Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Cartografia Integração...
Transcript of Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Cartografia Integração...
Fundamentos de Fundamentos de GeoprocessamentoGeoprocessamento
INPE - Divisão de Processamento de INPE - Divisão de Processamento de ImagensImagens
CartografiaCartografia
Integração de DadosIntegração de Dados
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 22
Vínculo com CartografiaVínculo com Cartografia
• Natureza dos dados espaciais• Aspectos funcionais e de
apresentação
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 33
Cartografia para Cartografia para GeoprocessamentoGeoprocessamento
• Natureza dos dados espaciais
– sistemas de coordenadas
– sistemas de projeção cartográfica
– transformações geométricas
– componentes de erro
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 44
Cartografia para Cartografia para GeoprocessamentoGeoprocessamento
• Aspectos funcionais e de apresentação
– modelagem cartográfica
– integração de dados
– integração com Sensoriamento Remoto
– visualização
– generalização cartográfica
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 55
Cartografia para Cartografia para GeoprocessamentoGeoprocessamento
• Terra: como tratar matematicamente o
objeto de nosso estudo?– Geodésia, forma e dimensões da Terra
– geóide, esferóides, datum planimétrico
– coordenadas geográficas ou geodésicas?
– Sistema Geodésico Brasileiro
– mudanças de datum
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 66
Cartografia para Cartografia para GeoprocessamentoGeoprocessamento
• Datum planimétrico ou horizontal– conceito importante, normalmente mal
interpretado e mal usado pela comunidade de
usuários
– afeta diretamente a exatidão geodésica da
base de dados digitais
– impõe a questão da variabilidade das
coordenadas geodésicas
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 77
Sistemas de CoordenadasSistemas de Coordenadas
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 88
Sistemas de CoordenadasSistemas de Coordenadas
• Coordenadas geodésicas (geográficas?)– figura de referência: esfera ou elipsóide
• Coordenadas geocêntricas terrestres X = R.cos cos = arcsen (Z/R)Y = R.cos .sen = arctan (Y/X)Z = R.sen
(assumindo o modelo esférico)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 99
Sistemas de CoordenadasSistemas de Coordenadas
• Coordenadas polares– desenvolvimento de projeções cônicas
• Coordenadas cartesianas– coordenadas de projeção
x = cos = arctg (y/x)y = sen = (x2 + y2) 0.5
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1010
Projeções CartográficasProjeções Cartográficas
• Sistemas de projeção x = f1()y = f2 ()
= g1(x,y) = g2(x,y)
• Propriedades– conformidade, equivalência, equidistância
• Escolha da projeção– localização, tamanho, forma
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1111
Projeções CartográficasProjeções Cartográficas
• Superfície ou figura de referência– esfera, elipsóide
• Superfície de projeção– plano, cone, cilindro, poliedro
• Posição da superfície de projeção– normal ou equatorial, oblíqua, transversa
• Método de construção– projetivo, analítico, convencional
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1212
Transformações geométricasTransformações geométricas
• Similaridade - 4 parâmetros
• Afim ortogonal - 5 parâmetros
• Afinidade - 6 parâmetros
• Polinomiais - 6 parâmetros
• Requerimentos– pontos de controle
• Aplicações– digitalização, geo-referenciamento
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1313
Transformações geométricasTransformações geométricas
identidade escala
rotação
rotação residual
quebra do paralelismo
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1414
Conhecimento da IncertezaConhecimento da Incerteza
• Exatidão de posicionamento– erro na posição de pontos bem definidos
• Exatidão de atributos– campos (relevo) … valor numérico
– categorias (solo) … certo ou errado
• Consistência lógica e completeza– linhas omitidas ou polígonos não rotulados
– base de dados contém o que deve?
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1515
Modelagem CartográficaModelagem Cartográfica
(fonte: Tomlin, 1990)
Operação por vizinhança (dinâmica) valor novo = f (valores vizinhos)
Operação por regiões (estática)valor novo = f (valores de uma região)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1616
Operação por vizinhançaOperação por vizinhança
(fonte: Tomlin, 1990)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1717
Operação por regiõesOperação por regiões
(fonte: Tomlin, 1990)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1818
Integração de DadosIntegração de Dados
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 1919
Integração de DadosIntegração de Dados
• Sistemas de referência– fusos ou zonas da projeção UTM
• Cobertura dos dados– divisão por folhas do mapeamento
– divisão por distrito, município ou estado
– divisão por imagem de satélite
• Erros nos dados– polígonos espúrios
– ajuste de linhas
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2020
Integração com Sensoriamento Integração com Sensoriamento RemotoRemoto
• Sensoriamento Remoto representa uma fonte única de informação atualizada para um SIG.
• A união da tecnologia e dos conceitos e teorias de Sensoriamento Remoto e SIG possibilita a criação de sistemas de informação mais ricos e sofisticados.
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2121
Correção geométrica de imagensCorreção geométrica de imagens
• Importância– eliminação de distorções sistemáticas
– estudos multi-temporais
– integração de dados em SIG
• Requerimentos– conhecimento das distorções existentes
– escolha do modelo matemático adequado
– avaliação e validação de resultados
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2222
Correção geométrica de imagensCorreção geométrica de imagens
• Fontes de distorções geométricas (MSS, TM, HRV, AVHRR)– rotação da Terra (skew)
– distorções panorâmicas (compressão)
– curvatura da Terra (compressão)
– arrastamento da imagem durante uma varredura
– variações de altitude, atitude e velocidade do satélite
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2323
Correção geométrica de Correção geométrica de imagensimagens
• Transformação geométrica– modelo de correções independentes
– modelo fotogramétrico
– modelo polinomial (registro de imagens)
• Mapeamento inverso
• Reamostragem (interpolação)– vizinho mais próximo
– bilinear
– convolução cúbica
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2424
Transformação Geométrica (T)Transformação Geométrica (T)
• Modelo de correções independentes– distorções sistemáticas são corrigidas de forma independente
– cálculo (l,p) (,) não é factível
• Modelo fotogramétrico– usa o princípio das equações de colinearidade
– considera a interdependência das distorções
– cálculo (l,p) (,) é factível
• Modelo polinomial (registro de imagens)– cálculo (l,p) (,) através de pontos de controle
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2525
Mapeamento Inverso (TMapeamento Inverso (T-1-1))
l
p
T
T-1
?
X
Y
I
J
pixel
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2626
Reamostragem (interpolação)Reamostragem (interpolação)
• Vizinho mais próximo– pega o NC mais próximo ao resultado do mapeamento inverso.
• Bilinear– usa três interpolações lineares sobre os quatro pixels que
cercam o resultado do mapeamento inverso, duas ao longo das linhas e uma na direção das colunas.
• Convolução cúbica– usa cinco interpolações polinomiais do terceiro grau sobre os
dezesseis pixels que cercam o resultado do mapeamento inverso, quatro ao longo das linhas e a quinta na direção das colunas.
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2727
VisualizaçãoVisualização
(fonte: Maguire, Goodchild, Rhind, 1991)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2828
VisualizaçãoVisualização
• Codificação e medição
• Extração - visão de baixo nível
• Abstração e síntese
• Organização
• Visão artificial
• Leitura, análise e interpretação
• Representação gráfica
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 2929
VisualizaçãoVisualização
• Codificação e medição– representação discreta da realidade
• Extração– análise de feições
– segmentação
• Abstração e síntese– análise de forma
– reconhecimento e localização de objetos
– rotulação
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 3030
VisualizaçãoVisualização
• Visão artificial– correlação de imagens
– transformação matriz-vetor
– reconhecimento de padrões
• Leitura, análise e interpretação– extração, modelagem e inferência
• Representação gráfica– encapsular a arte e a técnica cartográfica?
– modelar a partir da representação gráfica?
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 3131
Generalização CartográficaGeneralização Cartográfica
• Universalização do conteúdo de uma base de dados espaciais com uma certa finalidade– redução da complexidade
– retenção da exatidão espacial e de atributos
– função da escala ou da resolução espacial?
– modelagem em níveis de abstração diferentes
– comunicação mais eficiente
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 3232
Generalização CartográficaGeneralização Cartográfica
(fonte: McMaster, Shea, 1992)
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 3333
Motivações da generalizaçãoMotivações da generalização
• Seleção e representação simplificada de objetos através de transformações espaciais e de atributos– construção de bases de dados
– otimização computacional
– aumento de robustez
– derivação de bases de dados
– otimização da comunicação visual
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 3434
Tipos de generalizaçãoTipos de generalização
• Sequência de operações de modelagem– generalização de objetos
• seleção de objetos
• conteúdo da base de dados
– generalização orientada à modelagem
• simplificação da base de dados
– generalização cartográfica
• representação gráfica da base de dados simplificada
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 3535
Estratégias de generalizaçãoEstratégias de generalização
• Orientação por processos– deduções a partir de uma base de dados
detalhada
– explicitação de semântica e contexto
• Orientação por representações– representações múltiplas, multi-escala
– ênfase na eficiência de extração de informação
GEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - CARTOGRAFIA & INTEGRAÇÃO DE DADOS 3636
GeneralizaçãoGeneralização
• Visualização ou modelagem?• Emulação do processo analógico?• Análise espacial?
(fonte: Muehrcke, Muehrcke, 1992)