Introdução aos Sistemas de Informação Geográfica Aula 9 Modelação do relevo Alexandre Gonçalves DECivil - IST alexandre.goncalves@tecnico.ulisboa.pt Modelação do relevo. Modelos Digitais do Terreno. Representação 3. Grandezas derivadas: Declive, Orientação, Posição topográfica, Visibilidades 4. Modelação hidrológica Direções de escoamento Áreas de drenagem Bacias hidrográficas Identificação de troços de linhas de água e do rio principal Classificação de linhas de água Modelos Digitais do Terreno Criação de modelos do relevo Modelos TIN, GRID, Isolinhas Como dados de base visibilidade, mod. hidrológica, cálculo de volumes, etc. Em análise morfométrica declive, orientação, iluminação, curvatura, extração de entidades, etc. Para visualização Vistas 3D, hillshade, etc. Hillshade blogs.esri.com Conversão de outros formatos (curvas de nível e pontos cotados) seguida por interpolação scanning (imagem) digitalização (vetorização) Usando fotografia aérea imagens estereográficas Usando varrimento aerotransportado Usando varrimento por satélite Usando posicionamento GNSS Representação Representação Matriz TIN C. nível + linhas de fluxo Pontos em espaçamento regular Pontos em espaçamento irregular Células regulares Tesselação irregular TIN Polylines/C. nível em: Longley, P. A., M. F. Goodchild, D. J. Maguire, D. W. Rind (), Geographic Information Systems and Science, Wiley.
Grandezas Declive height aspect slope altitude orientação declive hillshading plan curvature feature extraction iluminação curvatura extração de entidades Definido ou representado como Gradiente z (dz/dx, dz/dy) Vetor com componente x e y (S x, S y ) Vetor com magnitude (declive) e direção (exposição ou orientação) (S, α) Declive Orientação Declive (º) θ Declive (%) dh/dp * dh/dp tan θ dh Direção de maior declive descendente Declive (º) 3 Declive (%) 8 dp dz (a + d + g) - (c + f + i) dx 8 * espaç_x a b c d e f g h i dh dp dz dy dz dz + dx dy (g + h + i) - (a + b + c) 8 * espaç_y dh decl(º) arctan dp dz dy dz dx dz / dx arctan dz / dy Exemplos de cálculo 3 a b c 8 74 3 d e f 4. o 9 7 g h i 48 Decl.9 arctan(.4).8 dz (a + d + g) dx - (c 8 * espaç_x + f + i) (8 + *9 + ) (3 + * + 4) 8*3.9 dz (g + h + i) - (a + b + c) dy 8 * espaç_y ( + * + 48) (8 + *74 + 3) 8*3.39 +.39.9 Orient 34. 8.39 o.4 + 8 arctan o o o 4. Declive, como a direção da descida mais íngreme cálculo do gradiente para os 8 vizinhos Decl: 3 8 74 3 9 7 48 7 48.4 3 3 8 74 3 9 7 48 7. 3
Parâmetros de caracterização.ª derivada (variação).ª derivada (variação da variação) Valor Declive Exposição / Orientação Curvatura Componente longitudinal Componente transversal Caracterização morfométrica (morfológica) Objetivo: calcular os parâmetros para o ponto central para definir que classe morfométrica lhe corresponde Variações possíveis e ajuste de uma função contínua: Caracterização morfométrica (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. Índice de posição topográfica diferença entre o valor de altitude de uma célula com a média da grandeza nas células incluídas numa vizinhança previamente estabelecida Plano Cume Depressão Festo Talvegue Colo da comparação entre o valor do índice de posição topográfica baseado numa vizinhança pequena com o valor usando uma vizinhança grande pode-se determinar a que classe morfométrica pertence cada célula PLANE PEAK PIT RIDGE CHANNEL PASS Índice de posição topográfica Índice de posição topográfica Tergo Tergo Meia-encosta Classe Descrição s em V (estreitos) e depressões Valores TPI VP : TPI - VG: TPI - s de declive suave VP: TPI - VG: - < TPI < 3 s locais em tergos VP: TPI - VG: TPI TPI alto TPI baixo TPI médio Declive acentuado TPI alto TPI baixo 4 s em U (largos) VP: - < TPI < VG: TPI - VP: - < TPI < Planícies VG: - < TPI < Declive º VP: - < TPI < Plano Meias-encostas VG: - < TPI < Declive > º Tergo Meia-encosta VP: - < TPI < 7 Planaltos e colinas de declive suave VG: TPI VP: TPI 8 Tergos de declive médio VG: TPI - 9 Pequenas colinas e tergos VP: TPI VG: - < TPI < TPI baixo TPI alto TPI médio Declive acentuado TPI médio TPI baixo Declive quase nulo Tergos íngremes e cumes VP: TPI VG: TPI Sermin TAGIL and Jeff Jenness, 8. GIS-Based Automated Landform Classification and Topographic, Landcover and Geologic Attributes of Landforms Around the Yazoren Polje, Turkey. Journal of Applied Sciences, 8: 9-9.
Caracterização morfométrica (morfológica) Modelação da visibilidade Classificação do terreno em visível/não visível a partir de um ou mais observadores Vários algoritmos Perfis longitudinais esri.com Aobs O Po P (visível) P (não visível) P 3 (visível) S Sermin TAGIL and Jeff Jenness, 8. GIS-Based Automated Landform Classification and Topographic, Landcover and Geologic Attributes of Landforms Around the Yazoren Polje, Turkey. Journal of Applied Sciences, 8: 9-9. ( f ( q) + aq ) ( f ( p) + a p) pq pi q f ( i) ( f ( p) + a p ), i : i i < q Modelação hidrológica Direções de escoamento Áreas de drenagem Identificação de troços de linhas de água e do rio principal Classificação de linhas de água 8 direções Codificação em 8 direções Modelo mais simples, mas há outros 3 8 4 4 8? 8 direções Rede hidrográfica 4 4 8 4 8 4 8 4 8 4 4 4
Área de drenagem Linhas de água 4 3 3 3 3 4 a área de drenagem inclui a própria célula a área de drenagem não inclui a própria célula 4 3 3 3 3 4 3 4 3 4 Foz limiar de cél. limiar de cél. Como é que se determina? Pits (depressões/poços) Efeitos do pit filling 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
Rede hidrográfica Troços de linhas de água 3 3 4 4 4 3 4 4 Linhas de água 3 3 3 3 3 3 Direções de escoamento 8 8 8 4 4 Troços de linhas de água Rede hidrográfica Bacias hidrográficas 7 4 3 9 Cada linha tem um identificador único Bacias hidrográficas Vetorização das linhas de água Troços entre confluências Acumulação de escoamento Células terminais de cada troço. Vetorial Sub-bacias correspondentes a cada troço anteriormente identificado. Matricial
O que é um rio? Determinação do rio principal 3 9 39 3 4 3 7 3 3 3 3 Álgebra de mapas (só com programação) Linhas de água Direção da linha de água principal 3 8 3 8 8 8 3 8 3 4 3 3 3 8 3 8 8 8 3 8 3 4 3 3 Direção da linha de água principal Direção da menor das diferenças positivas, sujeita à restrição de que a célula de destino seja tributária da célula de origem. 3 3 3 RIOS