Modelagem Numérica de Terreno

1. - Princípios - Grades e Interpoladores - Produtos Modelagem Numérica de Terreno

2. Modelagem Numérica de Terreno • MNT(DTM = Digital Terrain Model): representa matematicamente a distribuição espacial de uma determinada característica vinculada a uma superfície real • Superficie - em geral contínua e o fenômeno que representa pode ser variado • MNT z=f(x,y) caracteriza o parâmetro a ser modelado 2

3. Modelagem Numérica de Terreno Principais Aplicações: • Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas topográficos. • Análise de visibilidade a partir de pontos predefinidos. • Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens. • Definição automática de drenagens e bacias. • Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio a análise de geomorfologia e erodibilidade • Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas. • Orto-retificação de imagens de sensoriamento remoto. • Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis) 3

4. Fases no Processo de Modelagem Numérica • Aquisição dos dados • Geração de grades • Análises e elaboração de produtos. 4

5. Aquisição dos Dados • Amostragem de dados é uma das tarefas mais importantes de todo o processo. • Compreende a aquisição de um conjunto de amostras que representam a variação de um fenômeno espacial de interesse. • Não pode ser insuficiente - subamostragem, nem ser redundante - superamostragem. 5

6. Aquisição dos Dados - Amostragem • A amostragem não é aleatória. • Deve ser representativa do comportamento do fenômeno. • Superamostragem nem sempre significa uma amostragem representativa. • Definição de amostragem - considerar quantidade e posicionamento das amostras em relação ao comportamento do fenômeno a ser modelado. • Por exemplo: • Superamostragem de altimetria numa região plana significa redundância de informação • Subamostragem - poucos pontos em uma região de relevo movimentado - significa escassez de informações. 6

7. Amostragem por PONTOS: regular ou irregular • Amostragem regular - posição espacial (x,y) mantém uma regularidade de distribuição nas direções x e y. Exemplos: • Levantamentos sistemáticos em trabalhos de campo, amostras obtidas automaticamente, imagens em par estéreo • Imagens de fase interferométrica. 7

8. Amostras por PONTOS: irregular • Não existe regularidade na distribuição das amostras. • Mais usada na prática em um levantamento de campo - locais de acesso mais fácil - ao longo de drenagens ou de estradas - onde se pode fazer medições. • Na quase totalidade as amostras mais representativas de um fenômeno não estão regularmente distribuídas. 8

9. Amostragem por Isolinhas • Representação de uma superfície por meio de curvas de isovalor. • Exemplo: isolinhas altimétricas - mapas topográficos. • Nos mapas topográficos existem pontos amostrados irregularmente que foram obtidos por trabalhos de campo. 9

10. Aquisição dos DadosMapa plano-altimétrico com isolinhas e pontos cotados 10

11. Representações de MNT no SPRING (c) grade triangular (a) pontos (b) isolinhas (d) grade retangular Isolinhas derivadas de grade retangular ou triangular

12. Recursos de Edição Vetorial de MNT Edição de Linhas: Modo e Fator de Digitalização Valor de cota Sair Salvar Contorno Mostrar Barras Auxiliares Desfazer Criar Editar Suprimir Ferramentas 12

13. Exercício 15 • Criar mapa altimetrico • Importar isolinhas (DXF - Release 12) • Entidade “3D Polyline” do AutoCad. • Importar pontos cotados (DXF - Release 12) • Entidade “POINT” do AutoCad • Gerar toponimia (texto) Mesmo PI no SPRING Importar como Amostras (MNT)

14. Modelo Numérico de Terreno • Grade Retangular • Mais adequada p/ dados geofísica e vista 3D • Facilita manuseio e conversão • Grade Triangular • Representa melhor relevos complexos • Capacidade de incorporar restrições (linha de quebra) 12

15. Modelagem por Grade Triangular • TIN ( Triangular Irregular Network ) • Utiliza polígonos de faces triangulares com vértices sobre os próprios pontos amostrados. • Amostras interligadas três a três, formando triângulos. • Existem inúmeras maneiras de interligar esses pontos – mais usada é triangulação de Delaunay 12

16. Exercício 16 • Gerar grade triangular • Sem linha de quebra • Com linha de quebra Usar PI de drenagem

17. Modelagem por Grade Retangular (interpoladores) Vizinho mais próximo Média Simples Média Ponderada 13

18. Interpoladores Vizinho Mais Próximo Média Simples Média Ponderada 14

19. Exercício 17 • Gerar grades retangulares de amostras e de outras grades • Grade retangular a partir das amostras • Grade retangular a partir de outra grade retangular • Grade retangular a partir de grade triangular

20. Onde obter dados de MNT - Modelos Numéricos de Terreno ? • SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) http://www2.jpl.nasa.gov/srtm/ Fontes disponíveis 1 – USGS http://eros.usgs.gov/products/elevation/ 2 – EMBRAPA (Brasil em Revelo) http://www.relevobr.cnpm.embrapa.br/ 3 – Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/

21. SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/

22. SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/ • Quadrículas com articulação na escala 1:250.000 ( 1o de latitude por 1,5o de longitude) prefixo de 6 letras LA_LON • Escolha o FORMATO : • -ASCII – XYZ • -GRAD • -GEOTIF • Idrisi 2 • BMP

23. SRTM - Topodata (INPE) http://www.dsr.inpe.br/topodata/

24. Exercício 18 - Mapa de Altimetria – SRTM • 4 arquivos são necessários para recobrimento do DF • Os arquivos estão no formato GeoTIFF (LatLong / WGS-84), 15_48_ZN.TIF 15_495ZN.TIF 16_48_ZN.TIF 16_495ZN.TIF

25. Exercício 18 - Mapa de Altimetria – SRTM • Problemas de ajuste no contato entre as grades: Solução : Substituir os valores DUMMY (Nulos) pela média de seus vizinhos horizontais e verticais. mnt2 = mnt1 < 2000 ? mnt1 : (mnt1[0,-2] + mnt1[0,2]) / 2 ; zoom no dado entrada zoom no dado de corrigido Parte da grade zoom dado entrada zoom dado de saída

26. Produtos de MNT: Geração de Imagem * Condição : uma categoria do modelo Imagem no banco Imagem MNT Nível de Cinza - Mapeamento linear dos valor de cota (Z) para nível de cinza Zmin -> 1 e Zmax->255 15

27. Produtos de MNT: Geração de Imagem * Condição : uma categoria do modelo Imagem no banco Imagem MNT Sombreada - Valores dos níveis de cinza proporcionais à intensidade de iluminação que atinge o pixel. 16

28. Produtos de MNT: Análise de Perfis Determinação das trajetórias 24

29. Produtos de MNT: Projeção Geométrica Planar - 3D * Condição : uma grade retangular como PI ativo. - representado por uma grade regular, é projetado no plano 2D juntamente com uma imagem de textura (imagem sombreada ou imagem de sensoriamento remoto) 17

30. Produtos de MNT: Fatiamento Classificação de um MNT através da definição de faixas de valores e associação desses valores com classes pré-definidas. * Condição : uma categ. do modelo Temático com classes para cada fatia 20

31. Aplicações: exemplo de Fatiamento Imagem de Alturas Fatiada (920-1000-1100-1200-1220) Grade Retangular de altimetria 21

32. Exercício 19 a 22 • Ex 19: Geração de Imagem de MNT – Criar uma nova categoria para armazenar os planos imagens. • Ex 20: Fatiamento de grade de altimetria – mapa hipsométrico – Criar uma nova categoria com classes para armazenar os intervalos de corte da altimetria. • Ex 21: Geração de Perfil a partir de grades • Edite trajetórias na tela. Encerrar a linha com botão direito do mouse antes de gerar o gráfico. • Ex 22: Visualização de Imagem em 3D • Utilize a imagem de relevo sombreado como textura • Copie imagem Sintética de Satélite para projeto corrente e utilize esta imagem como textura.

33. Produtos de MNT: Mapa de Declividade e Exposição Z i-1,j+1 Z i+1,j+1 Z i,j+1 Z i-1,j Z i,j Z i-1,j Z i-1,j-1 Z i+1,j-1 Z i,j-1 A declividade e a exposição são obtidas a partir da definição do vetor gradiente. D = arctg {[( dZ/dX )2+( dZ/dY )2]1/2} E = arctg [-( dZ/dY )/ ( dZ/dX )] ( -P< E < P ) Uma metodologia para grade regular [dZ/dX]i,j = [( Zi+1,j+1 + 2*Zi+1,j + Zi+1,j-1 ) – ( Zi-1,j+1 + 2*Zi-1,j + Zi-1,j-1 )]/8*dX [dZ/dY]i,j = [( Zi+1,j+1 + 2*Zi,j+1 + Zi-1,j+1 ) – ( Zi+1,j+1 + 2*Zi,j-1 + Zi-1,j-1 )]/8*dY 22

34. Produtos de MNT: Mapa de Declividade Imagem de declividade fatiada (0-2, 2-5, 5-10 e >10) Grade regular de declividade 23

35. Exercício 23 - Mapa de Declividade – Aplicativo 1 • Geração de Grade Declividade e Fatiamento de Grade Numérica – Mapa de Declividade Ex 30 Ex 30

36. Edição Matricial Disponíveis 5 modos de operações: Editar Área- Utiliza edição de linhas fechadas (ilhas) digitalizadas sobre o PI ativo; Copiar área - Utiliza um plano de informação de referência (imagem classificada, rotulada, planos temáticos ou cadastrais) para associar ou trocar as classes no PI ativo; Classificar Área - permite pintar a imagem temática com classes temáticas sobre as áreas (polígonos), que estão representadas pelos próprios pixels da imagem Limpar Pixels – elimina áreas de pixels contíguos menores que o limiar informado Deslocar Imagem - desloca todo o plano matricial na direção informada 36

37. Edição Matricial – Barra de Ferramentas • Permite editar • Mapas temáticos matriciais • Imagens classificadas • Imagens sintéticas Selecionar operação: Editar, Classificar, Copiar, Limpar, Deslocar Operações na fila Executar operações Visual da classe Sair Selecionar classe Cor da classe Remover item da fila Remover todos os itens Deslocamento 37

38. Edição Matricial - Editar Área Botão da direita fecha o polígono Executar para alterar os polígonos editados 38

39. Edição Matricial - Copiar Área Selecionar PI de referência Selecionar polígono vetor ou matricial na tela Auxiliar a área a ser pintada Executar para alterar 39

40. Edição Matricial - Classificar Área Selecione a cor da classe que deseja atribuir Selecione o polígono na tela do PI ativo. Executar para confirmar. 40

41. Edição Matricial - Limpar Pixels Digite o número de pixels contíguos que deseja substituir. Executar para confirmar. 41

42. Edição Matricial - Deslocar Imagem Digite o valor de deslocamento em X e Y. Executar para confirmar. O que ultrapassar o retângulo envolvente do PI será recortado. 42