Análise fisiográfica do Algarve com base no ASTER GDEM

ANÁLISE FISIOGRÁFICA
relevo - hipsometria - declive - exposição de encostas
TUTORIAL QGIS
preparado por Nuno de Santos Loureiro
DCTMA - FCT - Universidade do Algarve
nlourei@ualg.pt
últimarevisão:8Janeiro2016comQGIS2.12.1Lyon(OSX10.10.5)v.02.02
DOI: 10.13140/RG.2.1.2039.8168

SUMÁRIO
O presente TUTORIAL QGIS apresenta um conjunto alargado de procedimentos para
análise fisiográfica. São levadas a cabo duas abordagens distintas:
● escala média - a região do Algarve será utilizada como case study
● escala semi-detalhada - o concelho de Lagoa será utilizado como case study
Na análise fisiográfica à escala média utilizar-se-ão três modelos digitais do terreno (MDT) que
estão disponíveis na Internet (ASTER GDEM, EU-DEM e SRTM). O case study aqui apresentado pode,
por isso, ser replicado com muita facilidade, quer para outras regiões de Portugal, quer para
outros países.
Para este case study foi, adicionalmente, feita uma avaliação da qualidade dos MDT através da
comparação com a Carta Militar de Portugal à escala 1:25.000, com o intuito de escolher um dos
três modelos e, depois, utilizar o melhor para uma caracterização da hipsometria, dos declives e
da exposição de encostas na região.
Na análise fisiográfica à escala semi-detalhada os modelos digitais do terreno são construídos a
partir de cartografia topográfica digital, recorrendo a um procedimento de triangulação (TIN) e
a uma interpolação. É, consequentemente, mais difícil replicar o case study aqui apresentado
porque é indispensável ter acesso a essa fonte de informação, o que nem sempre é simples ou
possível.
É igualmente feita uma análise comparativa entre o DTM obtido a partir de cartografia
topográfica digital, o DTM obtido por detecção remota e a Carta Militar de Portugal.
DEM - análise fisiográfica Nuno de Santos Loureiro

1. DEM por detecção remota

DEM - Digital Elevation Model
O DEM (Digital Elevation Model), que também pode ser designado de DTM
(Digital Terrain Model), é o elemento fundamental da representação digital
do relevo nos SIG (Sistemas de Informação Geográfica). Em português, o
termo mais utilizado é MDT (Modelo Digital do Terreno).
No seu formato mais simples o DEM é constituído por uma tabela de pontos com coordenadas X e Y, e
com a altitude (X, Y, Z). Os pontos podem ter uma distribuição regular ou irregular ao longo do
território.
Em formatos mais elaborados o DEM é constituído por:
● rede contínua de quadrículas, em que todos os quadrados têm a mesma dimensão - DEM em
formato RASTER
● rede triangular contínua, em que os triângulos não têm sempre os mesmos formatos e
dimensões, constituindo um TIN (triangular irregular network) - DEM em formato VECTOR
Nos DEM RASTER cada quadrícula representa um único valor de altitude (Z).
A dimensão dos lados da quadrícula é a resolução do modelo digital do terreno.
Nos DEM VECTOR cada vértice de um triângulo tem um valor de altitude (Z), que pode ser igual ou
diferente da altitude dos dois outros vértices do mesmo triângulo.
Em geral, os DEM são obtidos a partir de detecção remota (remote sensing), quer com base em
análise e interpretação de imagens de satélite, quer de fotografias aéreas, estereoscópicas. O SPOT
(Satellite pour l’Observation de la Terre) 5, o SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) e o ASTER
(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) são três exemplos de soluções
tecnológicas que permitiram, por detecção remota, criar modelos digitais do terreno com padrões de
qualidade muito consideráveis.
Outras formas alternativas para a obtenção de um DEM são, por exemplo, a:
● interpolação a partir de cartografia topográfica digital, ou seja, a partir de curvas de nível e
de pontos cotados
● interpolação a partir de levantamentos de campo levados a cabo com teodolitos ou com
equipamentos GPS de elevada precisão

ASTER GDEM (ASTER Global Digital Elevation Model ver.2)
http://gdem.ersdac.jspacesystems.or.jp/index.jsp

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS
do DEM disponível a partir do ASTER GDEM ver.2
A informação do ASTER GDEM ver.2 está estruturada em tiles, figuras geométricas
quadrangulares estabelecidas segundo o desenho dos paralelos e meridianos
(coordenadas geográficas).
Cada tile corresponde a 1º de longitude por 1º de latitude, e está subdividida em
3601 x 3601 pixels, ou seja, a 1” de longitude por 1” de latitude.
No Equador o pixel é, aproximadamente, de 30 metros (long) por 30 metros (lat).
À medida em que de avança na direcção dos polos, a correspondência métrica de 1”
de longitude vai-se alterando e corresponde a uma distância cada vez menor.
A informação é fornecida em GeoTIFFs, tile a tile, e é georreferenciada em WGS84.
Para além do ficheiro base, com o DEM é fornecido um ficheiro com uma análise de
qualidade (QA - quality assessment).
A altimetria é expressa em metros, tendo como nível médio da água do mar o geóide
WGS84/EGM96. No GeoTIFF 0 corresponde a altitude 0 metros e -9999 à ausência de
informação.
A margem de erro da altitude é inferior a 17 m, com um grau de confiança de 95%.
Quando é apresentada informação baseada no ASTER GDEM é necessário mencionar:
ASTER GDEM ver.2 is a product of METI and NASA
ASTER GDEM ver.3
Está em preparação uma nova versão do ASTER GDEM.
O lançamento esteve inicialmente previsto para 2015...
ASTER GDEM ver.2
Quick Guide
ASTER GDEM ver.2
Validation Report

OBTENÇÃO
do DEM disponível a partir do ASTER GDEM ver.2
O acesso ao DEM do ASTER GDEM é livre e gratuito, e apenas implica o registo individual
de utilizador (USER) no próprio website. As instruções podem ser consultadas AQUI...
A sequência de passos para o download das três tiles que correspondem ao Algarve:
● ASTGTM2_N37W009 N37 - N38 W009 - W008
● ASTGTM2_N37W008 N37 - N38 W008 - W007
● ASTGTM2_N36W008 N36 - N37 W008 - W007

ALGARVE : modelo digital do terreno (com base no ASTER GDEM ver.2)
As três tiles DEM que correspondem ao Algarve logo após ‘abertas’ no QGIS:
● ASTGTM2_N37W009 N37 - N38 W009 - W008
● ASTGTM2_N37W008 N37 - N38 W008 - W007
● ASTGTM2_N36W008 N36 - N37 W008 - W007

Os procedimentos iniciais, depois de ter as
três tiles no ambiente de trabalho do QGIS,
são a sua junção, o recorte para o
ajustamento ao limite da região do Algarve e,
eventualmente, a transformação para outro
EPSG.
A junção das três tiles numa única é feita
através do seguinte procedimento:
Raster >>> Miscellaneous >>> Merge...
Parametrização da funcionalidade
Merge, para a criação de um novo
GeoTIFF.
O recorte para o ajustamento ao
limite da região do Algarve é feito
através do seguinte procedimento:
Raster >>> Extraction >>>
Clipper...
Para esta operação é também
necessária uma shapefile com uma
única ocorrência (polígono)
contendo o limite administrativo do
distrito de Faro. Esta shapefile
pode ser obtida a partir da CAOP...

Parametrização da funcionalidade Clipper, para a
criação de um novo GeoTIFF.
A transformação para outro EPSG é feita através de
um simples Save as...
O modelo digital do terreno do Algarve, com base no
ASTER GDEM ver.2. Em cima em WGS84 (EPSG: 4326)
e em baixo em ETRS89 / Portugal TM06 (EPSG: 3763).

Os procedimentos finais são a reclassificação
do DEM para criar classes hipsométricas e a
atribuição de uma paleta de cores na
legenda para que, de forma gráfica e
intuitiva, se transmita uma boa percepção
do relevo do Algarve.
Porque o cume da Fóia, com 902 metros, é o
ponto mais alto do Algarve, optou-se por se
estabelecerem 10 classes hipsométricas; as
nove primeiras com intervalos de 100 metros
e a última correspondendo a altitudes
superiores a 800 metros.
A reclassificação do DEM implica o recurso
ao GRASS. Para aceder ao GRASS, no
ambiente QGIS, utiliza-se a funcionalidade
Processing >>> Toolbox.
O Processing Toolbox tem de estar em
Advanced interface para que o GRASS
esteja acessível...
No GRASS commands é necessário escolher
Raster (r.*) e depois r.reclass...
Em paralelo, num editor de *.txt ou de *.
html é necessário criar um ficheiro com as
classes hipsométricas.
O ficheiro *.txt com as 10 classes
hipsométricas (reclass rules).
Parametrização da funcionalidade r.
reclass, para a criação de um DEM do
Algarve com as classes hipsométricas.
DEM do Algarve
reclassificado em
classes hipsomé-
tricas de 100 m...

A atribuição da paleta de cores da legenda,
para que se apresente e comunique de
forma intuitiva e através de classes hipso-
métricas o RELEVO DO ALGARVE tem, por
um lado, uma vertente de boa linguagem
cartográfica e, por outro, a utilização de
funcionalidades próprias do QGIS...
LEGENDA
Uma sequência harmoniosa de cores, entre o
amarelo, o laranja e o castanho averme-
lhado, é uma das várias possibilidades.
No QGIS, recorre-se a Layer Properties >>>
Styles e é bastante recomendável criar e
guardar um ficheiro com o Style (*.qml).

EU-DEM (Digital Elevation Model over Europe)
OBTENÇÃO
do DEM disponível a partir do EU-DEM
O acesso ao DEM do EU-DEM (European Environment Agency) é livre e gratuito.
Para a região do Algarve é necessário descarregar em Original data o ficheiro eudem_dem_5deg_n35w010.tif AQUI...
ALGARVE
(limite administrativo
do distrito)
sobre o EU-DEM
(ficheiro
eudem_dem_5deg_n35
w010.tif)
EPSG: 4258
O EU-DEM é um output do Programa Copernicus,
uma iniciativa da DG Enterprise and Industry,
European Commission. Quando é apresentada
informação baseada no EU-DEM é necessário
mencionar:
Produced using Copernicus data and information
funded by the European Union - EU-DEM layers
O EU-DEM foi obtido a partir de detecção remota, por análise e
interpretação de imagens provenientes do SRTM e do ASTER.
É fornecido em GeoTIFFs, em tiles de 5º de longitude por 5º de
latitude, georreferenciados em ETRS89 (EPSG: 4258) e com
uma resolução de aproximadamente 30 metros. A altimetria é
expressa em metros e tem como nível 0 o geóide EGG08.

ALGARVE : modelo digital do terreno (com base no EU-DEM)
LEGENDA
O modelo digital do terreno (DEM ou MDT)
do ALGARVE, com base no EU-DEM.
Foram executadas as operações de Clipper,
r.reclass e foi usado o mesmo Style que foi
utilizado no DEM já apresentado (e baseado
no ASTER GDEM ver.2).
Para facilitar uma primeira comparação
entre os dois mapas, o EPSG foi transfor-
mado de 4258 para 3763.
As diferenças, que na realidade existem, são
aparentemente diminutas e dificilmente
perceptíveis numa comparação a olho nú...

Avaliação da qualidade dos ASTER GDEM ver.2 e EU-DEM
Com o intuito de avaliar a qualidade
dos dois DEM disponíveis na Internet, o
ASTER GDEM ver.2 e o EU-DEM,
comparando-os com a Carta Militar de
Portugal à escala 1:25.000 (3.ª ed.),
executou-se o seguinte exercício:
● geração de 250 pontos
aleatórios
● identificação da altitude em
cada um dos 250 pontos, na
CMP, no ASTER GDEM ver.2 e
no EU-DEM
● análise estatística
● conclusões
A geração dos pontos aleatórios foi
feita utilizando a funcionalidade
Vector >>> Research Tools >>>
Random Points...
Utilizou-se a Layer com o limite
administrativo do Algarve (EPSG:
3763) para que todos os pontos
ficassem localizados no interior do
Algarve e que a shapefile com os
pontos aleatórios ficasse nesse EPSG.
a vermelho os 250 pontos aleatórios (Random Points)

A identificação da altitude em cada um
dos 250 pontos aleatórios do ASTER
GDEM ver.2 e do EU-DEM foi consegui-
da recorrendo ao plugin Point
Sampling Tool.
A shapefile com os pontos aleatórios
foi sucessivamente transformada para
os EPSG originais do ASTER GDEM ver.
2 e do EU-DEM e as identificações
automáticas das altitudes foram feitas
recorrendo aos rasters originais, antes
das respectivas reclassificações.
Na Carta Militar de Portugal a identi-
ficação foi levada a cabo consultando
cada um dos pontos e preenchendo
manualmente a tabela de atributos.
excerto da CMP Folha n.º 575, com três pontos aleatórios

A análise estatística foi feita
com base em duas diferenças:
● altitude na CMP - altitude
no ASTER GDEM ver.2
● altitude na CMP - altitude
no EU-DEM
Essas diferenças foram calculadas
no QGIS recorrendo às
funcionalidades do Field
calculator da Attribute table.
Depois a shapefile foi exportada
(Save vector layer as...) para *.
CSV (Comma Separated Values
Format) e a análise estatística
levada a cabo numa folha de
cálculo.
As principais conclusões estão na
tabela ao lado...
Em média, o ASTER GDEM ver.2 estima a
altitude 0.81 metros abaixo do valor da Carta
Militar de Portugal (CMP). Em oposição, o EU-
DEM estima a altitude 0.47 metros acima.
Em valores absolutos, a estimação do EU-DEM
parece ser melhor porque a diferença é inferior!
No desvio padrão da amostra, o ASTER GDEM
ver.2 apresenta 7.20 metros, enquanto que o EU-
DEM apresenta 6.78 metros.
Assim, a estimação do EU-DEM parece ser
melhor porque o valor da estatística é inferior!
Em 204 dos 250 pontos, no ASTER GDEM ver.2,
a diferença entre a altitude estimada e a medida
na CMP é inferior a 10 metros; nos restantes 46
pontos é igual ou superior. No EU-DEM esses
números são, respectivamente, 214 e 36 pontos.
Em valores absolutos, a estimação do EU-DEM
parece ser melhor porque há menos pontos com
uma “grande” diferença de estimação!
A análise de quartis evidencia que os pontos que estão nos 50% médios da estimação
apresentam uma amplitude de 8.0 metros no ASTER GDEM ver.2 e 5.9 metros no EU-DEM.
Consequentemente, a estimação do EU-DEM parece ser, uma vez mais, melhor... (CONT.)

(CONT.)
No entanto, a análise de quartis também evidencia que os pontos que estão nos 50% extremos da estimação (25% inferiores + 25% superiores) apresentam amplitudes
de 17.00 e 15.00 metros no ASTER GDEM ver.2, e de 18.84 e 18.44 metros no EU-DEM.
Assim sendo e de acordo com diversas estatísticas observadas, a estimação do EU-DEM parece ser, em termos gerais, melhor do que a estimação do ASTER GDEM ver.2.
Mas quando essa estimação é menos bem sucedida, a diferença do EU-DEM em relação à CMP é maior do que a diferença do ASTER GDEM ver.2 em relação à CMP...
Por último, representaram-se cartograficamente os
250 pontos aleatórios, distinguindo aqueles em que o
valor absoluto da diferença entre a CMP e o DEM é
inferior a 10 metros e aqueles em que é igual ou
superior.
A tarefa foi precedida de uma operação no Field
calculator da Attribute table, para a criação de uma
nova coluna (uma para cada DEM). A Expression, no
caso do ASTER GDEM ver.2, usada foi a seguinte:
if( abs( “CMP-ASTER” ) >= 10, ‘B’, ‘A’ ), em que
CMP-ASTER é a coluna onde foram calculadas as dife-
renças de altimetria entre a CMP e o ASTER GDEM...

SRTM
OBTENÇÃO
do DEM disponível a partir de www.fc.up.pt/pessoas/jagoncal/srtm/
O acesso ao DEM do SRTM é livre e gratuito.
Para a região do Algarve é possível descarregar a informação original AQUI, no EarthExplorer do USGS, e consultar todos os
detalhes relativos ao DEM do SRTM, que teve recentemente (2014-2015) um importante upgrade, AQUI.
Para Portugal continental a tarefa foi já muito facilitada pelo Prof. José Alberto Gonçalves, da Universidade do Porto, que
preparou um GeoTIFF em ETRS89 / PT- EPSG: 3763, com resolução planimétrica (X,Y) de aproximadamente 25 metros.
LEGENDA

Avaliação da qualidade do SRTM (GeoTIFF preparado pelo Prof. José A. Gonçalves)
A análise estatística foi feita
seguindo a mesma metodo-
logia adoptada para o ASTER
GDEM ver.2 e para o EU-DEM.
As principais conclusões estão
na tabela seguinte...
Em média, o SRTM estima a altitude 0.90 metros acima do valor da Carta Militar de Portugal (CMP).
Para o ASTER GDEM ver.2 o valor é 0.81 metros abaixo e para o EU-DEM é 0.47 metros acima.
Em valores absolutos, a estimação do EU-DEM parece ser melhor porque é a diferença menor.
É também necessário ter sempre presente que qualquer um dos DEM baseados em informação proveniente de detecção
remota é, na verdade, um MDS (modelo digital da superfície) e não um verdadeiro MDT (modelo digital do terreno).
Construções (casas, prédios, etc.) e vegetação densa condicionam significativamente a análise e interpretação das
imagens de satélite e estimam uma altitude superior à existente ao nível do solo.
No desvio padrão da amostra, o
SRTM apresenta 4.19 metros.
Para o ASTER GDEM o valor é
de 7.20 metros, enquanto que
para o EU-DEM é de 6.78 metros.
Assim, a estimação do SRTM
parece ser melhor porque o valor
da estatística é inferior!
Em 241 dos 250 pontos, no SRTM,
a diferença entre a altitude
estimada e a medida na CMP, é
inferior a 10 metros; nos restantes
9 pontos é igual ou superior.
Para o ASTER GDEM os números
são 204 e 46 pontos, enquanto
que para o EU-DEM são 214 e 36
pontos.
Em valores absolutos, a estimação
do SRTM parece ser melhor porque
há menos pontos com uma
“grande” diferença de estimação!
A análise de quartis evidencia
que os pontos que, no SRTM,
estão nos 50% médios da
estimação apresentam apenas
5.0 metros de amplitude.
No ASTER GDEM esse valor é de
8.0 metros e de 5.9 metros no
EU-DEM. (CONT.)

(CONT.)
A análise de quartis também evidencia que os pontos que estão nos 50% extremos da estimação (25% inferiores + 25% superiores) apresentam
amplitudes de 12.00 e 10.00 metros no SRTM.
No ASTER GDEM os valores são de 17.00 e 15.00 metros, e no EU-DEM de 18.84 e 18.44 metros.
Assim sendo e de acordo com diversas estatísticas observadas, a estimação da altitude, ou seja, o MDT para a região do Algarve através do
SRTM parece ser, em termos gerais, melhor do que a estimação conseguida através do ASTER GDEM ver.2 ou do EU-DEM.
O modelo pode ser considerado mais previsível e robusto, e consequentemente como menos outliers.
Acresce ao melhor desempenho na análise estatística o facto de que a resolução planimétrica do SRTM é de cerca de X = 25 metros e Y = 25
metros. No ASTER GDEM ver.2 e no EU-DEM é, em ambos, de cerca de X = 30 metros e Y = 25 metros.
É, por isso, o DEM que será utilizado para a concretização das próximas tarefas do presente TUTORIAL.
Avaliação da qualidade do SRTM (GeoTIFF preparado pelo Prof. José A. Gonçalves)

2. Análise Fisiográfica I

CARTA DE DECLIVES
A Carta de Declives pode ser realizada
através de diversas funcionalidades do QGIS.
Neste TUTORIAL vai utilizar-se uma funcio-
nalidade do GRASS Raster (r.*), o r.slope.
Parametrização do r.slope para obter o mapa ao lado...
O mapa que surge como primeiro output do r.slope deve, depois, ser
reclassificado e apresentado recorrendo a uma paleta adequada de cores.
Para a reclassificação, conseguida
através do r.reclass do GRASS, é
previamente necessário estabelecer
as classes de declives e criar um
ficheiro *.txt com as mesmas.
Escolheram-se cinco classes, indicadas
no ficheiro slope.txt...

CARTA DE DECLIVES
Dois excertos da Carta de Declives na Serra
de Monchique:
● na imagem da esquerda as linhas de
talvegue são muito perceptíveis
● na imagem da direita com a rede
hidrográfica (a amarelo)...

O mapa que surge como primeiro output do r.aspect deve, depois, ser
reclassificado e apresentado recorrendo a uma paleta adequada de cores.
Para a reclassificação, uma vez mais
conseguida através do r.reclass do
GRASS, é previamente necessário
estabelecer categorias de exposição e
criar um ficheiro *.txt com as mesmas.
The aspect categories represent the number
degrees of east and they increase counterclock-
wise: 90deg is North, 180 is West, 270 is South,
360 is East. The aspect value 0 is used to indicate
undefined aspect in flat areas with slope=0.
CARTA DE EXPOSIÇÃO DE ENCOSTAS
A Carta de Exposição de Encostas também
pode ser realizada com o auxílio de diversas
funcionalidades do QGIS. Por exemplo, o r.
aspect do GRASS Raster (r.*)...
parametrização do r.aspect para obter o mapa ao lado...

PALETA DE CORES RGB PARA A CARTA DE DECLIVES
NE R 000 G 171 B 068
NORTE R 132 G 214 B 000
NO R 244 G 250 B 000
OESTE R 255 G 171 B 071
SO R 255 G 085 B 104
SUL R 202 G 000 B 156
SE R 108 G 000 B 163
ESTE R 000 G 104 B 192
Excerto da Carta de
Exposição de Encostas na
serra de Tavira, com a rede
hidrográfica (a preto)...

3. DEM por interpolação

concelho de LAGOA : modelo digital do terreno (por interpolação)
O objectivo é, agora, produzir um DEM ou MDT para o concelho algarvio de Lagoa, tendo como fonte inicial
de informação a cartografia topográfica digital (curvas de nível e pontos cotados) da Carta Militar de
Portugal à escala 1:25.000, 2.ª edição.
Lagoa está representada pelas Folhas n.º 594 (1979), n.º 595 (1979), n.º 603 (1978) e n.º 604 (1979).

O primeiro procedimento é a criação de um buffer envolvendo o
concelho de Lagoa, para que o DEM seja inicial e provisoriamente
feito para um território mais vasto e, então, não existam erros nos
limites do concelho que resultem apenas de falta de informação.
O buffer é criado através da funcionalidade
Vector >>> Geoprocessing Tools >>> Buffer(s)...
e no exercício adoptou-se uma Buffer distance de 1.000 metros.
Seguidamente, para cada uma das quatro shapefiles de pontos
cotados e das quatro shapefiles de curvas de nível, foi feito um clip
com o buffer, para eliminar toda a informação de altimetria exterior
ao mesmo e se limitar, consequentemente, a quantidade de
informação a processar nos procedimentos seguintes!
buffer de 1.000 m limite administrativo do concelho de Lagoa
Exemplo do Clip para as curvas de
nível da Folha n.º 604...
Vector >>> Geoprocessing
Tools >>> Clip...
Para uma boa organização da
informação, e também para facilitar o
procedimento seguinte de junção das
várias shapefiles, devem ser criadas
duas pastas, uma para a informação
vectorial em linhas e outra para a
informação vectorial em pontos.

As quatro shapefiles de pontos cotados e as
quatro shapefiles de curvas de nível, depois
de todos os clips, estão representadas na
figura ao lado...
O procedimento seguinte é a junção das
quatro layers de pontos cotados numa só.
Para tal vai utilizar-se a funcionalidade
Merge Layers do plugin MMQGIS.
Mas antes é necessário verificar que os campos
com a altitude estão parametrizados da mesma
forma em todas as quatro layers. Só assim a
junção é correctamente efectuada. Caso não
estejam a resolução é muito simples com o uso do
Field calculator...
Consulta aos campos (Fields) na Tabela de Atributos, para verificar como estão parametrizados.

O procedimento de junção das quatro layers
de curvas de nível numa só é executado com
a mesma funcionalidade (Merge Layers do
plugin MMQGIS) e depois de se verificar que
os campos com a altitude estão parametri-
zados da mesma forma nas quatro layers...
O Topology Checker permite verificar a
inexistência de erros, quer de informação
duplicada (must not have duplicates), quer
de geometrias inválidas (must not have
invalid geometries).
A inexistência de erros topológicos é
indispensável para que não ocorram
problemas nos procedimentos seguintes...
TOPOLOGY CHECKER Validade All

O terceiro procedimento, que é efectuado
apenas para a layer das curvas de nível, é a
extracção dos nós, ou seja, a transformação
da shapefile de linhas numa shapefile de
pontos, em que esses pontos são os nós que
permitiram desenhar vectorialmente as
próprias linhas...
A tarefa é executada com a funcionalidade
Vector >>> Extract Nodes... do QGIS.
Na imagem acima já são visíveis os
nós extraídos das curvas de nível
(pontos a verde), bem como as próprias
curvas de nível (linhas a verde) e os
pontos cotados (pontos a azul)...

O Topology Checker deve ser
novamente utilizado para testar
a inexistência de erros,
nomeadamente informação
duplicada (must not have
duplicates), na shapefile
resultante do Extract nodes.
Se existirem erros o problema
resolve-se com a utilização da
funcionalidade Delete Duplicate
Geometries do plugin MMQGIS.
A execução do procedimento pode ser demorada, mas no final deverá ficar criada uma nova
shapefile que não apresentará quaisquer erros quando for analisada com o Topology Checker.
Esta nova shape deve ser objecto de junção (MMQGIS Merge Layers) com a shape dos pontos
cotados. A shapefile resultante é, assim, a nova layer fundamental de trabalho.
Nela está reunida toda a informação disponível sobre a altimetria do concelho de Lagoa, e
que foi sendo preparada para integrar uma única shapefile com 57.474 pontos...
os pontos vermelhos são os erros

No quarto procedimento, a
INTERPOLAÇÃO, executam-se
em simultâneo duas tarefas:
1. converter a informação
de pontos (formato
vectorial) para quadrí-
culas (formato raster);
2. atribuir a cada quadrí-
cula um valor de alti-
tude, ou seja, está-se a
gerar um DEM RASTER.
O Interpolation tem uma janela de Input e outra de
Output. A de Input permite seleccionar a Vector layer
e o Interpolation attribute...
A de Output permite seleccionar o Interpolation method, a
Cellsize X e Y (ou em alternativa o Number of columns e rows)
e o Output file... Depois de seleccionado o
Interpolation method é ainda possível
detalhar a sua parametrização e criar
uma shapefile adicional com o
desenho do próprio network de
triângulos...
O DEM RASTER terá
uma resolução de 5 metros
(a dimensão dos lados da quadrícula).

O método de interpolação TIN - TRIANGULATED IRREGULAR NETWORK
The TIN model represents a surface as a set of contiguous, non-overlapping triangles. Within each triangle the surface is represented by a
plane. The triangles are made from a set of points called mass points.
Mass points can occur at any location, the more carefully selected, the more accurate the model of the surface. Well-placed mass points
occur where there is a major change in the shape of the surface, for example, at the peak of a mountain, the floor of a valley, or at the
edge (top and bottom) of cliffs.
The Delaunay Triangulation
Delaunay triangulation is a proximal method that satisfies the
requirement that a circle drawn through the three nodes of a
triangle will contain no other node.
Delaunay triangulation has several advantages over other
triangulation methods:
● The triangles are as equi-angular as possible, thus
reducing potential numerical precision problems
created by long skinny triangles;
● Ensures that any point on the surface is as close as
possible to a node;
● The triangulation is independent of the order the points
are processed.
TINs from contours
Contours are a common source of digital elevation data. In general all the vertices of the contour lines are used as mass points for
triangulation. In many cases this will cause the presence of flat triangles in the surface.
Flat triangles are created whenever a triangle is formed from three nodes with the same elevation value.
Flat triangles are frequently generated along contours when the sample points occur along the contour at a distance that is less than the
distance between contours. When these "excess" vertices are not removed, the Delaunay triangulation discovers that the closest sample
points are those along the same contour, causing the generation of flat triangles.
The flat triangles have a slope of 0 and do not have defined aspect. They might cause problems when the surface is used for modeling.

How can we avoid the flat triangles?
● by adding more mass points
● generalizing the contours
● by adding break lines
Break lines
Linear features which define and control surface behavior in terms of smoothness and continuity are called break lines.
Types break lines:
● Soft break lines are used to ensure that linear features and polygon edges are maintained in the tin surface model by enforcing the
break line as tin edges. However, they do not define interruptions in surface smoothness – break lines with no Z value
● Hard break lines define interruptions in surface smoothness – break lines with Z value
curvas de nível e ‘mass points’ declives (a verde os declives = 0)classes hipsométricastriangulação

sem break lines soft break lines hard break lines (com altitude)
DADOS
TIN
DEM
http://www.ian-ko.com/ET_SolutionCenter/sc_main.htm

O primeiro resultado
da funcionalidade
Interpolation...

A “base” do TIN e do Interpolation, com os nós e os triângulos.
As quadrículas do DEM RASTER, com os 5 metros de lado, estão também apresentadas.
As linhas a azul claro são parte da rede hidrográfica...

Para a preparação desta imagem, a partir do primeiro
resultado do Interpolation, começou por se efectuar
um Clipper..., depois um GRASS r.reclass e, por fim,
por se utilizar uma paleta de cores adequada...
Legenda

O DEM de uma parte do concelho de Lagoa,
com as classes hipsométricas de 10 metros,
os nós e os triângulos, e também
a rede hidrográfica
(a espessura das linhas é função da classificação hierárquica de Strahler).
As deficiências no DEM relacionadas com a inexistência de soft ou hard break lines são claramente perceptíveis...

Outra funcionalidade provavelmente
bastante útil do GRASS, para os DEM
e para a análise fisiográfica, é o r.
contour.step.
Permite criar curvas de nível para
altitudes determinadas, a partir do
DEM RASTER e das classes hipsomé-
tricas. O output é uma shapefile
vectorial (linhas)...
Parametrização do r.contour.step...
Nesta imagem estão representadas
as curvas de nível de 10 em 10 metros,
a partir do DEM e da funcionalidade GRASS r.contour.step...
Não podem ser ignoradas as
diferenças entre as curvas de
nível originais (provenientes
da CMP) e as re-
sultantes deste
encadeado de
procedimentos...

Por último, se em alternativa a uma
shapefile de linhas se pretender uma
de polígonos, na qual cada polígono
corresponde a uma classe hipsomé-
trica, a funcionalidade a utilizar é:
Raster >>> Conversion >>>
Polygonize (Raster to Vector)...
Neste caso, para a layer de polígonos
o raster a usar é o resultado do GRASS
r.reclass. Para a layer de linhas foi o
DEM inicial, antes de ser classificado!

4. Análise Fisiográfica II

concelho de LAGOA : análise fisiográfica (DEM por interpolação)
CARTA DE DECLIVES
Para a preparação da Carta de
Declives do concelho de Lagoa
seguiram-se os mesmos proce-
dimentos já antes referidos, na
Carta de Declives do Algarve...

concelho de LAGOA : análise fisiográfica (DEM por interpolação)
Para a preparação da Carta de
Exposição de Encostas do con-
celho de Lagoa seguiram-se os
mesmos procedimentos já antes
referidos, na Carta de Exposição
de Encostas do Algarve...
Notas:
- a preto, zonas planas (declive < 2.5%)
- a azul, a rede hidrográfica (espessura das linhas é função da classificação de Strahler)

Avaliação da qualidade dos DEM
Carta Hipsométrica do concelho de
Lagoa a partir do SRTM + curvas de
nível da CMP (1:25.000)
Carta Hipsométrica do concelho de
Lagoa a partir do DEM (interpolação)
+ curvas de nível da CMP (1:25.000)
São bastante perceptíveis as diferenças entre a Carta
Hipsométrica do concelho de Lagoa, preparada a partir
do DEM por interpolação das curvas de nível e pontos
cotados da CMP, e a Carta preparada a partir do SRTM...
Para a avaliação da qualidade dos
DEM e da análise fisiográfica,
comparando a CMP, as cartas
hipsométricas e as cartas de
declives e exposição de encostas,
gerou-se inicialmente um conjun-
to de 85 pontos aleatórios.
A tabela ao lado apresenta alguns
dos resultados da avaliação...

Uma análise estatística sumária não evidencia com clareza
diferenças de qualidade entre as duas soluções relativamen-
te ao MDT (DEM). Por comparação com a Carta Militar de
Portugal, o SRTM tem um erro médio de cerca de 50 cm e o
DEM obtido por interpolação de cerca de 70 cm.
Há 66 pontos com erros inferiores a 3 metros no DEM por
interpolação e 57 pontos no caso do SRTM, o que faz este
último parecer um melhor modelo.
O SRTM tem uma amplitude total de erros 14.0 metros e o
DEM interp. de 16.2 metros. Mas a amplitude de 50% dos
pontos no SRTM é de 3.0 m e a do DEM interp. é de 2.5 m.
Em síntese, o SRTM é, aparentemente, um melhor modelo,
de acordo com diversas medidas estatísticas, mas segundo
outras não tem um desempenho superior ao do DEM obtido
por interpolação das curvas de nível e pontos cotados da
Carta Militar de Portugal à escala 1:25.000.
Avaliação comparativa da Análise Fisiográfica
Avaliação da qualidade dos DEM
Os dois pares de cartas, quer de declives quer de exposições
de encostas, evidenciam com clareza diferenças acentuadas.
As cartas produzidas a partir do DEM obtido por
interpolação têm uma forte ‘marca’ do TIN, ou seja, os
procedimentos de triangulação a partir dos nós condicionam
a existência de numerosos triângulos planos (flat triangles),
muito facilmente identificáveis quer na Carta de Exposição
de Encostas e também perceptíveis na Carta de Declives.
As cartas produzidas a partir do SRTM têm gradientes muito
mais ‘suaves’, resultantes das cerca de 141.600 quadrículas,
que são de dimensão menor do que muitos dos triângulos e
todas de igual dimensão (625 m2
). Quer a Carta de Exposição
de Encostas, quer a de Declives, parecem assim mais
‘naturais’ e ‘realistas’, e menos resultantes de um exercício
de modelação não muito bem sucedido...
Uma comparação entre as duas cartas de declives, utili-
zando os mesmos 85 pontos aleatórios, permitiu concluir
que em 37 deles a classe de declive é igual, mas em 33 há
uma diferença de uma classe; em 15 a diferença é de duas
ou mais classes.
Para as duas cartas de exposição de encostas apenas 32
pontos estão na mesma categoria; em 30 há uma diferença
de uma categoria; em 23 a diferença é de duas ou mais
classes.

Carta de Declives do concelho de Lagoa
a partir do DEM por interpolação (CMP)
Carta de Exposição de Encostas de
Lagoa a partir do DEM (interpolação)
Carta de Exposição de Encostas do
concelho de Lagoa a partir do SRTM
Carta de Declives do concelho de Lagoa
a partir do SRTM (GeoTIFF J. Gonçalves)

ligações úteis
● QGIS (Quantum GIS) - ligação
● QGIS PT (grupo de utilizadores de QGIS em língua portuguesa) - ligação
● ASTER Global Digital Elevation Model (ASTER GDEM) - ligação
● Digital Elevation Model over Europe (EU-DEM) - ligação
● Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) - Portugal continental - ligação
● Carta Administrativa Oficial de Portugal (CAOP) - Direcção-Geral do Território - ligação
● Rede Geodésica Nacional - Direcção-Geral do Território - ligação
● Instituto Geográfico do Exército (IGeoE) - ligação
● Universidade do Algarve - ligação
● QGIS - tutoriais by nsloureiro.pt - ligação
Se tiver dúvidas, quiser fazer sugestões ou recomendar alterações não deixe de contactar!

Análise fisiográfica do Algarve com base no ASTER GDEM

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a Análise fisiográfica do Algarve com base no ASTER GDEM

Semelhante a Análise fisiográfica do Algarve com base no ASTER GDEM (20)

Último

Último (20)

Análise fisiográfica do Algarve com base no ASTER GDEM