Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Operações de Análise...

Fundamentos de Fundamentos de GeoprocessamentoGeoprocessamento

INPE - Divisão de Processamento de INPE - Divisão de Processamento de ImagensImagens

Operações de Operações de

Análise EspacialAnálise Espacial

22GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL

Por que Álgebras?Por que Álgebras?

• Falta de teoria de informação espacial em Geoprocessamento

• Software = desenvolvimento “ad hoc”– ensino de SIG: ensino de sistemas

• Álgebra geográfica– caracterização das operações de Geoprocessamento

– base conceitual para entendimento de SIG

– linguagem de manipulação e análise


Formalização de operaçõesFormalização de operações

id nome CPF seleçãoprojeção

prod. cartesianounião e diferença

SELECT nomeFROM tabelaWHERE “CPF = 21”

tabelas álgebra relacional linguagem SQL

dados geográficos

Operações sobrecampos e

geo-objetos

álgebra geográfica

?

linguagem para SIG


Propriedades de álgebra Propriedades de álgebra geográficageográfica

• Extensibilidade– especializações de tipos básicos

• Quais tipos de dados?

• Operações sobre objetos complexos– tipos atômicos (polígonos) e compostos (mapas)

• Completeza– existe critério formal para operadores

geográficos?


Álgebra geográficaÁlgebra geográfica

Geo-campos Geo-objetos

Álgebra de campos

Álgebra de objetos

objetos = op (campos)

campos = op (objetos)

Propriedades


Álgebra de geo-camposÁlgebra de geo-campos

• Pontuais– reclassificação, fatiamento, classificação

– operações booleanas e aritméticas

• Locais– função das variações locais da superfície

– filtragem em imagens, declividade em MNT

• Zonais– função de uma zona delimitada por outro mapa

– altitude média de cada município do Ceará


Geo-campos - ponderaçãoGeo-campos - ponderação

• Transforma temático em numérico– mapa de solos

• (tipo, peso): (LE, 0.35), (Aq, 0.6), (outros, 0.2)

– atribuição de pesos reflete a importância relativa de cada tipo de solo

LA

LV

AqLE

0.35 0.200.35

0.60

0.20 0.20 0.20

0.600.20


Geo-campos - fatiamentoGeo-campos - fatiamento

• Transforma numérico em temático– mapa de declividade (graus)

declividade tema

0.0 - 9.9 baixa

10.0 - 19.9 média

acima de 20.0 alta

5.0 8.03.0

20.0

5.0 10.0 15.0

12.010.0

baixa

médiaalta


Álgebra de campos: operaçõesÁlgebra de campos: operações

• Reclassificação– união de classes com

atributos comuns

– generalização do conjunto espacial

– exemplo: classificação do Brasil em regiões


Operação booleanaOperação booleana

• Entrada: campos temáticos ou numéricos

• Saída: campo temático

• Operações– classe_saída = classe_1 (OU/NÃO/E) classe_2

– adequada para análise qualitativa

– uso_adequado = {declividade=baixa E tipo de solo=Le E tipo de cultura=café}


Álgebra de campos: operaçõesÁlgebra de campos: operações

• Média ponderada– combinar declividade e solo

– adequação = [2*solo_ponderado +

5*(1/declividade)] / 5

• Funções matemáticas– equação universal de perda de

solo

– P = (erosividade) * (erodibilidade) *

(declividade) * (comp. encosta) *

(cobertura solo) * (índice proteção)

0.35 0.200.35

0.60

0.20 0.20 0.20

0.600.20

5.0 8.03.0

20.0

5.0 10.0 15.0

12.010.0


Geo-campos: operações zonaisGeo-campos: operações zonais

• Dados mapas de solos e de declividade calcule a declividade média por tipo de solo

Mapa de solos (restrição)

5.0 7.57.0

20.0

10.0 12.0 15.0

15.015.0

Declividade (dado de entrada)

7.5 7.57.5

20.0

15.0 15.0 15.0

20.015.0 Máximo Zonal

LA

LV

AqLE


Álgebra de geo-objetosÁlgebra de geo-objetos

• Restrições sobre atributos– seleção das cidades de Alagoas com mortalidade

acima de 100%

• Restrições espaciais (relacionamentos)– topológicas

• escolas municipais do bairro Jardim Satélite

– direção• bairros a leste do rio Paraíba

– métricas• hospitais a menos de 2km da via Dutra


Geo-campos Geo-campos geo-objetos 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


Intersecção espacialIntersecção espacial

geomorfologia vegetação

VG3VG2 VG1GM1

GM3

GM2

GM2

idreg nome geom. veg solo

1203000 R-III VG3 TS2

1203001 R-IV GM3 VG1 TS1

R-I

R-II R-III

R-IV R-V

R-VI

solos

TS2

TS1

TS3


Geo-objetos Geo-objetos geo-campos geo-campos

• Mapas de distância– restrições métricas a partir de geo-objetos– regiões {a menos de 5km, entre 5km e 30km, a

mais de 30km} do rio Nilo

• Reclassificação por atributos– geo-campo com a distribuição espacial de um

atributo de geo-objetos– mapa temático da América do Sul com o

crescimento demográfico anual de cada país dividido em classes ({0% a 2%, entre 2% e 3%, mais de 3%})


Mapa de distânciasMapa de distâncias

NiloEgito

Classes de distância ao rio Nilo

Determine uma faixa de terra de 200 metros ao

longo das margens dos rios


Reclassificação por atributosReclassificação por atributos

Crescimento demográfico

de 0 a 2% a.a

de 2 a 3% a.a

mais de 3% a.a


Composição de operaçõesComposição 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%


Análise espacial em MNTAnálise espacial em MNT

• Fatiamento do MNT

• Mapas de declividade e aspecto

• Cálculo de perfis

• Cálculo de volumes de corte e aterro

• Geração automática de drenagem

• Análise exploratória através de Krigeagem


Fatiamento do MNTFatiamento do MNT

Imagem MNT MNT fatiado


DeclividadeDeclividade

Grade de declividade Declividade fatiada


Cálculo de PerfisCálculo de Perfis

Definição de trajetórias


A linguagem LEGALA linguagem LEGAL

• LEGAL - Linguagem Espaço-Geográfica baseada em Álgebra

• Operações– campos

• booleanas, matemáticas, locais e zonais

– objetos• seleção e junção espacial

– mistas• intersecção espacial, mapas de distâncias,

reclassificação por atributos


Álgebra de mapas em SIGÁlgebra de mapas em SIG

• Menus hierárquicos– mais fáceis de usar

– menos flexíveis, auto-contidos

• Linguagens de comandos– mais flexíveis

– tradução de ações em palavras

– automatização de sequências

– documentação de histórico


Linguagem de comandosLinguagem de comandos

• Componentes

SubstantivoSubstantivo(elemento)(elemento)

Verbo(ação)

Modificador(ajuste)

Recupere Linha Horizontal


Programa em LEGALPrograma em LEGAL

• DeclaraçãoImagem tm3 (“LANDSAT”), tm4 (“LANDSAT”);Numerico ndvi (“NDVI”);

• Instanciaçãotm3 = Recupere (Nome = “banda3”);tm4 = Recupere (Nome = “banda4”);ndvi = Novo (Nome = “ndvi_jun94”);

• Processamentondvi = (tm4 - tm3) / (tm4 + tm3);


Operadores pontuaisOperadores pontuais

• Operadores unários (transformação)– pondere: temático numérico

– fatie: numérico temático

– reclassifique: temático temático

• Operadores matemáticos– numérico numérico

• Operadores booleanos– temático ou numérico temático


Operador booleanoOperador booleano

Tematico mapa_solo (“Uso_solo”);Tematico mapa_apt (“Aptidao”); Numerico mapa_chuva (“Chuva”);

mapa_apt = Atribua(CategoriaFim = ”Aptidao")

{ “Boa”: mapa_solo.Classe == “Le” E

mapa_chuva > 1500; “Ruim”: Default;

};


Operador zonalOperador 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);


Campos Campos Objetos 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



talhoes.”NDVI” = Atualize (ndvi, talhoes OnMap safra96);



solos = Espacialize (utb.”Solos” OnMap unid);


Interface para álgebra de mapasInterface para álgebra de mapas

• Permite ao usuário expressar seus modelos de análise espacial

• Deve considerar a atividade cognitiva do usuário

• Aproxima o modelo mental ao modelo conceitual

• Faz uso de metáforas


Linhas de comandosLinhas de comandos e linguagens de programação e linguagens de programação

• Projetista usa o jargão do usuário como metáfora

• Usuário tem dificuldades em:– memorizar um grande número de operadores

– escrever os comandos corretamente

– selecionar o operador certo para cada tarefa

• Documentação eficiente dos procedimentos e do modelo de análise


Menus e formuláriosMenus e formulários

• Questionários eletrônicos– seleção de operadores, operandos e para

compor expressões através de listas de opções

• Não expressam o modelo de análise

• Não armazenam nem recuperam os procedimentos

• Auxiliam o usuário a escrever comandos corretos


Interfaces por manipulação Interfaces por manipulação diretadireta

• Dados e operadores são representados por ícones– usuário estabelece a sequência de procedimentos

conectando os ícones

• Difícil manutenção de diagrama de modelos complexos

• Requer ajuda de formulários para informar parâmetros

• Representa bem o modelo de análise


AMO - Álgebra de Mapas AMO - Álgebra de Mapas orientada por Objetosorientada por Objetos

• Usa conceitos de OO para enriquecer semanticamente uma interface

• Aumenta a produtividade do usuário de LEGAL

• Documenta, armazena e recupera modelos

• Acelera o aprendizado do usuário novato

• Auxilia na disseminação da tecnologia de geoprocessamento


AMO - descriçãoAMO - descrição


Seleção de mapasSeleção de mapas

• Selecionar dados– banco de dados

– categoria

– projeto

– plano de informação

• “Browser” do BD-Geo


Seleção de operadoresSeleção de operadores

• Selecionar operadores– seleção livre

– seleção por contexto

• Configurável– permite a inclusão de

novos operadores


Edição de diagramasEdição de diagramas


Visualização do códigoVisualização do código


Configuração de comandos e Configuração de comandos e variáveisvariáveis

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