Tutorial: Análise Espacial com Álgebra de Mapa

Site:	OpenCourseWare for GIS
Disciplina:	QGIS Para Aplicações Hidrológicas
Livro:	Tutorial: Análise Espacial com Álgebra de Mapa

Impresso por:	Guest user
Data:	sexta-feira, 22 de novembro de 2024 às 00:04

Índice

1. Introdução
2. Teoria
- 2.1. Processamento Raster
3. Preparação
- 3.1. Verificando os Metadados
- 3.2. Usando a Caixa de Ferramentas de Processamento
4. Condição 1: Poços a 150 metros de casas ou estradas
5. Condição 2: Sem indústria, mina ou aterro dentro de 300 metros dos poços
- 5.1. Crie um raster Booleano com Verdadeiro para indústria, mina e aterro e Falso para outras construções
- 5.2. Crie zonas de 300 metros entorno da indústria, mina e aterro sanitário
6. Condição 3: Poços com menos de 40 metros de profundidade
7. Combine as Três Condições Condição
8. Relatório dos Resultados
9. Conclusões

1. Introdução

Com a álgebra de mapas, podemos fazer cálculos com camadas Raster. Isto é útil para análise espacial. Por exemplo, quando nós precisamos avaliar diferentes critérios para encontrar uma localidade adequada ou inadequados nós podemos usar álgebra de mapas.

Objetivos

Depois desta lição você será capaz de:

Aplicar álgebra de mapas para análise Raster
Distiguir um Raster Boleano, Discreto e Contínuo
Fazer legendas para mapas Booleanos, Discreto e Contínuo
Entender o uso de Nodata (Sem dados)
Usar Operadores Lógicos
calcular Distância com camada raster
reclassificar raster
converter raster para camada vetorial de pontos
Amostrar valores do raster com vetor de pontos

Descrição do Caso

Nesta lição trataremos do seguinte caso.

O município do Oásis (fictício) Aïn Kju Dzjis contratou você para analisar quais poços são inadequados para seus habitantes com base nas seguintes condições:

Condição 1:
Os poços devem estar a 150 metros das casas e estradas.

Condição 2:
Nenhuma indústria, mina ou aterro a menos de 300 metros do poço.

Condição 3:
Os poços devem ter menos de 40 metros de profundidade.

Você usará a álgebra de mapas para realizar a análise necessária.

Fluxo de Trabalho

A lição seguirá este fluxo de trabalho:

Flowchart chapter 3

Materiais

A camada Raster para este exercício pode ser baixada na página principal da lição

2. Teoria

Primeiro, apresentaremos a teoria necessária para este exercício em alguns vídeos.

2.1. Processamento Raster

Assista a este vídeo sobre Processamento Raster.

3. Preparação

Para esta tarefa, você recebe as seguintes camadas raster: buildg.tif (construcao), roads.tif (estradas), dtm.tif(modelo digital), e gwlevel.tif (pocos).

Vamos primeiro inspecionar os metadados dessas camadas. Em seguida configuraremos a Caixa de Ferramenta de Processamento no QGIS.

3.1. Verificando os Metadados

1. No painel do navegador, clique com o botão direito em Favoritos e escolha Adicionar um Diretório.
add favorites

2. Escolha a pasta onde você armazenou as camadas.

Ao adicionar uma pasta aos Favoritos, você pode acessar mais rapidamente os arquivos do projeto.

3. Clique em + para expandir o conteúdo da pasta.

4. Visualize os mapas e metadados dessas camadas raster clicando com o botão direito do mouse na camada e escolhendo Propriedades da Camada...

browser layer propertie

A janela Propriedade da Camada será aberta, mostrando os metadados da camada.

layer properties

5. Selecione buildg.tif, roads.tif, dtm.tif and gwlevel.tif (Mantenha o botão Ctrl pressionado e selecione as camadas) e arraste-as para a Tela de Visualização.

6. Vá para o painel Camadas.

3.2. Usando a Caixa de Ferramentas de Processamento

A Caixa de Ferramentas de Processamento no QGIS fornece várias ferramentas para processamentos de dados SIG. Além das ferramentas QGIS, também possui ferramentas GDAL, GRASS, e SAGA que são muitos úteis.

1. Você pode ativar a Caixa de Ferramentas de Processamento escolhendo Processamento| Caixa de Ferramentas no menu principal.

processing toolbox menu

Agora o painel Caixa de Ferramentas de Processamento é exibido. Você precisará disso nas próximas seções.

4. Condição 1: Poços a 150 metros de casas ou estradas

Agora que examinamos os metadados de nossas camadas de entrada e configuramos a Caixa de Ferramentas de Processamento, é a hora de prosseguir com a análise das três condições:

Condição 1: Poços dentro de 150 metros casas ou estradas
Condição 2: Sem indústria, mina ou aterro dentro de 300 metros dos poços
Condição 3: Poços com menos de 40 metros de profundidade

Para a condição 1, primeiro olharemos para as casas e faremos o seguinte:

Estilize a camada raster buildg (construcao)
Crie uma camada Booleana com True para casas e False para outras construções
Crie zonas de 150 metros ao redor das casas

Em seguida, repetiremos as etapas para estradas

4.1. Estilize uma camada raster discreta

Vamos primeiro dar uma olhada nas casas. As casas são classes na camada de buildg (construcao). Os Rasters normalmente armazenam apenas valores, portanto, precisamos atribuir uma legenda adequada às camadas raster.

1. No Painel Camadas, clique no botão para abrir o Painel de estilo de camada.

2. Escolha Paletizado/Valores únicos como tipo de renderização. Mantenha Random como tipo de rampa de cores e clique em classificar.

3. Use a captura de tela abaixo com referência para adicionar os rótulos aos números da classe, clicando duas vezes no nome de cada rótulo. Clique duas vezes na cor para torna-la mais intuitiva, conforme mostrado no exemplo.

buildg styling

Como buildg é um raster discreto, usamos o tipo de renderização Paletizado/Valores únicos. Este renderizador classifica cada valor inteiro único encontrado na camada raster.

4.2. Crie uma camada booleana com True para casas e False para outras construções

Se quisermos criar uma camada Booleana com True (1) para casas e False (0) para outras classes na camada construção, podemos usar a Calculadora Raster.

1. No menu principal, vá para Raster | Calculadora Raster.

2. Na caixa de diálogo Calculadora Raster, clique duas vezes em construção@1, clique no botão = e digite 1.

Agora a equação é construcao@1 = 1, o que significa: se a camada construcao@1 igual 1 (que é classe de casas), então a camada de saída tem True (valor 1), caso contrário, tem False (valor 0). @1 significa banda 1. Em nosso caso, usamos apenas camadas raster de banda única (bandas múltiplas são usadas em outras aplicações, como sensoriamento remoto).

house raster calculator

3. Chame a camada de a saída casas.tif e clique OK para realizar o cálculo.

Seguindo as boas práticas, vamos estilizar essas camadas Booleana. Para camadas Booleanas, usando o renderizador Paletizado/Valores Únicos.

4. Repita as etapas 1 e 2 da lição 4.1 para estilizar a camada de casas e escolher cores intuitivas para True e False.

4.3. Crie zonas de 150 metros no entorno das casas

Agora que tempos uma camada apenas com casas, podemos prosseguir com o cálculo das zonas de 150 m no entorno delas. Vamos criar uma camada Booleana que é True (1) dentro da zona de 150 m no entorno das casas e False (0) a mais de 150 m das casas.

1. No menu principal, vá para Raster | Análise | Proximidade (Distância Raster).

proximity menu

2. Na caixa de diálogo Proximidade (Distância Raster), certifique-se de que a camada de casas está selecionada como camada de entrada. Defina as unidades de Distância para coordenadas georreferenciadas. Digite a distância máxima a ser gerada 150 metros e digite 1 para o valor a ser aplicado a todos os pixels que estão dentro da -maxdist dos pixels. Defina o tipo dado de saída para Byte (porque usamos apenas 0 e 1) e chame o mapa de proximidade de saída houses150m.tif. Deixe as outras configurações como padrão.

proximity dialog

3. Clique em Executar, e Fechar quando o cálculo for feito

4. Estilize o mapa Booleano. Torne os pixels verdadeiros (True) verdes e os pixels Falsos (False) vermelhos.

house zone styled

4.4. Crie zonas de 150 metros no entorno das estradas

De forma similar, agora podemos calcular o buffer de 150 m no entorno das estradas.

1. Defina o estilo da camada roads (estradas). Use estas classes:

0: sem estradas
1: estrada de terra
2: asfalto

2. repita as etadas usadas para calcular as zonas de 150 metros no entorno das casas, mas use a camada roads (estradas) como camada de entrada e nomeie a saíca com roads150m.tif.

3. Modifique o estilo do mapa Booleano. Coloque os pixels True (verdadeiros) com a cor verde e os pixels False (Falsos) com a cor vermelha.

5. Condição 2: Sem indústria, mina ou aterro dentro de 300 metros dos poços

Para a segunda condição, primeiro precisamos reclassificar a camada de Buildg (construção) de forma que o resultado seja um mapa Booleano com True (1) para a indústria, mina e aterro e False (0) para as outras classes. Em seguida, precisamos calcular a distância para os pixels reais e, finalmente, calcular os pixels que estão a mais de 300 m da indústria, da mina e do aterro sanitário.

5.1. Crie um raster Booleano com Verdadeiro para indústria, mina e aterro e Falso para outras construções

1. Escolha na Caixa de Ferramentas de Processamento Análise de dados Raster | Reclassificar por tabela.

A caixa de diálogo Reclassificar tabela é exibida. Vamos reclassificar o raster do buildg usando uma tabela de consulta.

2. Preencha o campos exatamente como na figura abaixo.

Aqui você pode identificar um valor para a camada de saída para valores que são excluído da tabela de consulta. Os limites do intervalo definem se os valores são incluídos ou excluídos dos intervalos em uma linha da tabela de pesquisa. Aqui não usamos intervalos, mas reclassificamos cada valor. Portanto, escolhemos min <= valor <= max. Para o tipo de dados de saída, usamos Byte porque a saída é Booleana.

3. Em segunda, vá para a tabela de de reclassificação e clique.

4. Preencha a tabela de pesquisa conforme mostrado na figura abaixo
lookup table

5. Clique OK e Executar. Feche a caixa de diálogo quando o processamento for concluído.

6. Verifique o resultado: 1 para minas, indústria, e aterros sanitários, 0 para as outras classes. Use o botão da ferramenta identificar e clique no mapa. No painel inferior direito você pode encontrar os resultados de identificação. Ele exibe o valor do pixel da camada selecionada no painel de camada. você pode ter redimensionar as colunas para ver os valores de pixel.

Como você pode ver, a indústria é uma camada booleana, então precisamos estilizá-la com o renderizador Paletizado / Valor único como fizemos antes.

7. Estilize a camada indústria.

5.2. Crie zonas de 300 metros entorno da indústria, mina e aterro sanitário

Com o mapa booleano com True para indústria, mina e aterro, podemos calcular a distância até esses pixels. Como a ferramenta Proximidade (distância raster) não nos permite atribuir valores para pixels maiores do que um limite, temos que calcular todas as distâncias e então usar a Calculadora Raster para calcular um mapa booleano com True para pixels e mais de 300 metros da indústria, mina e aterro.

1. Abra a ferramenta Proximidade (Distância Raster).

2. Certifique-se de que Indústria é a camada de entrada. Mantenha todas as outras configurações como padrão. Nomeie o mapa de proximidade de saída inddist.tif.

proximity industry dialog

3. Verifique o resultado.

A camada inddist é um raster contínuo, com valores reais representando distância.

4. Faça uma legenda que seja apropriada para este tipo de raster usando Banca simples falsa-cor como tipo de renderização. Use cores intuitivas (por exemplos, uma rampa de vermelho para verde).

5. Use a Calculadora Raster para calcular inddist@1 >= 300. Nomeie a camada de saída como ind300m.tif.

Isso novamente resulta em uma camada booleana.

6. Estilize a camada ind300m.

ind300m result

6. Condição 3: Poços com menos de 40 metros de profundidade

Para a última condição, precisamos identificar os poços com menos de 40 m de profundidade.

A camada gwlevel dá a elevação absoluta do nível do lençol freático no poço em metros acimas do nível do mar. Para calcular a profundidade da água subterrânea, precisamos subtraí-lo da elevação da superfície fornecida no Modelo Digital de Elevação (DEM).

1. Abra a Calculadora Raster.

2. Subtraia a profundidade absoluta do poço do DEM usando este cálculo: dtm@1 - gwlevel@1. Nomeie a camada de saída como welldepth.tif.

3. Estilize a camada welldepth com o renderizador apropriado para este tipo de raster.

4. A seguir, calcule na Calculadora Raster um mapa Booleano com poços de 40 m de profundidade. Nomeie a camada de saída como notdeep.tif.

5. Estilize a camada notdeep.

notdeep result

7. Combine as Três Condições Condição

Depois de calcular os mapas booleanos para as três condições, precisamos combiná-los para chegar ao resultado final.

1. Use a Calculadora Raster para combinar as três condições. Com todos os resultados Booleanos para as condições precisam ser True (verdadeiros), temos que usar o operador AND. Nomeie a camada de saída accessiblewells.tif.

calculate accessible wells

2. Verifique a camada raster resultante e estilize a camada.

8. Relatório dos Resultados

Agora que identificamos os poços acessíveis e inacessíveis, precisamos preparar o mapa de resultados para relatar ao empreiteiro.

Nas próximas etapas, vamos:

Converter células raster dos poços em vetores de pontos para uma melhor visualização
Amostrar de valores raster para adicionar atributos das camadas calculadas
Estilize os resultados da análise

8.1. Converter células raster em vetores de pontos

Para apresentar o resultado final, podemos estilizar a camada accesswells. No entanto, é melhor apresentar os poços como feições pontuais no mapa. Portanto, precisamos converter os pixels do poço em vetores de ponto.

1. Na Caixa de Ferramenta de Processamento vá para Criação de vetor | Pixels de raster para pontos.

raster pixels to points

2. Na caixa de diálogo, escolha a camada accessiblewells bem como a camada Raster de entrada. Para o nome do campo, insira Accessibility. Os valores raster serão salvos neste campo na tabela de atributos.
Escolha wells.shp como a camada de pontos do vetor de saída.

raster pixels to points dialog

3. Clique Executar e em fechar quando a conversão for concluída.

8.2. Amostra de valores raster

Os poços da camada vetorial de ponto agora contêm apenas o campo Accessibility. No entanto, é mais informativo incluir também outros dados na tabela de atributos. Com o complemento Point sampling tool, podemos amostrar as camadas raster neste projeto e adicionar essas informações à tabela de atributos de pontos.

1. Instale o complemento Point sampling tool.

2. No painel Camada, marque apenas as caixas antes das camdas das quais deseja fazer a amostra e desmarque as outras. Escolha as seguintes camadas: dtm, welldepth, gwlevel, notdeep, ind300m, roads150m, and houses150m.
3. Clique no botão Point sampling tool .

4. Na guia Geral da caixa de diálogo Point Sampling Tool escolha wells.shp como a camada que contém os pontos de amostragem, selecione todas as camadas com campos / bandas para obter os valores e salve a camada de vetor de ponto de saída em wells_final.shp.

point sampling tool general

5. Clique na guia Campos.

6. Edite o nome do atributo que será fornecido ao campo de saída, se necessário.

point sampling tool fields

7. Clique OK e fechar.

8. Abra a tabela de atributos de wells_final e verifique o resultado.
wells final attribute table

8.3. Defina o Estilo dos Resultados da Análise

Agora podemos estilizar as camadas.

O primeiro passo para mostrar os resultados será definir o estilo dos dados wells_final se os poços estão acessível ou não.

1. No painel Camada clique no botão para abrir o painel Estilo de Camada. Defina wells_final como a camada destino.

2. Mude de um Simbolo Simples para um renderizador Categorizado. em seguida, defina a coluna como Accessible. clique em Classificar.

3. Ao usar o renderizador, o QGIS criará uma categoria para capturar quaisquer valores NULL. Aqui não há poços com valores NULL na coluna Accessible. Selecione a entrada onde o Valor lê todos os outros valores e clique no botão Delete para removê-lo. Dê aos poços com o valor 1 um símbolo verde com um tamanho 4 mm. Dê aos poços com valores ZERO uma cor vermelha com o tamanho 2 mm.

4. Na coluna Legenda, renomeie a entrada com Valor 1 para Acessível e a entrada com valor ZERO para Inacessível.

styling wells

5. Role para baixo no painel de estilo de camada e encontre a seção Renderização da camada. Expanda-o e selecione Desenhar Efeitos. O ícone Personalizar Efeitos fica ativo. Clique para abrir o painel Propriedades dos efeitos. Aqui você pode adicionar Brilhos internos e externos, Sombras projetadas e outros efeitos. Clique na caixa ao lado do Sombra Projetada. Selecione o efeito sombra projetada para você ver os parâmetros da Sombra Projetado. Reduza a distância de deslocamento para 1.0 mm. Clique no botão voltar para retornar ao painel de estilo principal.

effects panel

6. Alterne para a guia rótulos no painel Estilo de Camada.

7. Altere a configuração de Sem rótulos para Rótulos Simples. Defina o rótulo com coluna para welldepth.

Agora, você usará uma expressão de rotulagem muito semelhante à usada no final do capítulo "Prepariando dados de mapa impressos", onde rotulamos as montanhas. Você configurará a expressão para os rótulos sejam parecidos com: : Profundidade do poço: 76.4 m.

8. Clique no botão Expressão para abrir a janela de diálogo Expressão.

9.Para começar, adicione um texto Profundidade do poço na frente do valor da profundidade do poço adicionando 'profundidade do poço: ' antes da expressão existente.

10. Para realizar o segundo componente, você usará a função format_number. Use a caixa de pesquisa para encontrar a função format_number. Insira imediatamente antes do campo de welldepth. Lembre-se de que esta função requer um número e o número de casas decimais. O número será o campo welldepth e número de casas será 2.

11. Use o que você aprendeu sobre o operador concatenação de Texto e o nova linha para formatar bem o rótulo e adicionar as unidades ao final.

12. Sua expressão deverá ser semelhante a 'Well Depth:'|| '\n' || format_number(welldepth,2) || ' m'.

13. Defina a fonte como sans serif com um tamanho de 9 pontos.

14. Altere para a aba Posicionamento e defina o Posicionamento como Deslocamento do ponto. Selecione o posicionamento do quadrante inferior direito com uma configuração de deslocamento X Y de 1.5 mm cada.

well label placement

15. Por fim, clique no botão de configurações de posicionamento automatizado para abrir a janela Mecanismo de posicionamento automatizado. Desmarque a caixa para a opção Permitir rótulos trucados nas bordas do mapa. Isso evitará que as etiquetas seja cortadas.

16. Para completar o estilo, você trabalhará com a camada mde. Faça desta camada a camada de destino no painel estilo de camada. clique no menu suspenso para a Rampa de Cores e escolha Criar nova rampa de cores.

17. A janela Tipo da cor gradiente é aberta. Escolha como tipo Catalogo: cpt-city. Clique OK.

18. A janela Rampa de cores Cpt-city abrirá. Selecione a categoria Tography.

19. Escolha sd-a e clique em OK.

Você sabia que pode salvar essa rampa de cores em sua biblioteca de estilos? Para fazer isso, acesse o menu de contexto da rampa de cores e selecione Salvar rampa de cores. A janela Salvar nova rampa de cor será aberta, permitindo que você atribua um nome e forneça tag (s).

20. Role para baixo até a seção Renderização da camada e defina o modo de mesclagem de volta para Normal.

21. Finalmente, clique com o botão direito do mouse na camada mde e escolha Duplicar no menu de contexto.

22. Arraste a camada de cópia mde acima da camada mde e ative-a.

23. Faça desta camada mde duplicada a camada de destino no painel estilo da camada. Mude o renderizador para Sombreamento. Role para baixo até a seção Renderização da Camada e defina o modo de mistura de volta para Multiplicação.

map algebra styling

9. Conclusões

Nesta lição vou aprendeu:

aplicar álgebra de mapas para análise raster
distinguir rastesr Booleano, discreto, e contínuo
fazer legendas para mapas Booleano, discreto, e contínuo
entender o uso do Nodata
usar operadores lógicos
calcular distâncias de raster
reclassificar raster
converter raster para vetores de ponto
Amostrar valores raster com pontos vetoriais

Você pode assistir a este webinar para ver o procedimento completo: