Universidade do Estado de Santa Catarina Departamento de Engenharia Civil Operações de Consulta e Análise Espacial Profa. Adriana Goulart dos Santos
O que é o LEGAL? Ferramenta que possibilita a realização de análises espaciais através de álgebra de mapas. A análise espacial utiliza os atributos espaciais e não espaciais das entidades gráficas armazenadas na base de dados espaciais para fazer simulações sobre os fenômenos do mundo real. 2 A álgebra de mapas é implementada através do LEGAL (Linguagem Espacial para Geoprocessamento Algébrico), uma linguagem de consulta e manipulação espacial que realiza operações sobre dados dos tipos MAPA TEMÁTICO, MODELO NUMÉRICO DE TERRENO e IMAGEM.
A linguagem LEGAL LEGAL - Linguagem Espaço-Geográfica baseada em Álgebra Quais são as operações da álgebra de mapas disponíveis? campos booleanas, matemáticas, locais e zonais objetos seleção e junção espacial mistas intersecção espacial, mapas de distâncias, reclassificação por atributos 3
Qual é a estrutura de um 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); 4
Operadores pontuais Operadores unários (transformação) pondere: temático numérico fatie: numérico temático reclassifique: temático temático Operadores matemáticos numérico numérico Operadores booleanos Temático, imagem ou numérico temático 5 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Tematico mapa_solo ( Solos ); Operador booleano Tematico mapa_apt ( Aptidao ); decliv ( Declividade ) { // Parte 1 - Declaracao Tematico solos ("Solos"), aptidao ("Aptidao"), decliv ("Declividade"); // Parte 2 - Instanciacao decliv = Recupere(Nome = "Decliv94"); solos = Recupere (Nome = "Solos94"); aptidao = Novo (Nome = "apt94", ResX=50, ResY=50, Escala = 50000); // Parte 3 - Operacao aptidao= Atribua { "Boa" : (solo.classe == "LatossoloRoxo" && decliv.classe == "O-3"), "Media" : (solo.classe == "LatossoloVermAm" && decliv.classe == "3-8"), "Inapto" : (solo.classe == "AreiaQuart" && decliv.classe == ">8"); 6 }
Exercício 4.3 Operações de Inferência Geográfica com LEGAL Cruzamento Booleano Cruzamento por média ponderada 7 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Geo-campos - reclassificação Reclassificação: mudança de atributos Por exemplo, a operação: "Para todos os países da América do Sul, gere um geo-campo temático com o crescimento demográfico de cada país, dividido em classes: { (de 0 a 2% ao ano), (de 2 a 3% a.a.), (mais de 3% a.a.)}." 8
Geo-campos - reclassificação O programa em LEGAL é dado por: { // Parte 1 - Declaracao Objeto pais ("Paises_America_Sul"); Atributo popul("paises_america_sul", "popul"); Cadastral map_as ("Mapa_Paises"); Tematico mapa_pop ("Densidade_Populacao"); Tabela fatia (Fatiamento); // Parte 2 - Instanciacao mapa_as = Recupere (Nome = "Mapa_America_Sul"); mapa_pop = Novo (Nome = "Pop_America_Sul", ResX=100, ResY=100, Escala=10000000,Repres= Vetor); fatia = Novo ( CategoriaFim = "Densidade_Populacao", [0.0, 2.0] : "0-2%", [2.0, 3.0] : "2-3%", [3.0, 10.0]: ">3%" ); // Parte 3 - Operação mapa_pop= ReclAtrib (pais,popul,fatia) OnMap mapa_as; 9 }
Geo-campos - Operação matemática Combinação de mapas numéricos por funções matemáticas: refletem modelos e funções conhecidas pelo especialista Ex: equação universal de perda de solo P = (erosividade) * (erodibilidade) * (declividade) * (comp. encosta) * (cobertura solo) * (índice proteção) Média ponderada para combinar declividade e solo para achar adequação adequação = [2 * solo_ponderado + 5 * (1/declividade)] / 7 10 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Geo-campos: Operações Zonais Operações sobre geo-campos numéricos Exemplo: dado um mapa de solos e um mapa de declividade da mesma região, obtenha a declividade média para cada tipo de solo. Os operadores zonais incluem: -média, máximo e mínimo e desvio padrão dos valores sobre uma região; -índice de variedade dos valores, onde cada valor no mapa de saída será computado a partir do número de valores diferentes do geo-campo de entrada 11
Operações sobre geo-campos e geo-objetos Mapas de distância gera um mapa de geo-campos contendo as distâncias de cada ponto do mapa a um(s) geo-objeto(s) de referência (representado por ponto, linha ou região) operação puramente geométrica (espacial) Exemplo: Faixas de distância ao longo de rios, estradas, lagos, etc 12 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
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 13 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Exercício 4.4 Mapa de Distância a partir das linhas do Metrô Exemplo Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Exercício 4.5 Tabulação Cruzada entre distâncias do metrô e distritos O que faz uma tabuilação cruzada? R. Compara as classes de dois planos Temáticos Condição : matriz, mesma resolução e mesmo número de linhas e colunas Exemplo Uso/ DeclividadeMataSolo UrbanoReflorestamento 0 2% 23.5 63.7 74.5 643.5 2-6% 230.5 43.4 3434.3 234.5 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Geo-campos: Operações Locais (vizinhança) Geo-campo resultante é obtido através do valor em um ponto e mais um conjunto de pontos em uma vizinhança específica Vizinhança 5x5 Vizinhança 3x3 Vizinhança + 16 Exemplos: Mínimo, máximo, médio e moda Filtros para dados de SR Interpoladores espaciais para MNT Mapas de declividade e exposição para MNT Índices de Diversidade para Temáticos
Geo-campos: Operações Locais (Vizinhança) Diversidade de vegetação - Áreas de contato vizinhança 3x3 Flor. Várzea 1 2 1 Rebrota Floresta Densa Cerrado 1 3 2 1 2 1 17
Fatiamento de grade de altimetria Imagem MNT MNT fatiado 18 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Exercício 4.6 Mosaico de grades retangulares do SRTM
Exercícios 4.7 - Geração de Imagem para Modelo Numérico 4.8 - Fatiamento de Grade de Altimetria Mapa Hipsométrico
Exercícios 4.9 - Geração de Perfil a partir de grades 4.10 - Visualização de Imagem em 3D Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Geo-campos: Operações Locais (Vizinhança) Mapas de declividade Vizinhança 3x3 metro grau 22
Exercícios 4.11 Geração de Grade de Declividade e Fatiamento Fatiamento
Geo-campos: Operações Zonais Dados mapas de solos e de declividade calcule a declividade média por tipo de solo LA LV 5.0 7.0 7.5 10.0 12.0 15.0 LE Aq Mapa de solos (restrição) 15.0 15.0 20.0 Declividade (dado de entrada) 7.5 7.5 7.5 15.0 15.0 15.0 15.0 20.0 20.0 24 Máximo Zonal
Operações sobre geo-campos RESUMO DAS OPERAÇÕES SOBRE GEO-CAMPOS TIPOS PONTUAIS OPERAÇÕES ENTRADA SAÍDA TRANSFORMAÇÃO VIZINHANÇA PONDERAÇÃO TEMÁTICO NUMÉRICO RECLASSIFICAÇÃO TEMÁTICO TEMÁTICO FATIAMENTO NUMÉRICO TEMÁTICO BOOLEANAS AND/NOT/OR/XOR TEMÁTICO/NUMÉRICO TEMÁTICO MATEMÁTICA FUNÇÃO NUMÉRICO NUMÉRICO OPERAÇÕES Filtros de Imagens Métodos de Interpol., etc TEMÁTCO NUMÉRICO NUMÉRICO NUMÉRICO ZONAIS RESTRIÇÃO TEMÁTICO OPERAÇÕES MÉDIA, MÁX., MÍN. DESV.PADRÃO, etc NUMÉRICO NUMÉRICO 25
Operações sobre geo-campos e geo-objetos Atualização de atributos de geo-objetos a partir de geo-campos Usando a geometria de cada objeto como restrição espacial e uma função de agrupamento gerar um valor de atributo para o objeto Ex: Calcular a altimetria média de cada município de uma região Dados : o mapa de municípios da região (geo-objeto), o mapa de altimetria da região (geo-campo) Restrição espacial : o polígono que delimita o município Atributo : valor de altimetria Função de agrupamento: média 26 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Operações sobre geo-campos e geo-objetos Atualização Atualização de atributos de talhões de cultura com valores médios de níveis de cinza de uma imagem 27
Operações sobre geo-campos e geo-objetos Espacialização de um atributo de um geo-objeto gerando um geo-campo Exemplo: Mapa de Unidades de paisagem possuem atributos como geomorfologia, tipos de solos, geologia e vegetação Tipo de solo foi espacializado gerando um geo-campo 28
Operações sobre geo-campos e geo-objetos Espacialização de atributos (nominais) TABELA Atributos Geo-Objeto Espacialização do atributo tipo de solos Geo -Campo 29
Operações sobre geo-campos e geo-objetos Espacialização de atributos (inteiros/reais) TAB. Atributos Geo-Objeto Densidade > 200hab/km 2 30 Populacional Geo-Campo Temático 20-200hab/km 2 0-20hab/km 2
Álgebra de geo-objetos Seleção por Atributos A seleção por atributos sobre um conjunto de geo-objetos, dada uma restrição baseada apenas nos atributos descritivos, gera como resultado um sub-conjunto, cujos membros satisfazem a restrição. Ex: selecione todos os municípios da Bahia com densidade populacional maior que 40hab/km 2. Mapa de Municípios do Estado da Bahia 31
Álgebra de geo-objetos Restrições espaciais (relacionamentos) topológicas escolas municipais do bairro Jardim Satélite direção bairros a leste do rio Paraíba métricas hospitais a 2km da via Dutra Ex: Selecione todos os municípios da Bahia adjacentes ao município de Canudos. Canudos Monte Santo Uauá Jeremoabo Chorrochó Mapa de Municípios do Estado da Bahia 32
Álgebra de geo-objetos JUNÇÃO ESPACIAL - produz como resultado uma coleção de objetos que satisfazem a restrição espacial. Ex: Recupere as reservas indígenas a menos de 5Km das estradas na Amazônia. Resp: conjunto de pares (reserva, estrada) Para as cidades do sertão cearense, ache quais estão a menos de 10Km de algum açude com capacidade de mais de 50.000m 3 de água. Resp: conjunto de pares (cidade, açude) 33
Operações sobre geo-campos e 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 34
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 1203000 R-III GM 2 VG 3 TS 2 R-IV R-V 1203001 R-IV GM 3 VG 1 TS 1 R-VI 35
RESUMO DAS OPERAÇÕES 36 Operação Objeto Entrada Objeto Modificador Objeto Saída Restrição Ponderação TEMÁTICO NUMÉRICO (função unária) Fatiamento NUMÉRICO TEMÁTICO (função unária) Reclassificação TEMÁTICO TEMÁTICO (função unária) Booleana NUMÉRICO, TEMÁTICO TEMÁTICO (regras) Matemática NUMÉRICO NUMÉRICO (fórmula) Zonais NUMÉRICO TEMÁTICO NUMÉRICO Atualização GEO - OBJETO NUMÉRICO ( OU TEMÁTICO ) Espacialização Reclassificação por Atributo Mapa de Distância (" buffer") Seleção Espacial Junção Espacial GEO - OBJETO ( ATRIBUTO ) GEO - OBJETO ( ATRIBUTO ) GEO - OBJETO GEO - OBJETO ( conjunto) GEO - OBJETO ( conjuntos) CADASTRAL CADASTRAL GEO - OBJETO ( atributo ) NUMÉRICO, TEMÁTICO TEMÁTICO NUMÉRICO GEO - OBJETO ( conjunto) GEO - OBJETO e VALORES ( conjunto) (regras de classificação) (predicado espacial) (predicado espacial)
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% 37
Operações típicas de MNT Fatiamento do MNT Mapas de declividade e exposição Cálculo de perfis Cálculo de volumes de corte e aterro Geração automática de drenagem Análise exploratória Geração de superfície por Krigeagem 38
Cálculo de Perfis Definição de trajetórias 39
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); 40
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 41
Campos Objetos talhoes. NDVI = Atualize (ndvi, talhoes OnMap safra96); 42
Campos Objetos solos = Espacialize (utb. Solos OnMap unid); 43