cartografia de distribuição de espécies R e Google FUSION TABLES

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1 com QGIS Lyon (OS X ) R e Google FUSION TABLES TUTORIAL QGIS preparado por DCTMA - FCT - Universidade do Algarve nlourei@ualg.pt DOI: /RG última revisão: 26 Janeiro 2016 apresentação online com v cartografia de distribuição de espécies

2 SUMÁRIO O presente TUTORIAL QGIS apresenta uma sequência de procedimentos levados a cabo com o intuito de alcançar um objectivo simples: A produção de mapas de distribuição de espécies através de quadrículas UTM WGS84 e, particularmente, a sua apresentação online, em websites. Está baseado num case study concreto: região do Algarve quadrículas UTM WGS84 com 5 km de lado locais de observação das 53 espécies de libélulas e libelinhas (odonatas) de que há já registo na região Os procedimentos de preparação da informação a apresentar são, numa primeira fase, executados em QGIS; numa segunda fase, são-no em R, um software open source para estatística. A sua colocação online, num website, recorre às funcionalidades do Google FUSION TABLES. O presente TUTORIAL QGIS está dividido em quatro partes: 1. preparação da grelha de quadrículas UTM WGS84 2. preparação do limite do Algarve e de dois importantes Sítios RAMSAR 3. preparação da informação sobre a distribuição das espécies de odonatas 4. integração da informação no Google FUSION TABLES e apresentação online O presente TUTORIAL deve ser acompanhado da consulta de outro - preparação de mapas com quadrículas quilométricas UTM WGS84 para a apresentação em atlas de distribuição - que pode ser encontrado AQUI.

3 1. grelha UTM WGS84 2. limite do Algarve

4 grelha de quadrículas UTM WGS84 O primeiro procedimento é a criação de uma shapefile de polígonos com a grelha de quadrículas UTM WGS84 com 5 km de lado (25 km2) para a região do Algarve. Esta sequência de operações foi já descrita no TUTORIAL sobre o tema. Consequentemente, apresentam-se aqui apenas os passos principais e os resultados finais. O EPSG adoptado é o Para eliminar as quadrículas que não correspondem ao território algarvio adoptou-se a solução em que todas as quadrículas são quadrados completos (ver solução 2). Assim, foi necessário recorrer à funcionalidade v.select do GRASS... Parametrização da funcionalidade Vector >>> Research Tools >>> Vector Grid... Parametrização da funcionalidade GRASS v.select - Select features from vector map (A) by features from other vector map (B).

5 grelha de quadrículas UTM WGS84 Esta é a shapefile de quadrículas resultante: o Algarve ficou convertido em 250 quadrículas com 25 km2 cada uma. Recorrendo ao Field calculator é muito simples criar um novo campo cod_quadr com um número de ordem para a identificação de cada quadrícula. Recorrendo à funcionalidade do MMQGIS Google Maps KML Export é também possível criar um ficheiro *.kml para o Fusion Tables e que também pode ser visualizado no Google Earth.

6 grelha de quadrículas UTM WGS84 Parametrização da funcionalidade Google Maps KML Export... limite do Algarve A criação de um *.kml com o limite da região do Algarve (distrito de Faro) é efectuada da mesma forma...

7 3. distribuição das espécies

8 distribuição das espécies O segundo procedimento passa por uma consulta à base de dados sobre a Odonatofauna do Algarve e a exportação em formato *.csv de todos os registos disponíveis, para todas as 53 espécies. Esse ficheiro é depois carregado no projecto QGIS e convertido para shapefile com o EPSG Por fim é utilizada a funcionalidade Vector >>> Data Management Tools >>> Join attributes by location para associar a cada registo a quadrícula UTM WGS84 de 5 km em que o mesmo se insere... As tarefas seguintes são executadas na Tabela de Atributos com o Delete column e principalmente com o Field calculator. O objectivo principal é, por um lado, eliminar todas as colunas desnecessárias; por outro, criar uma coluna nova, com um ranking, e preencher quase automaticamente essa coluna. Parametrização da funcionalidade Vector >>> Data Management Tools >>> Join attributes by location RANKING (função de specimen(s) stage / behaviour) 1 - imago 2 - imagoes copula, imago(es) oviposition, imagoes tandem 3 - larva 4 - emergence, teneral, exuvia Parametrização da coluna ranking em função da coluna stage if( "stage" = 'imago', 1, 0) if( "stage" = 'imagoes copula' OR "stage" = 'imago(es) oviposition' OR "stage" = 'imagoes tandem', 2, 0) if( "stage" = 'larva', 3, 4)

9 distribuição das espécies coluna comum Tabela de Atributos das quadrículas UTM WGS84 de 5 km de lado, do Algarve (exemplo parcial) Esta tabela tem, assim, as coordenadas dos quatro vértices de cada polígono (quadrícula) e o número de ordem para a identificação simples de cada quadrícula (cod_quadr). Tabela de Atributos da base de dados com os registos das observações de odonatas (parc.) Esta tabela tem, na versão final, a indicação da espécie, do stage (coluna que não é utilizada por ter informação transposta para a coluna ranking), o número de ordem da quadrícula (cod_quadr) e o ranking (função do stage), para além de outras, como year, source e family.

10 distribuição das espécies O terceiro procedimento tem como ponto de arranque a exportação da tabela de atributos da base de dados sobre a Odonatofauna do Algarve para formato *.csv, o que pode ser efectuado com recurso à funcionalidade MMQGIS >>> Attributes Export to CSV File... do stage foi substituída (ou melhor, complementada) pelo ranking. Assim, o que se pretende agora é saber, para cada uma das 53 espécies: i. em que quadrículas existem registos de observações, e ii. para cada uma dessas quadrículas qual é o valor de ranking mais elevado. Será essa informação que será efectivamente utilizada para a preparação da cartografia a apresentar... Uma forma simples de responder às questões acima formuladas implica a utilização do R, um software open source para cálculo estatístico e representação gráfica poderoso e flexível. Para além do R, utilizar-se-á um package adicional designado de data.table. O interface do R é bastante simples, embora seja necessário proceder-se a uma programação passo a passo, com uma linguagem própria e nem sempre muito intuitiva mas em contrapartida alguns conhecimentos de R permitem o acesso a uma ferramenta de cálculo estatístico e representação gráfica com potencialidades quase inesgotáveis! O R pode também ser utilizado no QGIS. Para tal tem de ser aí configurado, em Processing >>> Options... Volta-se assim ao formato *.csv inicial, mas a informação das coordenadas geográficas foi substituída pela da quadrícula (cod_quadr) e a... no entanto, no presente exercício a análise é feita directamente em R, até porque o intuito final é preparar novos ficheiros *.csv, um por cada espécie, para importar para o Google FUSION TABLES.

11 distribuição das espécies Este é o programa (script) destinado a efectuar a análise agora necessária, para uma das espécies. Terá, naturalmente de ser replicado para as 52 restantes... mydata <- read.table(file="/desktop/odonata ALGARVE/Odonata database final csv", header=true, sep=",") attach(mydata) Cal_haemo <- subset(mydata, species=="calopteryx haemorrhoidalis", select = c(species, ranking, cod_quadr)) library(data.table) Cal_haemo dt <-data.table(cal_haemo) setkey(dt, "cod_quadr") X <-dt[, list(max=max(ranking)), by=key(dt)] X write.csv(x, "/Desktop/ODONATA ALGARVE/Cal_haemo.csv", row.names=false) Analisando agora em detalhe o script, linha a linha... mydata <- read.table(file="/desktop/odonata ALGARVE/Odonata database final csv", header=true, sep=",") Esta primeira linha permite estabelecer a localização e o nome do ficheiro de dados que irá ser utilizado para os cálculos. attach(mydata) Os dados são então carregados no ambiente de trabalho do R. Cal_haemo <- subset(mydata, species=="calopteryx haemorrhoidalis", select = c(species, ranking, cod_quadr)) Da totalidade dos dados é extraída uma sub-base de dados (subset), apenas com os registos da espécie Calopteryx haemorrhoidalis e desses registos apenas se seleccionando (select) as colunas (c()) de species, ranking e cod_quadr. Para simplificação de escrita no script, o subset designa-se Cal_haemo, em alternativa ao nome completo da espécie.

12 distribuição das espécies library(data.table) É carregado o package data.table. Cal_haemo Esta linha não é indispensável. Destina-se apenas a instruir o R para mostrar no seu ambiente de trabalho todo o subset Cal_haemo, de forma graficamente estruturada e que possibilite a visualização dos respectivos dados. dt <-data.table(cal_haemo) É estabelecida a tabela dt, a partir do subset Cal_haemo. setkey(dt, "cod_quadr") Na tabela dt é assumida como variável independente a coluna designada como cod_quadr. X <-dt[, list(max=max(ranking)), by=key(dt)] É estabelecido o elemento designado X, que é uma tabela de duas colunas, sendo a primeira a variável independente e a segunda o valor máximo (MAX) da variável ranking, para cada um dos valores de cod_quadr. X Esta linha, à semelhança da linha acima Cal_haemo não é indispensável. Destina-se apenas a instruir o R para mostrar no seu ambiente de trabalho o X, de forma graficamente estruturada e que possibilite a visualização dos respectivos valores. write.csv(x, "/Desktop/ODONATA ALGARVE/Cal_haemo.csv", row.names=false) Esta última linha determina que seja gerado e gravado um novo ficheiro *.csv, na Folder ODONATA ALGARVE que já existe no Desktop, e que esse ficheiro adopte o nome Cal_haemo.csv. O ficheiro terá apenas as duas colunas (cod_quadr e MAX), os respectivos cabeçalhos e não terá uma coluna com a indicação dos nomes (números) de cada linha. Este ficheiro final Cal_haemo.csv contém a resposta às duas questões antes colocadas...

13 Um excerto do subset Cal_haemo com as três colunas species, ranking e cod_quadr. O ficheiro Cal_haemo.csv final com as duas colunas cod_quadr e MAX. O elemento X com as duas colunas cod_quadr e MAX, e o número das linhas. Após concluído todo este procedimento em R, para a totalidade das espécies de libélulas e libelinhas, existirão na pasta indicada os 53 novos ficheiros *.csv, ou seja, um para cada espécie. Será a partir de cada um desses ficheiros que se irá preparar em seguida, utilizando também o Google FUSION TABLES, um mapa específico, onde estarão assinaladas as quadrículas onde há registos de presença da espécie e o valor do máximo ranking observado, em cada quadrícula...

14 4. Google FUSION TABLES

15 Google FUSION TABLES e a apresentação online... Depois de abrir uma tabela no Fusion Tables através do menu Import new table, o primeiro passo é importar o ficheiro *.kml criado antes, com as quadrículas UTM WGS84 de 5 km para o Algarve. Next O Google FUSION TABLES é uma app a que se acede a partir do Google Drive. Pode ser necessário activar a app através do submenu + Connect more apps Finish

16 Google FUSION TABLES e a apresentação online... cod_quadr Tabela da grelha de quadrículas UTM WGS84 com 5 km de lado. Seguidamente é necessário criar um conjunto de 53 tabelas FT, uma por cada espécie de libélulas e libelinhas, importando os ficheiros *.cvs gerados a partir dos procedimentos em R... Seleccionando Map of geometry é logo possível visualizar a grelha sobre o Google Maps ou Google Earth... Tabela Google FUSION TABLES do conjunto de registos das observações da espécie Calopteryx haemorrhoidalis (Cal_haemo), com o cod_quadr e o MAX. Os passos a seguir são os mesmos que foram já apresentados relativamente à grelha de quadrículas UTM. A importação de um *.kml ou um *.csv é igual.

17 Google FUSION TABLES e a apresentação online... Depois é feito o Merge das duas tabelas. Na tabela da grelha UTM WGS84 de 5 km, a partir do menu File, é seleccionada a opção Merge... selecção das colunas (todas) a transferir e incorporar na nova tabela (Merge)... Surge uma sequência de janelas para a parametrização da junção das duas tabelas, e para a criação de uma terceira, onde estará o resultado da junção das duas tabelas iniciais. A coluna cod_quadr é fundamental porque serve de ligação (source of match) entre as duas tabelas...

18 Google FUSION TABLES e a apresentação online... cabeçalho a branco para o que é proveniente de uma tabela; a amarelo para o da outra... nesta quadrícula há um registo... nestas quadrículas não há qualquer registo... Janela Rows é possível visualizar, consultar, editar e alterar os dados o botão Filter permite escolher um ou mais campos e depois, na coluna da esquerda, seleccionar a informação que se pretende consultar o submenu Edit permite fazer alterações nos dados... nestas quadrículas há registos...

19 para colocar o mapa Public on the web... Janela Map of geometry é onde é efectuada toda a parametrização dos mapas... o botão Filter, quando está seleccionado o campo MAX, permite escolher entre 1 e 4 como valores de ranking e deixando em branco as restantes quadrículas onde não há observações da espécie... Na sub-janela Configure map, em Feature map, existem dois menus principais: Change feature styles... e Change info window... Change feature styles... destina-se à configuração do mapa em si. Change info window... destina-se à configuração da janela pop-up que surge quando se clica sobre uma das quadrículas representadas. As opções de configuração dos menus Change feature styles... e Change info window... são muito intuitivas, numerosas e diversificadas e saem do âmbito deste TUTORIAL. Por isso não são aqui abordadas... Interessa apenas referir que as alterações são sendo gravadas primeiro com os botões Save e depois com o botão Done. Para que o mapa possa ser colocado online, num website, é necessário que a tabela Fusion Tables esteja: Por último, para inserir o mapa acima no website, o código HTML é obtido através de Tools >>> Publish...

20 Google FUSION TABLES e a apresentação online... No mapa já criado, todas as quadrículas são iguais. A sua informação e interpretação resume-se a duas hipóteses: não ocorre ou ocorre a espécie numa determinada parcela do território... Uma solução alternativa passa por se utilizar a coluna MAX para estabelecer uma hierarquia. A existência da coluna e a classificação atribuída a partir da coluna stage permite ampliar o número de hipóteses, de duas para cinco: não ocorre, ou foram observados adultos, ou adultos com comportamento reprodutivo, ou larvas, ou evidências várias de emergências. Cada uma destas situações tem significado biológico distinto, e que uma representação diferenciada poderá transmitir adequadamente! Para adoptar esta representação diferenciada, em Configure map >>> Feature map >>> Change feature styles... é necessário escolher Polygons >>> Fill color. Fica então activa a funcionalidade Gradient. Na janela basta depois escolher a coluna MAX, a amplitude de valores (a opção use this range permite escolher automaticamente entre o mínimo e o máximo) e atribuir cores para cada uma das classes. No final, Save e Done. A parametrização e configuração da janela pop-up é feita em Configure map >>> Feature map >>> Change info window...

21 Google FUSION TABLES e a apresentação online... Mas antes de colocar o mapa online, no website, é ainda possível recorrer a uma outra funcionalidade das FUSION TABLES, relacionada com a utilização de distintas layers em simultâneo... Neste case study, e porque o website é sobre a região do Algarve, vai utilizar-se o limite administrativo do distrito de Faro como layer adicional. Vão também assinalar-se dois Sítios RAMSAR: a Ribeira do Vascão e os Sapais de Castro Marim com alguma importância para a fauna odonatológica algarvia. Para a apresentação em simultâneo e online de várias layers basta recorrer ao Fusion Tables Layer Wizard, a que se acede através deste LINK. Vão utilizar-se quatro mapas Fusion Tables: 1. limite distrito 2. RAMSAR Vascão 3. RAMSAR Castro Marim 4. Merge of grid 5 km UTM WGS84 and Cal_haemo As quatro tabelas, nas janelas Map of geometry, estão em configuração final e Public on the web. Os Embed link que se vão inserindo no Wizard, em 1. Add map layers, são obtidos em cada uma das quatro tabelas iniciais, através do Menu: Tools >>> Publish...

22 Google FUSION TABLES e a apresentação online... A primeira parte da parametrização do Fusion Tables Layer Wizard... Os quatro mapas vão sendo adicionados um a um, através do botão Add Layer e do Embed link. As segunda e terceira partes da parametrização do Fusion Tables Layer Wizard... O Preview, onde se fazem os ajustamentos da escala, permite ver como está a ficar o resultado final!

23 Google FUSION TABLES e a apresentação online... A quarta e última parte do Fusion Tables Layer Wizard... O código HTML com toda a programação do mapa que foi criado. É esse código que deve ser copiado e colado no backoffice do website ou blog, para que fique depois online... O código HTML pode também ser copiado para um editor de texto, gravado com extensão *.html e, depois, aberto numa página web isolada, para simples visualização e validação...

24 Google FUSION TABLES e a apresentação online... Para, na mesma webpage, apresentar mais do que um mapa preparado com o recurso ao Fusion Tables Layer Wizard é necessária alguma edição HTML, nomeadamente alterando a designação genérica map-canvas por map1-canvas, map2-canvas... O mapa e a janela pop-up na sua forma final e já online no blog: FIM

25 ligações úteis QGIS (Quantum GIS) - ligação QGIS PT (grupo de utilizadores de QGIS em língua portuguesa) - ligação Grupo português do Open Source Geospatial Foundation - OSGeo (OSGeo PT) - ligação The R Project for Statistical Computing - ligação tutoriais oficiais Google Fusion Tables - iniciação - ligação tutoriais oficiais Google Fusion Tables - avançado - ligação Fusion Tables Layer Wizard - ligação blog Odonata in the Algarve - ligação Convenção de RAMSAR - ligação Universidade do Algarve - ligação QGIS - tutoriais by nsloureiro.pt - ligação Se tiver dúvidas, quiser fazer sugestões ou recomendar alterações não deixe de contactar!