Introdução ao Geoprocessamento_Aula 04

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Introdução ao Geoprocessamento
Prof. Paulo Augusto Ferreira Borges
Aula 04
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6. Manipulação e análise de dados
Segundo Rosa (2013) as técnicas de extração de informações em uma
base de dados armazenada em um SIG podem ser subdivididas em
técnicas de manipulação e técnicas de análise de dados.
6.1 - Manipulação de dados
Principais técnicas de manipulação
⚫ mudança de projeção;
⚫ mudança de escala;
⚫ remoção de distorções (correção geométrica);
⚫ rotação e/ou translação de coordenadas.
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6. Manipulação e análise de dados
6.1 - Manipulação de dados
Mudança de Projeção: como a geometria e os atributos dos dados num SIG
devem estar georreferenciados, isto é, localizados na superfície terrestre,
devem ser representados em uma projeção cartográfica onde, a depender do
que se deseja extrair de informações, deve-se utilizar um sistema de projeção
que minimize deformações nas grandezas extraídas (como exemplo o cálculo
de áreas, a medição distâncias ou a representação da forma de um perímetro).
Mudança de escala: Em projetos utilizando SIG's, deve-se definir a escala de
trabalho, passo importante para dimensionar o grau de detalhamento da coleta
dos dados para elaboração dos mapas básicos. A escala de apresentação dos
resultados deverá ser menor ou igual a escala dos dados originais.
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6. Manipulação e análise de dados
6.1 - Manipulação de dados
Remoção de distorções: Consiste em aplicar uma função matemática
visando recalcular as coordenadas de cada ponto do mapa. Como
exemplo a retificação de imagens de satélites, através do registro de
um conjunto de pontos identificados na imagem e no mapa.
Rotação/Translação de coordenadas: A rotação de coordenadas
consiste em rotacionar o mapa em relação ao sistemas de
coordenadas. A translação de coordenadas consiste simplesmente em
acrescentar um dado valor nas coordenadas dos pontos.
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6. Manipulação e análise de dados
6.1 - Manipulação de dados
Alguns exemplos de transformações geométricas no espaço
bidimensional:
⚫ Transformação ortogonal (3 parâmetros);
⚫ Transformação de similaridade (4 parâmetros);
⚫ Transformação afim ortogonal (5 parâmetros);
⚫ Transformação de afinidade (6 parâmetros)
⚫ Transformações polinomiais (mais de 6 parâmetros).
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6. Manipulação e análise de dados
6.1 - Manipulação de dados
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Consistem em operações espaciais primitivas, que podem ser
aplicadas a um ou mais planos de informação com objetivo de criar
novos planos de informação ou de calcular medidas. A combinação
destas operações são feitas, na sua maioria, utilizando os recursos da
Álgebra Booleana.
6.2.1 Álgebra de Boole
Utiliza os operadores lógicos de interseção (E), união (OU ) e negação
(NÃO). A lógica da álgebra de boole é representada visualmente na
forma de diagramas de Venn.
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
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Diagrama de Venn mostrando exemplos com
os resultados da aplicação da Álgebra de
Boole para dois ou mais conjuntos
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
6.2.2 Operações de Análise de Dados
Segundo Rosa (2013), As operações de análise mais comuns nos SIG's
podem ser subdivididas em:
⚫ Reclassificação;
⚫ Sobreposição;
⚫ Ponderação;
⚫ Medidas;
⚫ Tabulação cruzada;
⚫ Análise de vizinhança;
⚫ Análise de rede;
⚫ Consulta a banco de dados georreferenciado.
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Reclassificação: A reclassificação dos dados é feita geralmente
quando se necessita extrair informações de interesse melhorando a
apresentação visual dos dados. Envolve operações que reavaliam os
valores temáticos nas categorias do mapa preexistente, gerando uma
nova apresentação.
Exemplo de Reclassificação por Atributos: “Para todos os países da América do Sul,
gere um mapa temático com o crescimento demográfico de cada país, dividido em
classes: { (de 0 a 2% ao ano), (de 2 a 3% a.a.), (mais de 3% a.a.)}.”
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Sobreposição: Extração conjunta de dados por meio da combinação lógica de
dois ou mais mapas em um SIG, diretamente análoga ao tradicional método de
sobreposição empregado nas mesas de luz.
Exemplo: obter as áreas indicadas para preservação ambiental em uma
microbacia hidrográfica.
X = (A ou B) ou C ou D
onde:
⚫ A = Categoria de cerrado no mapa de cobertura vegetal natural
⚫ B = Categoria de mata no mapa de cobertura vegetal natural
⚫ C = Categoria de declividade forte
⚫ D = Categoria de solos hidromórficos
⚫ X = Áreas indicadas para preservação ambiental.
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Sobreposição
Exemplo: A partir dos mapas da microbacia referentes à cobertura
vegetal e uso antrópico, de declividade e de solos, e definindo-se
critérios tais como, as áreas que tenha uma declividade forte (>10%) ou
que sejam cobertas por mata ou cerrado ou que tenha presença de
solos hidromórficos.
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Ponderação: Permite associar pesos que indicam a contribuição
relativa de cada uma das classes de um tema. Um exemplo típico de
ponderação é a geração de mapas de aptidão agrícola das terras, onde
a partir de vários planos de informação, determina-se as áreas inaptas,
com aptidão muito forte, forte, moderada e fraca para a cultura da soja,
por exemplo.
O Quadro 1 a seguir mostra o produto dos pesos das categorias pelos
pesos dos mapas e o Quadro 2 mostra os valores encontrados para
cada classe de aptidão das terras para plantio da soja.
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6.2 - Análise de Dados
Quadro 2 
Quadro 1 
Latossolos Vermelhos- LV
Vertissolos Hidromórficos - VG
Cambissolos Húmicos - CH
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6.2 - Análise de Dados
Medidas: Existe uma grande variedade de medidas possíveis de serem
obtidas utilizando os Sistemas de Informações Geográficas, onde os
principais tipos são: distâncias, perímetro, área e volume.
Tabulação cruzada: Permite calcular a área das interseções entre as
classes de dois planos de informação. Geralmente, os SIG's requerem
os dados no formato raster para realizar esta operação. Além disso os
dados dos dois planos de informação devem ter a mesma resolução
espacial, o mesmo número de "pixels" e estarem no mesmo tipo de
projeção e coordenadas.
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6.2 - Análise de Dados
Tabulação cruzada: Exemplo: valores de área em ha entre os planos
de informação “uso da terra” e “declividade” da microbacia.
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Operadores de vizinhança: Esta função seleciona uma área localizada
a uma certa distância de uma feição interesse. Por exemplo, a partir do
plano de informação contendo as curvas de nível de uma determinada
área pode-se gerar, através dessa função, um novo plano de
informação contendo as áreas que estão dentro de um determinado
intervalo de altitude.
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Análise de redes: Em uma rede a parte gráfica é armazenada em
forma de coordenadas vetoriais, com a topologia arco-nó e seus
atributos não gráficos são guardados em um banco de dados. -
Exemplo: 1. aplicação em hidrologia, onde pode-se separar bacias de
drenagem, a partir do cálculo da direção de escoamento superficial
utilizando os mapas planialtimétricos. 2. Avaliar a rota alternativa para
veículos de emergência, baseado na combinação da distância total do
caminho, e do congestionamento antecipado, que é dependente do
horário do dia.
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Análises estatísticas: Procedimentos estatísticos comumente
utilizados em SIG's, seja para assegurar a precisão dos dados durante
o processamento, seja para apresentar um relatório resumido do banco
de dados, ou para gerar um novo dado durante as análises. Exemplos:
Estatística Descritiva (média, mediana, variância, desvio padrão, etc.);
Histogramas (distribuição da frequência de ocorrência dos valores dos
atributos); Valores Extremos (máximo e mínimo); Correlação (cálculo da
distribuição espacial dos atributos de dois ou mais planos de
informação, utilizando geralmente um coeficiente de correlação ou uma
equação de regressão linear).
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6. Manipulação e análise de dados
6.2 - Análise de Dados
Consulta a banco de dados georreferenciado: Em um banco de dados
georreferenciado as informações são referenciadas espacialmente, através de
um sistema de coordenadas. Como exemplo, com um mapa e um banco de
dados georreferenciado por municípios, pode-se responder às seguintes
questões:
⚫ Quais os municípios que tem uma densidade demográfica igual ou
superior a 5 Habitantes por Km² ?
⚫ Localize no mapa as cidades que estão situada a menos de 60 km de
Uberlândia.
⚫ Qual a distância entre as cidades de Uberlândia e Uberaba?
Pode-se ainda, elaborar cartogramas e localizar informações no mapa.
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7. Modelagem espacial
Segundo Rosa (2013), os dados armazenados nos SIG’s constituem
uma ferramenta útil na geração de modelos para previsão de dados
distribuídos espacialmente (precipitação, erosão, escoamento
superficial, etc.). Um modelo pode ser definido como uma expressão
formal de relações entre entidades definidas em termos físicos ou
matemáticos.
Para Soares Filho (2000), consiste em decompor o mundo real em uma
série de sistemas simplificados para alcançar uma visão sobre as
características essenciais de um certo domínio. Pode ser realizado
através de linguagem matemática, lógica, gráfica ou física (modelo
reduzido - maquetes).
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7. Modelagem espacial
7.1 - Modelos Digitais de Elevação (MDE)
Um Modelo Digital de Elevação representa as altitudes da superfície
topográfica agregada aos elementos geográficos existentes sobre ela,
como cobertura vegetal e edificações.
O termo Modelo Numérico do Terreno (MNT) é também comumente
usado pois é uma representação digital da superfície da Terra. Esta
representação é feita por um sistema de coordenadas (x, y e z), onde o
par de coordenadas (x, y) representa a superfície bidimensional e a
coordenada "z" representa a variação do dado físico.
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7. Modelagem espacial
7.1 - Modelos Digitais de Elevação (MDE)
A Modelagem Numérica do Terreno permite cálculo de declividade,
volume, cortes transversais, linha de visada, etc. Nos SIG's, um
conjunto básico de ferramentas para aplicações de engenharia consta
de:
⚫ Determinação do modelo ( grade regular ou triangular) a partir de
pontos esparsos ou linhas;
⚫ Geração de mapas de contorno (isolinhas);
⚫ Geração de mapas de declividade e de aspecto;
⚫ Visualização 3D (com imagens e temas);
⚫ Cálculo de volumes; e
⚫ Análise de perfis.
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Referências Bibliográficas
CÂMARA, G.; DAVIS, C.; MONTEIRO, A. M. V. Introdução à ciência da
geoinformação. 2a Edição. p. 345, 2001. Disponível em:
<www.dpi.inpe.br/gilberto/livro>.
ROSA, R. Introdução ao Geoprocessamento. Universidade Federal de
Uberlândia. 2013.
SOARES FILHO, B. S. Modelagem de dados Espaciais. Curso de
Especialização em Geoprocessamento. Departamento de Cartografia, Centro
de Sensoriamento Remoto, UFMG. 2000.