Sistemas de Informação Geográfica II

Transcrição

1 Sistemas de Informação Geográfica II Complementos sobre modelação do relevo Alexandre Gonçalves DECivil - IST alexandre.goncalves@tecnico.ulisboa.pt

2 Representação do relevo Modelos TIN, GRID, Isolinhas Hillshade Como dados de base visibilidade, mod. hidrológica, etc Em análise morfométrica declive, orientação, iluminação, curvatura, extração de entidades, etc. Para visualização Vistas 3D, hillshade, etc. blogs.esri.com

3 Criação de modelos altimétricos Conversão a partir de outros formatos (ex. curvas de nível e pontos cotados) seguida de interpolação scanning (imagem) digitalização (vetorização) Por fotografia aérea imagens estereográficas Por scanning aerotransportado Por scanning de satélite Por sistemas globais de posicionamento (GNSS)

4 Grandezas que se obtêm a partir da altitude height aspect slope hillshading plan curvature feature extraction

5 Declive Declive (º) = q Declive (%) = dh/dp * 00 dh/dp = tan q dh Declive (º) = 30 Declive (%) = 58 dp dz dx (a 2d g) - (c 2f 8 * espaç_x i) dz dy (g 2h i) - (a 2b 8 * espaç_y c) a b c d e f g h i dh dp dz dx 2 dz dy 2 decl (º) arctan dh dp

6 Orientação Direção de maior declive descendente dz dy dz dx arctan dz dz / / dx dy

7 30 a b c d e f g h i Exemplo 45.2 o dz dx dz dy (a 2d g) - (c 2f 8 * espaç_x i) (80 2*69 60) (63 2*56 24) 8* (g 2h i) - (a 2b c) 8 * espaç_y (60 2*52 48) (80 2*74 63) 8* Decl arctan( 0.40) 2 o Orient arctan o 80 o 45.2 o

8 Gradiente para os 8 vizinhos x,, r H H j i j i x H i-,j- i,j- i+,j- i-,j i,j i+,j i-,j+ i,j+ i+,j+ y,, r H H j i j i y H 2 2 x,, r y r H H j i j i xy H

9 Declive, como direção da descida mais íngreme Decl:

10 Parâmetros de caracterização ª derivada 2ª derivada Valor Declive Exposição / Orientação Curvatura Componente longitudinal Componente transversal

11 Curvatura Função focal: polinómio de 2.º grau, de 4.ª ordem Z = Ax 2 y 2 +Bx 2 y+cxy 2 +Dx 2 +Ey 2 +Fxy+Gx+Hy+I Pode ser decomposta nas componentes transversal e longitudinal, dada uma direção (profile / planform)

12 Classificação morfológica Forma Cume Festo Colo Plano Talvegue Depressão Descrição Convexidade local em todas as direções. Convexidade local ortogonal a uma direção sem concavidade/convexidade Convexidade local ortogonal a uma concavidade local Todas as direções sem concavidade / convexidade. Concavidade local ortogonal a uma direção sem concavidade/convexidade. Convexidade local em todas as direções. Plano Cume Festo Depressão Talvegue Colo PLANE PEAK PIT RIDGE CHANNEL PASS

13 Classificação morfológica / morfométrica Entidade 2 as derivadas Descrição Cume Festo Colo Plano Talvegue Depr. Convexidade local em todas as direções Convexidade local ortogonal a uma direção sem concavidade/convexidade Convexidade local ortogonal a uma concavidade local Todas as direções sem concavidade / convexidade Concavidade local ortogonal a uma direção sem concavidade/convexidade Concavidade local em todas as direções

14 Classificação morfológica Wood (998) Altitud e Classe

15 TPI - índice de posição topográfica diferença entre altitude de uma célula e a média numa dada vizinhança Weiss (200) TPI ( x) H( x) H( x ) / n ( x Viz ( x)) x i TPIstd( x) int(((( TPI( x) ) / ) 00) 2) i i

16 TPI índice de posição topográfica Weiss (200) Classe Descrição Valores TPI Vales em V (estreitos) e depressões 2 Vales de declive suave 3 Vales locais em tergos 4 Vales em U (largos) 5 Planícies 6 Meias-encostas 7 Planaltos e colinas de declive suave 8 Tergos de declive médio 9 Pequenas colinas e tergos 0 Tergos íngremes e cumes VP : TPI - VG: TPI - VP: TPI - VG: - < TPI < VP: TPI - VG: TPI VP: - < TPI < VG: TPI - VP: - < TPI < VG: - < TPI < Declive 5º VP: - < TPI < VG: - < TPI < Declive > 5º VP: - < TPI < VG: TPI VP: TPI VG: TPI - VP: TPI VG: - < TPI < VP: TPI VG: TPI Vale Tergo Meia-encosta TPI baixo TPI alto TPI médio Declive acentuado Tergo Vale Meia-encosta TPI alto TPI baixo TPI médio Declive acentuado Plano TPI médio Declive quase nulo Tergo TPI alto Vale TPI baixo Vale TPI baixo

17 TPI índice de posição topográfica

18 Índice de posição topográfica Sermin TAGIL and Jeff Jenness, GIS-Based Automated Landform Classification and Topographic, Landcover and Geologic Attributes of Landforms Around the Yazoren Polje, Turkey. Journal of Applied Sciences, 8:

19 Caracterização morfológica Sermin TAGIL and Jeff Jenness, GIS-Based Automated Landform Classification and Topographic, Landcover and Geologic Attributes of Landforms Around the Yazoren Polje, Turkey. Journal of Applied Sciences, 8:

20 Modelação hidrológica

21 Modelação hidrológica Contour width b Area defining concentrated contributing area at P P Specific catchment area is A/b Flow path originating at divide with dispersed contributing area A

22 Bacia hidrográfica

23 Drenagem a partir de um ponto

24 Modelação hidrológica Codificação das direções de escoamento em potências de 2 (algoritmo D8) ?

25 8 direções

26 8 direções

27 D Proporção que drena p/ cél. 4 é /( + 2 ) Dir. declive descend. + íngreme Proporção que drena p/ cél. 3 é 2 /( + 2 ) Dir. de drenagem Tarboton, D. G., (997), "A New Method for the Determination of Flow Directions and Contributing Areas in Grid Digital Elevation Models," Water Resources Research, 33(2): ) (

28 Área de drenagem com D Área de drenagem usando D8 (8 direções)

29 Rede hidrográfica

30 Área de drenagem (hip. ) a área de drenagem inclui a própria célula

31 Área de drenagem (hip. 2) a área de drenagem não inclui a própria célula

32 Linhas de água as células destacadas seriam classificadas como linha de água : excedem um limiar fixado

33 limiar de 500 cél. limiar de 000 cél.

34 Foz

35 Pits (depressões/poços) Um pit é uma (ou mais) célula(s) que não drena para nenhuma sua vizinha A criação de um MDT resulta em pits artificiais na superfície Se os pits não forem regularizados tornamse sumidouros e isolam partes da bacia hidrográfica Pit filling é a ª operação a ser realizada

36 Efeitos do pit filling

37 Rede hidrográfica

38 Troços de linhas de água Linhas de água Direções de escoamento Troços de linhas de água

39 Rede hidrográfica Cada linha tem um identificador único

40 Bacias hidrográficas

41 Bacias hidrográficas Troços entre confluências Acumulação de escoamento Células terminais de cada troço. Sub-bacias correspondentes a cada troço anteriormente identificado.

42 Vetorização das linhas de água Vetor Matricial

43 Vetorização

44 Área de drenagem

45 O que é um rio? MAP ALGEBRA (Script) Direção da menor das diferenças positivas, sujeita à restrição de que a célula de destino seja tributária da célula de origem. Direção da linha de água principal

46 Determinação do rio principal Linhas de água Direção da linha de água principal RIOS principal 2 e 3 - afluentes

47 Índice de humidade Função de: Quanta água corre na célula Quão rapidamente a água escoa ln [(área de drenagem+ ) / (declive%+ )] O índice é relativo (sem unidades) Valores mais altos: maior humidade Valores mais baixos: menor humidade

48 Calcular índice de humidade Calcular drenagem acumulada Calcular declive em % Usar o raster calculator

49

50 Curvatura Locais de curvatura convexa = locais de erosão Locais de curvatura côncava = locais de deposição Convexidade Perfil de curvatura positiva Declive a aumentar Erosão Concavidade Perfil de curvatura negativa Declive a diminuir Deposição

51 Output profile curve raster dataset. This is the curvature of the surface in the direction of slope. This is the curvature of the surface perpendicular to the slope direction. (ArcMap) Curvature

52 Curvature result convex concave

53 Modelação da visibilidade

54 Perfis q p a p f a q f pq p q, ) ) ( ( ) ) ( ( Po Aobs O P (visível) P 2 (não visível) P 3 (visível) S q p i p i i p a p f i f pi q p a p f a q f pq p p q,, :,, ) ) ( ( ) (, ) ) ( ( ) ) ( (

55 Algoritmo sequencial sobre perfil Z03 6 O

56 V Construção dos perfis V2 Modelo digital de terreno Linha de visibilidade V: alvo não visível Linha de visibilidade V2: alvo visível necessidade de rasterizar uma reta

57 rasterização de direções Bresenham

58 rasterização de direções R3 Q P

59 rasterização de direções R2 Q P

60 Branko Kaucic e Borut Zalik

61 Cheng e Shih

62 TIN: faces, arestas e nós

63 TIN:Critério de Delaunay

64 TIN: Topologia

65 TIN: Entidades Pontos de massa mass points Linhas de quebra Polígonos de corte Clip polygons Polígonos de eliminação Erase polygons Polígonos de substituição Replace polygons

66 TIN: Entidades As breaklines definem e controlam o comportamento da superfície topográfica em termos de continuidade e aderência a entidades do mundo real. As hard breaklines definem interrupções na triangulação e na suavização da função de altimetria e usam-se tipicamente para a representação de linhas de água, tergos, linhas de costa, contornos de edifícios, barragens, e outros, de abrupta mudança no valor da superficie. As soft breaklines usam-se para assegurar que valores conhecidos de cota ao longo de uma entidade linear são mantidos na TIN - mas não definem interrupções na suavidade da função de altimetria. A diferença é portanto a descontinuidade da função de declive

67 TIN vs. GRID vs. Isolinhas TIN Vantagens Capta formas do relevo Poucos triângulos para áreas planas Análise interna simples (declive, orient.) Desvantagens Análise com outros dados mais complexa GRID Vantagens Modelo conceptual simples Fácil de relacionar com outros dados em formato matricial Pode sempre interpolar-se Desvantagens Variabilidade do terreno sujeita à resolução Representação das entidades lineares

68 Isolinhas Vantagens Interpretação imediata + próximas = maior declive V encaixado = linhas de água Linha fechada = colina vale colina Desvantagens Sem modelo digital formal tergo Deve ser convertido para matriz ou TIN para análise Quando gerado a partir de pontos precisa de rotinas de interpolação que podem ser complexas