IGOT. SIG & DR Sistemas de Informação Geográfica e Detecção Remota

Transcrição

1 SIG & DR Sistemas de Informação Geográfica e Detecção Remota

2 Operações de sobreposição de mapas e reclassificação 1.Tipos de operações de análise espacial em modelos raster 2. Operações de sobreposição 3. Processos de reclassificação 4. Exercício

3 Análise espacial Uso de Sistemas de Informação Geográfica (SIGs) para análise de dados. Obter nova informação a partir da existente. O utilizador selecciona: Dados apropriados (neste caso em formato raster) Técnicas apropriadas para manipular os dados

4 Porquê modelos raster? Dados vectoriais Interpretação e visualização de informação existente Precisão posicional importante (p. ex. localização de elementos específicos no espaço) Dados raster Processamento geográfico para obter nova informação Precisão posicional é menos importante (p. ex. quantificação aproximada de áreas ou análise regional)

5 Operações em modelos matriciais Funções locais Funções focais Funções zonais Funções globais

6 Operações em modelos matriciais IGOT Operações locais Designam-se por funções locais as funções obtidas por combinação dos valores de uma ou mais matrizes com a mesma posição na matriz. Operações focais ou de vizinhança As funções focais têm em consideração não somente o valor de uma célula isolada mas também os valores das células situadas numa vizinhança próxima, definida em geral por uma janela. Operações zonais As funções zonais são semelhantes às funções focais, com a diferença de a vizinhança não ter uma forma fixa, podendo a zona ser definida numa outra matriz. Assumindo uma matriz, calculam para cada célula uma determinada função ou estatística usando o valor dessa célula e de todas as que pertencem à mesma zona. Operações globais Funções globais calculam uma matriz de saída de em que o valor de cada local de célula de saída é potencialmente uma função de todas as células no conjunto de dados da matriz de entrada.

7 Reclassificação Distâncias Operações locais Reclassificação Uso do solo Reclassificação

8 A B B B D C A A B A A B A = 1 B = 0 C = D B A A D = A B B B D C A A B A A B A = A B = A C = C A A A A C C A A A A A A D B A A D = C C A A A Índices de Fertilidade 1 10 = Baixo (B) = Médio (M) = Alto (A) A B B B A A B B M M B B M M M M B B M A Caracterização do Solo A A A I B A M C B (Argila Barro) = A (Apropriado) A A I I M A M C A A C C M (Margas) = A (Apropriado) A (Areia) = I (Inapropriado) C (Cascalho) = I (Inapropriado) A I A I I I I I

9 Reclassificação Uso do solo Cria-se um novo mapa alterando-se os valores do mapa original Operação local Carta CORINE Uso do Solo Exemplo: Associar um valor binário (0 ou 1) a um mapa, para criar uma máscara de uma área de interesse Vinha / olival, floresta, matagal = 1 Outros = 0 Legenda CORINE Máscara vegetação arbórea Legenda CORINE com máscara sobreposta

10 Reclassificação Uso do solo Carta CORINE Uso do Solo LEGENDA ANTIGA Habitação RECLASSIFICAÇÃO Urbanizado Industria e Transportes Pedreira / Lixeira Parque Cereais Agricultura Vinha / Olival Agricultura mista Floresta Vegetação natural Matagal Solo descoberto Pântanos Sapais Água doce Zona Húmida Água Legenda Completa Legenda Reclassificada

11 Reclassificação Uso do solo Exemplo: Carta CORINE Uso do Solo Associar valores numéricos a classes de um mapa qualitativo, transformando-o num mapa quantitativo Potencial de erosão do solo por classe de uso do solo Mínimo: 0-0,05 (urbanizações, matagais, zonas húmidas) Intermédio: 0,05-0,1 (olivais, vinhas, florestas) Máximo: 0,1-0,4 (agricultura, solo descoberto) Legenda Corine Potencial de erosão

12 Operações locais Álgebra de mapas Álgebra = 5 Álgebra de Mapas =

13 Álgebra de mapas Adição, média, subtracção = + = ( + ) / 2 = - Multiplicação, divisão = x =

14 Sobreposição Operações aritméticas em duas matrizes de igual dimensão Operação local Uma das operações mais usadas em SIG Multi-Risk

15 Sobreposição - Precipitação acumulada (INAG) Precipitação (mm) Estação Húmida (Novembro a Abril) Estação Seca (Maio a Outubro) Total Anual =

16 Sobreposição - Índice de aridez (INAG) Precipitação anual (P) Necessidades hídricas anuais da vegetação (ETP) Índice de Aridez para a Vegetação (P/ETP) Precipitação (mm) ETP (mm) = P/ETP Húmido Transição Árido

17 Sobreposição - Alteração à Normal (INAG) Ano Seco Ano Normal Detecção de alterações: Alterações à precipitação num ano seco (%) x 100 = Precipitação (mm) % 70 % 60 % 50 %

18 Operadores lógicos = se > = se <

19 Sobreposição - Produtividade agrícola Uso do Solo Tipo de Solo Produtividade do solo para cereais SE Uso <> cultivo de cereais ENTÃO Produtividade = Nula SE Uso = cultivo de cereais & Solo = Barro ENTÃO Produtividade = Elevada & Solo = Calcário OU Solo = Mediterrânico ENTÃO Produtividade = Média & Solo = Esquelético ENTÃO Produtividade = Baixa Tipo de solo Barro Calcário Mediterrânico Esquelético Salino Classe de produtividade Elevada Média Baixa

20 Operações focais ou de vizinhança Declives Orientação das vertentes Filtros

21 Operações focais ou de vizinhança Nas operações de Bloco as vizinhanças são justapostas. O valor de output é igual em todas as células de um dado bloco. Nas operações focais existe uma janela móvel, i.e., as vizinhanças sobrepõem-se. Z = (Z1 * F1) + (Z2 * F2) + (Z3 * F3) (Z9 * F9)

22 Operações de vizinhança Filtros Uso de uma janela para calcular propriedades conjuntas de vários pixéis Operação de vizinhança local Utiliza-se para melhorar as propriedades da imagem Uso de um filtro de moda (valor mais frequente) com 3x3 pixéis para melhorar as propriedades da imagem

23 Operações de vizinhança Declive: inclinação calculada a partir de um mapa de altimetria Exposição: orientação geográfica do declive (Sul, Nordeste, etc.) Operação de vizinhança local diferença de altitude entre os pixéis Declive = x 100 distância entre os pixéis (resolução) Calcular o declive em todas as direcções 2% 11% 9% 2% 0 8% 6% 3% 3% Declive médio = 6 % Exposição = Norte (direcção do declive máximo)

24 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 1/9 (Onde: 1/ ) (a soma dos valores equivale a 1)

25 Como funcionam os filtros Janelas móveis (3x3 células) É atribuído o valor à célula central da janela Júlia Seixas, 2006 FCT UNL

26 Como funcionam os filtros Exemplo: filtro da média Output = 1/9*43 + 1/9*49 + 1/9*48 + 1/9*43 + 1/9*50 + 1/9*65 + 1/9*12 + 1/9*14 + 1/9*9 = 37 O filtro move-se 1 pixel para a direita (quadrado azul) e fazer DN = 1/9*( ) = 38.6 e novamente.. = 1/9*( ) = 38.4 Júlia Seixas, 2006 FCT UNL

27 Operações zonais IGOT Algumas funções zonais (tipo I) nas quais as zonas são definidas por um valor isolado permitem obter estatísticas ou quantificar as características da geometria das zonas de input. Outras funções zonais (tipo II) nas quais as zonas são definidas através de uma segunda matriz permitem obter estatísticas ou preencher zonas específicas com valores da matriz de input.

28 Operações em regiões IGOT Área e Perímetro Usado para obter uma ideia da forma da região Operação em regiões Uso de solo no Guadiana em 1991 (imagem de satélite) Relação perímetro / área Círculo Campo agrícola Vegetação natural

29 Área (célula = 1mx1m) Perímetro (célula = 1mx1m) VALUE AREA PERIMETER THICKNESS XCENTROID YCENTROID MAJORAXIS MINORAXIS ORIENTATION

30 Estatísticas Majority Maximum Mean Median Minimum Minority Range STD Sum Variety

31 =14

32 Mínimo

33 Zonas (também podem ser entendidas como blocos) IGOT MÉDIA VALOR CENTRAL MODA

34 Funções globais Funções de posição - Alocação euclidiana - Distância euclidiana - Buffer Funções de posição e valor - Distância custo - Visibilidades - Interpolações

35 Funções globais Cálculo do grau de interacção entre dois elementos no espaço Caminho mais curto até um ponto, distância entre dois elementos, etc. Operação de vizinhança local Rede hidrográfica do Guadiana Distância mínima a uma linha de água Distância (m)

36 Funções globais Buffer Cria uma área a uma distância determinada de uma entidade Operação de vizinhança geral Áreas protegidas no Guadiana Serra de S. Mamede Áreas de limite à construção Parque Natural do Guadiana Sapal de Castro Marim Classe de Limitação Distância (Km) Máxima 10 Média 20 Mínima 30

37 Funções globais Visibilidade Determina, a partir da altimetria, as áreas visíveis a partir de um ponto Operação de vizinhança geral Altimetria Visibilidade de uma torre com 10 m de altura Altitude (m)

38 Problema: Quais as áreas com maior aptidão agrícola? Precipitação anual Necessidades hídricas da vegetação Altimetria Tipo de solo Aptidão agrícola

39 Exemplo de aplicação: Aptidão agrícola no Guadiana Solos Precipitação anual Necessidades hídricas anuais da vegetação Altimetria Tipo de solo Barro Calcário Mediterrânico Esquelético Salino Precipitação (mm) ETP (mm) Altitude (m)

40 Índice de Hidrologia do Solo Tipo de Solo Capacidade hídrica do solo Índice do solo para aptidão agrícola Reclassificação Reclassificação Água disponível para a vegetação (mm) (> 140 mm) 2 (< 140 mm) 1 (< 70 mm) Classe de aptidão agrícola

41 Índice Climático Precipitação anual Índice climático de aptidão agrícola Índice de aridez para a vegetação Necessidades hídricas anuais da vegetação Divisão Reclassificação 3 (clima húmido) 2 (clima de transição) 1 (clima árido) Classe de aptidão agrícola

42 Índice Topográfico Índice topográfico de aptidão agrícola Altimetria Declives Declives Reclassificação Classe de aptidão agrícola 3 (< 5 %) 2 (< 15 %) 1 (> 15 %)

43 Índice de Aptidão Agrícola Hidrologia do solo Índice de aptidão agrícola Adição Clima Aptidão agrícola 9 Topografia 7 5 3

44 Simulação de fenómenos com uma componente espacial explícita Modelo: simulação da realidade através de métodos matemáticos Usa-se para estimar informação difícil de medir no campo ou de calcular com álgebra de mapas Exemplo: Modelo MEFIDIS Simula a hidrologia e erosão Dados de entrada Precipitação Altimetria Uso de Solo Tipo de Solo MODELO Dados de saída Altura de Água Perda de Solo

45 Análise de uma área em formato raster 1. Discretização Estima as propriedades de um pixel em função dos seus atributos 2. Simulação Hidrologia = f (declive, solo) Erosão = f (hidrologia, declive, solo, coberto vegetal) Estima as propriedades de um pixel em função dos atributos da vizinhança 3. Distribuição A água e os sedimentos soltos por erosão movem-se na direcção da inclinação maior 1. Discretização f(x,y) Simulação Distribuição

46 17:00 18:30 20:00 21:30 23:00 0:30 2:00 3:30 5:00 6:30 8:00 9:30 11:00 12:30 Intensidade (mm/h) Precipitação Acumulada (mm) IGOT Erosão do solo (no fim de uma tempestade) Merceana Penedos P. Ac. Pond Precipitação (durante uma tempestade) MODELO 5 0 t(h) Altitude (m) km Altimetria Pedreira Zona urbana Floresta Vinha Trigo Vegetação rasteira Solo nú 3 km Uso de Solo Área social Litólicos Afloramento rochoso 3 km Hidromórficos Barros pardos Mediterrânicos pardos Mediterrânicos vermelhos ou amarelos Calcários pardos Calcários pardos para-barros Calcários vermelhos Aluvissolos e coluvissolos Perda de solo (ton/ha) 0, > 10 Tipo de Solo