Modelagem Numérica de Terrenos e Fontes de Dados Ambientais

Modelagem Numérica de Terreno& Fontes de Dados Ambientais

Vitor Vieira VasconcelosCarolina Moutinho Duque de Pinho

Flávia da Fonseca FeitosaDisciplina BH1408 – Cartografia e Geoprocessamento para o Planejamento Territorial

Março de 2017

Representação matemática computacional da distribuição de um fenômeno espacial

Aplicações típicas: Relevo

Profundidades de mar/rio

Dados geofísicos e geoquímicos

Dados climáticos

Pode representar qualquer grandeza com variação espacial contínua, quantitativa

Modelos Numéricos de Terreno - MNT

Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas topográficos

Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens

Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio a análise de geomorfologia e erodibilidade

Apresentação tridimensional

Exemplos de usos do MNT

TerminologiaMNT – Modelo Numérico de TerrenoMDT – Modelo Digital de Terreno

MDE – Modelo Digital de Elevação

MDS – Modelo Digital de Superfície

Qualquer variável quantitativa contínua

Dados topográficos ao nível do solo

Elevação da superfície, incluindo copasdas árvores e edificações

EGG, G.C. Geração de modelos digitais de superfície compostos utilizando imagens do sensor PRISM/ALOS. Dissertação de Mestrado. UFV. 2012.

MDS - Modelo Digital de SuperfícieMDE - Modelo Digital de Elevação

Revisão: Estruturas de RepresentaçãoComputacional de Dados Contínuos

Pontos cotados (x,y,z)

Isolinhas

Malha triangular (TIN)

Grade regular

Revisão: Estruturas de RepresentaçãoComputacional de Dados Contínuos

Estruturas vetoriais 2,5D Pontos cotados (x,y,z)

Isolinhas

Malha triangular (TIN) Associação de um valor numérico a cada localização do espaço 2D

Não são tridimensionais, suporte espacial são localizações 2DGrade regular = Estrutura matricial

Grade regular (matriz de reais) elemento com espaçamento fixo valor estimado da grandeza

Estruturas de Dados para MNT

Estruturas de Dados para MNTMalha Triangular (TIN – triangular irregular network) conexão entre amostras. Superfície representada através

de um conjunto de faces triangulares interligadas estrutura vetorial - topológica arco-nó

MALHA TRIANGULAR (TIN) GRADE REGULAR

VANTAGENS 1. Melhor representação de relevo complexo

2. Incorporação de restrições como linhas de crista

1. Facilita manuseio e conversão

2. Adequada para dados não-altimétricos

PROBLEMAS 1. Complexidade de manuseio

2. Inadequada para

Álgebra de mapas

1. Representação de

relevo complexo

2. Cálculo de declividade

Estruturas de Dados para MNT

Curvas de Nível

Isolinhas (Curvas de Nível)Linha imaginária, em que todos ospontos têm o mesmo valornumérico. Isolinhas não se cruzam

Dados altimétricos: Onde todos os pontos tem a mesmaaltitude em relação a uma superfíciede referência, geralmente o nívelmédio do mar.

Curvas de nível e perfil topográfico

Equidistância vertical:Intervalo de valor entre as curvas de nível

FERREIRA, G.M.L., MARTINELLI, M. Atlas geográfico: espaço mundial. Moderna, 2003.

Equidistância Vertical de Curvas de nível

É o intervalo de valores das curvas de nível Solução de compromisso entre:

• Boa distribuição visual das curvas nas áreas maisplanas

• Limite de espaçamento visível entre linhas emencostas íngremes (para não ficarem emboladas)

• Valores de classe redondos (quebras claras) para facilitar a leitura

A melhor escolha de equidistância pode variardependendo do relevo da região (montanhosa ouplana)

IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007

Curvasmuito

próximas

Curvasmuito

espaçadas

Equidistância Vertical de Curvas de nível

Escala (M)Intervalossugeridos(metros)

Menor intervalovisível em

encosta de 45º, em metros𝑨𝑨 =

𝑴𝑴𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐

BomespaçamentoA = n * log(n)

onde

𝒏𝒏 =𝟏𝟏𝟐𝟐𝟐𝟐𝑴𝑴

+ 𝟏𝟏

1:1.000.000 200 500 2001:500.000 200 250 1301:250.000 100 100 851:100.000 50 50 471:50.000 20 a 30 25 291:25.000 20 12.5 191:10.000 10 5 101:5.000 5 2.5 5.7

IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007

Escala -> Resolução

EscalaResoluçãohorizontal

aproximada (m)

Equidistânciavertical de curvas

de nível (m)1:1.000.000 200 200

1:450.000 90 2001:250.000 50 1001:150.000 30 751:50.000 10 20 a 301:25.000 5 201:10.000 2 10

ESCALA X ACUIDADE VISUAL = RESOLUÇÃO HORIZONTALAcuidade visual = 0,2mm

IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007.

Curvas de nível Triangulação

O Processo de Modelagem Numérica1. AMOSTRAGEM: Dados de entrada

nas representações Amostras 2,5D

Isolinhas

Linhas de restrição

2. MODELAGEM: Criação de estruturas De grades regulares

De grades irregulares

3. APLICAÇÕES OU ANÁLISES: Uso dos modelos

Imagens, declividade

Fatiamento, visibilidade, contornos

Volumes, drenagens, etc...

Dados Altimétricos - Fonteshttp://www.ambiente.sp.gov.br/cpla/modelo-digital-de-elevacao-mde-do-estado-de-sao-paulo/

http://s.ambiente.sp.gov.br/cpla/MDE_ESP_v2.rar

Escala original de 1:50.000 (analógica),digitalizada em resolução horizontal de 30m (1:150.000)

MDE – São Paulo Resolução Horizontal 1:150.000“Resolução Vertical” 1:50.000

Dados Altimétricos – FontesSRMT (Shuttle Radar Topography Mission)

SRTM V3 (SRTM Plus, ou 1 Arc-Second Global) Resolução original de 30 metros (1:150.000) com preenchimentode falhas por outros MDE (ASTER e GMTED2000).

Sites: USGS Earth Explorer (https://earthexplorer.usgs.gov/) Nasa Reverb (https://reverb.echo.nasa.gov) Nasa EarthData (https://urs.earthdata.nasa.gov/) NASA LPDAAC (https://gdex.cr.usgs.gov/gdex/) US Government Computer (https://e4ftl01.cr.usgs.gov/SRTM/)

TopodataResolução de 90 metros (1:450.000), com preenchimento de falhas por interpolação e depois reamostrada para 30 metros.

Site: http://www.dsr.inpe.br/topodata/

https://earthexplorer.usgs.gov/

INDEBase Contínua 1:1.000.000

Dados Altimétricos - Fontes

Bases de Dados: IBGE

(…)

http://downloads.ibge.gov.br/downloads_geociencias.htmftp://geoftp.ibge.gov.br/

Prefeituras

Dado obtido Formato .dwg (spaguetti)

Análise de dados de Terreno

PRÁTICA

Base de dados SIG:

https://yadi.sk/d/OcbEJZsr3FgpnT

1. Download em:

2. Importar arquivo “MDE_ESP” (raster) no QGIS & LimiteMunicipal_SBC

Utilizando o MDE da Secretaria do Meio Ambiente/SP 1:150.000 Horizontal, 1:50.000 Vertical

http://www.ambiente.sp.gov.br/cpla/modelo-digital-de-elevacao-mde-do-estado-de-sao-paulo/

Recorte SBC – CortarRaster -> Extrair -> Recorte

Recorte SBC – Cortar - máscara

Antes de começarmos vamos checarprojeção cartográfica?

Antes de começarmos vamos checarprojeção cartográfica?

Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADO DE COORDENADAS

O dado original está em coordenadas geográficas, as distâncias são em “ângulos”

Precisaremos do dado projetado para fazer alguns cálculos, entre eles o de declividade.

Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADO DE COORDENADAS

Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADO DE COORDENADAS

Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADODE COORDENADAS

Mudar o Sistema de Coordenadas do ProjetoMenu “Projeto” -> Propriedades do Projeto

Mudar o Sistema de Coordenadas do Projeto

Contornos (Curva de Nível)

Contornos (Curva de Nível)Escala original de 1:50.000 -> Equidistância vertical = 20 a 30m

Contornos (Curva de Nível)

Verificação dos pontos de ocorrência de deslizamentos

Verificação dos pontos de ocorrência de deslizamentos

Abra o arquivo Ocorrencias_SIRGAS2000_UTM.shp sobre os arquivos atuais;

Dê um zoom sobre alguns pontos e analise a localização destes pontos.

Percebam que só com a representação matricial do MNT em tons de cinza em grade regular e com as curvas de nível a interpretação ainda é difícil.

Vamos facilitar as coisas...

Análise de Dados do TerrenoSombreamento: Cria um mapa de sombrasusando a luz e sombra para fornecer umaaparência mais tridimensionalRelevo: Cria um mapa de relevosombreado com cores variando conformeintervalos de elevaçãoDeclividade: Calcula o ângulo de declivepara cada célulaExposição (aspecto): Gera o mapa de orientação de vertente começando emnorte, em graus – sentido horárioÍndice de Rugosidade: Mediçãoquantitativa da heterogeneidade do terreno. É calculado para cada localização, pelo resumo da alteração da elevaçãodentro de uma janela de 3x3 pixels

RILEY, S. J. Index That Quantifies Topographic

Heterogeneity. intermountain Journal of sciences, v. 5, n. 1–

4, p. 23-27, 1999.

Análise de Dados do Terreno

Sombreamento Ângulo Vertical

Azimute

Sombreamento

Segundo este modelo esta ocorrência está “esquisita”

Erro na informação da ocorrência? Erro no modelo digital de terreno? Não, nenhum dos dois. É apenas a utilização de dados na resolução

e escala inadequados. Abram dentro da pasta dados o arquivo de

curvas de nível da prefeitura (escala 1:10.000 (resolução horizontal de 2m e equidistância vertical de 5m)

Resolução X Escala

Resolução X Escala

Como gerar um modelo digital de terreno a partir de isolinhas?

Vamos gerar um novo sombreamento, um mapa de hipsometria (relevo), e um de declividade a partir das curvas de 1:10.000, mas para isso precisamos gerar um novo MNT

Ativar o plugin “Complemento de Interpolação”

Raster -> Interpolação -> Interpolação

Como gerar um modelo digital de terreno a partir de isolinhas?

Como o processo é demorado, vamosabrir um MNT pronto

Abra o arquivoMDE_1_10.000_2m.tif

MNT_ESPResolução

30m

MNT_curvas1:10.000

Resolução 2m

Como o processo é demorado, vamosabrir um MNT pronto

Sombreamento detalhadoFaça o sombreamento do arquivo MDE_1_10.000_2m.tif

Raster -> Análise de Terreno -> Sombreamento

Sombreamentodetalhado1:10.000

(2m)

Sombreamentogeneralizado

1:150.000 (30m)

Relevo (Fatiamento)Raster -> Análise de Terreno -> Relevo

Relevo (Fatiamento)

DeclividadeRaster -> Análise-> MDE (Modelos de Terreno)

Declividade

Declividade do Terreno

Declividade: Porcentagem e Graus

Declividade% = dhdH∗ 100

Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = ArcTan dhdH

Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = Tan−1Declividade%

100

Declividade% = Tan Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 ∗ 100

Cálculo

Conversão

Declividade: Porcentagem e Graus

Declividade: Porcentagem e Graus

Calculadoras online de conversão:

Porcentagem para Graus:http://www.calcunation.com/calculator/slope-percent-conversion.php

Graus para Porcentagem:http://www.calcunation.com/calculator/degrees-to-percent.php

Classificação: EMBRAPA. Sistema Brasileiro de Classificação de Solos, 1999

DeclividadeRaster -> Análise-> MDE (Modelos de Terreno)

Declividade

Exposição (Aspecto – orientação)

Exposição (Aspecto – orientação)Raster -> Análise de Terreno -> Aspecto

Exposição(Aspecto – orientação)

Exposição(Aspecto – orientação)

Exposição (Aspecto – orientação)Aspecto Relevo

Áreas Brancas (valor nulo) = PlanoEx: Topos de Morro, Fundos de Vale

EXERCÍCIO MNT - ROTEIRO1. Importe o MDE do Estado de São Paulo na escala de 1:150.000/1:50.0002. Recorte o MDE utilizando o shapefile de algum município de São Paulo

Dê preferência para a área de estudo do seu trabalho final. O shapefile com todos os municípios de São Paulo é 35MU250GC.shp – selecione o município desejado, exporte-o como um novo shapefile (Save As...) e use como referência para recortar o MDE.

3. Converta o MDE recortado para um sistema projetado de coordenadas4. Gere as curvas de nível (isolinhas) a partir do MDE projetado5. Gere uma imagem sombreada6. Gere uma imagem com a hipsometria sombreada (Relevo Fatiado)7. Gere uma imagem com a declividade fatiada (Classes de Declividade)8. Gere uma imagem com a exposição (Aspecto – Orientação)

Poste no Tidia (Exercício MNT) até 23/03.

Fontes de Dados Ambientais

Natural Earthhttp://www.naturalearthdata.com/downloads/

ONU - Environmental Data Explorerhttp://geodata.grid.unep.ch/

Global Forest Watchhttp://data.globalforestwatch.org/

WRI – Aqueduct Global Mapshttp://www.wri.org/resources/data-sets/aqueduct-global-maps-21-data

INDE – Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais http://www.visualizador.inde.gov.br/

INDE http://www.visualizador.inde.gov.br/

Bases de Dados IBGEdownloads.ibge.gov.br

ftp://geoftp.ibge.gov.br/

MMA http://www.mma.gov.br/governanca-ambiental/geoprocessamentohttp://mapas.mma.gov.br/i3geo/datadownload.htm

MMA http://www.mma.gov.br/governanca-ambiental/geoprocessamentohttp://mapas.mma.gov.br/i3geo/datadownload.htm

SISCOM - IBAMAhttp://siscom.ibama.gov.br/

SISCOM - IBAMA

SISCOM – IBAMAhttp://siscom.ibama.gov.br/monitora_biomas/index.htm

ANA – Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricoshttp://www.snirh.gov.br/

ANA – Metadados http://metadados.ana.gov.br/geonetwork/srv/pt/main.home

IPEF – Institutode Pesquisas e EstudosFlorestais

http://ipef.br/geodatabase/mapas.asp

INPE – Banco de Dados de Queimadashttps://prodwww-queimadas.dgi.inpe.br/bdqueimadas

INPE – AMBDATAhttp://www.dpi.inpe.br/Ambdata/

INPE – PRODEShttp://www.dpi.inpe.br/prodesdigital/prodes.php

IMAZON GEOhttp://www.imazongeo.org.br/imazongeo.php#

IMAZON GEOhttp://www.imazongeo.org.br/doc/downloads.php

SOS Mata Atlânticahttp://mapas.sosma.org.br/dados/

DATAGEO – Infraestrutura de Dados Espaciais Ambientais do Estado de São Paulo

http://datageo.ambiente.sp.gov.br/

DATAGEO – Infraestrutura de Dados Espaciais Ambientais do Estado de São Paulo

http://datageo.ambiente.sp.gov.br/

Escalas mais detalhadas1:250.000 to 1:2.000

Dados geográficos de mapeamento de mais difícil acesso

Coletados por projetos científicos específicos ou

Proporcionados pelas instâncias governamentais estaduais (Secretarias) e municipais.

Exemplos

São Bernardo do Campo, São José dos Campos, Santos, São Sebastião….

São Bernardo do Campo

GeoPortal

http://fic.saobernardo.sp.gov.br/

Outras Fonteshttps://www.labgis.uerj.br/fontes_dados.php