Análise de dados geoespaciais no R

Maurício Vancine

2024-12-03

Maurício Vancine

Ecólogo (2014)
Doutorando em Ecologia (2024)
Ecologia Espacial
Modelagem Ecológica
Análise de Dados Ecológicos e Geoespaciais
Ecologia e Conservação de Anfíbios
Open source [R, QGIS, GRASS GIS, GNU/Linux, …]

Conteúdo

Teoria

Geoprocessamento
Cartografia
Global Positioning System (GPS)
Sensoriamento Remoto
Sistema de Informação Geográfico (SIG)
Dados vetoriais
Dados matriciais (raster)
Conversão de dados geoespaciais
Fontes de dados geoespaciais

Prática

Principais pacotes no R
Tipos de objetos
Importar
Visualizar
Reprojetar
Operações (extração de dados, reamostragem, máscara e buffer)
Mapas

Material

Todo o material está disponível no GitHub

Teoria

Geoprocessamento

Entender os padrões espaciais como o ambiente físico, fenômenos climáticos, humanos, sociais ou econômicos, a partir de dados dados espaciais para gerar informações espaciais

Geoprocessamento (Elementos)

Cartografia digital (CD)
Global Positioning System (GPS)
Sensoriamento Remoto (RS)
Sistemas de Informações Geográficas (SIG)

Cartografia

Escala

Relação entre a medida gráfica (representado no papel ou computador) e a medida real (objeto ou lugar)

d (distância gráfica): 0,01 m (1 cm)
D (distância real): 250 m
E (escala) = d / D = 0,01 m / 250 m
E = 1/25.000 ou 1:25.000

E = 0,45/13.600.000
E = 1/30.000.000

Cartografia

Sistema de coordenadas geográficas (graus)

1. Graus, minutos e segundos

Longitude: 42°42’42” O

Latitude: 23°23’23” S

2. Graus decimais

Longitude: -42.71167

Latitude: -23.38972

Conversão

42 + (42/60) + (42/3600) = 42.71167

23 + (23/60) + (23/3600) = 23.38972

Cartografia

Sistema de coordenadas projetadas (metros)

Cartografia

Sistema de coordenadas projetadas (metros)

Universal Transversa de Mercator (UTM)

X UTM: 706832 m E

Y UTM: 4344683 m N

Zona: 10S

Cartografia

Datum

Relação do sistema de coordenadas com a superfície da Terra

1. Geocêntricos

WGS84

SIRGAS2000

2. Topocêntricos

SAD69

Córrego Alegre

Cartografia

Sistema de Referência de Coordenadas (SRC)

Datum + Sistema de Coordenadas (geográfico ou projetado)

Cartografia

EPSG (European Petroleum Survey Group)

EPSG:4326 (WGS84 + Geográfico)
EPSG:4674 (SIRGAS2000 + Geográfico)
EPSG:32723 (WGS84 + UTM23S)
EPSG:31983 (SIRGAS2000 + UTM23S)

Global Positioning System (GPS)

Indica uma localização no planeta através de pontos ou linhas

Satélites: localização e altitude
Tipos de dados: waypoint, route e track
Formatos: .gpx e .kml ou .kmz

Global Positioning System (GPS)

Indica uma localização no planeta através de pontos ou linhas

Satélites: localização e altitude
Tipos de dados: waypoint, route e track
Formatos: .gpx e .kml ou .kmz

Sensoriamento Remoto

Obtenção de informações de algo na Terra sem contato físico

Sistema de Informação Geográfica (SIG/GIS)

Conjunto de procedimentos utilizados para armazenar e manipular dados georeferenciados

Sistema de Informação Geográfica (SIG/GIS)

QGIS

Sistema de Informação Geográfica (SIG/GIS)

GRASS GIS

Dados geoespaciais

Dados vetoriais

Pontos, linhas e polígonos

Dados vetoriais

Tabela de atributos

Dados vetoriais

Formato: Shapefile

.shp: contém as informações da feição (desenho)

.dbf: tabela que contém as informações (colunas) sobre cada feição (linhas)

.shx: arquivo de índice que une o .shp ao .dbf

.prj: contém as informações do sistema de referências de coordenadas

Dados matriciais (Raster)

Matriz de valores

Dados matriciais (Raster)

Matriz de valores - contínuos ou categóricos

Dados matriciais (Raster)

Propriedades - extensão e resolução

Dados matriciais (Raster)

Formato: GeoTiff

.tif: arquivo raster georreferenciado

Banco de dados geoespaciais

Formato: GeoPackage

.gpkg: arquivo de bando de dados geoespaciais

Conversão de dados geoespaciais

Converter vetor-raster e vice-versa

Fontes de dados geoespaciais

Vetoriais

IBGE: limites territoriais e censitários do Brasil
FBDS: uso da terra, APP e hidrografia - Mata Atlântica e Cerrado
GeoBank: dados geológicos do Brasil
Pastagem.org: dados de pastagens e gado para o Brasil
CanaSat: dados de cana-de-açúcar para o Brasil
CSR Maps: diversos dados vetoriais para o Brasil
OpenStreetMap Data Extracts: dados do OpenStreetMap
Ecoregions: dados de biorregiões e biomas do mundo
GADM: limites de áreas administrativas do mundo
Natural Earth: diversos limites para o mundo
Protected Planet: áreas protegidas para o mundo
UN Biodiversity Lab: Diversas bases de dados para o mundo
HydroSHEDS: informações hidrológicas do mundo
Global Roads Inventory Project (GRIP): dados de estradas do mundo todo

Fontes de dados geoespaciais

Matriciais

MapBiomas: uso e cobertura da terra para o Brasil, diversos anos
Bahlu: Distribuições históricas de terras agrícolas e pastagens para todo o Brasil de 1940 a 2012
USGS: dados de diversos satélites livres para o mundo
SRTM: dados de elevação para o mundo
Global Forest Watch: dados de uso e cobertura para todo o planeta
Geoservice Maps: dados de elevação e florestas para o mundo
GlobCover: dados de uso e cobertura da terra para todo o planeta
Global Human Footprint: dados de pegada ecológica para o mundo
Land-Use Harmonization (LUH2): dados atuais e previsões de uso da terra
SoilGrids: dados de solo para o mundo
WorldClim: dados climáticos para o mundo
CHELSA: dados climáticos para o mundo
EarthEnv: dados de cobertura da terra, nuvens, relevo e hidrografia
MARSPEC: dados de condições do oceano para o mundo
Bio-ORACLE: dados de condições do oceano para o mundo

Fontes de dados geoespaciais

Pacotes R e sites

geobr: carrega Shapefiles de Conjuntos de Dados Espaciais Oficiais do Brasil
rnaturalearth: dados do mapa mundial da Natural Earth
geodata: acesso a dados globais de clima, altitude, solo, ocorrência de espécies e limites administrativos
rworldmap: dados globais
spData: conjuntos de dados para análise espacial
OpenStreetMap: acesso para abrir imagens raster de mapas de ruas
osmdata: baixe e importe dados do OpenStreetMap
geonames: interface para o serviço da Web de consulta espacial “Geonames”
rgbif: interface para o Global ‘Biodiversity’ Information Facility API
maptools: ferramentas para lidar com objetos espaciais
marmap: importar, traçar e analisar dados batimétricos e topográficos
envirem: geração de Variáveis ENVIREM
sdmpredictors: conjuntos de dados preditor de modelagem de distribuição de espécies
rstac: R Client Library for SpatioTemporal Asset Catalog
rwlts: R Client Library for Web Land Trajectory Service
getSpatialData: baixar diversas bases de dados
rspatialdata: coleção de fontes de dados e tutoriais sobre a visualização de dados espaciais usando R

Prática

R

O R é uma linguagem de programação livre (open source), direcionada à manipulação, análise e visualização de dados, com diversas expansões (pacotes) para operações e análises específicas

RStudio

IDE (Integrated Development Environment) ou Ambiente de Desenvolvimento Integrado

Pacotes

Pacotes (Hijmans team)

Pacotes (Pebesma team)

Pacotes (Tennekes team)

Pacotes (IPEA team)

Dados

MapBiomas 10 m

WorldClim 2.1

Reprojeção

Vetor

Reprojeção

Raster

Operações

Extração de dados para pontos

Reamostragem de raster

Máscara de raster por um vetor

Buffer

Mapas

Tipos de mapas no tmap

Estático

library(tmap)
library(spData)

tmap_mode(mode = "plot")

map_nz <- tm_shape(nz) + tm_polygons()
map_nz

Tipos de mapas no tmap

Interativo

tmap_mode(mode = "view")
map_nz

Aplicações

Dinâmica espaço-temporal da vegetação da Mata Atlântica

Para saber mais

Análises Ecológicas no R

15 capítulos
Linguagem R
tidyverse
Perguntas em ecologia
Análises univariadas
Análises multivariadas
Análises geoespaciais

Geocomputation with R

16 capítulos
Fundações (dados geográficos, operações, reprojeção e I/O)
Extensões (mapas, GIS, programação e estatística)
Aplicações (transporte, geomarketing e ecologia)

Spatial Data Science

17 capítulos
Dados espaciais (coordenadas, geometrias, atributos e cubos)
Ciência de dados espacial (sf, stars, mapas, grandes dados e nuvem)
Modelos (estatistica, padrão de pontos, interpolação, geoestatística, proximidade, autocorrelação, regressão espacial, econometria)