declaracao

Tematico solos ("Solos"), aptidao ("Aptidao"),

decliv ("Declividade");

// Parte 2 - Instanciacao

decliv = Recupere(Nome = "Decliv94");

solos = Recupere (Nome = "Solos94");

aptidao = Novo (Nome = "apt94", ResX=50, ResY=50, Escala = 50000);

// Parte 3 - Operacao

aptidao= Atribua

{ "Boa" : (solo.Classe == "LatossoloRoxo" && decliv.Classe == "O-3"),

"Media" : (solo.Classe == "LatossoloVermAm" && decliv.Classe == "3-8"),

"Inapto" : (solo.Classe == "AreiaQuart" && decliv.Classe == ">8");

}

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Exercício 4.3

Operações de Inferência Geográfica com LEGAL

Cruzamento Booleano

Cruzamento por média ponderada


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Geo-campos - reclassificação

Reclassificação: mudança de atributos

Por exemplo, a operação: "Para todos os países da América do Sul,

gere um geo-campo temático com o crescimento demográfico de cada

país, dividido em classes: { (de 0 a 2% ao ano), (de 2 a 3% a.a.), (mais

de 3% a.a.)}."

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Geo-campos - reclassificação

O programa em LEGAL é dado por:

{

// Parte 1 - Declaracao

Objeto pais ("Paises_America_Sul");

Atributo popul("Paises_America_Sul", "popul");

Cadastral map_AS ("Mapa_Paises");

Tematico mapa_pop ("Densidade_Populacao");

Tabela fatia (Fatiamento);

// Parte 2 - Instanciacao

mapa_AS = Recupere (Nome = "Mapa_America_Sul");

mapa_pop = Novo (Nome = "Pop_America_Sul",

ResX=100, ResY=100, Escala=10000000,Repres= Vetor);

fatia = Novo ( CategoriaFim = "Densidade_Populacao",

[0.0, 2.0] : "0-2%",

[2.0, 3.0] : "2-3%",

[3.0, 10.0]: ">3%" );

// Parte 3 - Operação

mapa_pop= ReclAtrib (pais,popul,fatia) OnMap mapa_AS;

}

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Geo-campos - Operação matemática

Combinação de mapas numéricos por funções

matemáticas: refletem modelos e funções conhecidas pelo

especialista

– Ex: equação universal de perda de solo

P = (erosividade) * (erodibilidade) * (declividade) *

(comp. encosta) * (cobertura solo) * (índice proteção)

– Média ponderada para combinar declividade e solo para achar

adequação

adequação = [2*solo_ponderado + 5*(1/declividade)] / 7


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Geo-campos: Operações Zonais

Operações sobre geo-campos numéricos – Exemplo:

“dado um mapa de solos e um mapa de declividade da mesma região,

obtenha a declividade média para cada tipo de solo”.

Os operadores zonais incluem:

-média, máximo e mínimo e desvio padrão dos valores sobre uma região;

-índice de variedade dos valores, onde cada valor no mapa de saída será

computado a partir do número de valores diferentes do geo-campo de entrada

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Operações sobre geo-campos e geo-objetos

Mapas de distância

– gera um mapa de geo-campos contendo as distâncias

de cada ponto do mapa a um(s) geo-objeto(s) de

referência (representado por ponto, linha ou região)

– operação puramente geométrica (espacial)

– Exemplo: Faixas de distância ao longo de rios,

estradas, lagos, etc


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Mapa de distâncias

Nilo Egito

Classes de distância ao rio Nilo

Determine uma faixa de terra de 200 metros ao

longo das margens dos rios


Exercício 4.4

Mapa de Distância a partir das linhas do Metrô

Exemplo


Exercício 4.5

Tabulação Cruzada entre distâncias do metrô e distritos

O que faz uma tabuilação cruzada ?

R. Compara as classes de dois planos Temáticos

Condição : matriz, mesma resolução e mesmo número de linhas

e colunas

Uso / DeclividadeMataSolo UrbanoReflorestamento

0 – 2 % 23.5 63.7774.5 6643.5

2 - 6 % 2330.5 43.43434.3 234.5

Exemplo


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Geo-campos: Operações Locais (vizinhança)

Geo-campo resultante é obtido através do valor em um ponto e mais

um conjunto de pontos em uma vizinhança específica

Exemplos:

– Mínimo, máximo, médio e moda

– Filtros para dados de SR

– Interpoladores espaciais para MNT

– Mapas de declividade e exposição para MNT

– Índices de Diversidade para Temáticos

Vizinhança 3x3

Vizinhança 5x5

Vizinhança +

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Geo-campos: Operações Locais (Vizinhança)

Diversidade de vegetação - Áreas de contato

– vizinhança 3x3

1 12

1

1 3 2

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Flor. Várzea

Floresta

Densa

CerradoRebrota

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Fatiamento de grade de altimetria

Imagem MNT MNT fatiado


Exercício 4.6

Mosaico de grades retangulares do SRTM

Exercícios

4.7 - Geração de Imagem para Modelo Numérico

4.8 - Fatiamento de Grade de Altimetria – Mapa Hipsométrico

Exercícios

4.9 - Geração de Perfil a partir de grades

4.10 - Visualização de Imagem em 3D


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Geo-campos: Operações Locais (Vizinhança)

Mapas de declividade

Vizinhança 3x3

metro grau

Exercícios 4.11

Geração de Grade de Declividade e Fatiamento

Fatiamento

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Geo-campos: Operações Zonais

Dados mapas de solos e de declividade calcule a

declividade média por tipo de solo

5.0 7.5 7.0

20.0

10.0 12.0 15.0

15.0 15.0

Declividade (dado de entrada) Mapa de solos (restrição)

LA

LV

Aq LE

7.5 7.5 7.5

20.0

15.0 15.0 15.0

20.0 15.0

Máximo Zonal

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Operações sobre geo-campos

RESUMO DAS OPERAÇÕES SOBRE GEO-CAMPOS

TIPOS

PONTUAIS OPERAÇÕES ENTRADA SAÍDA

TRANSFORMAÇÃO

PONDERAÇÃO TEMÁTICO NUMÉRICO

RECLASSIFICAÇÃO TEMÁTICO TEMÁTICO

FATIAMENTO NUMÉRICO TEMÁTICO

BOOLEANAS

AND/NOT/OR/XOR TEMÁTICO/NUMÉRICO TEMÁTICO

MATEMÁTICA

FUNÇÃO NUMÉRICO NUMÉRICO

VIZINHANÇA OPERAÇÕES

TEMÁTCO NUMÉRICO Filtros de Imagens

Métodos de Interpol., etc NUMÉRICO NUMÉRICO

ZONAIS OPERAÇÕES

RESTRIÇÃO

TEMÁTICO

MÉDIA, MÁX., MÍN.

DESV.PADRÃO, etcNUMÉRICO NUMÉRICO

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Atualização de atributos de geo-objetos a partir de geo-campos

Usando a geometria de cada objeto como restrição espacial e uma

função de agrupamento gerar um valor de atributo para o objeto

Ex: Calcular a altimetria média de cada município de uma região

– Dados : o mapa de municípios da região (geo-objeto), o mapa de

altimetria da região (geo-campo)

– Restrição espacial : o polígono que delimita o município

– Atributo : valor de altimetria

– Função de agrupamento: média


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Atualização

Atualização de atributos de talhões de cultura com valores médios de níveis de cinza de uma imagem

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Espacialização de um atributo de um geo-objeto gerando

um geo-campo

Exemplo: Mapa de Unidades de paisagem possuem

atributos como geomorfologia, tipos de solos, geologia e

vegetação

Tipo de solo foi espacializado gerando um geo-campo

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Espacialização de atributos (nominais)

Geo -Campo

Espacialização do atributo tipo de solos

Geo-Objeto TABELA

Atributos

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Espacialização de atributos (inteiros/reais)

TAB. Atributos

0 - 20hab/km2

20 - 200hab/km2

> 200hab/km2 Densidade

Populacional

Geo-Objeto

Geo-Campo Temático


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Álgebra de geo-objetos

Seleção por Atributos A seleção por atributos sobre um conjunto de geo-objetos, dada

uma restrição baseada apenas nos atributos descritivos, gera como

resultado um sub-conjunto, cujos membros satisfazem a restrição. Ex: “selecione todos

os municípios da Bahia

com densidade populacional

maior que 40hab/km2”.

Mapa de Municípios do Estado da Bahia

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Restrições espaciais (relacionamentos) – topológicas

escolas municipais do bairro Jardim Satélite

– direção bairros a leste do rio Paraíba

– métricas hospitais a 2km da via Dutra

Ex: “Selecione todos os municípios

da Bahia adjacentes ao município

de Canudos”.

Mapa de Municípios do Estado da Bahia

Canudos Monte Santo Uauá Jeremoabo Chorrochó

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JUNÇÃO ESPACIAL - produz como resultado uma

coleção de objetos que satisfazem a restrição espacial. Ex:

– “Recupere as reservas indígenas a menos de 5Km das

estradas na Amazônia”.

Resp: conjunto de pares (reserva, estrada)

– “Para as cidades do sertão cearense, ache quais estão a menos de 10Km

de algum açude com capacidade de mais de 50.000m3 de água”.

Resp: conjunto de pares (cidade, açude)

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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 a

partir do cruzamento dos mapas de vegetação, solos

e clima

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Intersecção espacial

geomorfologia vegetação

VG3 VG2 VG1 GM1

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

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RESUMO DAS OPERAÇÕES

Operação Objeto

Entrada

Objeto

Modificador

Objeto Saída Restrição

Ponderação TEMÁTICO NUMÉRICO (função unária)

Fatiamento NUMÉRICO TEMÁTICO (função unária)

Reclassificação TEMÁTICO TEMÁTICO (função unária)

Booleana NUMÉRICO ,

TEMÁTICO

TEMÁTICO (regras)

Matemática NUMÉRICO NUMÉRICO (fórmula)

Zonais NUMÉRICO TEMÁTICO NUMÉRICO

Atualização GEO - OBJETO NUMÉRICO ( OU

TEMÁTICO )

GEO - OBJETO

( atributo )

Espacialização GEO - OBJETO

( ATRIBUTO )

NUMÉRICO , TEMÁTICO

Reclassificação

por Atributo

GEO - OBJETO

( ATRIBUTO )

TEMÁTICO (regras de classificação)

Mapa de

Distância

(" buffer")

GEO - OBJETO NUMÉRICO

Seleção Espacial GEO - OBJETO

( conjunto)

CADASTRAL GEO - OBJETO

( conjunto)

(predicado espacial)

Junção Espacial GEO - OBJETO

( conjuntos)

CADASTRAL GEO - OBJETO e

VALORES

( conjunto)

(predicado espacial)

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Composição de operações

Operações complexas feitas a partir de

operações 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 com

declividade média maior que 30%

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Operações típicas de MNT

Fatiamento do MNT

Mapas de declividade e exposição

Cálculo de perfis

Cálculo de volumes de corte e aterro

Geração automática de drenagem

Análise exploratória

Geração de superfície por Krigeagem

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Cálculo de Perfis

Definição de trajetórias

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Operador 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);

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Campos 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

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Campos Objetos

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

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Campos Objetos

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

operações de consulta e análise espacial · 2 ferramenta que possibilita a realização de...

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