Elaboração de Mapas Utilizando GMT Generic Mapping Tools

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1 Sousa, Kate Tomé Dantas, Rafaela Cardoso Elaboração de Mapas Utilizando GMT Generic Mapping Tools. Brasília, 25 de Janeiro de Observatório Sismológico SIS/UnB. Coordenação Professora Mônica G. Von Huelsen Apoio na elaboração do Material Professora Mônica G. Von Huelsen Rosivania Linhares da Silva Alencar i

2 SUMÁRIO FIGURAS...iii 1. - INTRODUÇÃO Objetivo INSTALAÇÃO DO PROGRAMA ORGANIZAÇÃO DOS DADOS ESTRUTURA DE UM SCRIPT GMT Criar e mudar permissões de um script Entrada e saída de arquivos Conversão de arquivos shapefile para texto COMANDOS man # gmtdefaults gmtset Fontes Variáveis Linha de comando do GMT Saída do Arquivo > Parâmetros para maioria dos comandos psbasemap ps2raster pscoast psxy pstext awk project pslegend psimage REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...28 ii

3 FIGURAS Figura 1 Projeções existem no comando J. (Fonte: Assumpção, 2008)...12 Figura 2 Arquivo de saída com múltiplos segmentos...14 Figura 3 Mapa com escala e Rosa dos Ventos...16 Figura 4 Mapa fronteiras e cores diferentes entre onde há terra e água...18 Figura 5 Âncoras. (Fonte: Assumpção, 2008)...20 Figura 6 Mapa dos países da America do Sul e o Brasil separado em estados...21 Figura 7 Mapa final com legenda e logos da UnB e SIS...27 TABELAS Tabela 1 Tabela de configuração no GMT versão iii

4 1. - INTRODUÇÃO O projeto Generic Mapping Tool Versão é uma coleção de fonte aberta, composto por programas de linha de comando para manipulação e saída (geração de arquivos imagens ou PostScript) de dados geográficos. Muito útil quando se deseja montar rotinas (scripts) de processamento de dados. Pode-se manipular dados geográficos e cartesianos (incluindo filtragem, ajuste de tendência, gridding, projetando, etc) e produção de arquivo Encapsulated PostScript (EPS) ilustrações que vão desde simples gráficos XY através de mapas de contorno para artificialmente superfícies iluminadas e vistas em perspectiva 3-D. A combinação de GMT e shell script permite automatização de tarefas repetitivas, com possibilidades infinitas pois utiliza programação muito poderosa que facilita a integridade com outros programas em ambiente LINUX. Liberado sob a licença GNU General Public License, o GMT suporta várias projeções de mapa e possui dados de apoio, como rios e fronteiras políticas. Desenvolvido e mantido por Paul Wessel e HF Walter Smith com a ajuda de um conjunto global de voluntários, e é apoiado pela National Science Foundation Objetivo Relatórios Técnicos elaborados pelo Observatório Sismológico-SIS/UnB utiliza essa ferramenta na localização epicentral e para elaborar seus mapas. Para isso foi necessário criar vários arquivos scripts onde os mesmos são alterados para a construção de um novo layout. Nesta apostila encontram-se descrições dos principais comandos abordados durante o curso de extensão, onde especificamente estarão voltados para essa leitura e para os estudos nas rotinas utilizadas pelo SIS. A linha de comando está apresentada nesta apostila em negrito. 4

5 2. - INSTALAÇÃO DO PROGRAMA Para saber sobre os comandos, manual e exemplos visite o site: Para instalar o programa GMT. Basicamente é preencher um formulário online e rodar um script de instalação criado automaticamente pelo formulário ORGANIZAÇÃO DOS DADOS Os dados do GMT devem ser organizados de em forma de diretórios e o SIS organiza da seguinte forma: C:\Home\GMT dados_brasil relatorio_especial relatorio site_boletim curso_extensao o figura o sh Procure não utilizar acentuação, letras maiúsculas ou espaços. Todos esses diretórios se encontram no servidor como também em cada máquina. No diretório dados_brasil encontram-se vários arquivos, por exemplo: rios, limite político, estações, reservatórios, estruturas, geologia e outros. Esses são arquivos matriciais necessários para compor um mapa, por isso não devem ser excluídos. 5

6 4. - ESTRUTURA DE UM SCRIPT GMT O Shell é responsável por interpretar comandos do GMT inseridos pelo programador e executar uma determinada ação. Existem diversos tipos de shell: bash, csh, ksh, ash, etc. Utilizaremos o Bash que é uma camada que interliga o usuário com o sistema operacional. Seu nome vem de Bourne Again uma intertextualização com Bourne Shell, mais conhecido com sh. O sh foi o pioneiro dos shells, a partir dele vieram os outros. O Bourne shell foi escrito por Stephen Bourne um pesquisador da AT&T Bell Labs. Bash é compatível com o sh e provê algumas funcionalidades do csh e do ksh. Ele segue o padrão IEEE Posix shell e inicialmente foi escrito para ser o shell padrão do sistema GNU. Ele tem uma portabilidade boa, existem implementações pra sistemas Windows, MacOsX e, é claro, Linux e BSDs. Para usuários de Windows ele pode ser usado através do projeto Cygwin. Logo na primeira linha do script do GMT é indicado qual o tipo de shell que será utilizado no script. Exemplo: #!/bin/bash Criar e mudar permissões de um script Existem vários editores de texto no Linux, os mais populares são os vi, kate, Geany, Gedit, etc. Utilizaremos o gedit. Para executá-lo ou criar um novo arquivo abra o terminal na pasta GMT/curso_extensao/sh e digite gedit nome_arquivo.sh. No Linux os arquivos têm permissões de acesso. Um arquivo pode ser lido, gravado ou executado. O arquivo que acabamos de criar ainda não pode ser executado. Para transformá-lo em um arquivo executável utilize o seguinte comando no terminal: chmod a+x nome_arquivo.sh 6

7 4.2 - Entrada e saída de arquivos O GMT interpreta os seguintes formatos de arquivos: ASCII em colunas (X,Y,Z),.dat,.txt,.csv ou outros. grd ou netcdf utilizados em imagem como TOPO2, SRTM Os mapas serão gerados em formato postscript ou encapsulated postscript, podendo ser convertidos para outros formatos (jpeg, bmp, png etc.) Conversão de arquivos shapefile para texto Arquivos shps podem ser convertidos para texto utilizando ferramentas de diversos programas um deles é o programa proprietário Didger. 7

8 5. - COMANDOS man O comando mais importante, pois é o Manual do GMT. Para acessar deve-se digitar no terminal o man e o comando, exemplo: man pstext # Um bom script deve conter comentários em cada linha, pois ela permite otimizar e facilita a leitura para outros operadores, descreve o que o programa faz, pode obter valiosas informações com um simples comentário. Toda linha comentada começa com # # Script para gerar mapa do Brasil # Autoras: Kate & Rafaela gmtdefaults Comando que mostra quais os parâmetros utilizados pelo GMT. -D como padrão -L em vigor gmtdefaults L # GMT-SYSTEM Defaults file # # Plot Media Parameters PAGE_COLOR = 255/255/255 PAGE_ORIENTATION = landscape PAPER_MEDIA = a4 # Basemap Annotation Parameters

9 ANNOT_MIN_ANGLE = 20 ANNOT_MIN_SPACING = 0 ANNOT_FONT_PRIMARY = Helvetica ANNOT_FONT_SIZE_PRIMARY = 14p ANNOT_OFFSET_PRIMARY = 0.2c ANNOT_FONT_SECONDARY = Helvetica ANNOT_FONT_SIZE_SECONDARY = 16p ANNOT_OFFSET_SECONDARY = 0.2c DEGREE_SYMBOL = ring HEADER_FONT = Helvetica HEADER_FONT_SIZE = 36p HEADER_OFFSET = 0.5c LABEL_FONT = Helvetica LABEL_FONT_SIZE = 24p LABEL_OFFSET = 0.3c OBLIQUE_ANNOTATION = 1 PLOT_CLOCK_FORMAT = hh:mm:ss PLOT_DATE_FORMAT = yyyy-mm-dd PLOT_DEGREE_FORMAT = +ddd:mm:ss Y_AXIS_TYPE = hor_text # Basemap Layout Parameters BASEMAP_AXES = WESN BASEMAP_FRAME_RGB = 0/0/0 BASEMAP_TYPE = fancy FRAME_PEN = 1.25p FRAME_WIDTH = 0.2c GRID_CROSS_SIZE_PRIMARY = 0c GRID_PEN_PRIMARY = 0.25p GRID_CROSS_SIZE_SECONDARY = 0c GRID_PEN_SECONDARY = 0.5p MAP_SCALE_HEIGHT = 0.2c POLAR_CAP = 85/90 TICK_LENGTH = 0.2c TICK_PEN = 0.5p X_AXIS_LENGTH = 25c Y_AXIS_LENGTH = 15c X_ORIGIN = 2.5c Y_ORIGIN = 2.5c UNIX_TIME = FALSE UNIX_TIME_POS = BL/-2c/-2c UNIX_TIME_FORMAT = %Y %b %d %H:%M:%S # Color System Parameters COLOR_BACKGROUND = 0/0/0 COLOR_FOREGROUND = 255/255/255 COLOR_NAN = 128/128/128 COLOR_IMAGE = adobe 9

10 COLOR_MODEL = rgb HSV_MIN_SATURATION = 1 HSV_MAX_SATURATION = 0.1 HSV_MIN_VALUE = 0.3 HSV_MAX_VALUE = 1 # PostScript Parameters CHAR_ENCODING = ISOLatin1+ DOTS_PR_INCH = 300 N_COPIES = 1 PS_COLOR = rgb PS_IMAGE_COMPRESS = lzw PS_IMAGE_FORMAT = ascii PS_LINE_CAP = butt PS_LINE_JOIN = miter PS_MITER_LIMIT = 0 PS_VERBOSE = FALSE GLOBAL_X_SCALE = 1 GLOBAL_Y_SCALE = 1 # I/O Format Parameters D_FORMAT FIELD_DELIMITER GRIDFILE_SHORTHAND GRID_FORMAT INPUT_CLOCK_FORMAT INPUT_DATE_FORMAT IO_HEADER Tabela 1 Tabela de configuração no GMT versão = %lg = tab = FALSE = nf = hh:mm:ss = yyyy-mm-dd = FALSE gmtset Altera os parâmetros utilizados pelo gmtdefaults -L. gmtset PAGE_ORIENTATION PORTRAIT Fontes Geralmente o Linux vem codificado para UTF-8 e o GMT utiliza a ISOLatin1+, Standart+ ou ISO Portanto, é necessário configurar todos os programas (gedit e terminal) para Ocidental ISO e verificar no gmtset. 10

11 5.5 - Variáveis São os elementos que um programa manipula. Uma variável é um espaço reservado na memória do computador para armazenar um tipo de dado determinado. Variáveis devem receber nomes para poderem ser referenciadas e modificadas quando necessário. Tipos podem ser, por exemplo: inteiros, reais, caracteres, etc. As expressões combinam variáveis e constantes para calcular novos valores. #####VÁRIAVEIS #Nome do arquivo final saida=/home/training/gmt/curso_extensao/figura/brasil.png #Caminho para os arquivos DIR=/home/training/gmt/dados_brasil Linha de comando do GMT As linhas de comando do GMT seguem o seguinte padrão: psbasemap R-75/-35/-34/10 -JM15 -B5WSNE -Xc -Yc -O -K V >> mapa_brasil.ps [psbasemap] Comando para criar base do mapa. [ R-75/-35/-34/10 -JM15] [-O K] Parâmetros obrigatórios em uma linha R (grid), J(projeção), O(sobrepor), K(continue). [-B5WSNE -Xc -Yc ] Diversos parâmetros. [>> mapa_brasil.ps] Saída para um arquivo.ps Saída do Arquivo > Toda linha deve conter para onde as informações deverem ser processadas. A primeira contém sempre um único sina l >, as próximas devem conter dois sinais >>, o que significa que deve ser acrescentado mais informações ao mesmo arquivo. 11

12 5.8 - Parâmetros para maioria dos comandos São opções importantes que acompanhadas de um comando personalizam gráficos ou mapas. Existem muitos parâmetros que podem ser encontrados no man do comando Ex; man psxy. Abaixo serão encontrados os mais utilizados: -R Especifica a região de interesse. -Rlongitude oeste/ Longitude leste/latitude sul/latitude norte - J Seleciona a projeção do mapa e tamanho do mapa. Figura 1 Projeções existem no comando J. (Fonte: Assumpção, 2008) -B Define o intervalo do Grid do mapa. -B (valor do intervalo) (EixoX / EixoY /EixoZ) (.: Título :.)(W(anotação) ou w(sem anotação) S ou s E ou e N ou N.) 12

13 -X -Y Define a posição origem que o mapa deve ser plotado no mapa. -V Seleciona o modo detalhado, qualquer erro será impresso na tela. -W Define atributos para linhas ou contornos -W(Espessura),(Cor),(Textura) Espessura em pontos, centímetros ou inch Cor RBG ou nome da cor em inglês. Para facilitar utilize o programa xcolorsel, ele contém a barra de cores que podem ser utilizados no GMT. Textura, pode ser tracejada ou pontilhada - ou. Exemplo: -W0.5c,yellow,- -G Define cores de preenchimento. -Gcor -S Plota Símbolos. -S(símbolo)(tamanho) 13

14 - M Indica que o arquivo contém múltiplos segmentos e estão indicados pelo símbolo > Exemplo um arquivos.dat > > Figura 2 Arquivo de saída com múltiplos segmentos psbasemap Gera a base do mapa com grid (-R), projeção (-J), intervalos (-B), posição na folha ( X,-Y). Nesse mesmo comando pode ser inserido no mapa Escala ( L) e Norte (-T). 14

15 Exemplo: #Nome do arquivo final saida=/home/kate/gmt/curso_extensao/figura/teste.png #Limites do mapa minlon=-75 maxlon=-35 minlat=-34 maxlat=10 #Limite do mapa R="$minlon/$maxlon/$minlat/$maxlat" #Rosa dos ventos Calculo posição a partir da Lat/Long rosex=`echo "scale=0; $minlon + 4" bc` rosey=`echo "scale=1; $maxlat - 4" bc` rsize=1.5 rtipo=2 #Escala Posição X,Y,Escala calculada no Centro do Mapa, Escala 500km X=13 Y=2 CM=-15 E=500 #Mapa Base psbasemap -R$R -JM15 -B5WSNE --ANNOT_FONT_SIZE=10 -Xc -Yc -K -V > $saida # Escala e Norte psbasemap -R -J -Lfx$X/$Y/$CM/$E --LABEL_OFFSET=5p -- LABEL_FONT_SIZE=10p -Tf$rosex/$rosey/$rsize/$rtipo --HEADER_OFFSET=0.2 --HEADER_FONT_SIZE=10p -O -K -V >> $saida 15

16 Figura 3 Mapa com escala e Rosa dos Ventos 16

17 ps2raster Converte um arquivo PostScript file(s) para outro formato. -A Exclui partes em branco do arquivo -T Define o formato de saída, onde b significa BMP, e EPS, f PDF, j Exemplo: significa JPEG, g PNG significa, G significa PNG transparente, m significa PPM, e t TIFF. #Transforma para jpg ps2raster -A -Tg $saida #imprimi na tela no programa eog (Visualizador de Imagens do GNOME) eog $saida pscoast Traça as massas de terra, água, bordas, fronteiras, e os rios. -S Preenchimento de cor onde for água -G Preenchimento de cor onde for Terra -N Imprime as fronteiras. N1= As fronteiras nacionais, N2 = fronteiras de um Estado dentro das Américas, N3 = fronteiras marítimas e Na = Todas as fronteiras (1-3) -D Seleciona a resolução do conjunto de dados (f)full, (h)high, (i)intermediário e (l)low. 17

18 Exemplo: pscoast -R -J -Ggray -W -N1 -Df -Slightblue -O -K -V >> $saida Figura 4 Mapa fronteiras e cores diferentes entre onde há terra e água psxy Plota linhas, polígonos, símbolos no mapa a partir de um arquivo separado ou no próprio arquivo executável. -SE -Sci Plota um semicírculo, o valor ser em km. Plota um círculo com o tamanho será o valor que está em Z a partir de um arquivo X,Y,Z 18

19 Exemplos: a) Plota polígonos em arquivo separado #Reservatorios psxy -R -J todos_reservatorios.dat -M -G50/190/238 -W0.05,50/190/238 -O -K -V >>$saida b) Plota símbolos em arquivo separado #Estações psxy estacoes.dat -R -J -St0.4c -Gblack -O -K -V >> $saida c) Plota símbolos no próprio arquivo executável #Plotar um sismo psxy <<END -J -R -Sa0.2C -Gred -O -K -V >>$saida END d) Plota semicírculos psxy -R -J -SE -W1 raios.dat -V -O -K >>$saida Arquivo raios.dat , , 0, 11, , , 0, 6, pstext Plota texto (strings) no mapa a partir de um arquivo separado ou no próprio arquivo executável. 19

20 Exemplo: #Plota os créditos pstext <<END -R0/1/0/1 -J -GDarkSlateGray -O >> $saida LT Mapa gerado pelo Observatório Sismológico da UNB / Brasil END -R Abre uma caixa onde será inserido o texto 0 Valor X no -R 0.01 Valor Y no R 8 Tamanho da Letra 90 Será impresso a 90º 0 Fonte da Letra LT Ponto de âncora Figura 5 Âncoras. (Fonte: Assumpção, 2008) 20

21 Figura 6 Mapa dos países da America do Sul e o Brasil separado em estados awk O awk é por si só um programa, sem interface com o Shell. A prova disso é que todo o seu escopo está compreendido entre apóstrofos, como em: awk {print $1} (NEVES, 2008) Utilizaremos juntamente com o GMT para reorganizar as colunas de um arquivo, selecionar partes, inserir novos dados ou realizar operações matemáticas. Esse arquivo de entrada deve ter formato XYZ, ou seja, em mapas utilizaremos bases como: sismos.dat, estacoes.dat, cidades.dat etc. 21

22 -F O primeiro passo é saber como é o dado original. (X,Y,Z) separados por, (espaço), ou / (tabulação). {print} Imprimir na devida ordem ou cálculos $ Número da coluna NR == Número da linha Exemplos: A) #Plota Somente algumas estações do arquivo awk -F" " '/TUCA/ {print $3, $2, $1}' $DIR/estacoes.dat > temp_est.dat awk -F" " 'NR == 169 {print $3, $2, $1}' $DIR/estacoes.dat >> temp_est.dat Comentários: Na primeira linha o awk buscará, no arquivo estações.dat, a linha onde houver a palavra TUCA e serão impressas somente as colunas 3, 2, 1 nesta ordem, ele também criará um novo arquivo temp_est.dat somente com esses dados. Na segunda linha o awk buscará, no arquivo estações.dat, a linha de número 169 e serão impressas somente as colunas 3, 2, 1 nesta ordem, ele acrescentará ao arquivo temp_est.dat somente com esses dados. 22

23 Arquivo de entrada estacoes.dat... TAQ TUC TUC TUC TUC TUC TUC TUCA TUCB VTF W Arquivo de saída temp_est.dat TUCA TUC4 B) #Plota somente algumas cidades Brasil awk -F"," '/TUCURUÍ,PARA/ {print $1,($2+0.03),10,0,1,6,$3}' $DIR/cidades.dat > Tuc_cidades.dat Comentários: Nesta linha o awk buscará no arquivo cidades.dat onde - colunas estão separadas por n, - linhas onde houver a palavra TUCURUÍ,PARA - será calculado a coluna inserido os valores 10,0,1,6, Arquivo de entrada cidades.dat , ,CRISTALANDIA DO PIAUI,PIAUI,, , ,LIMOEIRO DO AJURU,PARA,, , ,CAMETA,PARA,, , ,MOCAJUBA,PARA,, , ,BAIAO,PARA,, , ,TUCURUÍ,PARA,, , ,NOVO REPARTIMENTO,PARA,, , ,ITUPIRANGA,PARA,, 23

24 Arquivo de saída Tuc_cidades.dat TUCURUÍ project Comando utilizado para projetar linhas, arcos, pontos ao longo de uma linha. Muito utilizado para encontrar a localização de um sismo a partir da distância epicentral e o azimute do evento. -G Distância em graus -C Ponto Central -L Ponto inicial/final -A Azimute Exemplo: #Plota epicentro a partir do azimute reverso -G(Dist epicentral em graus) - C(Coord Est) -L(Ponto Inicial/Final) -A(Azimute) project -G C / A309 -L0/0.063 > ep1.dat awk 'NR == 2 {print $1,$2,1}' ep1.dat > ep2.dat psxy ep2.dat -R -J -Sc.13 -W.1 -Gred -O K >> $saida Comentários: Primeira linha projeta para o arquivo para o arquivo de saída ep1.dat Segunda linha elimina a primeira linha do arquivo de saída ep1.dat Terceira linha Plota o arquivo ep2.dat 24

25 pslegend Plota a legenda no mapa. -F Desenha uma borda em torno da legenda -Dx Posição da Legenda na Folha Xinicio/Yinicio/Xtamanho/Ytamanho/âncora N G Insere Colunas Espaço entre linhas S Adiciona uma linha na legenda. Argumentos: Distância da borda da legenda até o centro do símbolo Tipo de símbolo Tamanho do símbolo Cor do símbolo ou especificação do preenchimento Distância da borda da legenda para iniciar o texto O texto em si M Adiciona uma escala no mapa H Adiciona um título para legenda Argumentos Tamanho da fonte Tipo da fonte Texto V D Adiciona uma linha vertical Adiciona uma linha horizontal 25

26 Exemplo: #Legenda pslegend <<END -R -J -F -Dx15/-3.2/15/2.8/RB -Glightyellow -- ANNOT_FONT_SIZE=10 -O -K -V >> $saida N 3 S 0.2c t 0.5 black 0.2p 0.6 Estação Sismográfica S 0.2c a 0.2 red 0.2p 0.6 Sismo Principal S 0.2c c p,black 0.6 Raios: 11km e 6km G 0.3c D 2p H 12 Times-Roman Magnitude G 0.3c N 3 S 0.2c c 0.04 red 0.2p 0.6 1,0 S 0.2c c 0.18 red 0.2p 0.6 2,0 S 0.2c c 0.32 red 0.2p 0.6 3,0 END psimage Insere figuras (jpg, png etc) no mapa. -F Borda na figura -W Tamanho em centímetros da figura -E Tamanho em dpi da figura 26

27 Figura 7 Mapa final com legenda e logos da UnB e SIS 27

28 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSUMPÇÃO, Marcelo (2008). GMT: Gráficos, Mapas e Análise de Dados. Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas IAG/USP. NEVES, Julio Cezar (2008) Programação em Shell Linux. 7 ed. Rio de Janeiro. WESSEL, P. and SMITH, W. H. F. (1995). The Generic Mapping Tools (GMT) version Technical Reference & Cookbook, SOEST/NOAA, 61 pp. 28