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Fundamentos de Fundamentos de GeoprocessamentoGeoprocessamento
INPE - Divisão de Processamento de INPE - Divisão de Processamento de ImagensImagens
Operações de Operações de
Análise EspacialAnálise Espacial
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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
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33GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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44GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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?
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55GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Álgebra geográficaÁlgebra geográfica
Geo-campos Geo-objetos
Álgebra de campos
Álgebra de objetos
objetos = op (campos)
campos = op (objetos)
Propriedades
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66GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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77GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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88GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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99GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Álgebra de campos: operaçõesÁlgebra de campos: operações
• Reclassificação– união de classes com
atributos comuns
– generalização do conjunto espacial
– exemplo: classificação do Brasil em regiões
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1010GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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}
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1111GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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1212GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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1313GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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1414GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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1515GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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1616GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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%})
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1717GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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1818GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Reclassificação por atributosReclassificação por atributos
Crescimento demográfico
de 0 a 2% a.a
de 2 a 3% a.a
mais de 3% a.a
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1919GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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%
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2020GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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2121GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Fatiamento do MNTFatiamento do MNT
Imagem MNT MNT fatiado
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2222GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
DeclividadeDeclividade
Grade de declividade Declividade fatiada
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2323GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Cálculo de PerfisCálculo de Perfis
Definição de trajetórias
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2424GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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2525GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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2626GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Linguagem de comandosLinguagem de comandos
• Componentes
SubstantivoSubstantivo(elemento)(elemento)
Verbo(ação)
Modificador(ajuste)
Recupere Linha Horizontal
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2727GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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);
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2828GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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2929GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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;
};
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3030GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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);
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3131GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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3232GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Campos Campos Objetos Objetos
talhoes.”NDVI” = Atualize (ndvi, talhoes OnMap safra96);
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3333GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Campos Campos Objetos Objetos
solos = Espacialize (utb.”Solos” OnMap unid);
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3434GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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3535GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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3636GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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3737GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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3838GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
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
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3939GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
AMO - descriçãoAMO - descrição
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4040GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Seleção de mapasSeleção de mapas
• Selecionar dados– banco de dados
– categoria
– projeto
– plano de informação
• “Browser” do BD-Geo
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4141GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Seleção de operadoresSeleção de operadores
• Selecionar operadores– seleção livre
– seleção por contexto
• Configurável– permite a inclusão de
novos operadores
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4242GEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIALGEOPROCESSAMENTO - OPERAÇÕES DE ANÁLISE ESPACIAL
Edição de diagramasEdição de diagramas
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Visualização do códigoVisualização do código
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Configuração de comandos e Configuração de comandos e variáveisvariáveis