Considerações básicas: A amostragem; A confecção de grades; O produto. Esquema do processo do modelo numérico de terreno do Spring.bitstream/CNPTIA/9177/1/COMNICADOTEC4.pdfAcesso em: 29 maio 2008

SOARES, A. F.

O objetivo do presente trabalho é apresentar uma ligeira abordagem da utilização de um dos segmentos do SPRING, operando com interpoladores na elaboração dos Modelos Numéricos de Terreno – MNT

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Utilização de Interpoladoresna Geração de Grades doSpring para Elaboração deModelos  Numéricos deTerreno Utilizando Dadosde Fertilidade do SoloA adoção de técnicas de geoprocessamento, utilizan-do Sistema de Informações Geográficas – SIG na ca-racterização dos recursos naturais e na agricultura,tem proporcionado aos usuários uma visão maisampla e profunda do comportamento das variáveisenvolvidas no processo.Os SIGs são ferramentas valiosas para o tratamentode dados permitindo transformá-los do formato con-vencional analógico para o formato digital,  possibi-litando armazenamento e facilitando uma série deanálises.Tem havido um aumento muito grande de interesse,por parte de pesquisadores, especialistas e agricul-tores, em adotar e utilizar técnicas de geoprocessa-mento para caracterização dos recursos naturais,gerenciamento das atividades agrícolas e monito-ramento ambiental em seus estudos, empreendimen-tos e propriedades.O geoprocessamento, utilizando os Sistemas de In-formação Geográfica - SIG como ferramenta especial,visa essencialmente a consulta e manipulação dosdados geográficos, diferenciando-o, ainda mais dosoutros sistemas, pela capacidade de realizar análiseAmarindo Fausto Soares1espacial; utilizando para isso, todos os atributos dasentidades armazenadas na base, possibilitando fa-zer simulações do mundo real.O Sistema de Processamento de InformaçõesGeorreferenciadas – SPRING, desenvolvido pelo  Ins-tituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE, é umdos mais avançados no gênero, possibilitando aosusuários mais interatividade e facilidade na maneirade manipular seus dados (Inpe, 2000a).O objetivo do presente trabalho é apresentar umaligeira abordagem da utilização de um dos segmen-tos do SPRING, operando com interpoladores na ela-boração dos Modelos Numéricos de Terreno – MNT,contido em seu manual (Inpe, 2000b), utilizando comoilustração, dados do projeto  “Desenvolvimento,Ajuste e Aplicação de Técnicas de Agricultura de Pre-cisão para o Aumento de Eficiência e Redução de Im-pactos Ambientais de Sistemas de Produção Agríco-la sob Condições de Plantio Direto”- Prodetab 030-01/99, liderado pela Embrapa Milho e Sorgo, cujosubprojeto 03 “Sistema de Informações e Apoio àDecisão em Agricultura de Precisão” é de responsa-bilidade da Embrapa Informática Agropecuária, por1 Eng. Agr, M.Sc. em Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto, Pesquisador Embrapa Informática Agropecuária, Caixa Postal 6041, BarãoGeraldo, 13083-970 – Campinas, SP. (email: fausto@cnptia.embrapa.br)ComunicadoTécnico Novembro, 2001Campinas, SP4ISSN 1677-8464Utilização de Interpoladores na Geração de Grades do Spring para Elaboração de Modelos  Numéricos de  TerrenoUtilizando Dados de Fertilidade do Solo2outro lado salienta-se que comentários sejamcentrados em informações básicas e nas etapas domanual utilizadas no trabalho, tentando-se criar umamassa crítica em usuários de geoprocessamento apli-cado à agricultura de precisão.Considerações BásicasEm geoprocessamento devemos considerar quemanipula-se entidades do mundo real e pelo próprioesquema conceitual, necessita-se criar uma abstra-ção para operar em um sistema computacional.O Spring cria, através dos Modelos Numéricos deTerreno – MNT, uma representação matemática dadistribuição espacial de uma determinada variávelem uma superfície contínua. Dessa maneira, para quepossa se retratar a realidade no computador, é indis-pensável a criação de um modelo digital, capaz detransmitir e simular, com bastante fidelidade, o querealmente ocorre com a variável estudada. Por essarazão, dados de geoprocessamento são representa-dos pelas coordenadas xyz, onde z = ƒ (x,y) e z, é aporção a ser modelada.Evidentemente que todo o processo depende damaneira como são coletados os dados, como essasvariáveis se apresentam e interagem. Por outro lado,a representação da superfície real no computador éfeita através de grades ou malhas, criando um mo-delo digital, representado através de equações ana-líticas, transmitindo ao usuário as características es-paciais do terreno.A versão 3.5 do SPRING 2000, considera-se três fa-ses no processo de modelagem na elaboração deMNT: Amostragem, Confecção de Grades e Pro-duto, conforme esquema apresentado.A Amostragem é a fase inicial e determinante doprocesso, dela vai depender o desenvolvimento e oproduto final do trabalho. Os dados do presente tra-balho, foram adquiridos por amostragem de Pontos,seguindo uma orientação regular, conforme a Fig. 1,com auxílio do Global Positioning System – GPS,mostrando a distribuição dos pontos dentro da áreade estudo. Deve-se usar o bom senso na escolha equantidade dos pontos, diretamente relacionada àqualidade do produto final, retratando o realismo darepresentação, porém o esforço computacional estádiretamente relacionadoA amostragem de dados por isolinhas, não utilizadano trabalho, mostra a representação de uma superfí-cie através de curvas de mesmo valor. São muitousadas em altimetria, nas cartas topográficas, repre-sentação de fatores climáticos, precipitação, tempe-ratura, umidade do ar, etc. Em ambos os casos exis-tem também, pontos amostrados irregularmente quesão obtidos em trabalhos de campo.A Confecção de Grades constitui a fase seguinte edecisiva, existindo dois tipos básicos de grades:1. Retangular ou Regular, usada em aplicaçõesqualitativas de visualização da superfície;2. Triangular ou Irregular, quando requer maiorprecisão na análise quantitativa dos dados.A utilização desses tipos de grades refere-se ao ca-ráter qualitativo e quantitativo. As grades retangula-res ou regulares são utilizadas quando se deseja apli-cações qualitativas ou da visualização da superfície.Após o processamento dessas grades são oferecidasduas opções e visualização: grade e imagem (Fig. 3,4, 5, 6 e 7), por outro lado as grades triangulares TINou irregulares destacam a precisão no caráter quan-titativo  do dado (Fig. 8 e 9).Até a presente fase tem-se apenas amostragens conti-das em tabelas convertidas e  importadas para o Spring.Inicialmente serão confeccionadas grades primárias,tendo como origem os pontos coletados, converti-dos e importados para o Spring, uti l izandointerpoladores específicos dessa fase, posteriormen-te poderão ser criadas grades derivadas de gradesprimárias, fase essa chamada de refinamento de gra-de. Ao criar uma grade, o Spring disponibiliza, auto-maticamente, uma saída numérica e uma outra saí-da no formato imagem.O Produto é a fase final e visual do processo, deacordo com o tipo de amostragem pode-se gerar al-guns produtos, dependendo da maneira como sequer observar o comportamento da variável.Entretanto, as aplicações ou produtos de MNT nãosão elaborados sobre os dados amostrados, mas sima partir dos modelos gerados no formato de graderegular ou irregular. Estes formatos simplificam aimplementação dos algoritmos de aplicação e os tor-nam mais rápidos computacionalmente.Por outro lado, cria-se a categoria Imagem, gerando umproduto denominado Imagens (Fig. 3, 4, 5, 6 e 7 ) comopção de ser em níveis de cinza e/ou sombreada, a par-tir da qual poderá ser criado um outro produto, 3D (Fig.10 e 11), como também poderá ser gerado um produtodenominado Fatiamento (Fig. 12). Foram gerados, con-siderando a característica da amostragem (Pontos),somente esses três produtos.Utilização de Interpoladores na Geração de Grades do Spring para Elaboração de Modelos  Numéricos de  TerrenoUtilizando Dados de Fertilidade do Solo3PontosIsolinhasGrade Regular ou Retangular c/ amostrasGrade Regular c/ grade regularGrade Regular c/ TINGrade Triangular TINImagensDeclividadeFatiamentoIsolinhas3 DPerfilVolumeEsquema do Processo do Modelo Numérico de Terreno do SPRINGAmostragemConfecçãode GradesProdutoMédia Ponderada. por Cota e QuadranteMédia Ponderada. por QuadranteMédia PonderadaVizinho mais PróximoBicúbicoBilinearLinearQuintico s/ linhas de quebraQuintico c/ linhas de quebraMaterial e MétodosForam utilizados resultados de análise de parâmetrosquímicos de solo, coletados com auxílio de GlobalPositioning System – GPS, dentro da área do projeto(Fig. 1). Esses dados já foram analisados, converti-dos e modelados no Spring, conforme Soares, 2001.Utilizou-se nessa etapa, o módulo MNT do Spring(Fig. 2) acionando-se o item Geração de Grades Re-tangulares com a única opção de entrada através dePontos. Serão utilizados os quatro interpoladoresexistentes nesse tipo de operação:Fig. 1. Esquema do pivot com a distribuição dasamostras coletadas.Utilização de Interpoladores na Geração de Grades do Spring para Elaboração de Modelos  Numéricos de  TerrenoUtilizando Dados de Fertilidade do Solo4Fig. 2. Tela principal do Spring ao ser acionado o módulo MNT e abrindo a janela de gera-ção de grade com as opções dos seus respectivos interpoladores.Fig. 3. Imagem gerada de aplicação do interpoladorvizinho mais próximo em valores de pH coletados nocampo. A forma geométrica da imagem é devido oesquema de amostragem ter sido de 30 em 30 metros. Geração de Grade Regular ou Retangular atravésde Pontos é uma operação inicial de espacializaçãode dados numéricos, que foram importados paradentro do Spring, no qual serão aplicados os se-guintes interpoladores:1. Vizinho mais próximo: como o nome sugere a cadaponto na grade o Spring atribui o valor do ponto dovizinho mais próximo, é utilizado quando não se de-seja valores intermediários.2. Média simples: o valor do ponto ao valor da mé-dia simples dos 8 pontos mais próximos, é ummétodo rápido, porém sem precisão.3. Média ponderada: o valor do ponto é a média pondera-da das cotas dos 8 vizinhos mais próximos, atribuindo-se pesos variados para cada ponto amostrado atravésde uma função que considera a distância do ponto cota-do ao ponto da grade. Produz resultado intermediárioentre o média simples e os outros mais sofisticados.4. Média ponderada por quadrante: o valor do pontoé semelhante a média anterior, porém, conside-rando a amostra nos quatros quadrantes da cir-cunferência e com o mesmo número de pontospara todos os quadrantes.Média ponderada por cota e quadrante: é semelhan-te ao anterior.Utilização de Interpoladores na Geração de Grades do Spring para Elaboração de Modelos  Numéricos de  TerrenoUtilizando Dados de Fertilidade do Solo5Fig. 4. Imagem gerada de aplicação do interpoladormédia simples em valores de pH coletados no campo.Fig. 5. Imagem gerada de aplicação do interpolador mé-dia ponderada em valores de pH coletados no campo.Fig. 6.  Imagem gerada de aplicação dointerpolador média ponderada por  quadrantepH coletados no campo.Fig. 7. Esboço e imagem gerada de aplicaçãodo interpolador média ponderada por cota equadrante pH coletados no campo.Utilização de Interpoladores na Geração de Grades do Spring para Elaboração de Modelos  Numéricos de  TerrenoUtilizando Dados de Fertilidade do Solo6Fig. 8. Grade Triangular ou TIN gerada a partir dos730 pontos amostrais dos parâmetros de solos.Fig. 9. Grade Triangular ou TIN gerada a partir dos20.000 pontos em  que a máquina passou colhendodados de produção, ressaltando a performance nocaráter quantitativo das amostras onde a grade émais eficiente.Fig. 10. Produto 3D sombreado gerado a partir deum outro produto imagem confeccionado através deum refinamento de grade.Fig. 11. Produto 3D em níveis de cinza gerado apartir de um outro produto imagem confeccionadoatravés de um refinamento de grade.Fig. 12. Produto Fatiamento gerado a partir de umoutro produto Imagem, confeccionado através de umrefinamento de grade, que por sua vez gerou ummodelo temático com divisão das classes para quepossam ser feitas as fatias.ConclusõesA utilização dos Modelos Numéricos de Terreno - MNTs,é uma maneira de representar dados alfanuméricos emdados espaciais, distribuindo variáveis em uma super-fície, possibilitando ter uma visão espacial da sua dis-tribuição e seu comportamento, procedimento esse de-nominado de espacialização.O Spring executa essa tarefa de espacialização, atra-vés da geração de grades com seus respectivosinterpoladores, conforme o esquema desenvolvidono início do trabalho.Utilização de Interpoladores na Geração de Grades do Spring para Elaboração de Modelos  Numéricos de  TerrenoUtilizando Dados de Fertilidade do Solo7As Fig. 8 e 9 ilustram a explicação quanto ao caráterquantitativo das grades triangulares. No primeirocaso da Fig. 8, ilustra a geração de uma grade trian-gular para aproximadamente 720 pontos e no segun-do caso, Fig. 9, a geração da mesma grade em apro-ximadamente 20.000 pontos.Os interpolador vizinho mais próximo, Fig. 3, apre-sentou uma espacialização espacial um pouco geo-métrica, considerando a maneira como foram feitasas coletas. Já o interpolador média simples (Fig. 4),apesar de apresentar um processamento relativa-mente rápido, é pouco preciso no delineamento daabrangência das amostras.Considerando a maneira como foram coletadas asamostras, pode-se concluir que a utilização dointerpolador média ponderada por quadrante (Fig. 5)apresentou um visual compatível, apresentando ocomportamento pontual e individual de cadaamostragem.O referido interpolador foi a base para construçãode todos os outros produtos tanto o 3D (Fig. 10 e 11),como o Fatiamento (Fig. 12).Os interpoladores média ponderada por quadrante emédia ponderada por cota e quadrante, Fig. 6 e 7respectivamente, são semelhantes ao média ponde-rada, apresentando imprecisões na sua visualização.Sempre haverá necessidade de utilizar o MNT do Spring,para análise do comportamento e distribuição de umdeterminado número de variáveis, existindo um com-portamento específico de cada variável com relação aosinterpoladores de modelagem do Spring.Referências BibliográficasINPE. SPRING - sistema de processamento de in-formações georeferenciadas: release 3.5. Disponí-vel em: <http://www.dpi.inpe.br/spring/usuario/indice.htm>. Acesso em: 12 dez. 2000a.INPE. SPRING: tutorial de geoprocessamento. Dispo-nível em: <http://www.dpi.inpe.br/spring/teoria/index.html>. Acesso em: 12 dez. 2000b.SOARES, A.F. Sistema de informações geográficas- SIG/SPRING  para modelagem e espacializaçãode dados de fertilidade do solo. Campinas: EmbrapaInformática Agropecuária, 2001. No prelo.ComunicadoTécnico,   4Embrapa Informática AgropecuáriaÁrea de Comunicação e NegóciosAv. Dr. André Tosello s/noCidade Universitária - “Zeferino Vaz”Barão Geraldo - Caixa Postal 604113083-970 - Campinas, SPTelefone/Fax: (19) 3789-5743E-mail: sac@cnptia.embrapa.br1a edição© Embrapa 2001MINISTÉRIO DA AGRICULTURA,PECUÁRIA E ABASTECIMENTOPresidente: Francisco Xavier HemerlyMembros efetivos: Amarindo Fausto Soares, Ivanilde Dispato,Marcia Izabel Fugisawa Souza, José Ruy Porto de Carvalho,Suzilei Almeida CarneiroSuplentes: Fábio Cesar da Silva, João Francisco GonçalvesAntunes, Luciana Alvim Santos Romani, Maria Angélica deAndrade Leite, Moacir Pedroso JúniorSupervisor editorial: Ivanilde DispatoNormalização bibliográfica: Marcia Izabel Fugisawa SouzaCapa: Intermídia Publicações CientíficasEditoração eletrônica: Intermídia Publicações CientíficasComitê dePublicacõesExpediente

Utilização de interpoladores na geração de grades do Spring para elaboração de modelos numéricos de terreno utilizando dados de fertilidade do solo.

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Utilização de interpoladores na geração de grades do Spring para elaboração de modelos numéricos de terreno utilizando dados de fertilidade do solo.

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