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Software livre
Hydroflow 1.0O lançamento - 01/set/2015
O que é o Hydroflow?
Um software livre que processa dados geográficos vetoriais de uma rede de drenagem - contexto de Sistemas de Informações Geográficas (SIG)!
Um exemplo de representação da rede de drenagem - Bacia do Rio do Turvo
Elementos notáveis da rede
Exutório
Afluência/Foz
Nascente
O que o Hydroflow faz?
1) Associa à geometria das drenagens o respectivo fluxo de escoamento da água.
2) Hierarquiza uma rede de drenagem pelos métodos Strahler e Shreve.
As drenagens são representadas por polilinhas vetoriais, geralmente o fluxo da drenagem é dado pela sequência dos vértices da geometria:
1) Associar o fluxo à geometria
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Nem sempre a criação da linha de drenagem respeita o fluxo deescoamento...
1) Associar o fluxo à geometria
2) Hierarquizar a rede - ex. StrahlerTécnicas para agrupar canais para estudos hidrológicos e correlatos...
Para que o resultado do Hydroflow serve?
Geralmente o resultado não é um fim em si - aplicado a outros processamentos no SIG.
Principais aplicações com o fluxo da drenagem:- Análises de grafo sobre a rede- Modelagem de superfícies - ex. MDT-HC
Para que o resultado do Hydroflow serve?
Principais aplicação com a hierarquização:- Identificação explícita das nascentes e dos canais de
ordem 1;- Determinação da ordem máxima da bacia e seleção da
ordem para divisão em sub-bacias;- Agrupamento dos canais para estudos hidrológicos
(inundação, erosão, infiltração no solo, …)
Motivação inicial do Hydroflow
Eu era um técnico e me colocaram para hierarquizar o Bacia do Rio do Turvo manualmente:
Motivação atual do Hydroflow
+ dados produzidos+ aplicativos disponíveis+ cultura do SIG espraiada
Precisamos de ferramentas de análise também mais fáceis para que possamos agregar mais valor a nossas análises!
Como o Hydroflow faz?
Por princípio de análise de grafos:- Determina a topologia da rede (qual drenagem se
conecta em qual)- Cria uma árvore binária- Visita a árvore em pré-ordem para determinar fluxos e
hierarquia
Como o Hydroflow faz?
O principal esforço é determinar a topologia: quem está conectado em quem?
Como o Hydroflow faz?
Utiliza-se do algoritmo de varredura do plano (plane sweep) para determinar a topologia com eficiência.
Como o Hydroflow faz?
Sabendo a topologia, o segredo é o exutório!
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
No início, se olha o exutório.
Exutório
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Fase 1: o exutório é a única extremidade de drenagem que não toca em outra drenagem E não é uma nascente...
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
O fluxo do segmento que toca o exutório só pode ser um!
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Anda-se à montante. Em cada afluência duas drenagens confluem e outra diverge. Já sabemos quem diverge...
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
E se segue com a lógica, sempre andando à montante
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
E se segue com a lógica...
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
E se segue com a lógica...
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Todos os segmentos visitados quando se chega em todas as nascentes!
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Fase 2: retorna-se calculando a ordem (ex. Strahler)
Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Anda-se agora à jusante. Primeiro os segmentos de ordem 1
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Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Se segue à jusante. Só se classifica um segmento quando todos aos seu montante estão classificados
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Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Se segue à jusante. Só se classifica um segmento quando todos aos seu montante estão classificados
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Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Se segue à jusante. Só se classifica um segmento quando todos aos seu montante estão classificados
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Ilustrativo exemplo do algoritmo...
Fim!Obs: o algoritmo não é exatamente assim por questão de desempenho...
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O que o Hydroflow faz de diferente?
Não depende de dados altimétricos;
É totalmente automático (sem intervenção do usuário)
Calcula a topologia da rede, uma vez que normalmente não a temos.
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Baseiam-se na análise de superfície MDT-HC.
Vejamos os passos típicos no ArcGIS for Desktop...
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Passo 1 - se gera uma superfície interpolada:ou se tem um MDT pronto (ex. SRTM)
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Passo 2 - se remove as depressões (sinks) da superfície (passível de distorções)
Passo 3 - Cálculo doD8 para direção defluxo
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Passo 4 - se calcula o acúmulo de fluxo
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Passo 5 - o usuário escolhe um limiar de corte, células com acúmulo de fluxo maior do que o limiar são consideradas drenagens!Passo 6 - identificar os segmentos e a redePasso 7 - hierarquizar a redePasso 8 - converter para vetor
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Então se tem uma rede hieraquizada e com fluxo correto:
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Mas essas drenagens são aproximadas, pois dependem do limiar de corte escolhido e não refletem as condições que resultam em drenagens reais!
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Colocando as drenagens mapeadas em vermelho sobre as aproximadas:
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Damos 8 passos para termos drenagens aproximadas com fluxos e hierarquias, o Hydroflow faz em um passo apenas e sem necessitar do MDT.
Obs: MDT-HC e análise de escoamentosuperficial possuem outras aplicações alémdesta que o Hydroflow cobre.
Por comparação, como outros aplicativos de SIG fazem hoje?
Por fim, uma das entradas que podemos fornecer para gerar um melhor MDT-HC são as drenagens mapeadas com fluxo associado - o Hydroflow faz essa atribuição de fluxo automaticamente!
O que é preciso fornecer ao Hydroflow?
1) Um arquivo Shapefile (*.shp) com a rede de drenagem;
2) Um arquivo Shapefile com o ponto do exutório;a) Alternativamente é possível fornecer o limite da
bacia, pois então o Hydroflow considera como exutório o ponto onde uma das drenagens da rede toca o limite da bacia.
Estrutura dos dados de entrada para o Hydroflow
Para que a topologia seja corretamente calculada, é necessário um controle de qualidade sobre a rede de drenagem:- Drenagens afluentes conectadas- Drenagens fragmentadas em segmentos- Não representação de corpos hídricos, apenas linhas
(que são arcos do grafo)
Vamos à demostração do
Hydroflow!
Por que software livre?
Como algoritmo a ser publicado em periódicos, o paper e a implementação ficam à disposição da comunidade de desenvolvedores!
- é multiplataforma - Windows, Linux, MacOS, ...
Sem custo para utilização, é um conhecimento aberto.+ que um software aberto
Próximos passos?
Incorporar o código em aplicativos como QGIS, gvSIG e ArcGIS na forma de plugins;
Preparar o programa para corrigir algumas falhas topológicas da rede de drenagem automaticamente.
Obrigado pela atenção!
Perguntas??
Contatos: labgis@labgis.uerj.br
Baixe o Hydroflow em:http://www.labgis.uerj.br/hydroflow
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