Como suavizar curvas de nível a partir do MDT SRTM no ArcGIS usando Model Builder?

Curvas de nível retas e com pontas não são visualmente agradáveis. Aprenda como suavizar elas e como montar um Toolbox usando Model Builder no ArcGIS.

Embora o uso de sombras para destacar as nuances do relevo seja utilizada, nada melhor do que as curvas de nível para demonstrar com exatidão a forma do relevo.

As curvas de nível são utilizadas para representar as cotas do terreno, de forma que cada linha conecta os locais de mesma altitude.

Desta forma, ao observar um mapa topográfico, você já conseguirá identificar rapidamente locais como:

  • Morros;
  • Escarpas;
  • Planícies.

A figura abaixo demonstra uma carta topográfica elaborada pelo Exército Brasileiro, note que, no meio dela, temos várias curvas de nível, indicando uma elevação (neste caso, a Serra Geral de Santa Catarina).

Representação da Topografia por Curvas de Nível (Fonte: BDGEx).
Representação da Topografia por Curvas de Nível (Fonte: BDGEx).

Outra forma de obter as curvas de nível é utilizando softwares de geoprocessamento. Basta ter o Modelo Digital do Terreno (MDT), o qual é um arquivo matricial (raster) onde cada célula representa uma cota.

Porém, dependendo da resolução do arquivo, as curvas podem sair um pouco quadradas, retas.

Como podemos corrigir isso?

Iremos utilizar diferentes ferramentas e para evitar ter que ficar abrindo uma por uma, você também irá aprender a utilizar o Model Builder do ArcGIS, o qual permite criar um fluxograma de processos para serem executados.

Como baixar MDT SRTM no Earth Explorer?

Para dar continuidade ao nosso tutorial, iremos baixar um MDT produzido pela missão espacial SRTM que encontra-se disponível para download no site do Earth Explorer.

Ao entrar no site do Earth Explorer, é necessário que você faça um cadastro para conseguir baixar as imagens de satélite disponíveis. Esse cadastro é realizado clicando-se em “Register”.

Após criar seu usuário e logar no sistema, iremos buscar os nossos MDT.

Você pode navegar até a região de interesse usando a interface de mapa do Earth Explorer ou buscar pelo nome da cidade na caixa Adress/Place (1). Em seguida, após localizar a sua área de interesse, faça com que ela fica apareça por completo no mapa e depois clique em “Use Map” (2) para marcar a região de interesse para a busca de imagens.

Também é possível determinar as datas das imagens no momento da pesquisa (3), mas no nosso caso, não é necessário. Depois disso, clique em “Data Sets” (4) para selecionar os bancos de dados que iremos buscar.

Configurações de Busca do Earth Explorer.
Configurações de Busca do Earth Explorer.

Em “Data Sets”, pesquise por Digital Elevation > SRTM e marque o item SRTM 1 Arc-Second Global. Esse MDT apresenta resolução espacial de aproximadamente 30 metros.

Após esse procedimento, clique em “Results”.

O Earth Explorer irá mostrar as imagens disponíveis para a sua área marcada e para o período de tempo selecionado.

Você pode clicar no item “Show Footprint” (um ícone de um pé) para verificar a abrangência de cada imagem e em seguida, clicar em “Download Options” para baixar em GeoTIFF.

Gerando Curvas de Nível no ArcGIS

Após realizar o download do MDT, abra ele no ArcGIS e busque, no ArcToolbox por 3D Analyst Tools > Raster Surface > Contour.

Na janela da ferramenta Contour, primeiro você irá determinar o arquivo matricial contendo o MDT (em Input Raster), em seguida, vai especificar o local onde será salvo o shapefile com as curvas de nível (Output Polyline Features); no item seguinte, colocaremos o intervalo entre as curvas de nível (Contour interval).

Ferramenta Contour do ArcGIS para criação de curvas de nível.
Ferramenta Contour do ArcGIS para criação de curvas de nível.

Os itens Base contour e Z-factor são opcionais.

No nosso caso, como nosso MDT varia entre 0 e 1800 metros, iremos utilizar um intervalo de cota de 200 metros, de forma que o arquivo resultante não fique muito pesado.

Uma porção do resultado pode ser visto na imagem abaixo.

Pontas nas curvas de nível.
Pontas (em destaque) nas curvas de nível.

Note que destacamos locais onde as curvas de nível ficaram retas ou pontudas. Como podemos remover essas imperfeições do resultantes do MDT?

Suavizando o MDT

Para que as curvas de nível saiam redondas, suavizadas, iremos aplicar a ferramenta Focal Statistics no nosso MDT, o qual irá executar uma função estatística no entorno de cada célula.

Esta ferramenta esta localizada em Spatial Analyst Tools > Neighborhood > Focal Statistics.

Após abrir o Focal Statistics, você irá preencher os seguintes campos:

  • Input Raster: Arquivo matricial de entrada (no nosso caso, o MDT);
  • Output Raster: Arquivo matricial de saída;
  • Neighborhood: Abrangência do entorno de cada célula (no nosso tutorial, iremos selecionar Circle);
  • Options: Essas opções variam conforme modelo de vizinhança selecionado (item acima), e para o Circle, iremos adotar um raio (Radius) de 5 células (Cells);
  • Statistics Type: Aqui selecionaremos qual função estatística aplicar, mantenha a média (Mean).

Após finalizar o preenchimento, clique em OK.

Agora, você terá um MDT suavizado, o qual deverá passar pela ferramenta Contour (conforme já descrito no inicio desta postagem). O resultado pode ser visualizado na imagem abaixo.

Curvas sem processamento (em verde) e suavizadas (em vermelho).
Curvas sem processamento (em verde) e suavizadas (em vermelho).

Dependendo do objetivo do trabalho, as novas curvas são visualmente mais agradáveis e não apresentam tantas pontas.

Agora, como podemos automatizar esse processo e não ficar abrindo várias caixas de ferramentas?

Como usar o Model Builder do ArcGIS

Agora, vamos utilizar o Model Builder, localizado no topo da janela do ArcMap (ou pelo menu Geoprocessing > Model Builder).

Localização da ferramenta Model Builder no ArcGIS.
Localização da ferramenta Model Builder no ArcGIS.

O Model Builder permite criar fluxogramas de trabalho, de forma a facilitar e agilizar a realização de tarefas repetitivas.

Na janela aberta, iremos adicionar ferramentas do ArcToolbox e como elas irão se interligar.

Para adicionar um Toolbox, clique no simbolo de mais (1) e em seguida busque por Toolboxes (2) e System Toolboxes (3). Você verá todas as ferramentas do ArcToolbox nesta janela.

Adicionando ferramentas (Toolboxes) no Model Builder.
Adicionando ferramentas (Toolboxes) no Model Builder.

Agora, basta procurar as ferramentas de Focal Statistics e Contour e adicionar elas (utilize os caminhos que mostramos ao longo da nossa postagem).

Para determinar quais os parâmetros de entrada de cada ferramenta, clique sobre a ferramenta com o botão direito, selecione Make Variable > From Parameter e, para o Focal Statistics, selecione os seguintes itens:

  • Input Raster;
  • Neighborhood;
  • Statistics Type.

Repita o procedimento para a caixa do Contour, selecionando Contour Interval.

Três balões irão aparecer grudados no Focal Statistics. Clique sobre eles e selecione Model Parameter e Add to Display. Você também pode renomear os balões que você adicionar.

Faça o mesmo processo para o balão do Contour Interval e a saída do Contour (Output polyline features).

Em seguida, clique em Connect (1) e ligue o raster de saída do Focal Statistics à ferramenta Contour, selecionando, na janela que irá abrir, input raster (2).

Conectando ferramentas no Model Builder do ArcGIS.
Conectando ferramentas no Model Builder do ArcGIS.

Após adicionar e conectar todos os itens, você pode indicar, dentro do balão do MDT (o que chamamos de MDT Bruto), qual é o arquivo a ser tratado (basta clicar em Open… e selecionar o MDT).

O mesmo deverá ser feito para o intervalo das curvas de nível, clique sobre o seu balão, selecione Open e defina o intervalo.

Com tudo isso pronto, vá em Model e selecione Validate Entire Model. Se tudo estiver correto, não será apresentado erros.

Para rodar o fluxograma, clique em Model > Run Entire Model. Lembrando que você também pode salvar esse fluxograma e criar seu próprio ArcToolbox, conforme imagem abaixo.

Toolbox criado para suavização de curvas de nível a partir de MDT.
Toolbox criado para suavização de curvas de nível a partir de MDT.

Agora você já sabe como suavizar suas curvas de nível no ArcGIS e como desenvolver seus próprias Toolboxes (ou ferramentas).

Ficou com alguma dúvida ao longo do processo? Deixa ela aqui nos comentários que estaremos respondendo assim que possível.



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Author: Fernando BS

Engenheiro Ambiental e de Segurança do Trabalho. Atua nas áreas de recuperação ambiental, geoprocessamento e ciência do solo. Busca soluções utilizando softwares como ArcGIS, R e MATLAB.

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