Transcript Arquivo 04 - Geoprocessamento

P. P. G. em Agricultura de Precisão – DPADP0803: Sistemas de Informações Geográficas aplicados a A. P. (Prof. Dr. Elódio Sebem)
Operações em um SIG - Conceitos
Os principais modelamentos matemáticos para modificar os dados não espaciais
compreendem operações lógicas, aritméticas, trigonométricas, estatísticas e
multivariadas.
Operações Lógicas: são baseadas na definição de hipóteses falsas (0) e
verdadeiras (1) e podem resultar em uniões, intersecções, negações e exclusões.
Operações aritméticas: resultados obtidos com adição, subtração,
multiplicação, exponenciação, logarítmica (natural ou base 10), truncamentos e
radiciação.
Operações trigonométricas: seno, cosseno, tangente e seus inversos.
Operações estatísticas: média, moda, mediana, desvio padrão, variância,
mínimo, máximo, entre outras.
Operações multivariadas: regressão, análise fatorial, componentes principais,
análise de correspondência, probabilidade, entre outros.
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Funções em um SIG - Conceitos
As funções de SIG podem ser divididas em:
Consulta;
Reclassificação;
Análises de proximidade;
Análise de contiguidade;
Modelos digitais de elevação;
Operações algébricas não cumulativas e
Operações algébricas cumulativas.
Mapas observacionais: os dados existentes sobre uma determinada área como
imagens de satélite, mapas geológicos, imagens geofísicas, mapas geoquímicos,
pedológicos, geomorfológicos, fotografias e todo o material que descreve o
mundo real com um mínimo de interpretação.
Mapas analíticos: são gerados a partir da manipulação dos mapas
observacionais e podem produzir produtos tais como: imagens falsa cor, modelos
digitais de elevação, mapas de declividade, mapas de orientações, modelamentos
numéricos, entre outros.
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Funções em um SIG - Conceitos
Mapas integrados: aqueles produzidos do cruzamento entre os mapas
analíticos através de modelos lógicos como simultaneidade booleana,
possibilidade fuzzy e probabilidade bayesiana.
Mapas fundidos: são os mapas derivados de operações algébricas cumulativas,
como adição, multiplicação e subtração e representam o resultado de operações
algébricas sofisticadas, nos quais o controle do erro e das ambiguidades deve
estar muito bem definido.
Cada uma das etapas acima exige dos usuários de SIG uma atividade
multidisciplinar intensa, uma vez que a quantidade de variáveis envolvida nos
projetos sempre é muito grande e, normalmente, envolve diversas áreas do
conhecimento humano.
Para a implementação de um projeto de SIG, é indispensável que as relações
topológicas entre os dados espaciais sejam satisfeitas.
Topologia é a parte da matemática que estuda as propriedades geométricas que
permanecem invariáveis sob deformação, ou seja, todo o processo matemático
para explicitar o relacionamento espacial.
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Funções em um SIG - Conceitos
Relações Topológicas:
Disjunção: é definida pelas relações matemáticas entre
os elementos que não possuem limites comuns. Mapa pedológico
pode representar diversas manchas de solo de diferentes tipos.
Adjacência: é definida pela presença de cadeias que
separam os elementos. A cartografia dos diversos tipos de
vegetação de uma região, com continuidade entre os vários tipos.
Contingência: compreende as relações existentes entre
os elementos contidos em outros elementos. Mapas geológicos
apresentam “ilhas” de determinadas litologias.
Igualdade: é a singularidade dos elementos de
possuírem as mesmas relações geométricas. Um polígono pode
representar a declividade e outro o uso e a ocupação do solo.
Intersecção: representa o cruzamento de um elemento
linear com um dos contornos de determinado polígono. Relação
entre os limites municipais e a rede de drenagem.
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Funções em um SIG - Conceitos
Relações Topológicas:
Cruzamento: é um caso particular de intersecção, no
qual os elementos lineares cruzam pelo menos dois lados de um
polígono, como pode acontecer com a rede viária e os limites dos
municípios.
Contingência e Adjacência
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
Níveis de complexidade de consulta
Técnica
Descrição
Exemplo de Aplicação
Pontos em um polígono
Identifica a interseção entre
pontos e a área (polígono)em
que eles estão.
Para identificar todos os
casos dentro de uma zona
de exposição especificada.
Linhas em um polígono
Identifica a interseção entre
linhas e a área (polígono) que
elas cruzam.
Para identificar fontes
lineares (e.g. estradas) que
cruzam uma área específica.
Área de Influência (Buffer)
Construção de zonas de
largura especificada ao redor
de pontos, linhas ou áreas.
Para definir áreas de
exposição em torno de
fontes de risco (r.g. usinas
nucleares).
Interpolação
Estimação de condições em
locais não amostrados
Mapeamento de superfícies
de poluição.
Estimação de proximidade
Análise de condições em
determinado ponto, baseada
em condições de uma
vizinhança especificada.
Estimativa de níveis de
poluição baseada no uso do
solo da região em torno.
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Níveis de complexidade de consulta
Técnica
Descrição
Exemplo de Aplicação
Alisamento (Smoothing)
Construção de uma superfície
(generalizada).
Mapeamento de superfícies
generalizadas de exposição.l
Sobreposição (Overlay)
Combinação de um mapa com Combinação entre mapas de
outro por sobreposição.
densidade de poluição e
população para identificar
populações expostas.
Quadro I – Técnicas de análise espacial em SIG para aplicações em saúde e ambiente, adaptado de Briggs & Elliott (1995).
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
Operações Espaciais
CARACTERÍSTICAS
– Estrutura;
– Cardinalidade;
– Escopo;
OPERAÇÕES
• Seleção;
• Classificação;
• Dissolução;
• Proximidade;
• Sobreposição;
• Álgebra de mapas.
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
ESTRUTURA
ENTRADA: conjuntos de dados espaciais
SAIDA:
espacial: novo conjunto de dados espaciais
não-espacial: valor escalar / tabela / lista
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
ESTRUTURA
Cada operação espacial gera uma saída, que pode tornar-se entrada para
outra operação espacial e assim, sucessivamente.
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CARDINALIDADE
Operação 1 : 1
Ex: Plano de dados raster  vetorização  plano de dados vetorial
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CARDINALIDADE
Operação 1 : n
Entrada (ex.): grid ou matriz de elevações
Saída (ex):
® feições lineares
® declividades
® orientações
® curvas de nível
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CARDINALIDADE
Operação n : 1
Sobreposição de buffer de desapropriação, mapa de zoneamento e quadras.
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CARDINALIDADE
Operação n : n
Dados de cobertura vegetal, município e distrito geram listas de tipos de
cobertura vegetal por município e distrito.
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
ESCOPO
Operação Local:
– atributos de regiões adjacentes às localizações de entrada não contribuem
para os dados de saída correspondentes.
• Operação de Vizinhança:
– atributos de regiões vizinhas às localizações de entrada influenciam os
dados de saída correspondentes.
• Operação Global:
– dados de saída, correspondentes às localizações de entrada, são
influenciados pelos atributos de todas as regiões de entrada.
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ESCOPO
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ESCOPO
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
ESCOPO
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
ESCOPO
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
ESCOPO
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ESCOPO
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
OPERAÇÕES DE SELEÇÃO
Identificação de feições, cujos atributos e geometria atendam a uma ou várias
condições e critérios.
• Formas de Seleção de dados:
– Manual: seleção de feições diretamente na tela do computador, através de
apontador;
– Plano de dados: seleção de feições pertencentes a determinado conjunto
de dados;
– Coordenadas: seleção de feições por localização através de coordenadas
conhecidas;
– Tabela: uso de operadores algébricos para seleção entre registros de dados
associados a feições geográficas.
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OPERADORES DE SELEÇÃO
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OPERADORES DE SELEÇÃO
Álgebra booleana
• feições podem ser seletivamente recuperadas ou reclassificadas em seus
atributos, através do uso de regras padronizadas de Álgebra Booleana,
incorporadas a linguagem de banco de dados, como SQL;
• os operadores lógicos utilizados são :
– “E”(AND): interseção
– “OU”(OR ): união
– “OU exclusivo”(XOR): união, exceto região de interseção
– “NÃO”(NOT): exclusão
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OPERADORES DE SELEÇÃO
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OPERADORES DE SELEÇÃO
Operadores espaciais:
– Freeman - 13 operadores:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
“à esquerda de ...”
“à direita de ...”
“ao lado de ...”
“acima de ... (mais alto, sobre)”
“abaixo de ...(sob)”
“atrás de ...”
“próximo a ...”
“longe de...”
“ao lado de ...(adjacente a)”
“tocam ... (partilham linhas em comum)”
“dentro de ...”
“fora de ...”
“entre ... e ...”
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OPERADORES DE SELEÇÃO
Operadores espaciais:
– Peuquet - 3 operadores para definição de relacionamentos topológicos:
• distância
• direção
• conjunto de operadores Booleanos
– Egenhofer e Frank - 4 operadores:
• vizinhança
• inclusão
• distância
• direção
– Feuchtwanger - 6 operadores:
• adjacência
• proximidade
• subdivisão
• sobreposição
• vizinho mais próximo
• sub-região
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OPERADORES DE SELEÇÃO
Operadores espaciais:
– Egenhofer - 8 operadores:
• “disjunto de ...”
• “encontram...”
• “é igual a ...”
• “dentro de ...”
• “contém ...”
• “cobre ...”
• “é coberto por ...”
• sobreposição
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OPERADORES DE SELEÇÃO
Tipos de operações:
• Operações de Adjacência: são usadas para identificar aquelas feições que
são adjacentes à outras feições.
Situação típica de adjacência ocorre quando 2 polígonos possuem um
lado comum.
– Raster: em um plano de dados “raster”, exaustiva comparação célula por
célula deve ser conduzida para identificar pares adjacentes com valores
diferentes.
– Vetorial: em um plano de dados vetorial, a adjacência pode ser identificada
pela observação de relações topológicas existentes entre os dados.
• Operações de Continência/Pertinência: são usadas para identificar todas as
feições que contêm ou estão contidas em outras feições.
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OPERADORES DE SELEÇÃO
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OPERADORES DE SELEÇÃO
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OPERADORES DE SELEÇÃO
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OPERADORES DE SELEÇÃO
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OPERADORES DE SELEÇÃO
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OPERADORES DE DISSOLUÇÃO
Conceitos
Eliminação de limites entre áreas:
– polígonos adjacentes podem ter mesma classe de valores para um
determinado atributo;
– limites entre polígonos são verificados a respeito dos valores em cada um
dos lados;
– se os valores pertencem à mesma classe, a linha de limite é removida.
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OPERADORES DE DISSOLUÇÃO
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OPERADORES DE PROXIMIDADE
Proximidade: operação que consiste na definição de entornos (buffers), para
distinguir áreas que estão dentro de determinada distância limite.
• buffer : região que corresponde a distâncias menores ou iguais a uma
distância-limite, originada a partir de uma ou mais feições.
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OPERADORES DE PROXIMIDADE
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OPERADORES DE PROXIMIDADE
Dados Vetoriais
• Tipos de Operações de proximidade vetorial:
– Entorno simples: delineamento de áreas a uma distância fixa, uniforme; para
todas as feições de entrada; as linhas de interseção entre entornos são
dissolvidas;
– Entorno composto: neste caso, as linhas de interseção entre entornos são
mantidas, o que permite a análise das áreas de sobreposição;
– Entorno múltiplo: conceito de entorno simples (com dissolução) aplicado a
múltiplas distâncias, a partir das feições de entrada;
– Entorno variável: as distâncias-limites são variáveis, de acordo com a feição de
entrada.
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OPERADORES DE PROXIMIDADE
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OPERADORES DE PROXIMIDADE
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OPERADORES DE SOBREPOSIÇÃO
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OPERADORES DE SOBREPOSIÇÃO
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OPERADORES DE SOBREPOSIÇÃO
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Consultas Espaciais de Dados Geográficos
OPERADORES DE SOBREPOSIÇÃO
Casos espaciais
• Recorte: combinação de interseção e eliminação; o polígono limitante define
a região de corte a ser aplicada ao conjunto de dados de interesse;
• Interseção: combinação de dados de ambos os conjuntos, para a região de
corte (correspondente ao operador espacial AND);
• União: combinação de todos os dados
(correspondente ao operador espacial OR ).
de
ambos
os
conjuntos
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OPERADORES DE SOBREPOSIÇÃO
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ÁLGEBRA DE MAPAS
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ÁLGEBRA DE MAPAS
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ÁLGEBRA DE MAPAS
Fonte: Marcos Rodrigues, arquivo 2009_SIG
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Bibliografia básica
BRIGGS, D.J.; ELLIOTT, P. The use of geographical information systems in studies on environment
and health. Wld hlth quart, 48: 85-94, 1995.
BURROUGH, P. A., 1989, Principles of Geographical Information Systems for Land Resources
Assessment, Oxford University Press, Oxford.
BONHAM-CARTER, G. F., 1994, Geographic Information Systems for Geoscientist - Modelling with
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CARVALHO, M.et al. (org.), 2000, Conceitos Básicos de Sistemas de Informação Geográfica e
Cartografia aplicados à Saúde, Ed. OPAS, Min. Saúde, Brasil.
LONGLEY, P., et al., 2001, Geographic Information Systems - Systems and Science, John Wiley and
Sons, Ltd., England.
TEIXEIRA, A. et al., 1992, Introdução aos Sistemas de Informação geográfica, Rio Claro, SP, Brasil.
RODRIGUES, M. et al., 2011, Sistemas de Informações Geográficas – GIS/SIG. Disponível em:
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SILVA, A. B., 1999, Sistemas de Informações Geo-referenciadas: conceitos e fundamentos, Ed.
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UFV. 2011. Projeto UFVGeocapacitar. Disponível em: <http://www.ufv.br/nugeo/pag/PROEXT/
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XAVIER da SILVA, J., 1997, “Metodologia de Geoprocessamento”, Revista da Pós - Graduação em
Geografia, Ano 1, Vol. 1, p. 25 - 34.