SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS Aula 5. SIG- Eng. Cartográfica Prof. Luciene Delazari

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1 SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS Aula 5 SIG- Eng. Cartográfica Prof. Luciene Delazari

2 MODELAGEM DIGITAL DE SUPERFÍCIES Os modelo digitais de superficie (Digital Surface Model - DSM) são fundamentais a quase todas as análises de dados espaciais em SIG e aplicações de Sensoriamento Remoto. Há uma grande variedade de algoritmos, técnicas de levantamento e erros comuns aos dados utilizados para geração deste modelos, que em combinação com as particularidades de cada algoritmo, podem produzir uma grande variedade de produtos não realistas, sendo inclusive, contraditos por verificações de campo. Por isto, conhecer as técnicas e limitações influencia diretamente na escolha do método e, consequentemente, na qualidade do produto final e nos resultados das análise realizadas sobre esses modelos

3 Introdução Um DSM é uma estrutura numérica de dados que representa a distribuição espacial de variáveis reais através de uma função contínua bivariável z = f (x, y)

4 Introdução Os modelos de superfície podem assumir diferentes terminologias, dependendo do fenômeno que está sendo modelado. DTM (Digital Terrain Model Modelo Digital do Terreno)- Qualquer representação digital da variação de um fenômeno espacial dentro de uma região da superfície terrestre. DEM (Digital Elevation Model Modelo Digital de Altitudes) Representação digital da variação da altitude em determinada região. DSM (Digital Surface Model Modelo Digital de Superfícies) representação digital da superfície dos objetos em determinada região.

5 DSM DEM (altitudes) DTM (temperatura, p.ex)

6 DTM (Digital Terrain Model) Modelo Digital de Terreno

7 Sup. real Aquisição de dados Geração do modelo Utilização do modelo Obtenção de informações da superfície real que possibilite a caracterização matemática do modelo Elaboração de um modelo matemático, composto de estruturas de dados e funções de interpolação que simulem o comportamento da superfície real

8 Aquisição de Dados Medidas fotogramétricas Levantamentos terrestres Dispositivos radar ou sonar Digitalização Laser scanner

9 Estruturas de dados para armazenar o DTM As estruturas vetoriais representam entidades ou objetos definidos pelas coordenadas dos nós e vertices Vetorial TIN As estruturas matriciais representam localizações que têm atribuído o valor médio da variável para uma unidade de superfície ou célula Matricial Grades regulares

10 Estruturas de dados para armazenar o DTM Grade regular Rede Irregular Triangular (TIN) intensificação dos pontos elemento retângulo regular grade triangular Uso direto das amostras elemento triângulo irregular

11 TIN Triangular Irregular Network O DTM pode ser composto por uma rede de triângulos adaptada ao terreno (aos pontos amostrais) Os triângulos são irregulares e são definidos mediante os três vértices Cada vértice é representado por um terno de coordenadas (x,y,z)

12 TIN Triangular Irregular Network Os pontos da amostra são utilizados na triangulação - fazem parte da superfície, mas não há interpolação; Triangulação de Delaunay tem a importante propriedade de, entre todas as triangulações possiveis, maximizar o menor de todos os ângulos internos dos triângulos.

13 TIN Triangular Irregular Network IMPORTANTE: a triangulação não é a única possível Delaunay criou uma triangulação que é única a) T1 e T2 são triângulos de Delaunay b) b) T1 e T2 não são triângulos de Delaunay

14 TIN Triangular Irregular Network Propriedade do Circulo vazio

15 TIN Triangular Irregular Network O círculo circunscrito a um dos triângulos não pode conter nenhum outro ponto amostral em seu interior Evita triângulos afinados Pode gerar planícies que não existem triângulos criados com 3 pontos de uma mesma isolinha. Evita-se utilizando linhas características do terreno - usadas como injunções

16 A coleta de dados, em qualquer tipo de atividade cartografia, é uma das etapas que consome maior quantidade de tempo e de recursos. Grade retangular No método fotogramétrico são coletadas informações relativas à grade. Uma alternativa à coleta de dados é a coleta de amostras pelo processo fotogramétrico é a coleta de amostras seguida pela interpolação.

17 Grade retangular A amostragem deve ser representativa do comportamento do fenômeno que está sendo modelado. Deve-se considerar a quantidade de pontos mas também seu posicionamento. Pontos de máximo Pontos de mínimo Pontos característicos

18 y Amostras (x, y, z) dy dx,dy - resolução dx x

19 Grade retangular - Métodos de interpolação local Vizinho mais próximo Para cada ponto (x,y) da grade o sistema atribui a cota da amostra mais próxima ao ponto. Este interpolador deve ser usado quando se deseja manter os valores de cotas das amostras na grade, sem gerar valores intermediários. 15º 22º 22º 17º Interpolador local e determinístico Determinísticos: não permitem a avaliação de erros associados aos valores previstos Estocásticos: permitem a avaliação de erros de previsão com base na estimativa das variâncias

20 Grade retangular - Métodos de interpolação local Média simples O valor de cota de cada ponto da grade é estimado a partir da média simples das cotas dos vizinhos mais próximos desse ponto. Este interpolador é geralmente utilizado quando se requer maior rapidez na geração da grade, para avaliar erros grosseiros na digitalização. z = f ( x, y) = 1 n n = número de vizinhos zi = altitude do vizinho i n i= 1 z i 15º 22º 18º 17º

21 Grade retangular - Métodos de interpolação local Média ponderada z i= 1 = f ( x, y) = n n i= 1 z i p p i i 15º 19.6º 17º p i = 1 d i 22º d i z i = 2 ( x xi ) + ( y yi = altitude do ponto i ) 2 Calcula o valor de um ponto calculando a média com os pontos mais próximos A média é ponderada pelo inverso da distância aos pontos Também chamado de IDW Inverse Distance Weighted (inverso do peso da distância) Interpolador local e determinístico

22 Grade regular TIN Representa regularidade na distribuição espacial dos vértices das celulas do modelo Não apresenta regularidade na distribuição espacial dos vertices Os vertices dos retângulos são estimados a partir das amostras Os vertices dos triângulos pertencem ao conjunto amostral Apresenta problemas para representar superficies com variações locais acentuadas Representa melhor superficies com variações locais acentuadas Estrutura de dados simples Estrutura de dados mais complexa Relações topológicas entre os retângulos são explícitas Necessário identificar e armazenar as relações topológicas Aplicações qualitativas Aplicações quantitativas

23 ANÁLISES SOBRE DTMs

24 Análises Os DTMs permitem estudos de determinados fenômenos sem a necessidade de trabalhar diretamente na região geográfica escolhida. As análises podem ser quantitativas ou qualitativas.

25 Análises Geração de imagens de DTMs Nível de cinza Sombreadas Imagem em nível de cinza Zmax 255 Zi NCi Zmin 0 Modelo Imagem

26 Análises Modelo matricial representado como uma imagem em níveis de cinza

27 Análises Imagem em sombreado Gerada a partir do modelo e do posicionamento, em relação à superfície, de uma fonte de iluminação local

28 Análises Traçado de Perfil

29 Análises Declividade: plano tangente à superfície do DTM em qualquer ponto.

30 Análises Visibilidade: identificação de áreas que podem ser vistas de um ponto particular do terreno. Aplicações: antenas de radio/celulares, aplicações militares.