Software livre. Hydroflow 1.0. O lançamento - 01/set/2015

Transcrição

1 Software livre Hydroflow.0 O lançamento - 0/set/205

2 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)!

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

4 Elementos notáveis da rede Afluência/Foz Nascente Exutório

5 O que o Hydroflow faz? ) Associa à geometria das drenagens o respectivo fluxo de escoamento da água. 2) Hierarquiza uma rede de drenagem pelos métodos Strahler e Shreve.

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

7 ) Associar o fluxo à geometria Nem sempre a criação da linha de drenagem respeita o fluxo de escoamento...

8 2) Hierarquizar a rede - ex. Strahler Técnicas para agrupar canais para estudos hidrológicos e correlatos...

9 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

10 Para que o resultado do Hydroflow serve? Principais aplicação com a hierarquização: - Identificação explícita das nascentes e dos canais de ordem ; - 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, )

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

12 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!

13 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

14 Como o Hydroflow faz? O principal esforço é determinar a topologia: quem está conectado em quem?

15 Como o Hydroflow faz? Utiliza-se do algoritmo de varredura do plano (plane sweep) para determinar a topologia com eficiência.

16 Como o Hydroflow faz? Sabendo a topologia, o segredo é o exutório!

17 Ilustrativo exemplo do algoritmo... No início, se olha o exutório. Exutório

18 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Fase : o exutório é a única extremidade de drenagem que não toca em outra drenagem E não é uma nascente...

19 Ilustrativo exemplo do algoritmo... O fluxo do segmento que toca o exutório só pode ser um!

20 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Anda-se à montante. Em cada afluência duas drenagens confluem e outra diverge. Já sabemos quem diverge...

21 Ilustrativo exemplo do algoritmo... E se segue com a lógica, sempre andando à montante

22 Ilustrativo exemplo do algoritmo... E se segue com a lógica...

23 Ilustrativo exemplo do algoritmo... E se segue com a lógica...

24 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Todos os segmentos visitados quando se chega em todas as nascentes!

25 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Fase 2: retorna-se calculando a ordem (ex. Strahler)

26 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Anda-se agora à jusante. Primeiro os segmentos de ordem

27 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Se segue à jusante. Só se classifica um segmento quando todos aos seu montante estão classificados 2 2

28 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Se segue à jusante. Só se classifica um segmento quando todos aos seu montante estão classificados

29 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Se segue à jusante. Só se classifica um segmento quando todos aos seu montante estão classificados

30 Ilustrativo exemplo do algoritmo... Fim! Obs: o algoritmo não é exatamente assim por questão de desempenho

31 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.

32 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...

33 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? Passo - se gera uma superfície interpolada: ou se tem um MDT pronto (ex. SRTM)

34 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? Passo 2 - se remove as depressões (sinks) da superfície (passível de distorções) Passo 3 - Cálculo do D8 para direção de fluxo

35 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? Passo 4 - se calcula o acúmulo de fluxo

36 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? 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 rede Passo 7 - hierarquizar a rede Passo 8 - converter para vetor

37 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? Então se tem uma rede hieraquizada e com fluxo correto:

38 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? Mas essas drenagens são aproximadas, pois dependem do limiar de corte escolhido e não refletem as condições que resultam em drenagens reais!

39 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? Colocando as drenagens mapeadas em vermelho sobre as aproximadas:

40 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? 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 escoamento superficial possuem outras aplicações além desta que o Hydroflow cobre.

41 Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje? 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!

42 O que é preciso fornecer ao Hydroflow? ) 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.

43 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)

44 Vamos à demostração do Hydroflow!

45 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

46 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.

47 Obrigado pela atenção! Perguntas?? Contatos: Baixe o Hydroflow em: