Ferramenta de apagar GIS: remova feições dentro de outra camada

O que a ferramenta de apagar faz

Erase (apagar) é o oposto de Clip (recortar). Você entrega duas camadas. A primeira é a camada de entrada: os dados que você quer manter, por exemplo lotes, estradas ou edifícios. A segunda é a camada de apagamento: polígonos que marcam as áreas que você quer retirar, por exemplo áreas de inundação, áreas protegidas ou um lago. A ferramenta corta os polígonos de apagamento da entrada. Tudo o que está fora deles fica. Tudo o que está dentro é removido.

A saída tem o mesmo tipo de geometria da entrada. Uma estrada que atravessa uma área de inundação é cortada na borda da área, e só os trechos secos ficam. Um lote que está metade dentro da área fica só com a metade seca. Um ponto de ônibus dentro da área desaparece. A tabela de atributos da entrada é copiada sem mudanças, então cada lote mantém seu ID, seu proprietário e seu uso do solo. A camada de apagamento fornece só a sua forma, e os atributos dela não são adicionados. O ArcGIS Pro (Erase e Pairwise Erase) e o QGIS (Diferença) seguem a mesma regra.

Criei esta ferramenta porque "remova tudo o que está dentro destas áreas" é uma das perguntas mais comuns em GIS, e isso não deveria exigir um SIG de desktop com licença avançada. Arraste um Shapefile compactado, GeoJSON, KML, KMZ, GPX ou WKT para o mapa, ou desenhe suas próprias formas e retângulos de apagamento. Escolha a camada de entrada e a de apagamento, clique em Erase e baixe o resultado. Todo o cálculo geométrico roda no seu navegador, então seus arquivos ficam no seu computador. O mapa começa sem mapa base para ficar rápido. Você pode ligar um mapa de ruas ou de satélite quando quiser.

Erase, Clip, Intersect e Diferença: qual você precisa?

Essas quatro ferramentas de sobreposição são fáceis de confundir, porque todas usam uma camada para cortar outra. A diferença está na parte que elas mantêm e nos atributos que levam. Esta tabela compara as quatro para uma camada de entrada A e uma camada de sobreposição B.

Um teste rápido: se você rodar Clip e Erase na mesma entrada com a mesma sobreposição, as duas saídas juntas devolvem a entrada original. O Clip mantém o interior, o Erase mantém o exterior, e nada se perde nem é contado duas vezes.

Formatos de arquivo suportados

Você pode carregar vários arquivos de uma vez e misturar formatos. Cada arquivo vira uma camada própria no painel Layers. Uma camada pode ter pontos, linhas e polígonos juntos, e cada um é apagado com o método certo.

Cada arquivo pode ter até 50 MB. Para conjuntos de dados nacionais muito grandes, um SIG de desktop continua sendo a melhor escolha. Veja a comparação mais abaixo nesta página.

Detalhes técnicos

Aqui está exatamente o que a ferramenta faz com seus dados. Se você conhece o Erase do ArcGIS Pro ou a Diferença do QGIS, quase tudo vai parecer familiar.

Tipos de geometria de entrada

Point, MultiPoint, LineString, MultiLineString, Polygon e MultiPolygon. Uma camada pode misturar todos.

Tipos de geometria de apagamento

Polygon e MultiPolygon, com ou sem buracos. Uma camada sem polígonos não pode ser escolhida como camada de apagamento.

Vários polígonos de apagamento

Todos os polígonos da camada de apagamento são unidos (dissolvidos) em uma só máscara antes de apagar. Onde os polígonos de apagamento se sobrepõem, a área é removida uma única vez.

Buracos na camada de apagamento

Um buraco em um polígono de apagamento não faz parte da área de apagamento. As feições dentro do buraco ficam. Por exemplo, uma ilha dentro de um lago apagado é mantida.

Atributos

Cada atributo da feição de entrada é copiado sem mudanças. Os atributos da camada de apagamento não são adicionados. Como opção, a ferramenta adiciona erase_status (outside ou erased) e erase_area_m2, erase_length_m ou erase_points para o que sobra.

Sistema de coordenadas

Longitude e latitude WGS84 (EPSG:4326), igual ao GeoJSON. Um Shapefile compactado com arquivo .prj é convertido para WGS84 ao carregar.

Modelo geométrico

O corte é feito em um plano, em graus, com o mesmo modelo do Turf.js e da maioria das bibliotecas GIS web. Áreas e comprimentos no painel de resultados são medidos na esfera (geodésicos), em metros quadrados e metros.

Regra da borda

A borda de um polígono de apagamento conta como parte da área de apagamento. Um ponto exatamente sobre a borda é apagado, e também um trecho de linha que corre ao longo da borda. Assim o Erase é o oposto exato da ferramenta de recorte deste site, que mantém essas feições.

Altitude (Z)

Os valores Z existentes ficam nos seus vértices. Um vértice novo criado onde uma linha é cortada recebe um valor Z interpolado entre seus dois vizinhos.

Saída multiparte

Se o apagamento corta uma feição em vários pedaços, os pedaços continuam juntos como uma feição multiparte (MultiLineString, MultiPolygon ou MultiPoint), como no ArcGIS Pro. Marque "Split multipart results" para ter uma feição por pedaço.

Geometria inválida

Se uma feição de entrada tem geometria quebrada (por exemplo, um polígono que se cruza), essa feição é pulada e contada, e o resto da camada é processado mesmo assim.

Privacidade

Tudo roda no seu navegador. Nenhum arquivo e nenhuma geometria são enviados a um servidor.

Como usar a ferramenta de apagar, passo a passo

Este é o fluxo completo com os dados de exemplo incluídos: uma camada de cidade com lotes, estradas e pontos, e três polígonos de área de inundação para apagar dela. Seus próprios arquivos funcionam do mesmo jeito.

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Passo 1: Abra a ferramenta

O mapa abre vazio e sem mapa base, então nada que você não precisa é carregado. A barra tem as ferramentas de desenho Point, Line, Polygon e Erase Rectangle, um botão Upload e um botão Sample Data.

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Passo 2: Adicione uma camada de entrada e uma camada de apagamento

Arraste seus arquivos para o mapa ou clique em Upload. Aqui eu cliquei em Sample Data. Ele adiciona uma camada de cidade com lotes, estradas e pontos, e uma camada de áreas de inundação com um leito de cheia, uma bacia de retenção e um vertedouro que se sobrepõem.

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Passo 3: Escolha as camadas e as opções

No painel Erase, escolha a camada de entrada (os dados que ficam) e a camada de apagamento (as áreas que saem). Só camadas com polígonos aparecem na lista de apagamento. Decida se quer os campos extras erase_status, área e comprimento, e se os resultados multiparte devem ser divididos.

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Passo 4: Clique em Erase Layer

O resultado aparece como uma camada nova em cor sólida, e a camada de entrada é ocultada. As áreas de inundação agora são vazios na cidade. A caixa de resultados mostra quantas feições ficaram intactas, foram apagadas em parte ou apagadas por inteiro, e a área, o comprimento e os pontos que sobraram e que foram removidos.

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Passo 5: Confira o resultado com mapa base e atributos

Marque "Show basemap" para ver o resultado sobre um mapa de ruas ou de satélite. Clique em qualquer feição para abrir seus atributos. Todos os campos originais estão lá, mais os campos de apagamento opcionais.

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Passo 6: Baixe a camada apagada

No painel Export, escolha a camada e baixe como GeoJSON, KML ou CSV com uma coluna WKT. A pequena seta ao lado de cada camada no painel Layers é um download rápido em GeoJSON.

Como apagar feições em um SIG

Todo SIG tem esta ferramenta, mas o nome muda. O ArcGIS chama de Erase, o QGIS chama de Diferença, e o PostGIS e o GeoPandas chamam a função de difference. Veja como usá-la nesta ferramenta, no ArcGIS Pro, no ArcMap e no QGIS, e como escrevê-la em um script.

O mesmo apagamento em código

Se você retira as mesmas zonas toda semana, um script economiza tempo. Todos estes exemplos retiram áreas de inundação de uma camada de lotes.

import arcpy

arcpy.env.workspace = r"C:\data\city.gdb"

# ArcGIS Pro: Analysis toolbox > Pairwise Overlay > Pairwise Erase
arcpy.analysis.PairwiseErase("parcels", "flood_zones", "parcels_dry")

# ArcGIS Pro: Analysis toolbox > Overlay > Erase
arcpy.analysis.Erase("parcels", "flood_zones", "parcels_dry")

# Older ArcMap syntax (same tool, old name)
arcpy.Erase_analysis("parcels", "flood_zones", "parcels_dry")

# QGIS Python console: Vector > Geoprocessing Tools > Difference
processing.run("native:difference", {
    "INPUT": "C:/data/parcels.shp",
    "OVERLAY": "C:/data/flood_zones.shp",
    "OUTPUT": "C:/data/parcels_dry.gpkg",
})

# GeoPandas (works for points, lines and polygons)
import geopandas as gpd
parcels = gpd.read_file("parcels.shp")
flood = gpd.read_file("flood_zones.shp").to_crs(parcels.crs)

parcels_dry = parcels.copy()
parcels_dry.geometry = parcels.geometry.difference(flood.union_all())
parcels_dry = parcels_dry[~parcels_dry.is_empty]

-- PostGIS
SELECT p.*, ST_Difference(p.geom, f.geom) AS geom_dry
FROM parcels p
CROSS JOIN (SELECT ST_Union(geom) AS geom FROM flood_zones) f
WHERE NOT ST_IsEmpty(ST_Difference(p.geom, f.geom));

Minha opinião: para um apagamento pontual em um arquivo de tamanho normal, esta ferramenta é o caminho mais rápido do arquivo ao resultado. No ArcGIS Pro, use primeiro o Pairwise Erase. Para tarefas que se repetem, escreva o script uma vez e reutilize.

Como a ferramenta funciona, passo a passo

Este é o caminho dos seus dados a partir do clique em Erase Layer. Cada passo roda no seu navegador.

1. Ler e limpar a entrada. Cada arquivo é convertido em feições GeoJSON em WGS84. Uma GeometryCollection é dividida em feições separadas com os mesmos atributos, para que o motor só veja tipos de geometria simples.
2. Dissolver a camada de apagamento. Todos os polígonos da camada de apagamento são unidos em uma geometria, a máscara M, com uma união de polígonos. Buracos continuam buracos. Polígonos de apagamento sobrepostos viram uma só forma, então uma área coberta por dois é removida uma única vez.
3. Teste rápido com o retângulo envolvente. A ferramenta compara o retângulo envolvente de cada feição de entrada com o de M. Se os dois retângulos não se tocam, a feição não pode perder nada, então é copiada para a saída na hora, sem cálculo detalhado. É o inverso do Clip, onde essas feições são descartadas.
4. Apagar pontos. Cada ponto é testado com um teste de ponto em polígono contra M. Pontos claramente fora de M ficam. Pontos dentro ou sobre a borda são removidos. Em um MultiPoint, só os pontos de fora ficam.
5. Apagar linhas. Cada segmento de linha é comparado com cada aresta de M que está perto dele. A ferramenta encontra cada lugar onde o segmento cruza uma aresta e corta ali. Depois testa o ponto médio de cada pedaço pequeno. Se o ponto médio está fora de M, o pedaço fica. Pedaços que se tocam são unidos de novo em uma linha.
6. Apagar polígonos. De cada polígono é subtraída M com uma diferença booleana por varredura (Martinez-Rueda). O resultado pode ter buracos novos, onde um polígono de apagamento estava inteiro dentro de um lote, ou várias partes, onde um polígono de apagamento o dividiu em dois.
7. Copiar atributos e adicionar campos. Cada feição de saída recebe uma cópia de todos os atributos da sua feição de entrada. Se você pediu, a ferramenta adiciona erase_status e a área, o comprimento ou o número de pontos que sobram. Se você marcou a opção multiparte, os resultados multiparte são divididos aqui em partes simples.
8. Relatório e desenho. A ferramenta conta as feições intactas, apagadas em parte, apagadas por inteiro e puladas, soma a área, o comprimento e os pontos que sobraram e que foram removidos, e desenha o resultado como uma camada nova. A camada de entrada é ocultada para você ver bem o resultado.

O código das linhas é compartilhado com a ferramenta de recorte deste site, com um interruptor na posição contrária: o Clip mantém os pedaços cujo ponto médio está dentro da máscara, e o Erase mantém os pedaços cujo ponto médio está fora. Por isso as duas ferramentas sempre se encaixam sem vazios nem sobreposições.

A teoria e a matemática por trás do apagamento

O Erase é a diferença de conjuntos aplicada à geometria. Aqui está a matemática, da regra de conjuntos até os algoritmos e as medições.

Erase(A, M) = { a \ M  :  a ∈ A  e  a \ M ≠ ∅ }

a \ M = { p ∈ a  :  p ∉ M }

M = M₁ ∪ M₂ ∪ … ∪ Mₖ     (todos os polígonos de apagamento, unidos primeiro)

a = (a ∩ M) ∪ (a \ M)        parte Clip + parte Erase
(a ∩ M) ∩ (a \ M) = ∅        sem sobreposição

área(a) = área(a ∩ M) + área(a \ M)

Ponto P = (x, y). Aresta de (xi, yi) até (xj, yj).

A aresta é cruzada quando:
  (yi > y) ≠ (yj > y)
  e  x < xi + (y − yi) · (xj − xi) / (yj − yi)

P está dentro  ⇔  o número de arestas cruzadas é ímpar
Erase mantém P  ⇔  P não está dentro nem sobre uma aresta

Estrada:  p = (−5, 5)   q = (15, 5)   comprimento 20

Pedaço (t)     Meio x     Teste         Erase mantém
0.00 – 0.25    −2.5       fora          sim → (−5, 5) – (0, 5)
0.25 – 0.45     2.0       dentro        não
0.45 – 0.55     5.0       no buraco     sim → (4, 5) – (6, 5)
0.55 – 0.75     8.0       dentro        não
0.75 – 1.00    12.5       fora          sim → (10, 5) – (15, 5)

Resultado Erase: MultiLineString, 3 pedaços, 5 + 2 + 5 = 12 unidades
Resultado Clip:  MultiLineString, 2 pedaços, 4 + 4     =  8 unidades
12 + 8 = 20  (a estrada inteira)

Área do anel (λ = longitude, φ = latitude, em radianos):
A = (R² / 2) · | Σ (λ(i+1) − λ(i−1)) · sin φi |

Comprimento de segmento (haversine):
h = sin²(Δφ / 2) + cos φ1 · cos φ2 · sin²(Δλ / 2)
d = 2R · asin(√h)

R = 6 371 008.8 m

Erase nesta ferramenta, no ArcGIS Pro e no QGIS comparados

Com dados normais, os três dão a mesma geometria. Eles diferem em custo, instalação e quantidade de dados. Veja uma comparação lado a lado.

Minha recomendação: se seus dados estão em uma geodatabase do ArcGIS, use o Pairwise Erase no ArcGIS Pro. Ele é rápido, funciona em todos os níveis de licença, e o arcpy permite repetir a tarefa. Se você quer um SIG de desktop completo sem custo, a Diferença do QGIS faz o mesmo trabalho e lê quase qualquer formato.

Esta ferramenta ganha quando você precisa de um resultado em um minuto: alguém manda um Shapefile compactado de lotes e um KML de zonas onde não se pode construir, e você precisa dos lotes que sobram. Não é preciso instalar nada, e nada sai do seu computador. Também é um jeito claro de aprender como o Erase se comporta, porque você vê cada corte no mapa.

10 casos de uso reais

O Erase responde à pergunta "o que sobra depois que tiramos estas áreas?". Estes são os trabalhos que eu vejo com mais frequência.

1. Terreno edificável depois das restrições. Um incorporador começa com uma camada de lotes e apaga áreas de inundação, áreas úmidas, áreas protegidas e faixas de recuo. O que sobra é o terreno que realmente pode ser construído, com o ID e o proprietário de cada lote.
2. Triagem de risco de inundação. Uma planejadora apaga a área de inundação de uma camada de edifícios ou estradas para obter os ativos que ficam secos. O Clip nos mesmos dados dá os ativos em risco. Juntas, as duas saídas cobrem cada ativo uma única vez.
3. Cobertura do solo sem água. Um analista apaga lagos e rios de polígonos de cobertura do solo ou de solos, para que as estatísticas de área contem só terra. As ilhas dentro dos lagos são buracos na camada de água, então são mantidas automaticamente.
4. Talhões sem zonas de não aplicação. Uma agrônoma apaga faixas ao redor de córregos, poços e casas dos limites dos talhões. O resultado é a área que pode receber pulverização ou adubo, pronta para a máquina ou para o plano de aplicação.
5. Busca de locais para energia eólica e solar. Planejadores de energia apagam faixas ao redor de casas, aeroportos, estradas e habitats protegidos de uma área de estudo. Os polígonos que sobram são locais candidatos, e a área deles indica a capacidade possível.
6. Rede fora de uma área de atendimento existente. Uma empresa de água ou de fibra apaga sua área de atendimento atual da malha viária. As ruas que sobram mostram onde seriam necessários novos canos ou cabos para chegar aos próximos clientes.
7. Habitat fora das obras. Um ecólogo apaga as áreas de obras previstas de um mapa de habitats. O resultado mostra quanto habitat sobraria, e cada fragmento restante mantém seu tipo de habitat e sua nota de condição.
8. Limpar trilhas de GPS. Uma corredora ou um pesquisador apaga áreas privadas, como a região ao redor de casa, das trilhas GPX antes de compartilhá-las. O resto da trilha fica, com a altitude em cada ponto.
9. Amostragem fora de áreas excluídas. Cientistas de campo apagam estradas, edifícios e água de uma área de estudo antes de colocar pontos de amostragem aleatórios. Assim cada ponto cai em um lugar que realmente pode ser visitado.
10. Ensinar análise de sobreposição. Professores mostram o Clip e o Erase lado a lado com os mesmos dados de exemplo. Os alunos veem que os dois resultados se encaixam como peças de quebra-cabeça, e assim entendem a diferença de conjuntos com facilidade.

Perguntas frequentes

Dezoito perguntas sobre apagar (Erase) em GIS, com respostas diretas.

Bibliotecas usadas e créditos

Esta ferramenta é feita com software de código aberto. Muito obrigado às pessoas que escrevem e mantêm estes projetos.

• Leaflet 1.9 · BSD-2-Clause · Volodymyr Agafonkin and contributors
  Desenha o mapa interativo, as camadas, as ferramentas de desenho e as janelas de informação.
• Turf.js 7 (@turf/difference, @turf/union, @turf/area, @turf/boolean-point-in-polygon) · MIT · Turf authors
  Diferença de polígonos para apagar polígonos, união para dissolver a camada de apagamento, área geodésica e o teste de ponto em polígono.
• polyclip-ts · MIT · Luiz Felipe Machado Barboza, based on polygon-clipping by Mike Fogel
  O motor booleano de polígonos por trás do difference e do union do Turf. Ele usa o algoritmo de linha de varredura de Martinez-Rueda com cálculo de precisão arbitrária.
• point-in-polygon-hao · MIT · Rowan Winsemius
  O teste rápido de ponto em polígono que decide quais pontos e pedaços de linha ficam dentro da área de apagamento.
• shpjs · MIT · Calvin Metcalf
  Lê Shapefiles da Esri compactados (.shp, .shx, .dbf, .prj, .cpg) no navegador.
• proj4js · MIT · proj4js contributors
  Converte Shapefiles projetados para WGS84 usando o arquivo .prj (usado pelo shpjs).
• @tmcw/togeojson · BSD-2-Clause · Tom MacWright
  Converte arquivos KML e GPX para GeoJSON.
• JSZip · MIT ou GPL-3.0 · Stuart Knightley
  Abre pacotes KMZ para ler o arquivo KML dentro deles.
• @terraformer/wkt · MIT · Terraformer contributors
  Lê a entrada WKT e grava a coluna de geometria WKT na exportação CSV.
• OpenStreetMap, Protomaps (hosted by KONAKTIVE), CARTO, Esri World Imagery · ODbL e termos do provedor · OpenStreetMap contributors, Protomaps, KONAKTIVE, CARTO, Esri
  Blocos do mapa base e imagens, mostrados só quando você liga o mapa base.

A etapa de corte de linhas (dividir segmentos nos cruzamentos com a borda e testar cada pedaço) foi escrita para este site e é compartilhada com a ferramenta de recorte. O motor de apagamento é verificado por testes automáticos: linhas que atravessam buracos, pontos sobre a borda e em buracos, polígonos que viram uma moldura ao redor de uma ilha, polígonos de apagamento sobrepostos, interpolação Z e a regra de que Clip mais Erase devolve a entrada inteira.

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