Tecnologias de Geoprocessamento desenvolvidos no INPE SPRING, TerraLib, TerraView,.

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1 Tecnologias de Geoprocessamento desenvolvidos no INPE SPRING, TerraLib, TerraView,. Dr. Carlos A Felgueiras Gerente de Desenvolvimento do SPRING DPI - Divisão de Processamento de Imagens INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

2 Objetivo Apresentar um resumo da experiência de geração e disseminação de tecnologia de informação de geoprocessamento desenvolvida no INPE, que maximiza o uso de software livre. Área de aplicação: Geoprocessamento Grande potencial de impacto em políticas públicas. Histórico de continuidade 30 anos de desenvolvimento de tecnologia Estratégia de sobrevivência em ambientes mutáveis

3 Sensoriamento Remoto x Geoprocessamento Sensoriamento remoto Matricial: imagens geradas por sensores em satélites/aviões. Não Matricial (resultados em pontos, linhas): Dados em representações não regulares Exemplos: PCDs (SCD1, SCD2) Satélites são apenas retransmissores (espelhos) Questão de Geoprocessamento: Quais as regiões com aptidão a pesca e que não foram visitadas recentemente por embarcações. Resposta pode depender de dados de sensoriamento remoto - da integração de imagens com dados não matriciais. Imagem é considerada um tipo de informação geográfica.

4 Meio Ambiente Outras Questões típicas de Geoprocessamento Qual é a extensão e quais são as razões do desmatamento na Amazonia? Ordenamento Territorial Quais são as áreas mais vulneráveis à ocupação humana? Políticas Públicas Qual a distribuição espacial da exclusão social no território Brasileiro? Saúde Quais as regiões mais vulneráveis a ocorrência de malária, dengue,...? Cadastro Urbano e Rural Como atualizar as informações dos cadastros urbanos e/ou rurais? Segurança Pública Quais são as regiões com maior ocorrência de criminalidade em uma cidade?

5 Histórico da Atuação do INPE Inicio de recepção de imagens de satélite (LANDSAT-1) Compra dos sistema de processamento de imagens IMAGE-100 US$ 1 milhão (PDP-11/45, placa gráfica de 512 x 512 x 5 bandas) Formação e capacitação da equipe Desenvolvimento de software para atender interesses do INPE. EMBRAPA: pedido de compra de sistema ERMAN-2/IBM (US$ 600 mil) SEI: solicitação ao INPE para desenvolvimento de tecnologia nacional

6 Histórico da Atuação do INPE 1982 Inicio do projeto SITIM Sistema de Tratamento de Imagens Processamento de Imagens LANDSAT Ambiente PC - DOS 1984 Criação da DPI Divisão de Processamento de Imagens Inicio do projeto SGI Sistema de Informação Geográfica Tratamento de mapas vetoriais e modelos digitais de terreno Desenvolvimento e industrialização de placas gráficas Implantação do SITIM/SGI em 200 laboratórios do Brasil Ambiente DOS (PC + placas gráficas nacionais) Início do projeto SPRING 2001 Início do projeto TerraLib

7 DPI - Hoje DPI (22 anos Abril, 2006) Equipe Multidisciplinar Pesquisa/Desenvolvimento (PDI e Geoprocessamento) Cooperações externas SPRING TerraLib

8 SPRING Software para processamento de imagens e de geoinformação 250 algoritmos ( LOC C++) ( catastros)

9 CARACTERÍSTICAS GERAIS Sistema de Informação Geográfica - SIG Desenvolvido e suportado pela DPI INPE Software Freeware Download via Web Versões em Windows e Linux 3 Idiomas: Português, Inglês e Espanhol Sites Espelhos na Espanha e Argentina Manual online browser estilo Web Funcionalidades: Processamento Digital de Imagens, Manipulação de Dados Temáticos, Modelagem Numérica de Terreno, Armazenagem e Consultas de Dados Cadastrais, Modelagem e Uso de Redes e Análises Espaciais.

10 Processamento de Imagens

11 Registro de Imagens Registro Baseado em Pontos de Controle Deve-se fornecer as coordenadas verdadeiras dos PCs Sistema usa mapeamento polinomial para colocar a imagem no Sistema de Referência desejado

12 Registro de Imagens Registro Aquisição de PC s Adquirir as coordenadas verdadeiras dos PCs via Tela(Principal- SPRING), Teclado ou Mesa Sistema usa mapeamento polinomial para colocar a imagem no Sistema de Referência desejado

13 Realce de Contraste

14 Composição Falsa Cor TM 3 B TM 4 R TM 5 G

15 Filtragem passa-baixas Filtro da média 3x3

16 Filtragem passa-altas

17 Exemplo: filtros da média e mediana Filtro da média 3x3 ruído Filtro da mediana 3x3

18 Segmentação Segmentação: Identifica as regiões homogêneas dentro da imagem Região: um conjunto de pixels contíguos bi-direcionalmente que possuem uma semelhança espectral Atributos estatísticos são usados

19 Classificação É o processo de reconhecimento de padrões (objetos) Como resultado de uma classificação cada ponto, ou região, da imagem é mapeado para um tema ou classe

20 Manipulação de Mapas Temáticos

21 Medidas de Classes

22 Mapa de Distâncias

23 Conversão Vetor Matriz - Vetor

24 Modelagem Numérica de Terreno

25 Modelagem por Grades Retangulares e TIN (interpoladores) Vizinho mais próximo Média Simples Média Ponderada

26 Aplicações: Geração de Imagem Imagem MNT Nível de Cinza - Mapeamento linear dos valor de cota (Z) para nível de cinza Zmin -> 1 e Zmax->255 Imagem Sombreada

27 Aplicações: Mapa de Declividade com Fatiamento Grade regular de declividade Imagem de declividade fatiada (0-2, 2-5, 5-10 e >10)

28 Aplicações Projeção Geométrica Planar Projeção Paralela com Imagem Sombreada como Textura

29 Aplicações: Projeção Geométrica Planar - 3D Projeção Perspectiva do Modelo com Imagem de Sensoriamento Remoto

30 Cadastros com Ferramentas de Consulta de Banco de Dados

31 Módulo Tabela (Apontamento tela x tabela) Representação Espacial Tabela de Objetos e seus Atributos 13 21

32 Módulo Tabela (Gráfico Torta)

33 Módulo Tabela (Gráfico Histograma) Não se tem idéia de quais bairros tem a maior ou menor Renda para correlacionar com outros fatos e tomar decisões gerenciais

34 Módulo Tabela (Estatística)

35 Módulo Agrupamento por Atributo: (Renda Familiar por Passo Igual e Quantil) Agrupamento dos Distritos por Renda Região Central: Rica Limite Central: Média Periferia Leste: Pobre Região Sul: Pobre Passo Igual Quantil

36 Módulo Consulta por Atributos * Tabela mostra o resultado da consulta

37 Módulo Consulta Espacial: (Topologia : Intercepta) Ex: Quais distritos interceptam a linha norte/sul do metrô?

38 Módulo de Análises Espaciais

39 Análises de Padrões de Pontos Estimador de Densidade CACHOEIRINHA Kernel ALVORADA GUAÍBA VIAMÃO N Quilômetros Legenda: Homicídios / Acidentes de transporte / Suicídios Santos,S.M., 1999 Porto Alegre

40 Geoestatística: stica: Krigeagem e Simulação N Imagem da variância de krigeagem relativa ao teor de argila N Imagem do modelo espacial do teor de argila proveniente de um modelo de krigeagem isotrópico

41 Análise de Padrão de Áreas - Média Espacial Móvel A figura abaixo ilustra um exemplo do uso do estimador de Média Espacial Móvel para o percentual de idosos (mais que 70 anos) na cidade de São Paulo. Estes dados são indicadores da grande disparidade social da cidade, com grande variação entre o centro (~8%) e a periferia (~menos 1%). Efeito de suavização Agrupamento estatístico stico Média Espacial MóvelM

42 Análise de Lineamentos

43 Análise Espacial - Mapas de Aptidão Mapa de Solos Mapa de Aptidão Mapa de Declividade

44 Mapa de Aptidão (Booleano) Linguagem de Análise Espacial - Legal // Programa para creación de un mapa de aptitud al la ocupación urbana { Tematico suelo ( Suelos ), decl( Pendient ), aptitud( Aptitud ); suelo = Recupere (Nombre= Mapa_Suelos ); decl = Recupere ( Nombre= Mapa_Pendientes ); aptitud = Nuevo(Nombre= aptitud_urbana,resx=30,resy=30,escala=25000); aptidao = Atribua(CategoriaFim= Aptitud ) { baja : decl.clase== >25% suelo.clase == Hidromorfico ; media : decl.clase == 2-5% && suelo.clase = Podzolico ; buena : suelo.clase == Latossolo && decl.clase == 0-2% ); }; }

45 Estatísticas por Aplicações

46 Estatísticas por Uso

47 Usuários do SPRING Abril dowloads 5% 1% Pesquisa e Pós-Graduação 1% 4% 1% Ensino de Graduação 5% Empresa de Serviços 31% Empresa - projetos internos 8% Ensino Secundário Governo Federal 10% Prefeitura Secretaria Estadual 13% 21% Organismo Internacional ONG Outros

48 Estatísticas por Países España 2494 Argentina 1805 Colombia 1387 México 920 Chile 650 Perú 590 Venezuela 355 Bolivia 320 Ecuador 268 Uruguay 195 Costa Rica 140 Paraguay 118 Total 9242 Países de Habla Hispánica

49 SPRING Evolução da Família SPRING desde SPRING SPRING SPRING SPRING SPRING SPRING 5.x o 6.x Desde 2004 a K2Sistemas está trabalhando no desenvolvimento e suporte do SPRING Linux e Windows

50 Problemas SPRING é disponibilizado como Freeware,, mas não é Open Source Desenvolvido e mantido praticamente só pelo INPE Demanda cada vez maior por novas funcionalidades específicas Falta de recursos humanos e financeiros para atender todos usuários Solução Novo paradigma de desenvolvimento de tecnologias de geoprocessamento baseada numa biblioteca disponibilizada com código c aberto: a TerraLib Aplicativos específicos são desenvolvidos em parcerias.

51 TerraLib Biblioteca para construção de aplicações para geoprocessamento

52 TerraLib Histórico 2001 Discussões sobre a construção da biblioteca 2002 Lançada a versão Lançada a versão Lançada a versão 3.0

53 TerraLib Biblioteca de software livre para GIS Coleção de funções de software Pode ser combinada para gerar programas executáveis Desenvolvimento pelo INPE e parceiros Disponível via Web Usuários acessam diretamente o repositório CVS Suporte via Escrita em C++ Compilada em Linux Uso de outras bibliotecas livres

54 TerraLib Aplicativo Java, C++ Funções Kernel Controle de Visualização Estruturas de Dados Espaço-Temporais Acesso aos Arquivos e SGBDs Drivers SGBD

55 Kernel Estruturas de dados espaço-temporais Suporte a projeções cartográficas Operadores topológicos y direcionais API para acesso a uma base de dados TerraLib Controle de visualização DPI é responsável para prover um Kernel estável, incorporando modificações e correções recomendadas por seus parceiros e usuários em geral.

56 Padrões Utilizados Produto Paradigma Linguagem Ambiente Alvo Ferramentas SITIM/SGI Programação Algorítmica C DOS Visual C SPRING Programação orientada-aobjetos C++ Windows, Linux Visual C++, SQL,Qt TerraLib Programação C++ Linux, multiparadigma Windows Visual C++, GNU C++, Qt, SQL

57 Aplicações com tecnologia TerraLib TerraView 3.0 Visualização e Análises de Dados Espaciais Produto: : INPE/DPI Algoritmos Kernel Parceria INPE/LESTE GPL Release 14 de Maio,,

58 TerraView TerraView Ambiente simples de visualização Está também disponibilizado como um executável Desenvolvimento na DPI Exemplo de uso da biblioteca TerraLib

59 SigMun Funcate Construção de aplicativos para atualização, consulta e navegação em uma base de datos georeferenciada relacionadas com Cadastros Municipais Implementações São Sebastião, Ilhabela, Ubatuba, Caraguatatuba, São José dos Campos São Bernardo do Campo, Santos, Cachoeiro do Itapemirim Mirasol, Avaré, Feira de Santana, Estado da Bahia Geopolis (50)

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62 TerraCrime Aplicativo com Análises para Segurança a PúblicaP Ministério da Justiça SENASP Produto: : INPE/DPI e LESTE/UFMG

63 TerraStat Biblioteca de procedimentos estatísticos espaciais avançados em C++ Parceria INPE/DPI e UFMG Leste TerraStat : (Algoritmos TerraLib) é um conjunto de algoritmos para clusters espaçotemporais através de métodos estatísticos e outras soluções, implementadas em C++ e incorporadas como algoritmos do TerraLib

64 Tecgraf Parceiro estratégico Testador e colaborador efetivo do Kernel InfoPae Planos de emergencia para refinarías Viewer : ferramentas de impresão e geração de cartas a partir de um banco de datos TerraLib

65 Projeto Saudável Tecnologias de Informação Espacial em Apoio ao Controle Epidêmico Experimento em andamento em Recife-Pe Alimentando um banco de dados TerraLib Visualização e consulta via TerraView

66 Integração com R: GCEA - UFPR Grupo de Estatística Computacional e Espacial Aplicadas art ( API R-TerraLib) : integração entre o software R e a TerraLib combinando informações estatísticas e geoespaciais myr : biblioteca C++ para acessar funcionalidades R

67 O Modelo Caixa-Branca Resultados = Software + Metodologia + Capacitação Software concentrar em aspectos inovadores e apropriados ao usuário Metodologia Traduzir conceitos em procedimentos operacionais Capacitação tecnologia como parte da formação de recursos humanos

68 Conclusões SPRING se mantém como um software SIG de uso geral com aplicações principais em mapeamentos, análises padrões, educação em geoprocessamento, etc... TerraLib e suas aplicações tem se mostrado uma experiência instrutiva quanto al desenvolvimento de software livre, open source. Parcerias são fundamentais. Acreditamos que seja possível criar "cascas" sobre a TerraLib que obedeçam as especificações OpenGIS naquilo que seja conveniente e necessário. Serve de ambiente de desenvolvimento de soluções comercias e, ao mesmo tempo, atende as necessidades da comunidade científica (dissertações, teses, etc...)