Aula da Disciplina de Cartografia e Geoprocessamento, UFABC, março de 2017

1. Modelagem Numérica de Terreno
& Fontes de Dados Ambientais
Vitor Vieira Vasconcelos
Carolina Moutinho Duque de Pinho
Flávia da Fonseca Feitosa
Disciplina BH1408 – Cartografia e Geoprocessamento para o Planejamento Territorial
Março de 2017

2. 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

3.  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

4. Terminologia
MNT – Modelo Numérico de Terreno
MDT – 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 copas
das 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 Superfície
MDE - Modelo Digital de Elevação

6. Revisão: Estruturas de Representação
Computacional de Dados Contínuos
 Pontos cotados (x,y,z)
 Isolinhas
 Malha triangular (TIN)
 Grade regular

7. Revisão: Estruturas de Representação
Computacional 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

8. Grade regular (matriz de reais)
 elemento com espaçamento fixo
 valor estimado da grandeza
Estruturas de Dados para MNT

9. Estruturas de Dados para MNT
Malha Triangular (TIN – triangular irregular network)
 conexão entre amostras. Superfície representada através
de um conjunto de faces triangulares interligadas
 estrutura vetorial - topológica arco-nó

10. 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

11. Curvas de Nível

12. Isolinhas (Curvas de Nível)
Linha imaginária, em que todos os
pontos têm o mesmo valor
numérico.
Isolinhas não se cruzam
Dados altimétricos:
Onde todos os pontos tem a mesma
altitude em relação a uma superfície
de referência, geralmente o nível
médio do mar.
Curvas de nível e perfil topográfico
Equidistância vertical:
Intervalo de valor entre as curvas de nível

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

14. 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 mais
planas
• Limite de espaçamento visível entre linhas em
encostas íngremes (para não ficarem emboladas)
• Valores de classe redondos (quebras claras) para
facilitar a leitura
 A melhor escolha de equidistância pode variar
dependendo do relevo da região (montanhosa ou
plana)
IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007

15. Curvas
muito
próximas
Curvas
muito
espaçadas

16. Equidistância Vertical de Curvas de nível
Escala (M)
Intervalos
sugeridos
(metros)
Menor intervalo
visível em
encosta de 45º,
em metros
𝑨𝑨 =
𝑴𝑴
𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐𝟐
Bom
espaçamento
A = n * log(n)
onde
𝒏𝒏 =
𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏
𝑴𝑴
+ 𝟏𝟏
1:1.000.000 200 500 200
1:500.000 200 250 130
1:250.000 100 100 85
1:100.000 50 50 47
1:50.000 20 a 30 25 29
1:25.000 20 12.5 19
1:10.000 10 5 10
1:5.000 5 2.5 5.7
IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007

17. Escala -> Resolução
Escala
Resolução
horizontal
aproximada (m)
Equidistância
vertical de curvas
de nível (m)
1:1.000.000 200 200
1:450.000 90 200
1:250.000 50 100
1:150.000 30 75
1:50.000 10 20 a 30
1:25.000 5 20
1:10.000 2 10
ESCALA X ACUIDADE VISUAL = RESOLUÇÃO HORIZONTAL
Acuidade visual = 0,2mm
IMHOF, E. Cartographic relief presentation. ESRI, 2007.

18. Curvas de nível Triangulação

19. O Processo de Modelagem Numérica
1. 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...

20. Dados Altimétricos - Fontes
http://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)

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

22. Dados Altimétricos – Fontes
SRMT (Shuttle Radar Topography Mission)
SRTM V3 (SRTM Plus, ou 1 Arc-Second Global)
Resolução original de 30 metros (1:150.000) com preenchimento
de 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/)
Topodata
Resolução 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/

23. https://earthexplorer.usgs.gov/

24. INDE
Base Contínua 1:1.000.000

25. Dados Altimétricos - Fontes

26. Bases de Dados: IBGE
(…)
http://downloads.ibge.gov.br/downloads_geociencias.htm
ftp://geoftp.ibge.gov.br/

27. Prefeituras
 Dado obtido  Formato .dwg (spaguetti)
Análise de dados de Terreno

28. PRÁTICA
Base de dados SIG:
https://yadi.sk/d/OcbEJZsr3FgpnT

29. 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/

30. Recorte SBC – Cortar
Raster -> Extrair -> Recorte

31. Recorte SBC – Cortar - máscara

32. Antes de começarmos vamos checar
projeção cartográfica?

33. Antes de começarmos vamos checar
projeção cartográfica?

34. 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.

35. Converter o DEM para um
SISTEMA PROJETADO DE COORDENADAS

36. Converter o DEM para um
SISTEMA PROJETADO DE COORDENADAS

37. Converter o DEM para um SISTEMA PROJETADO
DE COORDENADAS

38. Mudar o Sistema de Coordenadas do Projeto
Menu “Projeto” -> Propriedades do Projeto

39. Mudar o Sistema de Coordenadas do Projeto

40. Contornos (Curva de Nível)

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

42. Contornos (Curva de Nível)

43. Verificação dos pontos de ocorrência de
deslizamentos

44. 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...

45. Análise de Dados do Terreno
Sombreamento: Cria um mapa de sombras
usando a luz e sombra para fornecer uma
aparência mais tridimensional
Relevo: Cria um mapa de relevo
sombreado com cores variando conforme
intervalos de elevação
Declividade: Calcula o ângulo de declive
para cada célula
Exposição (aspecto): Gera o mapa de
orientação de vertente começando em
norte, em graus – sentido horário
Índice de Rugosidade: Medição
quantitativa da heterogeneidade do
terreno. É calculado para cada localização,
pelo resumo da alteração da elevação
dentro 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.

46. Análise de Dados do Terreno

47. Sombreamento Ângulo Vertical
Azimute

48. Sombreamento

49. 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)

50. Resolução X Escala

51. Resolução X Escala

52. 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

53. Ativar o plugin “Complemento de Interpolação”
Raster -> Interpolação -> Interpolação
Como gerar um modelo digital de
terreno a partir de isolinhas?

54. Como o processo é demorado, vamos
abrir um MNT pronto
Abra o arquivo MDE_1_10.000_2m.tif

55. MNT_ESP
Resolução
30m
MNT_curvas
1:10.000
Resolução 2m
Como o processo é demorado, vamos
abrir um MNT pronto

56. Sombreamento detalhado
Faça o sombreamento do arquivo  MDE_1_10.000_2m.tif
Raster -> Análise de Terreno -> Sombreamento

57. Sombreamento
detalhado
1:10.000
(2m)

58. Sombreamento
generalizado
1:150.000
(30m)

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

60. Relevo (Fatiamento)

62. Declividade
Raster -> Análise
-> MDE (Modelos de Terreno)

63. Declividade

64. Declividade do Terreno

65. Declividade: Porcentagem e Graus
Declividade% =
dh
dH
∗ 100
Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = ArcTan
dh
dH
Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 = Tan−1
Declividade%
100
Declividade% = Tan Declividade𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 ∗ 100
Cálculo
Conversão

66. Declividade: Porcentagem e Graus

67. 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

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

69. Declividade
Raster -> Análise
-> MDE (Modelos de Terreno)

71. Declividade

72. Exposição (Aspecto – orientação)

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

74. Exposição
(Aspecto – orientação)

75. Exposição
(Aspecto – orientação)

76. Exposição (Aspecto – orientação)
Aspecto Relevo
Áreas Brancas (valor nulo) = Plano
Ex: Topos de Morro, Fundos de Vale

77. EXERCÍCIO MNT - ROTEIRO
1. Importe o MDE do Estado de São Paulo na escala de 1:150.000/1:50.000
2. 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 coordenadas
4. Gere as curvas de nível (isolinhas) a partir do MDE projetado
5. Gere uma imagem sombreada
6. 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.

78. Fontes de Dados Ambientais

79. Natural Earth
http://www.naturalearthdata.com/downloads/

80. ONU - Environmental Data Explorer
http://geodata.grid.unep.ch/

81. Global Forest Watch
http://data.globalforestwatch.org/

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

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

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

85. Bases de Dados IBGE
downloads.ibge.gov.br

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

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

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

89. SISCOM - IBAMA
http://siscom.ibama.gov.br/

90. SISCOM - IBAMA

91. SISCOM – IBAMA
http://siscom.ibama.gov.br/monitora_biomas/index.htm

92. ANA – Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos
http://www.snirh.gov.br/

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

94. IPEF – Instituto
de Pesquisas e
Estudos
Florestais
http://ipef.br/geodatabase/mapas.asp

95. INPE – Banco de Dados de Queimadas
https://prodwww-queimadas.dgi.inpe.br/bdqueimadas

96. INPE – AMBDATA
http://www.dpi.inpe.br/Ambdata/

97. INPE – PRODES
http://www.dpi.inpe.br/prodesdigital/prodes.php

98. IMAZON GEO
http://www.imazongeo.org.br/imazongeo.php#

99. IMAZON GEO
http://www.imazongeo.org.br/doc/downloads.php

100. SOS Mata Atlântica
http://mapas.sosma.org.br/dados/

101. DATAGEO – Infraestrutura de Dados
Espaciais Ambientais do Estado de São Paulo
http://datageo.ambiente.sp.gov.br/

102. DATAGEO – Infraestrutura de Dados
Espaciais Ambientais do Estado de São Paulo
http://datageo.ambiente.sp.gov.br/

103. Escalas mais detalhadas
1:250.000 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….

104. São Bernardo do Campo
GeoPortal
http://fic.saobernardo.sp.gov.br/

105. Outras Fontes
https://www.labgis.uerj.br/fontes_dados.php