Análise espacial e modelagem. Operações de Vizinhança Aula 8

Análise espacial e modelagem

Operações de Vizinhança

Aula 8

Operações espaciais

• Elas avaliam as características da área de vizinhanças de uma localização específica.

Operação de vizinhança requer 3 parâmetros básicos: 1. uma ou mais localizações-alvo ; 2) Uma especificação da vizinhança ao redor de cada alvo; 3) Uma função de pesquisa a ser realizada nos elementos dentro da vizinhança.

Operação de vizinhança matricial

Exemplo: Habitat da Vida Selvagem - O alvo é um local de estudo (C1), a vizinhança especificada (R1) é uma área que engloba a vegetação hospedeira e a função (T) é a combinação dos dados de vegetação, terreno e proximidades dos recursos necessários (água, alimento).

Operação de vizinhança matricial

• O ArcGIS gera a vizinhança diretamente e a intercepta com os dados geográficos como uma operação de sobreposição

Exemplo 1: encontrar todas as áreas residenciais em um raio de 10 km nas proximidades de uma escola.

• Exemplo 2: encontrar todos os lotes que se encontram a 50 m do sistema viário.

Algumas das operações mais comuns (calculam um novo atributo como função dos atributos dentro de uma certa vizinhança) (Burroughs &

McDonnel, 1998)

• Interpolação de valores a partir de objetos de vizinhança;• Identificação de valores que ocorrem mais frequentemente;• Distribuição estatística de valores;• A soma de todos os valores;• A média de todos os valores;• O valor máximo ou mínimo;• Identificação da área de uma bacia hidrográfica.

Proximidade

• Medida de distância entre os elementos;• “Buffer zone” – corredor ou zona de contenção

Maneiras de delimitar a zona de contenção no ArcGIS

Toolbox

CommandLine

Model Builder

Paula Lima, 2007

Buffer e realidade ...

Muitas zonas de contenção são tão arbitrárias quanto aquelas produzidas digitalmente em um SIG

Funções de visibilidade

• Mostra a área que pode ser vista a partir de um determinado ponto de observação. Áreas de aplicação são, por ex., planejamento de paisagem e telecomunicações.

• Para produzir um mapa de visibilidade incluem-se: 1. DEM; 2. Locais com obstruções; 3. Posição do observador; 4. Pontos alvos.

Merge (Combinação)Os limites dos polígonos são dissolvidos (removidos) para combinar polígonos adjacentes

O O’

Declividade

• Mede a inclinação da superfície• Pode ser expressa em graus ou porcentagem

Dv Dh

x 100

Mapa de Declividade da Bacia do Rio Paraíba do Sul

Aspecto (ângulo da declividade)• Direção da declividade em relação à direção Norte

• Aplicações: Qual o local onde vai ter sol? Áreas rurais (plantações de uvas)

0

90

180

270

N

E

S

W

Neighborhood Maximum operation applied to produce a new data set

This graphic illustrates how mathematical operators and functions can be used to combine data on a cell-by-cell basis to derive new information.

Algebra de Mapas

The ability to matematically combine (add, subtracte, multiply, divide) different layes to produce a result

O perações de SobreposiçãoO perações de Sobreposição

* Procedimento envolve tanto mapas digitais quanto matriciais;* Envolve três etapas: a) sistema de referência espacial, b) processamento da

interseção geométrica; c) procedimento da combinação de atributos.

+ =

Sobreposição matricialPreferidas pela facilidade computacional e flexibilidade desta operação. Cada célula da grade tem associada uma série de valores numéricos. Estes processos envolvem operações de soma ou subtração.

For(int linha=0;<Ymax;linha++) for(int coluna=0;coluna<Xmax;coluna++) mapa_saida[linha][coluna]=mapa_1[linha][coluna]-mapa_2[linha][coluna] (Miranda, 2005)

Operação de diferença matricial

Sobreposição vetorial

Dupla representação do fenômeno geográfico. Objetos espaciais são

armazenados em tabelas com as coordenadas dos objetos espaciais e suas topologias;

objetos não espaciais – atributos – armazenado em tabelas com as descrições. O algoritmo desta fase tem a responsabilidade

de montar as novas tabelas para os novos polígonos, arcos e nós, construindo a

estrutura topológica.

Aplicação de Operações de Sobreposição Exemplo 1

DEVELOPING A METHODOLOGY FOR A SILVICULTURE POTENTIALITY MAP USING GIS

Talita Oliveira1, Silvio Simões1, Giordano Automare2, George Bernardes1,Isabel Trannin1, Juliano Dias2

Methodology

• A multidisciplinary expert group provided interpretation and factorings for each

physical landscape element. Each expert was asked to define the degree of suitability

for silviculture of each landscape feature applying a scale factor from higher suitable

(5) to lower suitable (1);

• Thematic maps were adjusted and converted from AutoCAD® format to ArcGIS® environment;

• The areas were calculated by the sum of the scale factors divided by the numbers of landscape elements using the tools of Spatial Analyst/ArcGIS® . These layers were combined in order to obtain the Silviculture Potentiality Map.

Sedimentary rocks with clay 5

Sedimentary rocks with sand 4

Metassedimentaries rocks 4

Migmatites 3

Granites 2

Quartzites 1

Coluvial and talus deposits 1

Alluvial plain 1

Results

GEOLOGIC MAP Scale 1/500,000

(Carneiro et al., 1978)

Mountain with Moderate to Gentle Hillslopes

5

Mountain with Steep Hillslopes 4

Low Mountain with Steep Hillslopes

3

Ridge escarpments 2

Floodplain 1

GEOMORPHOLOGIC MAP

Scale 1/500,000

(Poncano et al., 1981)

Oxisols 5

Ultisols 4

Haplic Cambsols (Inceptsols) 3

Humic Cambsols (Inceptsols) 2

Histosols 1

PEDOLOGIC MAPScale 1/500,000

(Oliveira et al., 1999)

SILVICULTURE POTENTIALITY MAP

16,8%

70,2%

9,9% 3,1%

P oor

F air

Good

Very Good

Very good situation: interaction among clay sedimentary rocks, oxisols, and gentle hillslopes

Fair and Poor situation: granite rocks associated with Ridge Escarpments and

alluvial plains

Good situation: migmatites rocks associated with Mountain with Steeper Hillslope and

shallow soils

Objetivos: Apresentar uma metodologia que possibilite definir áreas potenciais de infiltração com base em elementos do meio físico natural e modificado (rocha, relevo, solo e uso da terra)

Caracterização de áreas de infiltração com base em elementos do meio físico e do uso da terra

Exemplo 2

Paulo Valladares – Instituto FlorestalSueli Yoshinaga – IG/UnicampSilvio Simoes – FEG/UnespGeorge Bernardes – FEG/UnespSérgio Barbosa - ANA

• Levantamento e organização de mapas temáticos em escala regional;

• Para as diferentes unidades (geológicas, geomorfológicas, pedológicas e de uso da terra) e faixas (precipitação), uma equipe de especialistas atribuiu pesos que variam de 1 a 5 em que são analisados os comportamentos individuais de cada elemento aos processos de infiltração;

Qualificadores Pesos Relativos

Muito Baixa 1

Baixa 2

Regular 3

Boa 4

Muito Boa 5

Metodologia

Mapa Geológico

Mapa Pedológico

Mapa de Uso da Terra

Mapa de Precipitação

Mapa Geomorfológico

Aplicação de álgebra de mapasAplicação de álgebra de mapasGeoprocessamento

Trabalhar os dados em ambiente SIG

Ponderar as classes de cada layer utilizado

Estabelecer “pesos” aos layers

(álgebra de mapas)

Camarinha et al., 2011

Trabalhar os dados em ambiente SIG

Ponderar as classes de cada layer utilizado

Estabelecer “pesos” aos layers

(álgebra de mapas)

Camarinha et al., 2011

Aplicação de álgebra de mapasAplicação de álgebra de mapas

Trabalhar os dados em ambiente SIG

Ponderar as classes de cada layer utilizado

Estabelecer “pesos” aos layers

(álgebra de mapas)

Aplicação de álgebra de mapasAplicação de álgebra de mapas

Camarinha et al., 2011

Trabalhar os dados em ambiente SIG

Ponderar as classes de cada layer utilizado

Estabelecer “pesos” aos layers

(álgebra de mapas)

Layer Uso e Ocupação

Aplicação de álgebra de mapasAplicação de álgebra de mapas

Camarinha et al., 2011

Trabalhar os dados em ambiente SIG

Ponderar as classes de cada layer utilizado

Estabelecer “pesos” aos layers

(álgebra de mapas)

0,350,25

0,200,20

xx

x =

Aplicação de álgebra de mapasAplicação de álgebra de mapas

Camarinha et al., 2011

Camarinha et al., 2011

Integração Análise Espacial e Modelagem Hidrológica

Exemplo: Mapeando a recarga da água subterrânea (David Robertson, 2007)

Model Builder shows a representation of the groundwater protection model developed by Rhonda Pfaff and Alan Glennon for analysis of groundwater vulnerability in the Mammoth Cave watershed, Kentucky, U.S.A. Reading from top left, the model first clip the slope layer to watershed, then selects slopes greater than or equal five and so on.

This figure shows a graphic rendering of the ESRI´s ModelBuilder. Each operation is shown as a rectangle and each dataset as na ellipse

Results of the groundwater protection model. Highlighted areas are farmed for crops, on relatively steep slopes and within 300m of streams. Such areas are particularly likely to generate runoff contaminated by agricultural chemicals and soil erosion, and to impact adversely the cave environment into which the area drains.

ArcGIS Hydro Data Model

Flow

Time

Time Series

Hydrography

Network

Channel

Drainage

HydroFeatures

Hydrologic Simulation with Arc Hydro, libHydro and Model BuilderTim Whitaker, 2003

The Llano River basin is located in central Texas, approximately 100 miles northwest of the capital city of Austin

Connecting Geospatial Data with libHydro through a Script Tool

Model Builder Diagram of Precipitation to Runoff Snyder Model

Rainfall and Runoff Time Series

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

9:36 PM 12:00 AM 2:24 AM 4:48 AM 7:12 AM 9:36 AM 12:00 PM

Time

Pre

cip

itat

ion

(m

m)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Ru

no

ff(c

ms)

Precipitation

Runoff

Runoff Time Series Calculated from Snyder Unit Hydrograph and Precipitation Excess

Loss Initial Constant Tool

TIWSSTexas Integrated Water Simulation System

Arc Hydro

Geospatial and Temporal Data

HEC ModelsFlooding & Water Management

ModflowGroundwater

SWATWater Quality

WRAPWater Availability