Geoprocessamento em Recursos H

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Geoprocessamento em Recursos HídricosHIP 23

• Walter Collischonn

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Questões de organização

• Questões do horário
• Local
• Proposta
• Diversidade de alunos

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Perfil da turma

• Nome
• Formação
• Onde trabalha?
• Já trabalha com SIG?
• Por que se interessou pela disciplina?
• Conhecimento de inglês.
• Quais são as expectativas?
• Outras informações que julgar...

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Proposta

• Disciplina de Geoprocessamento em Recursos
  Hídricos.
• Liberdade para utilizar qualquer software.
• Experiência pessoal com Idrisi algumas aulas
  com Idrisi (Walter).
• Experiência pessoal com o SPRING (Alfonso)
• Ênfase em desenvolvimento de ferramentas próprias
  (FORTRAN, VBA, MATLAB, outras linguagens).
• Experiências com software gratuito (TAS)
• Avaliação prova e trabalho
• Trabalhos de alto nível formato de artigos.

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Súmula original da disciplina

• Dados georeferenciados princípios básicos.
• Sistema de informações geográficas (SIG)
  princípios básicos, estrutura, principais
  sistemas em uso, estrutura de dados para um SIG,
  pontos, linhas, arcos, nós organização de dados,
  formatos raster e vetorial.
• Modelo numérico do terreno (MNT) e suas
  aplicações em Recursos Hídricos princípios
  básicos, métodos de interpolação, dados derivados
  de um MNT.
• Métodos de modelagem espacial, integração com
  dados de sensoriamento remoto, cruzamento de
  dados.
• Aplicações de geoprocessamento a Recursos
  Hídricos.

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O que é Geoprocessamento?

• Um interessante caso histórico.
• Definições normalmente adotadas.

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Surto de cólera em Londres
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Surto de cólera em Londres

• Poços

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Surto de cólera em Londres

• Poços
• Vítimas

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O culpado

• A alavanca, ou braço para bombear água
  manualmente do poço foi retirada para impedir a
  população de consumir água.

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GEOPROCESSAMENTO

• Conjunto de ferramentas usadas para coleta e
  tratamento de informações espaciais, geração de
  saídas na forma de mapas, relatórios, arquivos
  digitais, etc
• Deve prover recursos para sua estocagem,
  gerenciamento, manipulação e análise.

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GEOPROCESSAMENTO X SIGs

• Geoprocessamento representa qualquer tipo de
  processamento de dados georeferenciados (conceito
  muito mais abrangente).
• Um SIG é capaz de processar dados gráficos e não
  gráficos (alfanuméricos), com ferramentas de
  análises espaciais e modelagens de superfícies.

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SIGs - DEFINIÇÕES

• Burrough
• Conjunto poderoso de ferramentas para coletar,
  armazenar, recuperar, transformar e visualizar
  dados sobre o mundo real
• Cowen
• Um sistema de suporte à decisão que integra
  dados referenciados espacialmente num ambiente de
  respostas a problemas
• Smith
• Um banco de dados indexados espacialmente, sobre
  o qual opera um conjunto de procedimentos para
  responder a consultas sobre entidades espaciais

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SIGs - DEFINIÇÕES

• Oppenshaw
• Sistema com um conjunto de métodos analíticos
  que permite o acesso a atributos e localização
  dos objetos geográficos em estudo.
• Goodchild
• O valor potencial maior de sistemas de
  informação geográfica está em sua capacidade de
  analisar dados espaciais.
• Dangerramond
• Um SIG agrupa, unifica e integra a informação.
  Torna-a disponível de uma forma que ninguém teve
  acesso anteriormente, e coloca informação antiga
  num novo contexto.

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Software SIG

• Um programa de SIG é um programa de computador
  projetado para fazer o computador pensar que é um
  mapa.
• A diferença entre um mapa e um programa SIG é que
  o segundo é mais inteligente. Você pode perguntar
  e ele responde.
• adaptado de Kennedy, M. 2006 Introducing
  Geographic Information Systems with ArcGIS

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Por que utilizar cartografia computadorizada?

1. Fazer mapas mais rapidamente.
2. Fazer mapas mais baratos.
3. Fazer mapas para usos específicos.
4. Fazer mapas em situações em que não há
   disponibilidade de pessoal especializado??
5. Permitir experimentos com representações
   espaciais diversas dos mesmos dados.
6. Facilitar atualização de mapas.
7. Facilitar análises de dados que exigem interação
   entre estatística e mapas.
8. Minimizar a necessidade de mapas em papel.
9. Fazer mapas que não podem ser representados em
   papel (3D, mapas estereoscópicos).

Algumas razões apresentadas por Burrough e
McDonnell
17
ESTRUTURA DE UM SIG
Interface
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O que deve existir num SIG?

• Mostrar localização de entidades específicas.
• Mostrar localização de entidade A em relação ao
  local B.
• Contar o número de ocorrências da entidade A
  dentro de uma região definida por uma distância
  máxima ou mínima da entidade B.
• Avaliar o valor da função f na posição x.
• Calcular o tamanho de B (área, perímetro, número
  de entidades A no interior).
• Permitir operações de união e intersecção.
• Permitir encontrar caminhos ótimos entre dois
  pontos.
• Listar os atributos das entidades localizadas em
  x.

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O que deve existir num SIG?

• Determinar que entidades estão próximas às
  entidades que combinam certos atributos.
• Reclassificar entidades que apresentam certa
  combinação de atributos.
• Conhecendo o valor de uma variável z nos pontos
  x1, x2,... xn, definir o valor de z nos pontos
  y1, y2,... yn.
• Derivar novos atributos a partir de atributos
  existentes.
• Usando a base de dados como uma representação do
  mundo real, simular o efeito de um processo P ao
  longo de um período T num determinado cenário S.

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GEOPROCESSAMENTO - SIGs - SPRING

• SPRING é um SIG que inclui ferramentas de um
  sistema de Processamento Digital de Imagens (PDI)
  de sensores remotos.
• O SPRING integra na mesma base
• DADOS CARTOGRÁFICOS
• DADOS DE CENSO
• CADASTRO URBANO E RURAL
• IMAGENS DE SATÉLITE
• REDES
• MODELOS NUMÉRICOS DE TERRENO
• Algoritmos p/ manipular, analisar, consultar,
  recuperar, visualizar e plotar o conteúdo da base
  de dados geocodificados

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O QUE É UM MAPA ?

• Mapa modelos simplificados da realidade
• representa, normalmente em escala, uma seleção
  de entidades abstratas sobre ou relacionadas com
  a superfície da Terra (ICA).

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PRODUÇÃO DE UM MAPA

• Definição de escala e projeção cartográfica
• Seleção dos elementos do mundo
• Classificação em grupos (e.g. tipos de solo)
• Simplificação de elementos gráficos
• Exagero de elementos importantes
• Simbologia para apresentar dados

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TIPOS DE MAPAS EM GEOPROCESSAMENTO

• Características dos mapas diversidade de fontes
  geradoras e de formatos apresentados.
• O sistema se restringe a tratar os seguintes
  tipos de
• dados
• Mapas Temáticos conceitos qualitativos (uso do
  solo, clima)
• Imagens
• Mapas Numéricos (representação de superfícies)
• Mapas Cadastrais e Redes (localização de objetos
  do mundo - e.g. lotes)

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Importância do geoprocessamento em Recursos
Hídricos

• Recursos Hídricos Bacia hidrográfica
• Bacia Hidrográfica é um integrador espacial de
  processos.
• Uso dos recursos hídricos população
• População se distribui no espaço de forma
  heterogênea e dinâmica.

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Mas cuidado!

• Os SIG tem um impacto muito grande sobre qualquer
  área do conhecimento que está ligada ao manejo e
  análise de dados distribuídos no espaço. Algumas
  pessoas podem enxergar os SIG como uma mágica,
  como em os dados foram inseridos no computador
  e a resposta é . A velocidade, consistência e
  precisão de um SIG são impressionantes, e as
  figuras podem ser bonitas. Com a experiência, no
  entanto, o SIG passa a ser uma mera extensão da
  capacidade de pensar do usuário. O SIG não tem
  respostas inerentes, somente o usuário. SIG é uma
  ferramenta, como a estatística e a modelagem
  hidrológica.

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Bibliografia - Livros

• Fundamentos de Sistemas de Informações
  Geográficas José Iguelmar Miranda (Embrapa)
  2005.
• Análise espacial de dados geográficos Vários
  autores (EMBRAPA) 2004.
• Geoprocessamento em Recursos Hídricos
  Princípios, Integração e Aplicações. Carlos André
  Bulhões Mendes e José Almir Cirilo 2001.
• Fundamentos de informação geográfica. João Matos
  2001
• Principles of Geographical Information Systems
  for Land Resources Assessment. P. A. Bourrough

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Mais livros
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Bibliografia - Manuais

• Tutorial do Idrisi
• Tutorial e Help do SPRING
• Manuais de outros programas

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Bibliografia - Periódicos

• Transactions in GIS
• International Journal of Geographical Information
  Science
• Geographical Analysis
• Computers and Geosciences
• Photogrametric Engineering and Remote Sensing
• Remote Sensing and Environment
• Environment and Planning B Planning and Design
• Periódicos da área de recursos hídricos (WRR
  Journal of Hydrology Environmental modeling and
  software Journal of Hydrologic Engineering
  HESS IAHS Hydrological Processes...)

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Bibliografia - Web

• Página web Geoprocessamento IPH
• Tese de doutorado de Michael de Smith -
  http//www.desmith.com/MJdS/thesis.htm
• http//www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/map
  proj/mapproj.html
• Distance transforms as a new tool in spatial
  analysis, urban planning, and GIS (Environment
  and Planning B Planning and Design 2004, volume
  31, pages 85-104)
• LEITÃO, J.P. MATOS, J.S. GONÇALVES, A. MATOS,
  J.L. (2005) "Contribution of Geographic
  Information Systems and Location Models to
  Planning of Wastewater Systems", Water Science
  and Technology, Vol. 52, nº 3, 1-8.
• Bancos de dados gratuitos na internet
• Imagens de satélite
• Modelos digitais de elevação
• Produtos derivados (Hydrosheds)
• Softwares free (TAS, outros)

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Tópicos da disciplina

• Fundamentos de cartografia
• Técnicas de representação em mapas Vetor/Raster
• Fontes de informação para Geoprocessamento
• Digitalização
• Sensoriamento remoto Classificação de imagens
  de satélite
• GPS
• Outras informações
• Onde encontrar dados
• Georeferenciamento
• Transformações vetor raster
• Algoritmo point in polygon
• Interpoladores espaciais
• Ferramentas de análise
• Álgebra de mapas
• Operadores de distância distancia, buffers
• Operadores de contexto filtros, direção de
  fluxo, declividade, contexto, variabilidade local
• Combinações de ferramentas
• Modelos numéricos de terreno, modelos digitais de
  terreno, modelos digitais de elevação
• Aplicações às bacias hidrográficas

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Questões práticas

• Acesso a computador?
• Acesso a algum software?

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Avaliação

• A avaliação será através de uma prova e de um
  trabalho individual.
• Idéias de cada aluno
• Sugestões do professor
• Mais acadêmicos
• Mais cotidianos
• Formato de artigo (ver revista da ABRH)
• Prazo de entrega a combinar

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Temas para trabalhos

• Interpolação de chuva utilizando outras
  variáveis além da distância Kriging correlação
  cruzada outros interpoladores.
• Ant colony optimization possibilidades para
  cominhos de mínimo custo.
• Otimização de área irrigada por pivôs centrais
  (círculo) em polígonos irregulares.
• Comparação de qualidade do MNT do SRTM.
• Construção de modelos Geoidais regionais
• Otimização de redes de estradas para exploração
  de floresta plantada.
• Verificação de conflitos de uso do solo com a
  legislação sobre área de proteção ribeirinha.
• Um modelo hidrológico distribuído simplificado
  baseado no reservatório linear simples.
• Hidrograma unitário geomorfológico.
• Avaliação das estimativas de chuva via satélite
  do hidroestimador.
• Rede de drenagem usando TIN.
• Discretização de um modelo hidrológico
  distribuído em sub-bacias.
• Formas inovadoras de apresentação de informações
  quali-quantitativas em mapas

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Mais temas para trabalhos

• Interpolação de chuva utilizando outras
  variáveis além da distância Kriging outros
  interpoladores.
• Dividir uma área agrícola em lotes com
  características semelhantes de solo, acesso
  água acesso à estrada cobertura florestal
  áreas propícias para plantio etc.
• Ant colony optimization possibilidades para
  cominhos de mínimo custo.
• Otimização de área irrigada por pivôs centrais
  (círculo) em polígonos irregulares.
• Comparação de qualidade do MNT do SRTM.
• Otimização de redes de estradas para exploração
  de floresta plantada.
• Verificação de conflitos de uso do solo com a
  legislação sobre área de proteção ribeirinha.
• Um modelo hidrológico distribuído simplificado
  baseado no reservatório linear simples.
• Hidrograma unitário geomorfológico.
• Avaliação das estimativas de chuva via satélite
  do hidroestimador.
• Rede de drenagem usando TIN.
• Rede de mínimo custo (por exemplo estradas para
  extrair madeira de uma floresta.
• Como combinar teoria dos jogos e SIG (problema do
  trânsito)
• Caminhos de mínimo custo em ambiente dinâmico ou
  probabilístico (como melhor rota para um veleiro
  que está sujeito à direção do vento e da
  corrente, que podem variar durante o tempo de
  viagem)
• Problema da locação de uma fábrica de celulose,
  considerando 1) ponto próximo à água (com vazão
  suficiente para abastecer) 2) porto fluvial 3)
  transporte marítimo, fluvial, terrestre e
  qualidade de estradas 4) Área necessária para
  produzir as toneladas por ano que são necessárias
  para justificar a fábrica 5) Tipos de solos x
  produtividade por hectare 6) Chuva x
  produtividade por hectare 7) Rede viária
  existente e por construir.
• Problema das transformações de distância em
  ambiente raster tese de De Smith.
• Buscar exemplos em http//www.ltid.inpe.br/sbsr200
  5/biblioteca/
• Continuar trabalhos do semestre anterior.
• Remoção de depressões usando as idéias de bacias
  hidrográficas das depressões (elevar depressões
  até o ponto mais baixo do divisor de águas)
  (paper de Arge et al. 2003)

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• Sugestão de trabalho Hidrograma Unitário
  Geomorfológico baseado nas ordens de Strahler e
  no modelo de Nash de reservatórios lineares
  (Rosso, R., 1984 Nash model relation to Horton
  order ratios. Water Resources Research vol. 20
  pp. 914-920.
• Sugestão de trabalho interpolação co-Kriging de
  temperaturas no RS com base em dados do Atlas da
  Fepagro e de MNT.

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Sugestões de trabalhos MINTER

• Comparar métodos e programas para preenchimento
  de depressões e definição de direções de fluxo
  (continuar trabalho Yuto).
• Identificar área acumulada para a qual inicia a
  rede de drenagem em várias regiões de TO usando
  Google e SIG.
• Comparar Índice de saturação por diferentes
  métodos.

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Sugestões de trabalhos 2008

• Um trabalho interessante pode ser verificar a
  validade da relação área volume encontrada nos
  açudes de Quarai a partir da análise do MNT do
  SRTM em locais em que ainda não existem açudes.
  Idéia do Rodrigo.