Exercicios Geoprocessamento Qgis 2014

2014

Escola de Artes Ciências e Humanidades Universidade de São Paulo Prof. Luis Conti [email protected]

[EXERCÍCIOS DE GEOPROCESSAMENTO EM QUANTUM GIS] COLEÇÃO DE EXERCÍCIOS PARA O CURSO DE GRADUAÇÃO EM GESTÃO AMBIENTAL “ACH 1084 INTRODUÇÃO AO GEOPROCESSAMENTO”

exercícios de geoprocessamento em Quantum GIS

Introdução:

O curso Este não é um curso de Quantum Gis ou de uso de software e sim uma

introdução sobre ferramentas básicas de geoprocessamento aplicado a análise espacial; a parte prática da qual estes exercícios fazem parte é apenas um passeio introdutório em algumas aplicabilidades do software Quantum GIS. Para aqueles que quiserem se aprofundar nas questões mais específicas podem encontrar vasto material na Internet e em publicações específicas. Outros que preferirem se aventurarem em outros programas são incentivados a fazê-lo, especialmente softwares livres, como o: GRASS (http://grass.fbk.eu/) e o brasileiro SPRING (http://www.spring.org.br/).

O programa utilizado neste tutorial é a versão 2.6. e deverá ser baixado

do site da conforme instruções disponibilizadas no blog do curso na internet: (http:// http://geopro-each.blogspot.com.br/). Os exercícios apresentados nesta apostila compreendem parte do conteúdo dado em sala e alguns exercícios complementares. Quanto requisitado, é exigido que o aluno (ou grupo) imprima os resultados (ou mapas) produzidos para avaliação específica. Qualquer duvida contate o professor.

Sobre o QUANTUM GIS O Quantum GIS (daqui em diante referido como "QGIS") é um

programa de geoprocessamento livre, de código aberto utilizado para diversas aplicações. Àpresenta um grande conjunto de ferramentas de análise de dados raster e vetoriais, permitindo seu uso em diversos tipos de aplicações como análises urbanas, demográficas e ambientais. O QGIS recebe constantes contribuições de voluntários e de profissionais da área de geoprocessamento que buscam aprimorar o software identificando e divulgando suas falhas, produzindo tutoriais, traduzindo manuais, gerando novas ferramentas e melhorando as ferramentas já existentes.

É um dos programas que melhor se comunica com tipos de dados raster e vetorial (incluindo acesso direto a formatos cativos como ESRI, ARCGRID, GEOTIFF, ERDAS etc.) o que o torna flexível e adequado para aprendizado já que permite a manipulação direta de diversos tipos de arquivos. Outra vantagem do QGIS é o fato de poder ser instalado em versões estáveis para windows (32 e 64 bits), Mac e Linux.


Iniciando - interface gráfica (GUI) Abra o Programa QGIS em eu computador Uma vez aberto, o programa terá esta apresentação

- Menu suspenso - disponibiliza todos os comandos do programa incluindo

edição e manipulação de dados e arquivos - Barras de comando - apresenta alguns dos comandos mais comuns para

acesso direto (botões de ação) - Gerenciador de conteúdos - mostra os níveis de informação e camada de

dados carregadas. - Layout - área de visualização e análise de dados. - Caixa de Ferramentas - Este elemento do software corresponde ao

conjunto de todos os algoritimos (funções) disponibilizados para geoprocessamento. Mais informações sobre o “toolbox” você pode pesquisar em

http://docs.qgis.org/2.2/pt_BR/docs/user_manual/processing/toolbox.html

O QGIS disponibiliza uma ferramenta específica para a confecção de

mapas. O uso desta ferramenta será abordado posteriormente nos exercícios específicos.

Menu

suspenso

Gerenciador

de

conteúdos

Layout

/DATA

View

Barras de

comando

Caixa de

ferramentas


Módulo 1:– Visualização e manipulação de dados. Neste exercício você vai se familiarizar de como os processos de visualização de arquivos no QGIS e com a estrutura de informação em camadas (layers). Você e será capaz de carregar dados raster e vetoriais simultaneamente dentro do ambiente do software além de identificar metadados e atributos cartográficos associados.

No exercício de hoje, serão trabalhados dados de aspectos de indicadores

socioambientais do brasil segundo dados do PNUD. Utilizaremos arquivos vetoriais tipo "shape file (*.shp). Um shape file é, na verdade, não um arquivo, mas um conjunto de arquivos separados com o mesmo nome, cada um com extensões:

forma do recursos geográficos (pontos, linhas ou polígonos). os ou descrições de cada um dos

elementos. tre arquivos e facilitar

as buscas. s, projeção

cartográfica, datum e as unidades que utilizam shape file para gravar características geográficas.

em um formato padronizado.

Se você for manipular (copiar, colar, renomear) arquivos shape no Windows

Explorer (ou similar), certifique-se que edite todos estes arquivos. Arquivos disponíveis (folder ex1)

Arquivos descrição

"MUNICIPIOS_PMUD" shape dos municipios brasileiros com informações de educação e expectativa de vida (1996 a 2000)

"BIOMA" Poligonos dos biomas brasileiros

“UCSFI” Polígono de unidades de conservação federal

Sf-23-y-c Arqivo RASTER (TIF) de topografia de uma região do estado de são Paulo

Os arquivos deste exercício estão disponíveis em links no blog do curso. Crie uma nova pasta de trabalho (ex. Geoprocessamento e um sub diretório

"exercicio_1" Exemplo C:/georpocessamento/exercicio1. Copie os arquivos para esta pasta


Visualizando dados O primeiro passo no exercício será abrir e visualizar dados vetoriais. Para isso, na janela do QGIS selecione o comando "abrir arquivo vetorial".

Tal comando pode ser dado a partir do menu suspenso: "camada => adicionar camada => adicionar camada vetorial" ou pelo atalho "ctrl + shift + V" ou ainda usando o botão de ação

Este comando fará abrir a janela de busca de arquivos

Selecione em "buscar" o arquivo "MUNICIPIOS_PNUD" alocado na pasta

que criamos anteriormente. o selecionar esta opção o QGIS abrirá uma janela de escolha do modelo

geodésico de trabalho. Selecione "WGS84" O mapa de polígonos de municípios do Brasil aparecerá na área de "layout"


Use os botões de ação de "zoom" para alterar a escala de visualização e Ao selecionar o botão de "identificação de feições"

O seu cursor passará a ser utilizado como um identificador. Clique, então

em algum município no mapa e perceba que na área de conteúdos aparecerão os detalhes do município selecionado. Você pode, ao clicar no ícone de "ver formulário de feição", acionar uma tabela que mostra estes dados de maneira mais clara (ver figura).


Selecione alguns municípios e observe os parâmetros correspondentes

(exemplo alfabetização, renda, área). Para visualizarmos toda a tabela de atributos, podemos utilizar tanto o

botão de ação

Ou, no gerenciador de conteúdos, ao clicar com o botão direito do mouse

sobre o arquivo, selecione "abrir tabela de atributos"

A tabela correspondente mostra todos os atributos relacionados aos

polígonos (ref. aos municípios) do arquivo shp. Note que ao selecionar uma linha correspondente a um município, o polígono correspondente no mapa também é destacado. Ao percorrer várias linhas, os respectivos municípios são selecionados.

Ao selecionar, as colunas, os parâmetros são automaticamente ordenados (em ordem crescente ou decrescente em parâmetros numéricos, ou em ordem alfabéticas em parâmetros nominais).

Assim você pode fazer várias consultas na tabela e conferir os resultados

no mapa. Por exemplo. - Qual o município com a maior área? Onde ele se encontra? qual sua

expectativa de vida? - Qual os municípios que possuem a maior expectativa de vida?


- Qual o município com a menor área? Para dar um zoom (no mapa) nos resultados selecionados, utilize o botão

de ação sobre a tabela (ou use o atalho ctrl+j)

Para limpar a seleção, clique no botão indicado (ou use "ctrl + U")

'Busca por Campos e por localização em uma camada’ (SIMPLE QUERY) Mais do que simplesmente possibilitar a visualização e a consulta aos dados individualmente, a organização de arquivos shp permitem uma consulta multi paramétrica assim como qualquer banco de dados. A linguagem de utilização de consulta a múltiplos parâmetros é a partir de SQL, ou “Structured Query Language”, ou Linguagem de Consulta Estruturada” comum a quase todos os BDs. Basicamente um sistema SQL baseia-se em um conjunto de instruções como “select”, “delete”, “update” aplicados a dados segundo “clausulas” como (where, from, order by) por operadores lógicos (como “and”, “or” ou “not”); parece complicado, mas na prática é simples. Para abrir a ferramenta de consulta por expressão (SQL), clique no botão


Dentro da caixa de consulta por expressão, existem diversas funções. Trabalharemos com os "operadores" dentro dos "campos e valores". Primeira consulta que faremos é: Selecionar todos os municípios do estado de São Paulo que tenham índice de frequência escolar acima de 85% (dados de 2000) Expanda a opção de "campos e valores" e selecione (clique 2 x) "NOME_UF". Perceba que ao selecionar este campo, o item é copiado à área de expressão. Nas opções "operadores" selecione o item "=" (ou digite) Volte ao item "NOME_UF" e clique apenas 1 vez (você não quer selecionar de novo). Observe no campo a direita da janela um botão "carregar valores". "unicos". Observe que são listados os parametros do campo em questão "NOME_UF". Clique 2x em "são paulo". A expressão é formada

Clique em "selecionar". Observe a tabela e o mapa. Volte nos operadores e selecione o operador "AND" que significa adição a sua seleção prévia. então selecione "FREQ_2000" > 85 (use sempre as seleções das opções em "campos e valores" e "operadores" e "valores dos campos" ao invés de digitar a operação.


Exercícios complementares: Desta seleção de cidades que fizemos, quais destas cidades tem áreas superiores a 1000 km2 (campo - "área_1997")? Quantos municípios no nordeste tiveram uma piora na renda entre 1997 e 2000? (dica, ao final da seleção, no canto esquerdo inferior da tabela "mostrar feições selecionadas) copie a seleção e cole em uma planilha, tipo excell" e conte o numero de linhas transferidas.

Carregando outros planos de informação: Clique em "adicionar camada vetorial" e carregue o arquivo "bioma" Perceba que os polígonos referentes aos biomas foram carregados sobre o mapa de municípios. Para editar as propriedades das camadas de informação (municípios e biomas), selecione "propriedades" no nome do arquivo no gerenciador de conteúdo. Selecione "estilo"


Observe que é possível modificar os padrões gráficos de apresentação dos vetores (polígonos) incluindo um controle de transparência, permitindo a visualização de ambos os mapas (municípios e biomas)

É possível, também categorizar os símbolos e cores (no canto superior esquerdo, clique em "categorizado"). Use a coluna CD_LEGEN1 => "classifica". Você pode mudar a paleta de cores representada utilizando o item "cor de degrade"


No Item Rótulos, é possível, também incluir etiquetas de rótulos em cada um dos polígonos. No campo de “rotular camada com” use o parâmetro CD_LEG1. Veja os rótulos disponibilizados no mapa.


'Busca por Campos e por localização entre camadas’ (SPATIAL QUERY) Remova de sua área de trabalho a camada vetorial de “BIOMA” e abra a camada ‘ucsfi’. Este arquivo shape corresponde a polígonos de unidades de conservação do Ministério do Meio Ambiente. Abra a tabela de dados e observe quais as informações são disponíveis neste arquivo. Monte um mapa de Municípios (em azul) e de Unidades de Conservação (em vermelho) Nossa questão proposta é a seguinte: “quais municípios possuem áreas de unidades de conservação em seu território?” Para isso é necessária uma consulta espacial entre duas camadas (municípios e Unidades de conservação). Para isso vamos utilizar o comando de “consulta espacial”. (vetor => consulta espacial). No caso, o que consultaremos é: Selecionar Fonte (ou seja, os municípios a serem selecionados) Que Sobrepõe Feições de referencia (ou seja, as Unidades de conservação) “APLICAR” Quantos resultados (municípios) retornaram sua consulta? Observe a seleção no mapa.


Vamos salvar um shapefile que contenha apenas os municípios selecionados. No Gerenciador de conteúdo, clique com o botão direito do mouse no arquivo “MUNICIPIOS PNUD” => “SALVAR COMO” Na janela aberta, escolha um nome para seu arquivo e selecione a opção: “salvar somente feições selecionadas” De um nome para o arquivo (sugestão: “municípios_UC”). OK


Lendo Atributos de Polígonos Neste exercício, vamos consultar quais os tipos de biomas relacionam-se com cada município brasileiro. Há uma pegadinha, pois estamos tentando correlacionar 2 arquivos poligonais (municípios e biomas) e desta forma, em muitos casos, haverá sobreposição de respostas (e.g. o município pode possuir mais de 1 bioma em seu território) o que torna a consulta mais complexa e no caso do QGIS não há possibilidade de realização deste tipo de análise. Alternativamente, podemos fazer a leitura por pontos (afinal em um ponto só há uma resposta possível para a consulta). Assim, temos de gerar um conjunto de pontos a partir dos polígonos. Para isso vamos extrair os “centroides” dos polígonos. Centroides são pontos correspondentes ao centro geométrico dos polígonos. Vetor => Geometria => Centroides de polígonos Nomeie o arquivo de saída como “centroides_munic” OK Carregue o arquivo no mapa Note que agora, são dispostos no mapa ao invés dos polígonos dos municípios, os seus pontos centrais (centroides).


Agora podemos fazer uma leitura de biomas por municípios Para realizar este tipo de análise, devemos buscar por aplicativos disponíveis na “caixa de ferramentas” (se a janela de sua ~caixa de ferramentas” não estiver aberta, clique em processar => caixa de ferramentas. Expanda o item “Geoalgorithms” => “Vector” => “Point” => “Add polygon attributes to point” Na janela, selecione em “points” seu arquivo de centroides e em poligonos o arquivo “bioma”. Utilize, no campo atributo, o campo “CD_LEGEN1” => RUN

Observe que o resultado aparece como um arquivo temporário “RESULT” no gerenciador de dispositivos.

Informação adicional – Os algoritmos de geoprocessamento (geoalgorithms) do QGIS foram adaptados de um outro software livre de SIG chamado GRASS. Por isso os comandos estão em inglês e tem um estilo um pouco diferente das funções que vimos até agora

Abra a tabela de seu arquivo temporário “result” e veja que os biomas foram adicionados na ultima coluna da tabela.


Selecione apenas os pontos que se encontram no bioma “Amazônia” e salve como um novo arquivo (dica: “mun_amazonia”) (os, não esqueça de selecionar a opção “salvar somente feições selecionadas) Exercício complementar: Procure agora saber, quais dos centroides municípios da Amazônia estão dentro de Unidades de Conservação. Carregando arquivos raster: Feche todos os arquivos do layout (use o botão direito do mouse sobre o gerenciador de dispositivos e clique em “remover”). Abra novamente o arquivo “MUNICIPIOS_PMUD". Selecione apenas os municípios da micro região de “Sorocaba”. Salve a seleção (dica: “mun_sorocaba”) e carregue na área de layout.

Na caixa de ferramentas, em “vector” => geometry operations => “Dissolve”, vamos agregar todos os municípios para apenas um polígono. Salve o arquivo como “Sorocaba”

Carregue o arquivo Raster Sf-23-y-c, correspondente a de topografia de uma região do estado de são Paulo


Vamos restringir o arquivo raster à área de “sorocaba” Na caixa de ferramentas, em “Raster - Vector” => “raster - vector operations” => “clip grid with polygon”. “input” = Sf-23-y-c Polygon = sorocaba RUN

FIM DO MÓDULO 1


Módulo 2 – Construindo Mapas Neste exercicio você vai se familiarizar de como os processos de criação de mapas no QGIS utilizando as potencialidades gráficas e cartográficas oferecidas. Abra o arquivo ‘MUNICIPIOS_PNUD’ Selecione os municípios referentes a UF = São Paulo Salve o arquivo Shape (não esqueça de selecionar a opção “salvar somente feições selecionadas”) com o nome ‘MUN_SP.shp’

Feche, no projeto o arquivo “MUNUCIPIOS_PNUD” e deixe apenas o “MUN_SP.shp” aberto na área de trabalho. Use uma cor neutra (bege ou amarelo claro) para apresentar os municípios Abra o Arquivo Raster “SOROCABA.TIF” criado no exercício anterior. De um Zoom Para a área selecionada.


No Menu ‘Raster’ selecione ‘extração’ => Contorno

Salve o arquivo (arquivo de saída) como ‘curv_nivel.shp’. Use intervalo de 50 (metros) e selecione ‘Nome do atributo’= ELEV (elevação). OK Abra o arquivo na área de trabalho (ao criar, ele deve abrir automaticamente) – Certifique-se que no gerenciador de conteúdos, que o arquivo esteja “em cima” para tornar-se visível no mapa


Acabamos de criar curvas de nível (linhas em formato vetorial) a partir do Modelo Digital de Terreno de Topografia de Sorocaba. Observe, abrindo a tabela de atributos que cada linha corresponde a uma feição (Linha na tabela). Vamos representar as linhas em tons de cores. (propriedades (do curv_nivel) => Estilo => Simbolo graduado. Use a coluna ‘ELEV’ (valores de elevação em metros) Crie 5 classes Use a ‘cor de declividade’ => spectral Edite os valores de classes (clique 2x sobre os números das classes e altere os valores) 500 – 600 600 – 800 800 – 1000 1000 – 1200 1200 – 1300 Nos valores ao lado (legenda) repita os valores suprimindo os “zeros” OK


Pronto, temos uma bela representação de curvas de nível (topografia) da região de Sorocaba.. Agora vamos introduzir elementos cartográficos para transformar este conteúdo em um mapa propriamente dito. Mas antes vamos salvar nosso projeto como “topografia Sorocaba.qgs” (projeto=>salvar como)


No QGIS, há uma área de trabalho especifica para gerenciar a construção e configuração de mapas. Para abrir, clique no ícone “novo compositor de impressão”

Titulo do compositor = “Mapa 1”. O compositor abrirá em uma nova janela. Este a ferramenta da composição de mapas do QGIS. Para começar, precisamos observar qual o tamanho do papel de impressão desejada. Estas propriedades podem ser observadas na aba de “composição” no canto esquerdo. O modelo default é tipo A4 (297 x210 mm).

Agora é necessário definir, dentro da área de impressão, a área determinada para a colocação de nosso mapa. Clique no botão “adicionar novo mapa” na barra de comandos a esquerda. Com o cursor em forma de “cruz” selecione uma área de aproximadamente 2/3 da área total centralizada verticalmente e ligeiramente deslocada à esquerda. O conteúdo carregado é exatamente o que a tela do QGIS mostrava antes de abrir o editor.


Adicionando elementos no mapa. Ao clicar nos botões da barra esquerda você poderá adicionar diversos elementos no mapa. Por exemplo, em “adicionar novo rótulo” você poderá escrever textos como o título do mapa. (você pode editar o texto e suas propriedades na aba “propriedades do item”).

Insira outros textos como seu nome, o nome do curso, ou outra informação que você considere relevante.


Ao Clicar em “adicionar nova legenda” o programa carregará ao propriedades do gerenciador de dispositivos. Perceba que algumas informações não estão adequadas para a inclusão na legenda, por exemplo, nosso arquivo vetorial de curvas de nível chama-se “curv_nivel”. Voce pode “deselecionar” a caixa de “atualização automática” e trocar o nome para “curvas de nível” e remover os itens “Sorocaba” e renomear ‘Mun_SP’ por ‘Municípios São Paulo’.

Existem ainda vários problemas com o compositor de mapa do QGIS que esperamos sejam corrigidos futuramente. Um deles á a falta de melhores opções para uma seta indicativa de norte (há uma opção de seta na barra de ferramenta, mas convenhamos, é bem tosca!). Para contornar este problema podemos usar uma imagem qualquer (já que é possível incluir imagens ipo .jpg). Por exemplo, vá no buscador de imagens do Google e busque “setas de norte”. Escolha uma que você ache interessante, salve e inclua no mapa.


Outro problema com o QGIS é que como trabalhamos em WGS84 em coordenadas geodésicas e não planas (como UTM por exemplo), a barra de escala também será carregada com tais unidades (no caso, décimo de grau ou grau, min, seg). Na maior parte dos SIGs a conversão é automática. Aqui, o jeito é usar uma escala numérica (para não termos um numero quebrado no nosso mapa, defina nas propriedades do item “mapa” a escala de 1:500.000). Outro elemento interessante para incluir em nosso mapa é a tabela (ou parte dela) no layout. No caso, vamos apenas mostrar os municípios da microrregião de Sorocaba e suas respectivas áreas. Para isso, inclua a tabela com o respectivo botão de ação


Nas Prorpriedades da tabela (“propriedades do item”), selecione apenas as categorias ‘Ñ_Munici1’ e’ Area_1997’. (use o botão “ - “ para remover os outros atributos

Agora clique em “filtrar com” no item “filtragem de elementos”. A caixa de fórmula abrirá. Voce já sabe como fazer. (N_Micro = Sorocaba)


Pronto, agora a tabela que aparecerá no mapa constará apenas as áreas dos municípios da microregião de Sorocaba (10 municipios)

Por ultimo, vamos incluir uma grade de latitudes e longitudes no mapa. Na Barra de Itens no canto superior esquerdo, selecione o item “mapa 0”.


Selecione “+ “ para incluir uma grade: Tipo de grade – sólido ; intervalo e espaçamento ‘X’ e ‘Y’ = 0,5 (graus); estilo de moldura – ‘zebra’.

Pronto, agora temos um mapa com todos os elementos necessários. Agora você pode incluir outros itens (ex. um logotipo da each, seu nome, nome do seu grupo, data etc.). Ao salvar o projeto, seu “mapa 1” será automaticamente


associado ao seu arquivo. Você pode decha-lo e abri-lo novamente usando o botão de ação do gerenciador do compositor

Você também pode salvar seu mapa como ima imagem jpg ou um arquivo PDF.

FIM DO MÓDULO 2

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