Matéria do MAP2: Temas 3–6. Cobre o modelo matricial (álgebra de mapas, reamostragem, interpolação), modelação do relevo e hidrológica, generalização (MAUP, falácia ecológica) e superfícies de custo (Dijkstra, corredores, Steiner).
Cada secção tem: teoria explicada → passos do método → exemplos/fórmulas → erros comuns. Usa esta nota como referência durante os exercícios.
Mapa da Matéria
Tema
Assunto central
Ferramenta / conceito-chave
3
Modelo Matricial
Álgebra de mapas (local/focal/zonal/global), reamostragem, interpolação
Grelha regular de células formando uma tesselação/pavimentação.
Cada célula tem um único valor (inteiro ou real)
Células sem dados → No Data / Null
Polígonos que formam tesselações: triângulos, quadrados, hexágonos — pentágonos não dão
Zonas e Regiões
**Zona** = grupo de células com o mesmo valor (cada zona ↔ linha na tabela de atributos)
**Região** = zona contígua (o número varia consoante a definição de contiguidade)
Resolução espacial
Célula menor
Célula maior
+ resolução / precisão espacial
− detalhe
− processamento (mais lento)
+ processamento (mais rápido)
+ espaço em disco
− espaço em disco
Reamostragem e Compatibilização
Definição de reamostragem
Alteração da resolução espacial de uma matriz → nova matriz com células de tamanho diferente. Necessária em transformações de coordenadas e operações de álgebra de mapas entre matrizes de resolução diferente.
Método
Como funciona
Quando usar
Vizinho mais próximo
Valor da célula mais próxima na matriz original
Dados categóricos / nominais
Interpolação bilinear
Média ponderada das 4 células mais próximas
Dados contínuos
Convolução cúbica/bicúbica
Usa mais células vizinhas (mais suave)
Dados contínuos
Cuidados na reamostragem
Vizinho mais próximo: não altera valores originais, mas estruturas lineares ficam com aspeto zigzag
Bilinear: pode gerar valores que não existiam na matriz original → não usar para dados nominais
Álgebra de Mapas
Os 4 tipos de funções
A álgebra de mapas divide-se em quatro famílias segundo o âmbito espacial da operação: local, focal, zonal e global.
Funções Locais
Funções Locais — definição
Combinam valores de uma ou mais matrizes na mesma posição (célula a célula).
Operadores aritméticos: + − × /
Operadores booleanos: AND OR NOT XOR (0=FALSE, 1=TRUE; −0 também é TRUE)
**Reclassificação** — das operações locais mais usadas
Exemplo de função local
VarPop = ((Pop2010 − Pop2000) / Pop2000) × 100
Atenção à divisão inteira vs. divisão real e à precedência de operadores.
Funções Focais
Funções Focais — definição
Usam os valores das células numa vizinhança próxima (foco) em torno de cada célula-alvo.
Tipo
Descrição
Função Focal (janela móvel)
Vizinhanças sobrepõem-se
Função de Bloco
Vizinhanças justapostas — valor igual em todas as células do bloco
O foco pode ter qualquer forma: circular, anular, cunha, irregular…
Aplicações das funções focais
Remoção de ruído / outliers
Cálculo de declive e orientação (janela 3×3)
Rugosidade: Rstd=∑(Xij−Xˉ)2
TPI (Índice de Posição Topográfica)
Funções Zonais
Funções Zonais — definição
Calculam para cada célula um valor usando todas as células da mesma zona.
Tipo
Zona definida por
Resultado
Tipo I
Valor isolado (uma matriz)
Estatísticas ou geometria da zona (área, perímetro, profundidade)
Tipo II
Segunda matriz
Preencher zonas com estatísticas de outra matriz
Exemplos tipo II: Máximo, Mínimo, Média, Mediana, Soma, Variância, Variedade…
Funções Globais
Funções Globais — definição
Todas as restantes funções de análise matricial — o resultado de cada célula depende de toda a matriz.
Exemplos de funções globais
Distâncias (a entidades vetoriais ou células com valor específico)
Visibilidade
Custos acumulados / caminhos de menor custo → ver Tema 6
Propagação / Alocação / “Voronoi matricial”
Interpolação
Definição e pressuposto
Técnica para estimar valores desconhecidos a partir de valores conhecidos da mesma função.
Pressuposto: os valores são espacialmente dependentes — 1ª Lei da Geografia de Tobler:
“Tudo está relacionado com tudo, mas coisas próximas estão mais relacionadas do que coisas distantes.”
Método
Características
Exato?
Vizinho mais próximo (Thiessen)
Área do polígono Thiessen = peso; descontinuidades
✅
Vizinho natural
Pesos ∝ área de Thiessen
✅
IDW
Pesos ∝ 1/d^n; tende para a média ao afastar-se
✅
Trend (Superfície de tendência)
Polinómio por mínimos quadrados
❌
Splines
Superfície de curvatura mínima
✅
Triangulações (TIN)
Interpolação linear dentro do triângulo
✅
Raio fixo
Média dos pontos dentro do raio
❌
Krigagem
Baseada em variabilidade espacial + autocorrelação; fornece mapa de incerteza
Direção de maior declive descendente (N=0°, E=90°, S=180°, W=270°)
Orient=arctan(dz/dydz/dx)(ajustar ao quadrante)
Caracterização Morfométrica
Forma (PT)
Forma (EN)
Descrição
Cume
PEAK
Convexidade em todas as direções
Festo
RIDGE
Convexidade ortogonal a uma direção sem concavidade
Colo
PASS
Convexidade ortogonal a uma concavidade
Plano
PLANE
Sem concavidade/convexidade em nenhuma direção
Talvegue
CHANNEL
Concavidade ortogonal a uma direção plana
Depressão
PIT
Concavidade em todas as direções
Índice de Posição Topográfica (TPI)
TPI — intuição
Diferença entre altitude de uma célula e a média da vizinhança.
Interpretação do TPI
Valor
Forma
Interpretação
TPI > 0
Tergo/cume
Célula mais alta que a vizinhança
TPI ≈ 0 + declive alto
Meia-encosta
TPI ≈ 0 + declive baixo
Planície
TPI < 0
Vale/depressão
Célula mais baixa que a vizinhança
Comparando TPI numa vizinhança pequena (VP) e grande (VG) → 10 classes morfométricas
Modelação da Visibilidade
Condição de visibilidade
O ponto q é visível a partir do observador p se:
∂pq=∥p,q∥(f(q)+aq)−(f(p)+ap)≥∂pi=∥p,i∥f(i)−(f(p)+ap)∀i:∥p,i∥<∥p,q∥
Modelação Hidrológica
Workflow completo — escoamento superficial
MDT ──[Fill]──► MDT sem depressões
│
[Dir. escoamento]
│
Matriz de direções de escoamento
│
[Escoamento acumulado]
│
Matriz de escoamento acumulado
/ \
[Reclassificação] Flow length · Snap pour
│
Linhas de água ──► Segmentos ──► Ordem hierárquica
│
Bacia hidrográfica
Direções de escoamento — 8 direções
Codificação em potências de 2
Porquê potências de 2? — Cada valor é único e não ambíguo (representação binária).
32
64
128
16
—
1
8
4
2
Pits (depressões/poços)
Pits — o que são e como resolver
Célula que não drena para nenhuma vizinha
MDTs artificiais criam pits artificiais
Se não resolvidos → sumidouros que isolam partes da bacia hidrográfica
**Pit filling = 1.ª operação** a realizar antes de calcular direções de escoamento
Área de drenagem
Número de células que drenam para cada célula.
Com a própria célula → mínimo = 1
Sem a própria célula → mínimo = 0
Linhas de água e limiar
Células com área de drenagem acima de um limiar:
Limiar baixo → mais linhas, mais detalhe, sub-bacias menores
Limiar alto → menos linhas, sub-bacias maiores
Classificações hierárquicas
Strahler vs. Shreve
Strahler
Shreve
Dois afluentes iguais
→ ordem seguinte (n+1)
Soma (n+n=2n)
Dois afluentes diferentes
→ maior ordem
Soma sempre
Exemplo
1+1=2 · 1+2=2 · 2+2=3
1+1=2 · 1+2=3 · 2+3=5
Classificação das funções — Resumo Tema 4
Tabela por tipo de função (útil para exercício)
Locais
Focais
Zonais
Globais
Altitude
Declive
Área de drenagem
Direções de escoamento
Reclassificação
Orientação
Bacias hidrográficas
Linhas de água (via acumulação)
Curvatura
Segmentos de linhas de água
Visibilidade
Rugosidade
Caminhos de menor custo
TPI
Distância euclidiana
Hillshade
Propagação/Alocação
Tema 5 — Generalização
Tipos de Generalização
Dois tipos principais
Tipo
O que muda
Operações
**Conceptual**
Muda a legenda
Seleção/omissão, reclassificação, ressimbolização
**Gráfica**
Mantém a legenda
Operações gráficas
Operadores de Generalização Gráfica
Os 10 operadores
Operador
Descrição
Simplificação
Redução do nº de vértices (ex: Douglas-Peucker)
Suavização
Deslocamento de vértices; alteração da sinuosidade
Agregação
Agrupamento em entidade hierarquicamente superior
Colapso
Mudança de classe topológica (área→linha, área→ponto)
Refinamento
Seleção de subconjunto representativo mantendo padrão
Exagero
Ampliar dimensão/forma para evidenciar características
Realce
Alteração de forma/dimensão/tipo de símbolo
Deslocação
Deslocar entidades para legibilidade
Omissão/Seleção
Não representar determinadas entidades
Classificação
Agrupamento de atributos (redução de classes)
Efeitos da Generalização na Análise SIG
Efeitos a conhecer
Diminuição (em geral) do comprimento de linhas
Alteração de áreas e perímetros (podem aumentar ou diminuir)
Alteração de posições relativas
Mudança de classe topológica
Diminuição do número de entidades
Perda de detalhe e precisão espacial → introdução de erros de agregação (MAUP)
Perda de conectividade e topologia
Autocorrelação Espacial
1ª Lei da Geografia — Waldo Tobler
“Tudo está relacionado com tudo, mas coisas próximas estão mais relacionadas do que coisas distantes.”
Medidas de autocorrelação espacial
Joins count statistics · I de Moran · C de Geary · Nuvem do variograma
Correlação Cruzada
Correlação ≠ Causalidade
A correlação pode ser positiva, negativa ou zero entre duas variáveis espaciais — mas a existência de correlação não implica causalidade.
MAUP — Problema da Unidade de Área Modificável
Definição
As unidades espaciais são arbitrariamente definidas → uma organização distinta cria resultados analíticos diferentes.
Dois efeitos:
Efeito
Descrição
Exemplo
**De escala**
Valorações distintas ao agregar a diferentes níveis
Freguesia vs. concelho vs. distrito
**De generalização**
Mesmo nível de agregação, diferentes agrupamentos → resultados diferentes
Zoneamentos alternativos
Gerrymandering
Ação propositada de alterar as unidades de base para condicionar resultados analíticos/eleitorais.
O mesmo conjunto de pontos pode dar resultados 4-0, 3-1, 2-2 ou 1-3 consoante o zoneamento escolhido.
MAUP — conclusões
É inerente a qualquer análise espacial com dados agregados
A escala e o zoneamento importam sempre
Pode distorcer profundamente políticas públicas baseadas em dados SIG
Falácia Ecológica
Falácia Ecológica
Ocorre quando se faz uma inferência sobre um indivíduo com base em informação agregada.
Exemplo: Correlação entre % desemprego e % votos num partido → “Os desempregados votam nesse partido” ❌
Oposto: **Generalização Precipitada** (inferência de grupo com base em indivíduo)
COSP — Problema de Mudança de Suporte
MAUP + Falácia Ecológica = COSP
São fontes sistemáticas de enviesamento em qualquer análise baseada em dados georreferenciados agregados.
→ Consciência metodológica e análise multi-escala são essenciais.
Exemplos práticos de COSP
Área
Exemplo
Risco
Saúde Pública
Mortalidade por distrito vs. unidade de saúde familiar
Inferir rendimento individual do rendimento médio municipal
Estudos Eleitorais
Padrões de voto por círculo
Assumir homogeneidade eleitoral dentro do círculo
Tema 6 — Superfícies de Custo
Distâncias: conceitos base
Tipos de distância
Conceito
Descrição
Distância euclidiana
Linha reta; distância mínima de cada célula à origem mais próxima
Distância célula-a-célula
Caminho via células consecutivas
Erro máximo da distância célula-a-célula vs. euclidiana
Direções
Erro máximo
4
41,41%
8 (mais comum)
**7,96%**
16
3,96%
Os 5 Tipos de Matrizes
Sequência de obtenção
#
Nome
Como se obtém
1
Superfície de custo (pesos/atrito)
Dada / construída
2
Distância acumulada (custo acumulado)
De 1 + local(ais) de origem
3
Direções (back-link)
De 1 + local(ais) de origem
4
Caminho ótimo (menor custo)
De 3 + local de destino
5
Matriz de alocação/associação
De 3
Obtenção do Caminho de Menor Custo
Custo de transição entre células
Cardinal:C(A,B)=2cA+cB×1
Diagonal:C(A,B)=2cA+cB×2≈2cA+cB×1,414
Dijkstra vs. Maior Descida
**Só o algoritmo de Dijkstra garante o caminho de menor custo.**
A regra da maior descida não garante o ótimo global — pode ficar preso em mínimos locais.
Algoritmo de Dijkstra
Calcula distância mínima da origem a todos os nós do grafo
Funciona apenas com pesos ≥ 0
Baixa complexidade computacional
Passos para obter o caminho de menor custo
Superfície de custo (dada)
Definir vizinhanças → grafo induzido pelas transições entre células
Calcular custo de cada transição (fórmulas acima)
Selecionar origem e destino
Executar Dijkstra → superfície de custo acumulado + back-link
Seguir o back-link do destino até à origem → caminho ótimo
Extensões
Anisotropia
Anisotropia
Custo dependente do **sentido** de atravessamento — ex: custo de subir ≠ custo de descer num declive.
Aplicação prática: localização de canais para transporte de líquidos (solução gravítica vs. bombagem).
Strahler: dois iguais avançam · Shreve: soma sempre
Recursos
Ficheiros e materiais de estudo
Resumo da matéria: esta nota cobre os Temas 3–6.
Exercícios de teste: ver pasta Preparação MAP2/ com testes dos anos 23-24 e 24-25.
Notas relacionadas (Dataview)
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