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FundamentosFundamentos de de Geoprocessamento Geoprocessamento

INPE -INPE - Divisão Divisão de de Processamento Processamento de de Imagens Imagens

Introdução a SIGIntrodução a SIG Modelagem de Dados Modelagem de Dados

GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOSGEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 22

IntroduçãoIntrodução

Geoprocessamento representa a áreado conhecimento que utiliza técnicasmatemáticas e computacionais paratratar a informação geográfica.

Sistemas de Informação Geográfica(SIG) são as ferramentas computacionaispara Geoprocessamento, integrandodados de diversas fontes em bancos dedados geo-referenciados.


VisõesVisões de de Geoprocessamento Geoprocessamento

• Produção de Mapas: geração evisualização de dados espaciais.

• Banco de Dados: armazenamento erecuperação de informação espacial.

• Análise Espacial: combinação deinformações espaciais.


OO que há que há de especial com de especial com dadosdados espaciaisespaciais??

• Localização: Onde está...?– Quais as áreas com declividade acima de 20%?

• Condição: O que está...?– Qual a população desta cidade?

• Tendência: O que mudou...?– Esta terra era produtiva há cinco anos atrás?



• Roteamento: Qual o melhor caminho...?– Qual o melhor caminho para a linha do metrô?

• Padrões: Qual o padrão...?– Qual a distribuição da dengue em Fortaleza?

• Modelos: O que acontece se...?– O que acontece com o clima se desmatarmos a

Amazônia?



• 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



• Correlação espacial– vizinhos tendem a ser “mais semelhantes”

• Correlação entre variáveis– processos de ocupação do espaço

• Correlação temporal– evolução dos dados espaciais

• Correlação topológica– relações espaciais entre dados


SistemasSistemas de de Informação Geográfica Informação Geográfica

• Ambiente computacional paraGeoprocessamento– Integrar dados cartográficos, cadastrais, de

sensores remotos, redes e modelos numéricosde terreno.

– Consultar, recuperar, visualisar, manipular eplotar o conteúdo de um banco de dados geo-referenciado.


EstruturaEstrutura de um SIG de um SIG

Interface

Consulta e Análise Espacial

Entrada e Integraçãode Dados

VisualizaçãoPlotagem

Gerência Dados Espaciais

Banco de DadosGeográfico


SIG -SIG - definições definições,, conceitos conceitos

• Burrough– Conjunto poderoso de ferramentas para coletar,

armazenar, recuperar, transformar e visualizardados sobre o mundo real.

• Cowen– Um sistema de suporte à decisão que integra

dados referenciados espacialmente numambiente de respostas a problemas.


SIG -SIG - definições definições,, conceitos conceitos

• Goodchild– O valor potencial maior de sistemas de

informação geográfica está em sua capacidadede analisar dados espaciais.

• Dangermond– Um SIG agrupa, unifica e integra a informação.

Torna-a disponível de uma forma a qualninguém teve acesso anteriormente e colocainformação antiga num novo contexto.


SIG x CADSIG x CAD

• CAD– coordenadas de papel– regularidades nos objetos– desenhos sem atributos

• SIG– projeções cartográficas– topologia do espaço– atributos descritivos

Angola

África do Sul


ModelagemModelagem de de dados geográficos dados geográficos

Mundo real

Universo Universo

Conceitual Representação Implementação

Universo Universo

interface usuário

• Níveis de abstraçãomundo real → cadastro urbano, vegetação, solosconceitual → campos, objetosrepresentação → matrizes, vetoresimplementação → R-trees, quad-trees


UniversoUniverso do do Mundo Mundo Real Real

• Mapas temáticos• Mapas cadastrais• Modelos numéricos de terreno• Redes• Imagens de satélite


OO que que é um é um mapa mapa??

• Modelo simplificado da realidade.• Uma representação, normalmente em

escala, de uma seleção de entidadesabstratas relacionadas com a superfícieda Terra.

• Modelo de dados que se interpõe entre arealidade e a base de dados de um SIG.


Tipos de mapaTipos de mapa

• Carta topográfica– representação de superfícies

• Mapas temáticos– conceitos qualitativos (uso do solo, clima)

• Mapas cadastrais e redes– localização de objetos do mundo (lotes)

• Imagens de satélite– informação indireta sobre a realidade


Mapas temáticosMapas temáticos

• Distribuição espacial qualitativa dagrandeza em estudo

• Domínio do atributo– nominal: lista de valores

• mapa de vegetação• {floresta, cerrado, desmatamento}

– ordinal: escala de medida• mapa de classes de declividade• {0-5%, 5-10%, >10%}


Modelos Numéricos de TerrenoModelos Numéricos de Terreno

• Distribuição espacial quantitativada grandeza em estudo

• Domínio do atributo– intervalo: referência arbitrária

• altimetria, batimetria• temperatura em graus Celsius

– razão: referência natural• peso, distância• temperatura em graus Kelvin


Mapas cadastraisMapas cadastrais

• Contém objetos geográficos individuais– mapas de países, lotes, propriedades rurais

País PIB (Us$ bn)

Pop (milhões)

Argentina

Brasil 350

295 34

159

Chile 45 14


Mapas de redeMapas de rede

• Contém objetos com topologia arco-nó– utilizado para redes conectadas



• Objetos endereçados no espaço• Exemplo: rede de distribuição elétrica

– rede primária– rede secundária– sub-estações, alimentadores– postes, transformadores, chaves– cadastro urbano– cadastro de consumidores



• Ligação forte com banco de dados

id label capacidade

22 Eng. Dentro 3.000 kVA

id label Transformador2345 32-17-95 Classe 3

Sub-estações

Postes


ImagensImagens

• Fontes: satélites, fotografiasaéreas

• Elemento de imagem (pixel)– proporcional à energia

eletromagnética refletida ouemitida por área da superfícieterrestre


Modelando a naturezaModelando a natureza

• O que há num mapa?• Linhas no mapa

– divisão política– separação entre tipos de solo– isolinhas (cota 1000)

• E o mapa como modelo dedados?


Universo conceitualUniverso conceitual

• Campos (variáveis geográficascontínuas)– mapa temático– modelo numérico do terreno– imagem

• Objetos (variáveis geográficasdiscretas)– linhas de transmissão– quadras


Universo conceitual: geo-campoUniverso conceitual: geo-campo

Geo-Campo: ƒ= [ R, A, λ] , onde: R ⊂ ℜ 2, A = { A1, A2, ..., An} é um conjunto de atributos e λ: R→ A mapeia pontos de R para valores em A.

Representa a distribuição espacial de uma variável que possui valores em todos os pontos pertencentes a R.

Contra-domínio da função conjunto enumerável = temático

mapa de cobertura vegetal valores contínuos (-∞ a +∞ ) = numérico

mapa de aeromagnetometria


Universo conceitual: geo-objetosUniverso conceitual: geo-objetos

Dadas as regiões geográficas R1,R2,..Rn (Ri⊂ ℜ 2) e o conjunto deatributos convencionais A1,...,An,

Geo-Objeto go = [ r1, r2, ..., rn, a1, a2,...,an], onde ri ⊆ Ri é uma parte de uma região geográfica Ri e ai ∈ Ai é um valor particulardo atributo Ai.

É um elemento único que possui atributos não-espaciais e está associado a múltiplas localizações geográficas.

País PIB Pop

ArgentinaBrasil 800

300 34159

Chile 45 14


Geo-objetosGeo-objetos

• Um geo-objeto, múltiplas representações

•1

•2

•3

id nomeAmazonasXingu

id nomeYanomamiWaimiri

Kayapó

12

3


Mapa cadastralMapa cadastral

• Suporte para mapeamento de objetos

Lotes

geoid dono cadastro IPTU

22 Guimarães Caetés 768

endereço

22250186

Mapa Lotes n. 345Jardim Esplanada

23 Bevilácqua São João 456 110427

24 Ribeiro Caetés 790 271055

23


Mapas de RedeMapas de Rede

p. 92-17-63

tr. 1567primária

Sub-estação

p 92-17-64

Hospital

secun.cons. 0193516


Universo de RepresentaçãoUniverso de Representação

is-mapped-in

Dado de Sensoriamento Remoto

Geo-objeto

Cadastral

Plano de Informação

Rede

Banco de DadosGeográficos

Temático

Geo-campo

Numérico

is-a is-a

is-a

is-a

part-of

Não-espacial

part-of part-of

Banco de Dados Geográficos é composto por conjuntos de planos de informação,

um conjunto de geo-objetos e um conjunto de objetos não-espaciais


Universo de RepresentaçãoUniverso de Representação

Plano deInformação

RepresentaçãoGeométrica

Matricial Vetorial

é-um

is-represented-by

é-um

Plano de Informação é a generalização dos conceitos degeo-campo e de objeto cadastral


Estruturas de DadosEstruturas de Dados

• Vetoriais– arco-nó-polígono– arco-nó– grades triangulares

• Matriciais– matrizes de inteiros– matrizes de ponto flutuante– matrizes de caracteres (bytes)


Representação VetorialRepresentação Vetorial

• Componentes– ponto, linha, região– região M={1,2,3,4,5}

• Topologia– relação espacial entre objetos– Toulouse fica na região M

M1

2 3

45

toulouse


TopologiaTopologia

Estrutura topológica do tipo nó-linha-polígono


Representação MatricialRepresentação Matricial

• Componentes– matriz de células– índice espacial– cada célula, um valor

• Indica o que ocorre em cadalugar do espaço

Le

Li

AqLs


Representações para mapas temáticosRepresentações para mapas temáticos

• Vetorial– preserva relacionamentos topológicos– associa atributos a elementos gráficos– melhor exatidão e eficiência de armazenamento

• Matricial– fenômenos variantes no espaço– adequado para simulação e modelagem– processamento mais rápido e simples– maior gasto em armazenamento


Representações para MNTRepresentações para MNT

Grade regular (matriz de reais)• elemento com espaçamento fixo• valor estimado da grandeza



Grade triangular (TIN)• conexão entre amostras• estrutura topológica arco-nó



Grade triangular Grade regular

Vantagens 1. Melhor representação de re-

levo complexo

2. Incorporação de restrições

como linhas de crista

1. Facilita manuseio e

conversão

2. Adequada para geo-

física e visualização

3D

Problemas 1. Complexidade de manuseio

2. Inadequada para visualiza-

ção 3D

1. Representação de re-

levo complexo

2. Cálculo de declividade


Representações computacionais para mapasRepresentações computacionais para mapas

Mapas temáticos Arco-nó-polígono Matriz de inteiros

Mapas Cadastrais Arco-nó-polígono

Mapas de Rede Arco-nó

Modelos numéricos deterreno

Grades triangulares ou isolinhas

Matriz de reais

Imagens Matriz de bytes

Vetorial Matricial

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