Fundamentos de Geoprocessamento. Operações de Análise Espacial

Transcrição

1 Fundamentos de Geoprocessamento Operações de Análise Espacial INPE - Divisão de Processamento de Imagens

2 Por que Álgebras? Falta de teoria de informação espacial em Geoprocessamento Software = desenvolvimento ad hoc ensino de SIG: ensino de sistemas Álgebra geográfica caracterização das operações de Geoprocessamento base conceitual para entendimento de SIG linguagem de manipulação e análise 2

3 Formalização de operações id nome CPF seleção projeção prod. cartesiano união e diferença SELECT nome FROM tabela WHERE CPF = 21 tabelas álgebra relacional linguagem SQL Operações sobre campos e geo-objetos? dados geográficos álgebra geográfica linguagem para SIG 3

4 Propriedades de álgebra geográfica Extensibilidade especializações de tipos básicos Quais tipos de dados? Operações sobre objetos complexos tipos atômicos (polígonos) e compostos (mapas) Completeza existe critério formal para operadores geográficos? 4

5 Álgebra geográfica objetos = op (campos) Álgebra de campos Álgebra de objetos Geo-campos Geo-objetos campos = op (objetos) Propriedades 5

6 Álgebra de geo-campos Pontuais reclassificação, fatiamento, classificação operações booleanas e aritméticas Locais função das variações locais da superfície filtragem em imagens, declividade em MNT Zonais função de uma zona delimitada por outro mapa altitude média de cada município do Ceará 6

7 Geo-campos - ponderação Transforma temático em numérico LA LV mapa de solos (tipo, peso): (LE, 0.35), (Aq, 0.6), (outros, 0.2) atribuição de pesos reflete a importância relativa de cada tipo de solo LE Aq

8 Geo-campos - fatiamento Transforma numérico em temático mapa de declividade (graus) declividade tema baixa baixa média acima de 20.0 alta média alta 8

9 Álgebra de campos: operações Reclassificação união de classes com atributos comuns generalização do conjunto espacial exemplo: classificação do Brasil em regiões 9

10 Operação booleana Entrada: campos temáticos ou numéricos Saída: campo temático Operações classe_saída = classe_1 (OU/NÃO/E) classe_2 adequada para análise qualitativa uso_adequado = {declividade=baixa E tipo de solo=le E tipo de cultura=café} 10

11 Álgebra de campos: operações Média ponderada combinar declividade e solo adequação = [2 * solo_ponderado + 5 * (1/declividade)] / 5 Funções matemáticas equação universal de perda de solo P = (erosividade) * (erodibilidade) * (declividade) * (comp. encosta) * (cobertura solo) * (índice proteção)

12 Geo-campos: operações zonais Dados mapas de solos e de declividade calcule a declividade média por tipo de solo LA LV LE Aq Mapa de solos (restrição) Declividade (dado de entrada) Máximo Zonal 12

13 Álgebra de geo-objetos Restrições sobre atributos seleção das cidades de Alagoas com mortalidade acima de 100% Restrições espaciais (relacionamentos) topológicas escolas municipais do bairro Jardim Satélite direção bairros a leste do rio Paraíba métricas hospitais a menos de 2km da via Dutra 13

14 Geo-campos geo-objetos 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 14

15 Intersecção espacial GM 2 TS 2 GM 1 VG 2 VG 1 VG 3 TS 1 GM3 geomorfologia vegetação solos TS 3 R-I R-II R-III idreg nome geom. veg solo R-III GM 2 VG 3 TS 2 R-IV R-V R-IV GM 3 VG 1 TS 1 R-VI 15

16 Geo-objetos geo-campos Mapas de distância restrições métricas a partir de geo-objetos regiões {a menos de 5km, entre 5km e 30km, a mais de 30km} do rio Nilo Reclassificação por atributos geo-campo com a distribuição espacial de um atributo de geo-objetos mapa temático da América do Sul com o crescimento demográfico anual de cada país dividido em classes ({0% a 2%, entre 2% e 3%, mais de 3%}) 16

17 Mapa de distâncias Egito Nilo Classes de distância ao rio Nilo Determine uma faixa de terra de 200 metros ao longo das margens dos rios 17

18 Reclassificação por atributos Crescimento demográfico de 0 a 2% a.a de 2 a 3% a.a mais de 3% a.a 18

19 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% 19

20 Análise espacial em MNT Fatiamento do MNT Mapas de declividade e aspecto Cálculo de perfis Cálculo de volumes de corte e aterro Geração automática de drenagem Análise exploratória através de Krigeagem 20

21 Fatiamento do MNT Imagem MNT MNT fatiado 21

22 Declividade Grade de declividade Declividade fatiada 22

23 Cálculo de Perfis Definição de trajetórias 23

24 A linguagem LEGAL LEGAL - Linguagem Espaço-Geográfica baseada em Álgebra Operações campos booleanas, matemáticas, locais e zonais objetos seleção e junção espacial mistas intersecção espacial, mapas de distâncias, reclassificação por atributos 24

25 Álgebra de mapas em SIG Menus hierárquicos mais fáceis de usar menos flexíveis, auto-contidos Linguagens de comandos mais flexíveis tradução de ações em palavras automatização de sequências documentação de histórico 25

26 Linguagem de comandos Componentes Verbo (ação) Substantivo (elemento) Modificador (ajuste) Recupere Linha Horizontal 26

27 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); 27

28 Operadores pontuais Operadores unários (transformação) pondere: temático numérico fatie: numérico temático reclassifique: temático temático Operadores matemáticos numérico numérico Operadores booleanos temático ou numérico temático 28

29 Operador booleano Tematico mapa_solo ( Uso_solo ); Tematico mapa_apt ( Aptidao ); Numerico mapa_chuva ( Chuva ); mapa_apt = Atribua(CategoriaFim = Aptidao") { Boa : mapa_solo.classe == Le E mapa_chuva > 1500; Ruim : Default; }; 29

30 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); 30

31 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 31

32 Campos Objetos talhoes. NDVI = Atualize (ndvi, talhoes OnMap safra96); 32

33 Campos Objetos solos = Espacialize (utb. Solos OnMap unid); 33

34 Interface para álgebra de mapas Permite ao usuário expressar seus modelos de análise espacial Deve considerar a atividade cognitiva do usuário Aproxima o modelo mental ao modelo conceitual Faz uso de metáforas 34

35 Linhas de comandos e linguagens de programação Projetista usa o jargão do usuário como metáfora Usuário tem dificuldades em: memorizar um grande número de operadores escrever os comandos corretamente selecionar o operador certo para cada tarefa Documentação eficiente dos procedimentos e do modelo de análise 35

36 Menus e formulários Questionários eletrônicos seleção de operadores, operandos e para compor expressões através de listas de opções Não expressam o modelo de análise Não armazenam nem recuperam os procedimentos Auxiliam o usuário a escrever comandos corretos 36

37 Interfaces por manipulação direta Dados e operadores são representados por ícones usuário estabelece a sequência de procedimentos conectando os ícones Difícil manutenção de diagrama de modelos complexos Requer ajuda de formulários para informar parâmetros Representa bem o modelo de análise 37

38 AMO - Álgebra de Mapas orientada por Objetos Usa conceitos de OO para enriquecer semanticamente uma interface Aumenta a produtividade do usuário de LEGAL Documenta, armazena e recupera modelos Acelera o aprendizado do usuário novato Auxilia na disseminação da tecnologia de geoprocessamento 38

39 AMO - descrição 39

40 Seleção de mapas Selecionar dados banco de dados categoria projeto plano de informação Browser do BD-Geo 40

41 Seleção de operadores Selecionar operadores seleção livre seleção por contexto Configurável permite a inclusão de novos operadores 41

42 Edição de diagramas 42

43 Visualização do código 43

44 Configuração de comandos e variáveis 44