Banco de Dados Geográficos

Márcio Fernando MachryRafael Orssatto

Sistema de Informação Geográfico (SIG)

Um Sistema de Informação Geográfico (SIG ou GIS – Geographic Information System) é um sistema de hardware, software, informação espacial e procedimentos computacionais, que permite e facilita a analise, gestão ou representação do espaço e dos fenômenos de deles ocorrem

Conceitos Básicos

• Banco de Dados Espaciais é o nome atribuído aos sistemas gerenciadores de banco de dados, capazes de gerenciar dados com representação geométrica.

• O termo Banco de Dados Geográficos caracteriza os sistemas de Bancos de Dados Espaciais utilizados em aplicações de Geoprocessamento, ou seja, são uma especialização dos sistemas de Banco de Dados Espaciais e utilizados como componente de um SIG.

Padronização de Termos Utilizados em BDG

• Identidade• Entidade• Objeto• Tipo de Entidade• Tipo de Objeto Espacial• Classe de Objeto• Atributo• Valor de Atributo• Camada (layer)

Objetos Espaciais

• Os objetos espaciais são as representações das entidades do mundo real, armazenadas no BD Geográfico

Objetos Primitivos usados para representar entidades da realidade

• Ponto– As entidades representadas por objetos do tipo ponto,

são aquelas que não possuem dimensões significativas, de acordo com a escala em uso

Objetos Primitivos usados para representar entidades da realidade

• Linha– As entidades que são representadas por objetos do

tipo linha são aquelas que possuem uma distribuição espacial linear

Objetos Primitivos usados para representar entidades da realidade

• Polígono– Entidades com características bidimensionais são

representadas no banco de dados por objetos do tipo polígono/área

Objetos Primitivos usados para representar entidades da realidade

• Representação de Superfícies Contínuas– Alguns fenômenos da natureza, como por exemplo,

elevação de terreno, pressão atmosférica, temperatura são caracterizados por possuírem variação contínua no espaço.

Modelagem de Dados Geográficos

• Modelagem de dados geográficos é o processo de discretização que converte uma realidade geográfica complexa em um conjunto finito de registros ou objetos de um banco de dados

Modelagem de Dados Geográficos

• Visão de campo– a realidade é modelada por variáveis que possuem

uma distribuição contínua no espaço, como por exemplo, temperatura, tipo de solo ou relevo.

• Visão de objetos– entidades reais são observadas como estando

distribuídas sobre um grande espaço vazio, onde nem todas as posições estão preenchidas e, além disso, mais de uma entidade pode estar situada sobre uma mesma posição geográfica.

Modelos de Dados Baseados na Visão de Campo

Modelos de Dados Baseados na Visão de Objeto

• Os objetos são representados como pontos, linhas ou áreas. Dois objetos podem estar localizados na mesma posição geográfica, ou seja, podem possuir coordenadas idênticas.

• É mais adequado para aplicações sócio-econômicas.Ex: rede de transporte, cadastro municipal, escolas, etc.

Armazenando Topologia em Banco de Dados

• O termo topologia é atribuído às estruturas de relacionamentos espaciais que podem, ou não, ser mantidas no banco de dados.

Construindo Topologia

a) O processo de Construir Topologia, começa comum conjunto de segmentos de linha não relacionados

Construindo Topologia

b) Cada interseção de linhas ou nodo terminal (nós) é identificado

Construindo Topologia

c) Cada polígono resultante recebe um identificador, inclusive o polígono externo que pode receber um identificador diferenciado

Modelo de Representação de Dados Espaciais

• A variação geográfica no mundo real é infinitamente complexa. Para serem armazenados no banco de dados, os dados precisam ser reduzidos a uma quantidade finita e gerenciável, o que é feito através de processos de generalização ou abstração.

Modelo de Representação de Dados Espaciais

• Um Modelo de Dados fornece um conjunto de regras para converter variações geográficas no mundo real, em objetos discretos armazenados de forma digital.

• Existem duas abordagens principais de representação dos componentes espaciais associados às informações geográficas: o modelo matricial (ou raster) e o modelo vetorial.

Modelo de Representação de Dados Espaciais

Armazenamento de Dados

• Arquitetura baseada em camada– Estratégia Dual;– Estratégia Baseada em Campos Longos;

• Armazenamento de Representações Matriciais– Armazenar linha após linha em páginas físicas em

memória secundária;– Dividir a matriz em blocos e armazenar cada bloco em

uma página;

Armazenamento de Dados

• Armazenamento de Representações Matriciais– Pontos:

• Arquivos em grade;• Árvores KD;

– Retângulos:• Utiliza a noção de retângulo envolvente;• Árvores R;

– Linhas:• Utiliza a noção de retângulo envolvente;• Árvores R;

– Polígonos:• Pode ser armazenado utilizando a forma para armazenamento de

linhas;

Operações sobre dados geográficos

• Operações sobre Geo-Objetos– Disjunto – disjoint– Toca – touch– Dentro de – in– Sobrepõe – overlap– Cruza – cross– Froteiras – boundary– De e para – from e to

• Aspectos de operação– Restrições sobre atributo– Restrições espaciais– Propriedades dos Geo-Objetos

Operações sobre dados geográficos

• Operações sobre Geo-Campos– Pontual

• Exemplo: “Tipo de Solo x Aptidão Agrícola”– Vizinhança

• Exemplo: “Verificação de declividade”

• Operações mistas– Exemplo: “Regiões de mata atlântica no Brasil”

Recuperação de Dados Geográficos

• Textual– Baseado em SQL– Geoql

• (intersects, adjacent, joings, ends-at, contains, situated-at, within, closest e furthest)

– Restrições no tipo de consulta• Visual

– Utiliza-se de combinação de símbolos, icones e texto– Dificulta a semântica – Auxilia na interação

• Multimodal– Combinação das duas anteriores.

Processamento de Consultas

• Feito pelo processador de consulta – elemento primordial em qualquer SGBD

• Fases no SGBDG:– Filtragem– Refinamento– Pós-Processamento

Computação de operações básicas

• Computação de Seleção Espacial– Por Pesquisa Exaustiva– Por Seleção por índice

• Filtragem– Através de árvores-R – Retângulo Envolvente Mínimo– Expressão C’ e C

• Refinamento • Pesquisa Exaustiva

Otimização de Consulta

SELECT d.nome, d.populacaoFROM d Cidade, c CidadeWHERE c.nome = “Cascavel-Pr”And distance(d,c) <= 100And d.populacao < 20000

• Plano de ações:– Determinar a posição b de Cascavel-Pr– Determinar todos os conjuntos de C’ de todas as cidades a 100 Km de b

• Determinar as cidaes que podem estar a menos de 100 km Conjunto I• Ler para a memória principal o conjunto I, criando C”• Determinar os elementos de C” a menos de 100 km

– Determinar C das cidades com menos de 20 mil habitantes

• Pode-se criar um pipeline, evitando I, C” e C’

Gerência de transações

• Transações devem ser atômicas e levam o banco de dados de um estado consistente para um consistente.

• Em BDG as transações são:– LONGAS e ANINHADAS– Duram muito tempo– Vários usuários

• Subtransações

Aplicações

• SPRING – Sistema de Processamento de Informações Georeferenciadas.– Projeto INPE / DPI– Construção de um SIG para aplicações em geral, como

agricultura• SAGRE – Sistema Automatizado de Gerência de Rede

Externa– CPqD– Empresas de Telecomunicação

• POSTGRIS– PostgreSQL– Refractions Research

Referências

• [1] ARONOF, S. Geographic Information Systems: a management perspective. Canada: WDL Publications, 1989.

• [2] BARBOSA, C. C. F. Álgebra de mapas e suas aplicações emsensoriamentoremoto e geoprocessamento. 1997.

• [3] BURROUGH, P. Principles of Geographical Information Systems for LandResources Assessment. Oxford: Clarendon Press, 1986.

• [4] CAMARA, G. E. A. Anatomia de Sistemas de Informação Geográfica. UNICAMP, 1996.

• [5] CAMARA, G. E. A. Bancos de Dados Geográficos. http://www.dpi.inpe.br/livros/bdados/capitulos.html, Acessado em Agosto de 2005.

• [6] GOODCHILD, M. F. Geographical data modeling. In: FRANK, A.U.; GOODCHILD, M.F. Two Perspectives on Geographical Data.

• [7] GOODCHILD, M. F. Integrating GIS and environmental modeling at global scales. In: GIS/LIS ’91. Proceedings... Atlanta, 1991. V.1.

• [8] LAURINI, R.; THOMPSON, D. Fundamentals of Spatial Information Systems. San Diego: Academic Press, 1992.

• [9] POSTGIS. http://postgis.refraction.net, Acessado em Agosto de 2005.• [10] SPRING - Sistema de Processamento de Informações Georeferenciadas.

http://www.dpi.inpe.br/spring, Acessado em Agosto de 2005.