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Alisson F.C.C – SIG 2017
SIGSistema de Informações
Geográficas
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Disciplina: SIG
Aula 3Infraestrutura e tipos de dados espaciais
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Alisson F.C.C – SIG 2017
● O que é espaço geográfico?
● Qual é o espaço geográfico materializado por um SIG?
● O que é representação?
● O que computador permite fazer?
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Alisson F.C.C – SIG 2017
● Como representar o espaço geográfico?
– Dados:● Estruturas de dados computacionais
– Ação:● Algoritmos e procedimentos de análise de dados
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Alisson F.C.C – SIG 2017
● Dados geográficos - representação dual– localização e atributos
● Localização– representação da superfície terrestre
– processos no espaço geográfico
● Atributos– descrição do fenômeno
– representação num banco de dados
●
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Alisson F.C.C – SIG 2017
● Representação:– aproximação da realidade por meio de
● Desenhos e Mapas● Palavras● Imagens● Medidas
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representando o Mundo no Computador
Medidas
Palavras (definições)
Imagens
Desenhos e Mapas
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representando o Mundo no Computador
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Entity
LocationPhysicalobject
Livingbeing
Amountof
matter Socialentity
Group
Geographicalregion
FruitAnimal Country
Groupof
people
AppleLepidopteran Vertebrate
Organization
PersonCaterpillar Butterfly
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representando o Mundo no Computador:A Perspectiva Realista
● O mundo real existe de forma independente de nós, nossa experiência e nossa linguagem.
● Nós temos acesso ao mundo através de nossos sentidos e de nossos instrumentos de medida.
● As palavras em nossa linguagem podem ser usadas para referir-se a objetos do mundo real.
● Nossas afirmações são verdadeiras ou falsas dependendo de sua correspondência aos fatos do mundo.
fonte: John Searle
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● Benefícios do Geoprocessamento– Uso do espaço como linguagem comum– Produção de novas informações– Múltiplas visões do espaço
● Desafios– Representar o espaço geográfico– Capturar a dependência espacial– Explicitar efeitos de escala
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representação Computacional
● Computadores– instrumentos de representação do conhecimento– capturam modelos formais da realidade– exigem quantificação (visão reduzida)
● O que representar?– Aproximações de entidades realmente existentes
(e.g. rio)– Conceitos abstratos (tipos de solo, exclusão
social)
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representação Computacional
● Etapa inicial:● escolha das entidades a serem representadas e,
se possível, a descrição organizada destas entidades por meio de conceitos.
● Essa descrição forma uma ontologia de aplicação, definida como “um conjunto de conceitos compartilhados por uma comunidade”
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representação Computacional
• Dados geográficos, uma geo-ontologia tem dois tipos básicos de conceitos:– (a) conceitos que correspondem a fenômenos
físicos do mundo real;
– (b) conceitos que criamos para representar entidades sociais e institucionais
• (Smith and Mark, 1998) (Fonseca et al., 2003).
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representação Computacional
• há uma diferença entre conceitos que se referem ao mundo físico (“A Amazônia possui uma floresta tropical”)
• e aqueles que resultam de convenções humanas: “Esta é uma reserva indígena”.
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Representações Computacionais do Espaço
• Objetos– Regiões poligonais
• “Topografias”– Superfícies– Imagens
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Percepções do EspaçoEspaço como uma subdivisão planar
Espaço como uma superfície contínua
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Percepções do Espaço
Espaço como uma superfície de decisão
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Percepções do EspaçoEspaço como Clusters de Eventos
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Percepções do Espaço
Análise da Dependência Espacial
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Alisson F.C.C – SIG 2017
O Território
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Divisão distritalDivisão distrital
Zonas OD87Zonas OD87
Zonas OD97Zonas OD97
Os Recortes do Território
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Renda individual per capitaRenda individual per capita Emprego / populaçãoEmprego / população Não alfabetizados / populaçãoNão alfabetizados / população
Diferentes informações
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Evolução da GeoInformação
Mapear
Localizar
Modelar
Gerenciar
Prever
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Evolução da Geoinformação
• Mapear– Novos dispositivos de captura de dados (GPS)– Imagens de alta resolução
• Gerenciar– Bancos de dados geográficos– Modelos semânticos e interoperabilidade
• Localizar– Sistemas baseados em localização (LBS)– Gerência da informação distribuída
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Evolução da Geoinformação
• Modelar– Construir descrições da realidade – Modelos semânticos, matemáticos, lógicos
• Prever– Incorporar a dimensão temporal– Construir cenários de mudança– Mudanças de uso do solo, população, hidrologia,
clima, agricultura
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Universo Ontológico
Domínio de aplicação
estabelece conceitos (“visão de mundo”)ex: “refúgio” e “fragmento” em ecologia “concentração de poluentes”
Como traduzir os conceitos para o SIG ?
Associação formalcampos/objetos (e suas especializações)
Mensuraçãolevantamento de campo
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Colocando o Mundo no Computador!?
Níveis de abstração Ontologias (conceitos do mundo real): lote, tipo de solos Modelos de Dados (formais): objetos e campos Representações: matrizes, vetores Medidas: censo, GPS
MundoReal
Ontologias
Medidas
Modelos Formais
Conversão Dados
Computador
Representações
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Processo de Representação Computacional Decisões concretas
AtributosQue medidas caracterizam os dados ?
Partição geométrica do espaçoQue estruturas de dados são necessárias ?
Parâmetros da representação cartográficaQual o nível de detalhe (espacial e valor)?
Analise•Que procedimentos de extração de informação serão utilizado?
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representações Computacionais do Espaço
Objetos
Regiões poligonais
“Topografias”
SuperfíciesImagens
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas de Dados espaciais
2D
vetores (ponto, linha, polígono)matrizes de inteirosespaços celulares
2,5 D
malhas triangulares•grades regulares (inclui imagens)
3D
representações volumétricas
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Variação espacial quantitativa São utilizadas para representar uma grandeza
que varia continuamente no espaço - altimetria, precipitação, propriedades do solo ou subsolo (como aeromagnetismo).
Estruturas 2,5 D (Modelos Numéricos de Terreno)
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Curvas de nível Triangulação
Estruturas 2,5 D (Modelos Numéricos de Terreno)
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas 2,5 D (Modelos Numéricos de Terreno)
Imagem MNT Relevo sombreado
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Estruturas de Dados 2,5D
Grade regular (matriz de dados numéricos)• elemento com espaçamento fixo• valor estimado da grandeza
Suporte discreto a uma superfície contínua
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Estruturas de Dados 2,5D
Malha triangular (TIN)• conexão entre amostras• estrutura topológica arco-nó
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas de Dados 2,5 D
Malha triangular Grade regular
Vantagens 1. Melhor representação de
relevo complexo
2. Incorporação de restrições
como linhas de crista
1. Facilita manuseio e
conversão
2. Adequada para
dados não-altimétrico
Problemas 1. Complexidade de manuseio
2. Inadequada para
Álgebra de mapas
1. Representação de
relevo complexo
2. Cálculo de declividade
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Aplicações:· Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas topográficos;
· Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens;
· Elaboração de mapas de declividade e exposição para apoio a ánalise de geomorfologia e erodibilidade;
· Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis).
Estruturas 2,5 D
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representação Vetorial
A representação vetorial é a forma mais precisa de representar feições geográficas.
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas de Dados vetoriais
Polígonos
Arcos e Nós
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas vetoriais
Pontos Pontos Cotados
Ilha(tipo especial de polígono)
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas de Dados Vetoriais
fonte: Universidade de Melbourne
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representações Vetoriais de Regiões 2D Polígonos fechados
As coordenadas de cada polígono são guardadas em separadoVantagens
Facilita a inserção num banco de dados geográficoDesvantagens
Duplicação de linhas e possíveis erros Estrutura arco-nó (topológica) (Espaguete)
Cada polígono é uma lista de linhasVantagens
Evita erros e duplicação de linhasDesvantagens
Mais complicado de produzir
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representações Vetoriais de Regiões 2D Polígonos fechados
As coordenadas de cada polígono são guardadas em separadoVantagens
Facilita a inserção num banco de dados geográficoDesvantagens
Duplicação de linhas e possíveis erros Estrutura arco-nó (topológica) (Espaguete)
Cada polígono é uma lista de linhasVantagens
Evita erros e duplicação de linhasDesvantagens
Mais complicado de produzir
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Possíveis Problemas com Estruturas Vetorais com Polígonos Fechados
fonte: John Elgy
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Armazenamento de Poligonos junto com atributos
Modelo objeto-relacional
Armazenamento de dados
Todos os dados (geometrias e atributos) ficam dentro do banco
Banco de Dados Geográfico
França
geometria
Camada de suporte espacial
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Alternativas à Arquitetura Dual
Modelo “objeto-relacional” Tratar objetos (e.g. áreas) como partes de relação Colocar os dados geométricos no banco de dados
Extensões do modelo relacional Usar uma coluna como um registro binário (“campo longo”)
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas de Dados “Topológicas”
Conceito de Topologia
Propriedades de um conjunto de dados espaciais que são invariantes a translação, rotação e escala
Propriedades
Vizinhança (“do lado de”)Pertinência (“dentro de”)Conexao (“ligado a”)
A
B
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas de Dados Topologicas
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estruturas de Dados Vetoriais Topológicas
fonte: John Elgy
3 entidades principais:Arco (Link)Nó (Node)Polígono (Polygon)
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Ligando Vetores + Tabelas
Dualidade entre localização e atributos
Lotes
geoid dono cadastro IPTU
22 Guimarães Caetés 768
endereço
22250186
23 Bevilácqua São João 456 110427
24 Ribeiro Caetés 790 271055
23
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Integração Localização - Atributos
Praia Praia BravaBrava
Praia de Praia de BoiçucangaBoiçucanga
Exemplo de Unidade Territorial Básica - UTB
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representações 2D do espaço
Raster
Vector
fonte: Mohamed Yagoub
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Estrutura de uma matriz
célula
Extensão
Resolução
fonte: Mohamed Yagoub
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Representação Matricial
Componentes
matriz de células
índice espacial para cada elemento
cada célula, um ou mais valores
Indica o que ocorre em cada lugar do espaço
Le
Li
AqLs
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Espaço Celular
Cada elemento da grade índice espacial para uma tabela
Generalização de uma matriz
Le
Li
AqLs
Implementação não otimizada para a integração
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Alisson F.C.C – SIG 2017fonte: Mohamed Yagoub
Matrizes x Vetores
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Alisson F.C.C – SIG 2017fonte: Mohamed Yagoub
Representação Vetorial
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Conversão Vetorial Matricial
fonte: Mohamed Yagoub
![Page 60: SIG Sistema de Informações Geográficassertie.fct.unesp.br/wp-content/uploads/2017/10/3-Infraestrutura-e... · – localização e atributos Localização – representação da](https://reader030.vdocuments.com.br/reader030/viewer/2022021610/5c07232409d3f2c40e8ca080/html5/thumbnails/60.jpg)
Alisson F.C.C – SIG 2017
Representação Matricial
fonte: Mohamed Yagoub
![Page 61: SIG Sistema de Informações Geográficassertie.fct.unesp.br/wp-content/uploads/2017/10/3-Infraestrutura-e... · – localização e atributos Localização – representação da](https://reader030.vdocuments.com.br/reader030/viewer/2022021610/5c07232409d3f2c40e8ca080/html5/thumbnails/61.jpg)
Alisson F.C.C – SIG 2017
O problema da mistura das células
A GA
A A G
A A G
A GG
A A G
A G G
A GB
A B G
B B G
Possui água Maioria Bordas
fonte: Mohamed Yagoub
![Page 62: SIG Sistema de Informações Geográficassertie.fct.unesp.br/wp-content/uploads/2017/10/3-Infraestrutura-e... · – localização e atributos Localização – representação da](https://reader030.vdocuments.com.br/reader030/viewer/2022021610/5c07232409d3f2c40e8ca080/html5/thumbnails/62.jpg)
Alisson F.C.C – SIG 2017
• Vetorial• preserva relacionamentos topológicos• eficiência de armazenamento•Preferida quando necessitamos de precisão (e.g. cadastro urbano e rural)
• Matricial • fenômenos variantes no espaço• adequado para análise e modelagem•Preferida quando tratamos com dados de recursos naturais (e.g., geologia, solos, etc..)•
Representações 2D
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Vetores ou Matrizes ?
“Os limites desenhados em mapas temáticos (como solo, vegetação, ou geologia) raramente são precisos e desenhá-los como linhas finas muitas vezes não representa adequadamente seu caráter. Assim, talvez não nos devamos preocupar tanto com localizações exatas e representações gráficas elegantes. Se pudermos aceitar que limites precisos entre padrões de vegetação e solo raramente ocorrem, nós estaríamos livres dos problemas de erros topológicos associados como superposição e intersecção de mapas.” (P. A. Burrough)
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Matrizes ou Vetores?
Limites bem definidos?
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Alisson F.C.C – SIG 2017
Matrizes ou Vetores ?
Limites bem definidos?
![Page 66: SIG Sistema de Informações Geográficassertie.fct.unesp.br/wp-content/uploads/2017/10/3-Infraestrutura-e... · – localização e atributos Localização – representação da](https://reader030.vdocuments.com.br/reader030/viewer/2022021610/5c07232409d3f2c40e8ca080/html5/thumbnails/66.jpg)
Alisson F.C.C – SIG 2017
Fontes
● Nilton Nobuhiro Imai. Introdução ao Geoprocessmento.● Rosangela Sampaio Reis. Disciplina
Geoprocessamento. Universidade Federal de Alagoas. Acesso em 2017
● Fábio Marcelo Breunig. Introdução ao Geoprocessamento
● Gilberto Câmara. Por quê Geoprocessamento?● Gilberto Câmara. Slides e anotações de aula.● Nilton Nobuhiro Imai. Slides e anotações de aula.