modelagem numérica de terreno - princípios - grades e interpoladores - produtos
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Modelagem Numérica de Terreno
- Princípios- Grades e Interpoladores- Produtos
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MNT (DTM = Digital Terrain Model): representa matematicamente a distribuição espacial de uma determinada característica vinculada a uma superfície real
Superficie - em geral contínua e o fenômeno que
representa pode ser variado
MNT z=f(x,y)
caracteriza o parâmetro a ser modelado
Modelagem Numérica de Terreno
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Principais Aplicações: Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas
topográficos. Análise de visibilidade a partir de pontos predefinidos. Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens. Definição automática de drenagens e bacias. Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio a
análise de geomorfologia e erodibilidade Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas. Orto-retificação de imagens de sensoriamento remoto. Apresentação tridimensional (em combinação com outras
variáveis)
Modelagem Numérica de Terreno
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1. Aquisição dos dados
2. Geração de grades
3. Análises e elaboração de produtos.
Fases no Processo de Modelagem Numérica
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Aquisição dos Dados
Amostragem de dados é uma das tarefas mais importantes de todo o processo.
Compreende a aquisição de um conjunto de amostras que representam a variação de um fenômeno espacial de interesse.
Não pode ser insuficiente - subamostragem,
nem ser redundante - superamostragem.
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Aquisição dos Dados - Amostragem
A amostragem não é aleatória. – Deve ser representativa do comportamento do fenômeno.
Superamostragem nem sempre significa uma amostragem representativa.
Definição de amostragem - considerar quantidade e posicionamento das amostras em relação ao comportamento do fenômeno a ser modelado.
Por exemplo:– Superamostragem de altimetria numa região plana
significa redundância de informação– Subamostragem - poucos pontos em uma região de
relevo movimentado - significa escassez de informações.
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Amostragem por PONTOS: regular ou irregular
Amostragem regular - posição espacial (x,y) mantém uma regularidade de distribuição nas direções x e y. Exemplos:– Levantamentos sistemáticos em trabalhos de campo,
amostras obtidas automaticamente, imagens em par estéreo
– Imagens de fase interferométrica.
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Amostras por PONTOS: irregular
Não existe regularidade na distribuição das amostras.– Mais usada na prática em um levantamento de campo -
locais de acesso mais fácil - ao longo de drenagens ou de estradas - onde se pode fazer medições.
– Na quase totalidade as amostras mais representativas de um fenômeno não estão regularmente distribuídas.
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Amostragem por Isolinhas
Representação de uma superfície por meio de curvas de isovalor.
Exemplo: isolinhas altimétricas - mapas topográficos. – Nos mapas topográficos existem pontos amostrados
irregularmente que foram obtidos por trabalhos de campo.
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Aquisição dos Dados Mapa plano-altimétrico com isolinhas e pontos cotados
Representações de MNT no SPRING
(a) pontos (c) grade triangular(b) isolinhas
(d) grade retangular
Isolinhas derivadas de grade retangular ou triangular
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Contorno
Edição de Linhas: Modo e Fator de Digitalização Valor de cota
Sair
Desfazer
Salvar
Mostrar Barras Auxiliares
Recursos de Edição Vetorial de MNT
Criar
Editar
SuprimirFerramentas
Exercício 15
Criar mapa altimetrico– Importar isolinhas (DXF - Release 12)
Entidade “3D Polyline” do AutoCad.
– Importar pontos cotados (DXF - Release 12) Entidade “POINT” do AutoCad
– Gerar toponimia (texto)
Mesmo PI no SPRING
Importar como Amostras (MNT)
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Modelo Numérico de Terreno
Grade Retangular– Mais adequada p/ dados
geofísica e vista 3D– Facilita manuseio e conversão
Grade Triangular– Representa melhor relevos
complexos– Capacidade de incorporar
restrições (linha de quebra)
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TIN ( Triangular Irregular Network ) Utiliza polígonos de faces triangulares com vértices sobre
os próprios pontos amostrados. Amostras interligadas três a três, formando triângulos. Existem inúmeras maneiras de interligar esses pontos –
mais usada é triangulação de Delaunay
Modelagem por Grade Triangular
Exercício 16
Gerar grade triangular
– Sem linha de quebra
– Com linha de quebra
Usar PI de drenagem
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Modelagem por Grade Retangular (interpoladores)
Vizinho mais próximo Média Simples Média Ponderada
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Interpoladores
Vizinho Mais Próximo Média Simples
Média Ponderada
Exercício 17
Gerar grades retangulares de
amostras e de outras grades– Grade retangular a partir das
amostras
– Grade retangular a partir de outra
grade retangular
– Grade retangular a partir de grade
triangular
Onde obter dados de MNT - Modelos Numéricos de Terreno ?
SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission)
http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/
Fontes disponíveis
1 – USGS
http://eros.usgs.gov/products/elevation/
2 – EMBRAPA (Brasil em Revelo)
http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/
3 – Topodata (INPE)
http://www.dsr.inpe.br/topodata/ 20
SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/
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SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/
Quadrículas com articulação na escala 1:250.000 ( 1o de latitude por 1,5o de longitude)
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prefixo de 6 letras LA_LON
Escolha o FORMATO :-ASCII – XYZ-GRAD-GEOTIF-Idrisi 2-BMP
SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/
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Exercício 18 - Mapa de Altimetria – SRTM
4 arquivos são necessários para recobrimento do DF Os arquivos estão no formato GeoTIFF (LatLong / WGS-84),
15_48_ZN.TIF
15_495ZN.TIF
16_48_ZN.TIF
16_495ZN.TIF
Exercício 18 - Mapa de Altimetria – SRTM
Problemas de ajuste no contato entre as grades:
Solução : Substituir os valores DUMMY (Nulos) pela média de seus vizinhos horizontais e verticais.
mnt2 = mnt1 < 2000 ? mnt1 : (mnt1[0,-2] + mnt1[0,2]) / 2 ;
zoom no dado entrada
zoom no dado de corrigido
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Produtos de MNT: Geração de Imagem
Imagem MNT Nível de Cinza
- Mapeamento linear dos valor de cota (Z) para nível de cinza
Zmin -> 1 e Zmax->255
* Condição : uma categoria do modelo Imagem no banco
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Produtos de MNT: Geração de Imagem
Imagem MNT Sombreada
- Valores dos níveis de cinza proporcionais à intensidade de iluminação que atinge o pixel.
* Condição : uma categoria do modelo Imagem no banco
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Produtos de MNT: Análise de Perfis
Determinação das trajetórias
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- representado por uma grade regular, é projetado no plano 2D juntamente com uma imagem de textura (imagem sombreada ou imagem de sensoriamento remoto)
* Condição : uma grade retangular como PI ativo.
Produtos de MNT: Projeção Geométrica Planar - 3D
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Produtos de MNT: Fatiamento
Classificação de um MNT através da definição de faixas de valores e associação desses valores com classes pré-definidas.
* Condição : uma categ. do modelo Temático com classes para cada fatia
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Grade Retangular de altimetria Imagem de Alturas Fatiada (920-1000-1100-1200-1220)
Aplicações: exemplo de Fatiamento
Exercício 19 a 22
Ex 19: Geração de Imagem de MNT – Criar uma nova categoria para armazenar os planos imagens.
Ex 20: Fatiamento de grade de altimetria – mapa hipsométrico – Criar uma nova categoria com classes para armazenar os intervalos de corte da altimetria.
Ex 21: Geração de Perfil a partir de grades– Edite trajetórias na tela. Encerrar a linha com botão
direito do mouse antes de gerar o gráfico.
Ex 22: Visualização de Imagem em 3D– Utilize a imagem de relevo sombreado como textura– Copie imagem Sintética de Satélite para projeto
corrente e utilize esta imagem como textura.
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Z i-1,j Z i,j
Z i-1,j-1 Z i,j-1Z i+1,j-1
Z i-1,j
Z i+1,j+1Z i,j+1Z i-1,j+1
A declividade e a exposição são obtidas a partir da definição do vetor gradiente. D = arctg {[( Z/X )2+( Z/Y )2]1/2} E = arctg [-( Z/Y )/ ( Z/X )] ( -< E < )
Uma metodologia para grade regular
[Z/X]i,j = [( Zi+1,j+1 + 2*Zi+1,j + Zi+1,j-1 ) – ( Zi-1,j+1 + 2*Zi-1,j + Zi-1,j-1 )]/8*X
[Z/Y]i,j = [( Zi+1,j+1 + 2*Zi,j+1 + Zi-1,j+1 ) – ( Zi+1,j+1 + 2*Zi,j-1 + Zi-1,j-1 )]/8*Y
Produtos de MNT: Mapa de Declividade e Exposição
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Grade regular de declividade Imagem de declividade fatiada (0-2, 2-5, 5-10 e >10)
Produtos de MNT: Mapa de Declividade
Exercício 23 - Mapa de Declividade – Aplicativo 1
Geração de Grade Declividade e Fatiamento de Grade Numérica – Mapa de Declividade
AltimetriaCurvas de Nívelimportadas
Pontos Cotadosimportados
Altimetria
Grade Retangular c/valores de Altimetria(matriz 2D de Num.reais)
Altimetria
Grade triangular c/valores de Altimetria(Linhas 2D e Nós 3D)
Altimetria
Grade Retangular c/valores de Declividade(em % ou graus)(matriz 2D de Num.reais)
Declividade
Mapa Temático c/classes de declividade(matriz 2D de Num.Inteiros)
DeclividadeFatiamentop/ classestemáticas
Gerar GradeRetangular
Gerar GradeTriangular
GerarDeclividadeImportação
de Dados
Dados deAltimetria
em formatoDXF
Ex 30
Ex 30
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Edição Matricial
Disponíveis 5 modos de operações: Editar Área - Utiliza edição de linhas fechadas (ilhas)
digitalizadas sobre o PI ativo;
Copiar área - Utiliza um plano de informação de referência (imagem classificada, rotulada, planos temáticos ou cadastrais) para associar ou trocar as classes no PI ativo;
Classificar Área - permite pintar a imagem temática com classes temáticas sobre as áreas (polígonos), que estão representadas pelos próprios pixels da imagem
Limpar Pixels – elimina áreas de pixels contíguos menores que o limiar informado
Deslocar Imagem - desloca todo o plano matricial na direção informada
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Edição Matricial – Barra de Ferramentas
Selecionar operação: Editar, Classificar, Copiar, Limpar, Deslocar
Selecionar classe
Operações na fila Sair
Remover item da fila
Executar operações
Remover todos os itensDeslocamento
Cor da classe
Visual da classe
Permite editar-Mapas temáticos matriciais-Imagens classificadas-Imagens sintéticas
Permite editar-Mapas temáticos matriciais-Imagens classificadas-Imagens sintéticas
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Edição Matricial - Editar Área
Botão da direita fecha o polígono Executar para alterar os polígonos editados
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Edição Matricial - Copiar Área
Selecionar PI de referência Selecionar polígono vetor ou matricial na tela Auxiliar a área a ser pintada Executar para alterar
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Edição Matricial - Classificar Área
Selecione a cor da classe que deseja atribuir Selecione o polígono na tela do PI ativo. Executar para confirmar.
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Edição Matricial - Limpar Pixels
Digite o número de pixels contíguos que deseja substituir. Executar para confirmar.
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Edição Matricial - Deslocar Imagem
Digite o valor de deslocamento em X e Y. Executar para confirmar. O que ultrapassar o retângulo
envolvente do PI será recortado.