Sistemas de Informações Geográficas e

Geoprocessamento

Parte 1- ConceitosParte 2- Recursos de Análise e Aplicações

EYMAR S.S. LOPES - eymar@dpi.inpe.br

PARTE 2Consultas ao BD GeográficoConsultas ao BD GeográficoÁlgebra de MapasAplicações

Consultas a dados espaciais

• Mecanismos de seleção

– atributos descritivos• “dê-me todos os países da AL com

mais de 50 milhões de habitantes”

– restrições espaciais• “dê-me todos os países da AL

vizinhos ao Equador”

Consulta por Atributos

* Tabela mostra o resultado da consulta

Consulta por Expressão lógica envolvendo um ou mais atributos e visualização espacial do resultado

•Operadores lógicos : = > < <>•AND – OR – ( )

• Topológica (toca, cruza, dentro, disjunto, etc)

• Direcional (acima, a leste, ao lado, etc)

• Métrico (a uma distância de, entre uma faixa de distância)

Consulta Espacial

Consulta Espacial:(Topologia : Intercepta)

Ex: Quais distritos interceptam a linha norte/sul do metrô ?

Consulta Espacial:(Topologia : Disjunto)

Ex: Quais os polígonos disjuntos ao polígono de Vila Mariana

Vila Mariana

Consulta Espacial:(Topologia : Toca)

Ex: Quais os distritos vizinhos (tocam) o distrito de Vila Mariana ?

Vila Mariana

Consulta Espacial:(Topologia : Dentro)

Ex: Quais os municípios de Mato Grosso estão dentro da cena Landsat de órbita 224 / ponto 75 ?

Consulta Espacial:(Métrico)

Ex: Quais os distritos de SP estão a uma distância de 6000 metros da linha norte-sul do metrô ?

Agrupamento por Atributo:(Renda Familiar por Passo Igual e Quantil)

Agrupamento dos Distritos por Renda •Região Central: Rica•Limite Central: Média•Periferia Leste: Pobre•Região Sul: Pobre

Passo Igual

Quantil

PARTE 2Consultas ao BD Geográfico

Álgebra de MapasÁlgebra de MapasAplicações

Álgebra de Mapas

Geo-campos Geo-objetos

Álgebra de campos

Álgebra de objetos

objetos = op (campos)

campos = op (objetos)

Propriedades

Álgebra de Mapas

• A partir do modelo de dados foi estabelecida uma taxonomia para as diversas operações de análise geográfica:

– Operações sobre geo-campos,

– Operações sobre geo-objetos,

– Operações de transformação entre geo-campos

e geo-objetos,

– Operações mistas entre geo-campos e geo-

objetos.

• Operações sobre :

– Podem ser classificadas como:• Pontuais,• Vizinhança ou locais,• Zonais.

TemáticoNumérico

Imagem

Operações sobre Geo-campos

Ponderação

• Transforma um geo-campo temático em um geo-campo numérico

exemplo: mapa de solosclasse pesoLE 0.35Aq 0.6outros 0.2

• Atribuição de pesos • reflete importância relativa do

tema

LA

LV

AqLE

0.35 0.200.35

0.60

0.20 0.20 0.20

0.600.20

Fatiamento

• Transforma um geo-campo numérico em um geo-campo temático

• A cada valor associa um tema

(inverso da ponderação)Exemplo: Mapa de Declividade

Declividade (graus)tema

• 0-9.0 Baixa• 10.0-19.0 Média• 20.0- acima Alta

5.0 8.03.0

20.0

5.0 10.0 15.0

12.010.0

BaixaBaixa

MédiaMédia AltaAlta

Reclassificação

• Reclassificação: mudança de atributos– união de classes com atributos comuns

– generalização do conjunto espacial

– exemplo: classificação do Brasil em regiões

• BOOLEANAS

– Exemplo: Mapa de Aptidão Agrícola PI Temático PI Numérico PI PI Temático PI Numérico PI NuméricoNumérico Aptidão Agrícola Solos Aptidão Agrícola Solos Precipitação Precipitação DeclividadeDeclividade média mensalmédia mensal

Boa Latossolos > 100mm 0 - Boa Latossolos > 100mm 0 -

3.5% 3.5%

Média Podzólicos 100 - 50mm 3.5 - Média Podzólicos 100 - 50mm 3.5 -

12%12%

Inapto Litólicos < 50mm > Inapto Litólicos < 50mm >

12%12%

Operações sobre Geo-campos OPERAÇÕES PONTUAIS

• MATEMÁTICAS:– Exemplo: M1 = mapa de solos ponderado M2 = mapa de declividade

onde:p localização (ponto).

l o peso local.

0.350.35 0.200.200.350.35

0.200.20 0.200.200.200.20

0.200.20 0.200.200.200.20

3.03.0 8.08.05.05.0

10.010.0 15.015.05.05.0

12.012.0 20.020.010.010.0

0.680.68 0.330.330.550.55

0.300.30 0.270.270.400.40

0.250.25 0.250.250.300.30

M1 M2

M3

)(

1)()(

21 p

ppf

)(

1)()(

21 p

ppf

Operações sobre Geo-campos OPERAÇÕES PONTUAIS

Geo-campos: Operações Locais• Geo-campo resultante é obtido através do valor em um

ponto e mais um conjunto de pontos em uma vizinhança específica

• Exemplos:– Mínimo, máximo, médio e moda– Filtros para dados de SR– Interpoladores espaciais para MNT– Mapas de declividade e exposição para MNT– Índices de Diversidade para Temáticos

Vizinhança 3x3

Vizinhança 5x5

Vizinhança +

• São definidas sobre regiões específicas de um geo-campo de entrada, onde as restrições são fornecidas por outro geo-campo temático.

• Os operadores zonais incluem:– média,– máximo,– mínimo,– desvio padrão,– índice de diversidade, dos valores sobre

uma região especificada.

Geo-campos: Operações Zonais

– Exemplo: Máximo Zonal de um numérico com restrição especificada por um temático.

7.0 7.55.0

12.0 15.010.0

15.0 20.015.0

Numérico Temático Numérico

Restrição:mapa solos

Entrada:grade de

declividade

Saída:máximo zonal

7.5 7.57.5

15.0 15.015.0

20.0 20.015.0

Geo-campos: Operações Zonais

Operações sobre geo-campos e geo-objetos

• Atualização

Atualização de atributos de talhões decultura com valores médios de níveisde cinza de uma imagem

Operações sobre geo-campos e geo-objetos

• Espacialização de atributos (nominais)

Geo -Campo

Espacialização do atributotipo de solos

Geo-ObjetoTABELA

Atributos

• Espacialização de atributos (inteiros/reais)

TAB. Atributos

0 - 20hab/km0 - 20hab/km22

20 - 200hab/km20 - 200hab/km22

> 200hab/km> 200hab/km22DensidadePopulacion

al

Geo-Objeto

Geo-Campo

Temático

Operações sobre geo-campos e geo-objetos

Operações sobre geo-campos e geo-objetos

• Mapas de distância– gera um mapa de geo-campos contendo as

distâncias de cada ponto do mapa a um(s) geo-objeto(s) de referência (representado por ponto, linha ou região)

– operação puramente geométrica (espacial)

– Exemplo: Faixas de distância ao longo de rios, estradas, lagos, etc

Mapa de distâncias

NiloEgito

Classes de distância ao rio Nilo

Determine uma faixa de terra de 200 metros ao longo das margens da represa de Paranaguá

Operações típicas de Geo-campos numéricos (MNT)

• Fatiamento do MNT

• Mapas de declividade e exposição

• Cálculo de perfis, volumes de corte e aterro

• Geração automática de drenagem

• Análise exploratória (estatística, histogramas e variogramas)

• Geração de superfícies por métodos determinísticos (IQD, média móvel, etc)

• Geração de superfície por Krigeagem

Vizinho + PróximoVizinho + Próximo

Inverso DistânciaInverso Distânciakrigeagemkrigeagem

Média SimplesMédia Simples

Mapa GeológicoMapa Geológico

Técnicas de Interpolação Espacial

0.0

0.71

0.0

1.38Arenoso

Médio Argiloso

Argiloso

Muito Argiloso

Representação de Incerteza

Mapa de Teor de Argila Incerteza (max. Prob.) Incerteza (entropia.)

Inferência Geográfica• Um dos aspectos mais importantes do uso dos

SIG’s é em produzir novas informações a partir de um banco de dados geográficos.

• Tal capacidade é fundamental para aplicações como:– Ordenamento territorial,– Estudos de impacto ambiental,

– Estudos sócios-econômicos, etc.– Planejamento– Simulações

• Como combinar os dados da base de dados geográfica ?

Modelos baseados em conhecimento• Dispõe de informações de entrada e de uma metodologia a

fim de encontrar zonas que satisfazem um conjunto de critérios

• Se os critérios são regras determinísticas o modelo aplica operadores de lógica booleana nos dados de entrada

• Dado de saída é um mapa onde cada ponto satisfaz ou não as condições do modelo

• Exemplo: Aptidão agrícola, depende do tipo do solo e da declividade

Mapa de Aptidão

Mapa de Solos

Mapa de Declividade

Regras

?

Inferência Booleana• Combinação lógica de mapas

binários através de operadores condicionais

• Resultado satisfaz ou não à condição, não há talvez

• Operadores E (AND), OU (OR), Ou EXCLUSIVO (XOR) e NÃO (NOT)

• Resultado de operadores lógicos pode ser visto através do diagrama de Venn

A B

B

A B

C

A E B

A NÃO B A XO R B

(A E B) OU C A E B(B OU C)

A B

A O U B

BA

A

C

A B

Inferência Booleana (voltando ao Ex.)

• Baixa: (Solo == Hidromorfico) OU (Decl == Alta) OU

((Solo == Litossolo) E (Decl == Media)) OU ((Solo == Litossolo) E (Decl == Baixa)),

• Media: ((Solo == Litossolo) E (Decl == MtoBaixa)) OU ((Solo == Podzolico) E (Decl == Media)),

• Baixa: Outros casos;

Mapa de Solos

Mapa de Declividade

Regras

Sintaxe de uma operação em LEGAL

Inferência Booleana

• Maior vantagem da inferência booleana é a simplicidade

• Combinação é análoga à sobreposição de mapas

• Abordagem prática e fácil aplicação para

limiares de corte estabelecidos por lei

• Na prática, normalmente não é correta a

atribuição de importâncias iguais para cada

critério

Média Ponderada (voltando ao Ex.)

Aptidao = 0.4 * Declividade + 0.6 * Solo

Mapa de Solos

Mapa de Declividade

Regras

Latossolo: 0.7

Podzolico: 0.5

Litossolo: 0.3

Hidromorfico: 0.1

Declividade: [0...1]

PARTE 2Consultas ao BD GeográficoÁlgebra de MapasAplicações

Imagens TM/Landsat na detecção de

mancha de óleo na Baía da

Guanabara- RJ - Brasil.

X SBSR -2001

INTRODUÇÃO• Detecção, controle e monitoramento dos derrames - instituições e governos

- padrões de controle e legislações - Termo de Referência -IBAMA

• Monitoramento e gerenciamento ambiental - facilitados com informação disponível periodicamente.

• Sensoriamento remoto pode ser fonte de tais informações. – Técnicas com potencial para detecção de poluentes e parâmetros de qualidade de

água.

– Visão sinóptica - informações adicionais às técnicas de medição convencionais.

Objetivo: demonstrar a utilização de imagens orbitais do sensor Thematic Mapper (TM), Landsat-5 na detecção e estimativa da extensão da mancha de óleo decorrente do derrame ocorrido na Baía de Guanabara, RJ, em 18 de janeiro de 2000.

ÁREA DE ESTUDO

A Baía de Guanabara: Ambiente costeiro com sérios

problemas ambientais: desordenados crescimentos urbano e industrial a partir da década de 50

7,3 milhões de habitantes vivendo na área de influência direta da baía (IBGE, 1991).

Ambiente estuarino: vol médio de 22 bilhões de m3 de água ao longo de seus 391 Km2

Recebe diariamente cerca de 400 ton de efluentes orgânicos, pequena parte recebe algum tipo de tratamento.

MATERIAIS E MÉTODOS

• Imagens TM/Landsat, 217/76: 21/03/99 e 19/01/00 (nível 5):

• Imagem 21/03/99 - registrada com carta náutica N.º 1501 (DHN), 1:50.000 - referência para registrar imagem 19/01/00 (polinômio de primeiro grau, RMS < 0,8 pixel)

• Cobertura de nuvens - área útil da imagem.

MATERIAIS E MÉTODOSTM/Landsat -1999 TM/Landsat -2000

RegistroMapa

RegistroImg-ImgBandas Corrigidas

MáscaraTM4 - Limite Baía

Filtragem

ComponentesPrincipais

Segmentação

LimiteMancha de Óleo

Informações deCampo

RESULTADOS

• A CP 1 contém a informação de brilho associada às sombras de nuvens e às variações da reflectância espectral de massas d’água opticamente diferenciáveis na Baía.

• CP 1 - frente (borda) marcando o limite da mancha de óleo, desde a Ponta do Saco na parte norte da baía, passando a leste da Ilha de Paquetá e mais ao sul, aproximando-se da Ilha do Governador.

CP1 CP2 CP3

RESULTADOS

• A CP 2 e as subseqüentes apresentam gradativamente menos contraste entre as feições presentes nas águas da baía.

• CP 3 - aporte de material orgânico e inorgânico para a baía, proveniente dos rios da região de Magé (parte NE).

• As demais componentes contêm tipicamente menos estrutura da imagem e mais ruído que as primeiras.

CP4 CP5 CP6

RESULTADOS• CP 1 - segmentada por

regiões e editada considerando-se as observações visuais obtidas a partir de visita à área de estudo no mesmo período.

• Delimitação da mancha de óleo

• Área da mancha de óleo - foi calculada equivalente a 133,45 Km2 - Imagem 19/01/00

Antena de Cuiabá

Recepção

CPTEC

Imagem TM/CBERS 2

Imagem NOAA/MODIS/GOES

Dados Meteorológicos

Tomada de Decisão IBAMA/órgãos

competentes para atividades de combate

RESUMO ESQUEMÁTICO DO SISTEMA PROARCO:

Internet

Produtos

SGDB MySQL

Espaço-TemporalEspaço-Temporal4.000.000 Focos +/- 10 k Focos/dia4.000.000 Focos +/- 10 k Focos/dia

TerraLib BDQueimadasTerraLib BDQueimadas

Powered byPowered by

Powered byPowered by

Experimental: Risco de Fogo no BDQueimadasExperimental: Risco de Fogo no BDQueimadas

Sistema DETERDEtecção do desmaTamento em tEmpo Real na Amazônia Legal

www.obt.inpe.br/deter

Dr. Dalton M. Valeriano (dalton@dsr.inpe.br)Eng. Luis E. Maurano (maurano@dpi.inpe.br)

MCT/INPE/OBT

Produtos

SGDB MySQL

Estação recepção

Cuiabá/MT

Imagem MODIS mais atual possível

Base do Desmatamento anos anteriores

DETER: Estrutura

Projeto PRODES

Processamento SJ Campos: Processamento SJ Campos:

SPRING – detecção dos novos SPRING – detecção dos novos desmatamentosdesmatamentos

Fiscalização: sala situação IBAMA e outras instituições

Internet

www.obt.inpe.br/deterwww.obt.inpe.br/deter

OBT em SJ CamposOBT em SJ Campos

Desmatamentos verificados entre 21/Mai e

08/Jun/2004

Mapa do desmatamento em 13/Ago/2003 (amarelo)

+ desmatamento de 13/Ago/2003 até

07/Mai/2004 (vermelho) + desmatamento de

21/Mai/2004 (laranja) + desmatamento de 08/Jun/2004 (azul)

Mosaico Modis de 21/Mai/2004

ATUALIZAÇÃO: uma quinzena depois...

Gráficos totalizando desmatamento por municípios ou estado

Tabela com atributos dos desmatamentos recentes,

obtida no site

Imagem Modis de 2004-05-07 ainda sem vestígio do desmatamento

Imagem Modis de 2004-05-21, com excesso de nuvens

Imagem Modis de 2004-06-08, mostrando as primeiras marcas do desmatamento

Imagem Modis de 2004-06-22, já com desmatamento bem realçado

Imagem Modis de 2004-06-22, com polígono do desmatamento e seus atributos

Imagem Cbers (166/106) de 2004-07-17, mostrando o desmatamento

Vai-se ao campo ...

... e pega-se o culpado!

MAPEAMENTO E DIAGNÓSTICO: MAPEAMENTO E DIAGNÓSTICO: ESTUDO DE MOVIMENTOS DE MASSA EM SÃO SEBASTIÃO, ESTUDO DE MOVIMENTOS DE MASSA EM SÃO SEBASTIÃO,

SPSP

Coordenadores Técnicos e Científicos

EDISON CREPANI - INPE

JOSÉ SIMEÃO DE MEDEIROS - INPE

IMAGEM SPOT SINTÉTICA COM PIXEL RESTAURADO PARA 5m DE RESOLUÇÃO(R-Raiz Quadrada, G- Equalizar Histograma, B- Logaritmo)

ÁREAS DE RISCO PARA MOVIMENTOS DE MASSA:

• GEOLOGIA (Litoestratigrafia)

• DECLIVIDADE

• GEOMORFOLOGIA

• SOLOS

• VEGETAÇÃO / USO DO SOLO

+ CLIMA (INTENSIDADE PLUVIOMÉTRICA)

VALORES DE VULNERABILIDADE A PARTIR DA ECODINÂMICA DE TRICART:

PEDOGÊNESE INTERGRADE MORFOGÊNESE

VULNERABILIDADE

ESTABILIDADE

1,0 -,- -,- -,- -,- -,- -,- -,- -,- -,- 2,0 -,- -,- -,- -,- -,- -,- -,- -,- -,- 3,0

VALORES DE VULNERABILIDADE

TEMA CLASSE VALORES

GEOLOGIA

Depósitos Litorâneos AtuaisDepósitos de Encosta InconsolidadosSedimentos Continentais IndiferenciadosSedimentos Arenosos MarinhosSedimentos Flúvio-LagunaresRochas GranitóidesMigmatitosGranulitos

3,03,02,42,42,41,11,31,2

GEOMORFOLOGIA

PlanaltoEscarpas da Serra do MarMorros e Morrotes LitorâneosTálus, Colúvios e Cones de DejeçãoPlanície Flúvio-MarinhaPlanície MarinhaPraiaIlha

1,83,03,03,01,01,03,03,0

SOLO

Latossolos VA + CambissolosCambissolos + Latossolos VAEspodossolos + Neossolos QuartzarênicosNeossolos RegolíticosAreia da Praia

1,61,92,43,03,0

VALORES DE VULNERABILIDADE

TEMA CLASSE VALORES

VEGETAÇÃO E USO

Mata AtlânticaMata Atlântica alteradaVegetação de RestingaVegetação de Restinga alteradaVegetação de VárzeaVegetação de Várzea alteradaVegetação secundáriaDesmatamentos e afloramentos rochososOcupação humanaPraia

1,01,21,41,62,02,22,83,03,03,0

INTENSIDADEPLUVIOMÉTRICA

225 – 250 mm/mês250 – 275 mm/mês275 – 300 mm/mês300 – 325 mm/mês325 – 350 mm/mês350 – 375 mm/mês375 – 400 mm/mês400 – 425 mm/mês425 – 450 mm/mês450 – 475 mm/mês475 – 500 mm/mês500 – 525 mm/mês> 525 mm/mês

1,81,92,02,12,22,32,42,52,62,72,82,93,0

MAPA DE ÁREAS DE RISCO

e no detalhe ....

e no campo ....

a constatação .

Obrigado

EYMAR LOPES - eymar@dpi.inpe.br