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

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 operações id nome CPF seleção projeção prod. cartesiano união e diferença SELECT nome FROM tabela WHERE “CPF = 21” tabelas álgebra relacional linguagem SQL dados geográficos Operações sobre campos e geo-objetos álgebra geográfica ? linguagem para SIG

Propriedades de álgebra geográfica 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 geográfica Geo-campos Geo-objetos Propriedades de campos de objetos objetos = op (campos) campos = op (objetos) Propriedades

Álgebra de geo-campos Pontuais Locais Zonais 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 - 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 Aq LE 0.35 0.20 0.60

Geo-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 8.0 3.0 20.0 10.0 15.0 12.0 baixa média alta

Álgebra de campos: operações Reclassificação união de classes com atributos comuns generalização do conjunto espacial exemplo: classificação do Brasil em regiões

Operação 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: 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 0.20 0.60 5.0 8.0 3.0 20.0 10.0 15.0 12.0

Geo-campos: operações zonais Dados mapas de solos e de declividade calcule a declividade média por tipo de solo Mapa de solos (restrição) 5.0 7.5 7.0 20.0 10.0 12.0 15.0 Declividade (dado de entrada) Máximo Zonal LA LV Aq LE

Álgebra 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-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 espacial geomorfologia vegetação VG3 VG2 VG1 GM1 GM3 GM2 idreg nome geom. veg solo 1203000 R-III TS2 1203001 R-IV TS1 R-I R-II R-V R-VI solos TS3

Geo-objetos  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%})

Classes de distância ao rio Nilo longo das margens dos rios Mapa de distâncias Nilo Egito Classes de distância ao rio Nilo Determine uma faixa de terra de 200 metros ao longo das margens dos rios

Reclassificação por atributos Crescimento demográfico de 0 a 2% a.a de 2 a 3% a.a mais de 3% a.a

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%

Análise 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 MNT Imagem MNT MNT fatiado

Declividade Grade de declividade Declividade fatiada

Cálculo de Perfis Definição de trajetórias

A 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 SIG Menus hierárquicos Linguagens de comandos 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 comandos Componentes Recupere Linha Horizontal Substantivo (elemento) Verbo (ação) Modificador (ajuste) Recupere Linha Horizontal

Programa em LEGAL Declaração Instanciação Processamento 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);

Operadores pontuais Operadores unários (transformação) pondere: temático  numérico fatie: numérico  temático reclassifique: temático  temático Operadores matemáticos numérico  numérico Operadores booleanos temático ou numérico  temático

Operador 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 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  Objetos Campos  Atributos de Objetos Objetos  Campos 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

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

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

Interface 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 comandos 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 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 direta 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 orientada 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 - descrição

Seleção de mapas Selecionar dados “Browser” do BD-Geo banco de dados categoria projeto plano de informação “Browser” do BD-Geo

Seleção de operadores Selecionar operadores Configurável seleção livre seleção por contexto Configurável permite a inclusão de novos operadores

Edição de diagramas

Visualização do código

Configuração de comandos e variáveis