Apostila ArcGis - Versão Final [PDF]

Zitiervorschau

SOL 681 – GEOPROCESSAMENTO APLICADO A PEDOLOGIA UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA DEPARTAMENTO DE SOLOS

Bacias hidrográficas, Atributos do terreno e Interpoladores Elpídio Inácio Fernandes Filho Eliana de Souza Maola Monique Faria

Viçosa- MG Novembro – 2012

SOL681 – Geoprocessamento Aplicado a Pedologia

INDICE 1.

Modelo digital de elevação e bacias hidrográficas ............................................................... 1

2.

Download de imagem SRTM ................................................................................................. 2

3.

Mosaico de imagens .............................................................................................................. 3

4.

Recorte de imagem ............................................................................................................... 4

5.

Conversão do sistema de coordenadas................................................................................. 6

6.

Eliminação de erros sistemáticos da imagem SRTM ............................................................. 7

7.

Obtenção de Modelo digital de elevação hidrologicamente consistente .......................... 12

8.

Delimitação das bacias hidrográficas .................................................................................. 13

9.

Extração do MDE ................................................................................................................. 17

10. Delimitação das sub-bacias ................................................................................................. 17 10.1.

Obtenção da drenagem numérica ................................................................................. 19

10.2.

Definição da ordem da drenagem ................................................................................. 20

10.3.

Regionalizando a rede de drenagem ............................................................................. 22

11. Delimitando as sub-bacias segundo a ordem da drenagem ............................................... 24 12. Conversão da drenagem numérica para vetorial ................................................................ 25 13. Apresentação do mapa de drenagem ................................................................................. 26 13.1.

Apresentação da drenagem baseada na ordem ........................................................... 26

13.2.

Apresentação da drenagem baseada na ordem (escala grande) .................................. 28

13.3.

Generalizando a drenagem – apresentação para toda a bacia ..................................... 29

14. Obtenção de índices morfométricos ................................................................................... 31 14.1.

Convertendo a drenagem de raster para vetor ............................................................ 31

14.2.

União de tabelas com base na localização espacial - Spatial join ................................. 32

14.3.

Cálculo do comprimento da drenagem ......................................................................... 33

14.4.

União de tabelas com base em atributos(Join) ............................................................. 36

14.5.

Calcúlo de índices morfométricos ................................................................................. 38

Atributos do terreno ................................................................................................................... 42 15. Sombreamento do relevo ................................................................................................... 43 ii

SOL681 – Geoprocessamento Aplicado a Pedologia 16. Modelo digital de elevação ................................................................................................. 45 17. Declividade .......................................................................................................................... 48 18. Reclassificação de dados no formato raster ....................................................................... 51 19. Radiação solar ..................................................................................................................... 53 20. Curvas de nível .................................................................................................................... 55 21. Obtendo o mapa de curvatura ............................................................................................ 59 22. Aspecto (face de eXposição do relevo) ............................................................................... 62 23. Perfil topográfico ................................................................................................................. 65 24. Elaboração de layout ........................................................................................................... 68 Interpolação ................................................................................................................................ 72 25. Interpoladores ..................................................................................................................... 73 26. Interpolação de dados do IBGE ........................................................................................... 73 27. Orientação da hidrografia ................................................................................................... 74 28. TIPOS DE Interpoladores ..................................................................................................... 77 A.

Topo to Raster ....................................................................................................................... 77

B.

TIN – Triangular Irregular Network ....................................................................................... 78

29. Interpolação de dados do SRTM ......................................................................................... 82 30. Recorte de imagem raster com base em limite vetorial ..................................................... 82 31. Convertendo os valores do MDE do formato floating para inteiros ................................... 83 32. Convertendo os valores de altitude de um arquivo raster para o formato shapefile ........ 83 33. Interpoladores ..................................................................................................................... 85 A.

IDW - Inverso do quadrado da distância ............................................................................... 85

B.

KRIGING ................................................................................................................................. 86

C.

Natural Neighbor ................................................................................................................... 89

D.

Spline ..................................................................................................................................... 90

E.

Spline with barries ................................................................................................................. 92

F.

Topo to Raster ....................................................................................................................... 93

G.

TIN (Triangular Irregular Network) ........................................................................................ 94

34. Avaliação visual dos modelos obtidos para a interpolação dos dados do IBGE ................. 95 iii

SOL681 – Geoprocessamento Aplicado a Pedologia 35. Avaliação Visual dos Modelos obtidos para a interpolação dos dados do SRTM ............... 98 36. Avaliação quantitativa da exatidão dos modelos obtidos pelos interpoladores .............. 102

iv

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1.

MODELO

DIGITAL

DE

ELEVAÇÃO

E

BACIAS

HIDROGRÁFICAS A prática modelo digital de elevação e bacias hidrográficas tem como objetivo gerar um modelo digital de elevação e extrair deste: a drenagem numérica, bacias e sub-bacias, índices morfométricos da bacia, densidade de drenagem e índice de circularidade. Para tanto serão utilizadas imagens SRTM que após tratadas darão origem ao modelo digital de elevação, do qual serão derivadas a rede de drenagem, bacias e sub-bacias hidrográficas. A bacia hidrográfica selecionada para realizar esta prática é a do Rio Doce localizada nos Estados de Minas Gerais e Espírito Santo. A base de dados utilizada é composta pela rede de drenagem mapeada pelo IBGE e por imagens STRM correspondentes ao território da bacia em questão. Os procedimentos executados são: aquisição de imagens SRTM, elaboração de mosaico, eliminação de erros sistemáticos das imagens SRTM a saber: células sem dado e depressões espúrias, delimitação de bacias hidrográficas, recorte de imagens raster, obtenção de modelo digital de elevação hidrologicamente consistente, mapeamento da drenagem numérica, hierarquia dos canais segundo a ordem de drenagem, delimitação de bacias e sub-bacias, determinação de índices morfométricos de bacias hidrográficas e elaboração de layouts.

1

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2.

DOWNLOAD DE IMAGEM SRTM Inicialmente, devemos baixar as imagens correspondentes à área de trabalho no site do

Grupo

Americano

em

Pesquisa

e

Agricultura

Internacional.

.

As imagens SRTM cobrem toda a área continental, cada imagem SRTM é definida por uma quadrícula de cinco graus de latitude e cinco de longitude. A seleção e a aquisição das imagens podem ser feitas a partir do valor das coordenadas geográficas da área de interesse (graus decimal ou graus/minutos/segundo) ou por seleção de acordo com a posição. Para tanto se deve marcar a opção de seleção em “SRTM Data Selection Options”.

Em alguns casos a área de interesse abrange mais de uma cena, como para a área da Bacia do Rio Doce, que tem área abrangendo três cenas. As imagens serão adquiridas com base na posição das quadrículas, a partir dos valores do eixo Y e X: A) 28-16, B) 28-17 e C) 29-16. Ao passar o mouse sobre o mapa os valores de Y e X mudam.

Para realizar o download das imagens no formato TIFF, deve-se clicar no Box “Click here Begin Search” (Figura 1).

Figura 1. Página para download. Em destaque as cartas selecionadas para download dos arquivos SRTM e link para iniciar o mesmo.

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Após selecionar as imagens para download informações sobre cada uma das imagens SRTM são apresentadas numa janela (Figura 2).

Figura 2. Apresentação das informações da imagem selecionada.

Faça o Download das imagens clicando em DATA Download (Ftp). Salve os documentos compactados no diretório de trabalho que deve ser criado . Em seguida descompacte os arquivos.

3.

MOSAICO DE IMAGENS A área de estudo abrange três cenas, por isso é necessário fazer o mosaico das imagens

obtendo um único arquivo, facilitando, assim, os processamentos posteriores. Para isso inicie um projeto novo no ArcGIS e adicione os arquivos descompactados das SRTM.

1. No Arctoolbox, selecione Data Management Tools  Raster  Raster dataset Mosaic to New Raster, 2. No campo Input Rasters adicione as imagens SRTM, 3. No campo Output location selecione uma pasta para salvar o arquivo mosaico, 4. Em Raster dataset name with extension dê um nome para o arquivo que será gerado (mosaico), 5. Em pixel type selecione 16_bit_signed, 6. Em Number of Bands coloque 1. Clique em OK (Figura 3).

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Figura 3. Configuração para gerar o masaico.

4.

RECORTE DE IMAGEM Esse mosaico ultrapassa os limites da bacia e pode ser reduzido de modo que haja um

processamento mais rápido nas etapas seguintes. O recorte da imagem será feito a partir da conversão para um novo arquivo da cena da imagem apresentada na tela. O corte necessita de conhecimento dos limites da área. Caso não seja possível estabelecer os limites da área sem incorrer em erro opte por trabalhar com todo o mosaico. Nesse estudo os limites da área de trabalho estão inseridos no retângulo apresentado na Figura 4a. Clique em zoom in e faça um retângulo selecionando a área de modo que essa seja apresentada na tela em sua extensão máxima (Figura 4b).

4

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A B Figura 4. Delimitação da área que onde se insere a bacia.

Após a seleção da área clique com o botão direito sobre o layer mosaico e selecione  DataExport Data. Configure o arquivo de saída (Figura 5).

1. No campo extent selecione “data frame (current)” para criar um arquivo com a extensão selecionada, 2. Em “name” dê o nome de saida (mosaico_RD), 3. Em “location” selecione o local onde o arquivo será salvo, 4. Em “Format”, selecione o formato como GRID, 5. Clique em save.

Figura 5. Tela da ferramenta “Export Data”, utilizada para exportar somente a parte de interesse do mosaico em um novo arquivo.

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5.

CONVERSÃO DO SISTEMA DE COORDENADAS

A área da bacia está contida em mais de um fuso UTM com sua maior parte no fuso 23. Neste caso, sendo uma pequena parte da área contida em outro fuso, pode-se fazer uma extrapolação projetando toda a área para o fuso 23 e datum SAD 69.

1. No ArcGis faça a conversão do sistema de coordenadas, 2. Abra o ArcTolbox, dê um duplo clique em Data Manegement Tools → Projections and Transformations → Define Projection, 3. No campo Input Dataset or Feature Class selecione o arquivo de entrada (mosaico_RD). No campo Coordinate System selecione o sistema Geographic Coordinate Systems→ South America→ South American Datum 1969 (Figura 6)

Figura 6. Configuração do sistema de coordenadas do mosaico.

O sistema de coordenadas das imagens SRTM é o sistema geográfico, com coordenadas em graus decimais e o Datum é o WGS84. No entanto, para extrair a drenagem e obter medidas de comprimento de rios, áreas de bacia, bem como para derivar o mapa de declividade é preciso que o modelo de elevação esteja em coordenadas métricas, desse modo devemos realizar a conversão do sistema de coordenadas geográficas para o métrico. Faça a projeção do mosaico do sistema Geográfico para o sistema UTM (Figura 7).

1. Em Data Management Tools → Projections and Transformations → Raster → Project raster 2. No campo Input raster selecione o arquivo mosaico_rd, 3. No campo Output raster Dataset selecione C:\usuario\SOL681\bacias\mosaico_RD

e

mude-o para C:\usuario\SOL681\bacias\mosaico_WGS. 6

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4. No campo Output Coordinate System selecione o sistema de coordenadas de saída. Clique em Select→Project Coordinate System→UTM→South American→WGS 1984→Southern Hemisphere→ WGS 1984 UTM Zone 23S.prj 5. No campo Geographic Transformation (optional) selecione SAD_1969_To_WGS_1984_14. 6. No campo Output Cell Size defina como 90 o tamanho das células.

Figura 7. Configuração das opções para conversão do sistema de projeção.

6.

ELIMINAÇÃO

DE

ERROS

SISTEMÁTICOS

DA

IMAGEM SRTM A partir de agora vamos trabalhar com o arquivo em coordenadas métricas do sistema UTM, o arquivo mosaico_WGS. Para isso, abra um novo projeto e adicione o arquivo mosaico_WGS, dessa a forma a frame terá coordenadas métricas. Observe que há valores negativos contidos no raster, os quais são caracterizados como ruídos e ocorre por falhas no sistema de aquisição da mesma. Os ruídos geralmente estão localizados em regiões próxima a espelhos d´água e/ou áreas de relevo montanhoso/escarpado. A correção de tais erros é necessária para gerar o modelo digital de terreno hidrologicamente consistente. Para eliminar os pixels com valor negativo vamos utilizar um filtro de preenchimento das células com valores médio das células que estão num raio de alcance que comprende três células. Antes é necessário configurar o diretório de saída. Desse modo todos os arquivos gerados serão gravados nessa pasta. 7

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1. Vá em GEOPROCESSSING→ Environment → Workspace. Em Current Workspace e em

Scratch

Workspace

configure

o

diretórios

de

saída

para

C:\usuario\SOL681\bacias (Figura 8).

Figura 8. Configuração do diretório de saída do Spatial Analyst.

Para eliminar os pixels com valor negativo:

1.

Ative a barra de ferramenta Spatial Analyst. Abra o ArcToolbox dê um duplo

clique em Spatial Analyst Tools→ Map Algebra→ Raster Calculator. Clique em raster calculator e utilize a fórmula abaixo. Essa fórmula faz com que todas as células com valor negativo tornem-se nulas (no data). SetNull("mosaico_wgs"