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O QUE É SIG Geotecnologia aplicada ao meio ambiente

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA SUL DE MINAS GERAIS Câmpus Inconfidentes

INTRODUÇÃO

•  SIGNIFICADO

SIG – Sistema de Informações Geográficas GIS – Geographic Information System

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INTRODUÇÃO

•  DEFINIÇÃO

A diversidade de uso do SIG em inúmeras aplicações implica na existência de diferentes idéias sobre sua natureza e propicia o aparecimento de várias definições. Segundo a UNESCO (2004) devido à herança da cartografia, SIG pode ser considerado como o resultado da união da cartografia assistida por computador (CAC) com a tecnologia de bancos de dados.

“Um sistema de suporte à decisão que integra dados referenciados espacialmente num ambiente de respostas a problemas” (Cowen)

INTRODUÇÃO

•  DEFINIÇÃO

“Conjunto de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real com um determinado propósito” (Burrough, 1986)

Rodrigues (1986) apresenta uma definição que engloba muitos dos pontos acima citados: “SIG são sistemas que visam a coleta, armazenamento, manipulação, análise e apresentação de informações sobre entes de expressão espacial.”

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INTRODUÇÃO

•  A HISTÓRIA DO SIG

Sistemas de Informações Geográficas manuais evoluíram a partir da disciplina Cartografia. O planejamento urbano, no século XIX e primórdios do século XX, tornou popular a sobreposição cartográfica, com emprego de papel translúcido.

Esta característica — sobreposição de mapas — viria a se tornar uma das principais funcionalidades dos SIG.

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MAPA-SÍNTESE DA DISPERSÃO DE POLUENTES

INTRODUÇÃO •  A HISTÓRIA DO SIG (Investigação de John Snow)

O surto de cólera em Broad Street – foi um grave surto de cólera que ocorreu nas proximidades de Broad Street, no distrito de Soho (Londres – Inglaterra) em 1854. Este surto é o estudo mais conhecido do médico John Snow e sua descoberta foi de que a cólera é transmitida por água contaminada . Esta descoberta influenciou a saúde pública e a construção de melhores instalações sanitárias a partir do século 19. Mais tarde, o termo "foco de infecção" seria utilizado para descrever lugares como a bomba d`água de Broad Street, em que as condições eram propícias para a transmissão de uma infecção.

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Fonte: http://www.udel.edu/johnmack/frec480/cholera/cholera2.html

Bombas d`água

Legenda:

Casos de Cólera

Fonte: http://www.udel.edu/johnmack/frec480/cholera/cholera2.html

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Fonte: http://www.udel.edu/johnmack/frec480/cholera/cholera2.html

Fonte: http://www.udel.edu/johnmack/frec480/cholera/cholera2.html

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INTRODUÇÃO (A Cartografia antes do SIG)

Mapa (mensagem)

R

RC

RU

Cartógrafo (emissor)

Usuário (receptor)

Informação de

fonte direta/indireta

Modelo mental do

mapa (criação da

mensagem)

Modelo imaginado

da Realidade

Percepção, imaginação,

conhecimento e

motivação

Percepção, conhecimento e

experiência

CO

NFE

CÇ

ÃO

DO

MA

PA

USO

DO

MA

PA

INTRODUÇÃO (A Cartografia hoje com o SIG)

R

RC

RU

Cartógrafo (emissor)

Usuário (receptor)

Mapa (mensagem)

Mapa (mensagem)

Mapa (mensagem)

Captura

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INTRODUÇÃO •  Questões que podem ser investigadas com SIG

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 5 anos atrás? “

INTRODUÇÃO •  Questões que podem ser investigadas com SIG

Roteamento “Qual o melhor caminho...” “Qual o melhor caminho para o metrô?”

Padrões “Qual o padrão....?” “Qual a distribuição da dengue em Fortaleza em comparação com o padrão de distribuição no Estado do Ceará?”

Modelos “O que acontece se ...?” “Qual o impacto regional se for feita transposição do Rio São Francisco?”

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INTRODUÇÃO •  Interdisciplinaridade

Muitas disciplinas acadêmicas estão envolvidas em todo o processo de funcionamento de um SIG o que leva a uma interrelação entre tais disciplinas, daí o termo interdisciplinaridade.

A árvore SIG - Jones (1997) representou esta interdisciplinaridade por meio de uma figura que ilustra uma árvore. Na qual, as raízes representam os fundamentos técnicos do SIG e, os ramos representam as aplicações SIG. A chuva que cai sobre a árvore são as fontes de dados, das quais as aplicações dependem.

!

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INTRODUÇÃO •  GIScience (Geographic Information Science)

Pode-se, portanto, considerar que o SIG são construídos a partir de conhecimentos de várias disciplinas acadêmicas que acabam por formar uma nova ciência interdisciplinar - Ciência da Informação Geográfica.

Esta nova Ciência da Informação Geográfica é, portanto, muito mais abrangente que o SIG, porque se constitui em sua base teórica. Assim, ela investiga não apenas questões técnicas, mas também, questões básicas do tipo:

“Como nós percebemos o espaço?”

“Como poderíamos melhor representar os conceitos espaciais, dadas às novas possibilidades abertas pelo avanço da tecnologia?”

INTRODUÇÃO •  Porque usar o SIG?

A manipulação de dados espaciais e informações de atributos correspondentes não é factível com métodos manuais, tão pouco a integração de diferentes tipos de dados para análise. A capacidade de executar análises espaciais complexas, rapidamente, determina vantagens, tanto quantitativas quanto qualitativas. Cenários de planejamento, modelos de decisão, detecção de mudanças, além de outros tipos de planos, podem ser desenvolvidos através de refinamentos resultantes de análises sucessivas.

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INTRODUÇÃO •  Porque usar o SIG?

Num contexto mais abrangente, o uso do SIG justifica-se ainda pelos seguintes aspectos: Melhoria da Integração Organizacional

Suporte a decisão

Produção de Mapas

INTRODUÇÃO •  Onde usar o SIG?

O SIG é aplicável nas mais diversas áreas, como por exemplo: ü  Transportes: gerenciamento de infra-estrutura viária e roteamento.

ü  Redes de Utilidades: gerenciamento da rede de saneamento, eletricidade, telefonia, etc.

ü  Gestão Urbana: controle de equipamentos urbanos, cadastro de imóveis, estudos do uso do solo e eficiência do sistema viário, etc.

ü  Geomarketing: mapeamento de clientes potenciais, análise da concorrência, distribuição da demanda, etc.

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INTRODUÇÃO •  Onde usar o SIG?

ü  Saúde Pública: análise da distribuição física de doenças, mapeamento de populações de risco, avaliação de fatores de risco, etc.

ü  Segurança Pública: mapeamento da criminalidade, planejamento de patrulhamento e operações especiais, etc.

ü  Agricultura: agricultura de precisão.

ü  Gestão Ambiental: monitoramento de APA (Áreas de Preservação Ambiental), manejo de fauna e flora, zoneamentos ecológicos-econômicos.

Risco de poluição ambiental. Fonte: STRINGUINI e WEBER, 2002. Aplicação em Gestão Ambiental

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Risco de Contaminação Nuclear. Fonte: ESRI (2012). Aplicação em Gestão Ambiental

!Mapa de Vulnerabilidade

Fonte: SILES, 2003

Aplicação em Gestão Ambiental

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!Mapa de Oportunidades

Fonte: SILES, 2003.

Aplicação em Gestão Ambiental

Fonte: http://www.feam.br/minas-rss-destinacao-sustentavel/panorama-de-destinacao-de-rss-2013

DESTINAÇÃO DOS RESÍDUOS SÓLIDOS URBANOS NO ESTADO DE MINAS GERAIS

Mapa de Resíduos Sólidos >> ver

Mapa de Resíduos dos Serviços de Saúde >> ver

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CONCEITOS GERAIS Mundo Real versus Modelo •  O mundo real é muito complexo para ser representado em

sua totalidade, em qualquer sistema de informações.

•  Em face desta impossibilidade, torna-se necessário criar um modelo do mundo real.

CONCEITOS GERAIS Paradigma dos 4 universos

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CONCEITOS GERAIS Paradigma dos 4 universos 1.  o universo do mundo real, que inclui as entidades da realidade a serem

modeladas no sistema;

2.  o universo matemático (conceitual), que inclui uma definição matemática (formal) das entidades a ser representadas;

3.  o universo de representação, onde as diversas entidades formais são mapeadas para representações geométricas e alfanuméricas no computador;

4.  o universo de implementação, onde as estruturas de dados e algoritmos são escolhidos, baseados em considerações como desempenho, capacidade do equipamento e tamanho da massa de dados. É neste nível que acontece a codificação.

CONCEITOS GERAIS Tipos de modelos...

!

O Modelo de Campos enxerga o espaço geográfico como uma superfície contínua, sobre a qual variam os fenômenos a serem o b s e r v a d o s s e g u n d o d i f e r e n t e s distribuições.

O Modelo de Objetos representa o espaço geográfico como uma coleção de entidades distintas e identificáveis.

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CONCEITOS GERAIS Elementos da representação espacial

!Fonte: JONES, C.B. Geographical information systems and computer cartography

MODELO VETORIAL

Ponto - um par de coordenadas x e y

(x1,y1)

Linha - uma seqüência de pontos conectados por segmentos de retas

Polígono - um conjunto fechado de linhas

nó

vértice

Feições vetoriais são definidas espacialmente por:

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MODELO VETORIAL

Ponto

Define localizações discretas de feições geográficas muito pequenas para serem representadas como linhas ou áreas.

Ex: poços, postes, marcos geodésicos, etc.

Linha Ex: rios, rodovias, curvas de nível, etc.

Representa a forma de objetos geográficos muito estreitos para serem apresentados como áreas.

Polígono Ex: limites políticos, edificações, corpos d`água, etc.

Figura fechada que representa a forma e a localização de feições homogêneas.

TOPOLOGIA

… é a parte da matemática que estuda as propriedades geométricas que não variam mediante uma deformação e especificamente o relacionamento espacial entre os objetos, como por exemplo proximidade e vizinhança.

O elemento lógico básico é o arco, uma série de pontos que se inicia e termina em um nó. O nó é um ponto de intersecção onde dois ou mais arcos se encontram. Um polígono é composto de uma cadeia fechada de arcos, que representam os limites de uma área. Uma das vantagens da estrutura topológica é que análises espaciais podem ser feitas sem uso dos dados de coordenadas espaciais.

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MODELO TOPOLÓGICO

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MODELO TOPOLÓGICO

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OPERAÇÕES TOPOLÓGICAS

Topological Relationships

Disjoint Interacts

Touches Divides Overlays

Within Contains Overlaps Equals

Hierarquia de Relacionamentos Topológicos

Disjunto Interage

Toca Divide Sobreposição

Dentro de Contém Parcialmente Sobreposto Igual

EXEMPLOS

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EXEMPLOS (CONT.)

MODELO MATRICIAL

A representação matricial consiste no uso de uma malha quadriculada regular sobre a qual se constrói, célula a célula, o elemento que está sendo representado.

A cada célula, atribui-se um código referente ao atributo estudado, de tal forma que o computador saiba a que elemento ou objeto pertence determinada célula.

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Número de Linhas

Número de Colunas (X,Y)

Tamanho da célula

NODATA

Definição de uma malha (grid) em um SIG

Célula origem da matriz

EXEMPLOS Representação Matricial de Pontos

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EXEMPLOS Representação Matricial de Linhas

EXEMPLOS Representação Matricial de Polígonos

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MODELO MATRICIAL pixel misto

O problema do pixel misto: células contendo mais que uma feição

Matricial

Vetorial

Mundo real

VETORIAL versus MATRICIAL

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VETORIAL versus MATRICIAL Vantagens e Desvantagens

Ente (Entidade/Objeto): -O que existe, o que é. -Ser, coisa ou objeto.

Atributo:

-Qualidade ou característica de um ente

ENTE ATRIBUTO ?

MODELAGEM Mundo Real versus Modelo

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- está na mente de quem observa - está associado a um propósito - está associado a uma representação da realidade

MODELAGEM Relevância do atributo

- É a medida do atributo

80 cm

MODELAGEM Dado

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MODELAGEM ENTE

ATRIBUTO (Espécie)

DADO (brachypelma auratum)

Exercício Defina quais Entes e Atributos você consideraria importante

para a avaliação do Impacto Ambiental para um empreendimento ferroviário??.

Discutir o AIA da pós na UNICAMP

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COMPONENTES DE UM SIG

Segundo Heywood (2002), um SIG engloba: •  Software (ex: Smallworld, ArcGIS, QGIS);

•  Hardware (ex: memória RAM, disco rígido, leitor de CD/DVD);

•  Banco de dados (ex: Oracle, Postgres, MySQL);

•  Componentes organizacionais: ü  Pessoas ü  Procedimentos.

COMPONENTES DE UM SIG softwares mais utilizados...

Privados: •  ArcGIS (ESRI); •  Smallworld (GE); •  GeoMedia (Intergraph)

Livres: •  QGIS; •  gvSIG; •  uDIG;

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1.  Representar graficamente informações de natureza espacial, associando a estes, gráficos e informações alfanuméricas tradicionais.

2.  Representar informações gráficas sob a forma de vetores (pontos, linhas e polígonos) e/ou imagens digitais (matrizes de pixels).

3.  Recuperar informações com base em critérios alfanuméricos, à semelhança de um sistema de gerenciamento de bancos de dados tradicional e com base em relações espaciais topológicas, tais como continência, adjacência e interceptação.

FUNCIONALIDADES DE UM SIG

4.  Realizar operações de aritmética de polígonos, tais como união, interseção e diferença. Gerar polígonos paralelos (buffers) ao redor de pontos, linhas e polígonos.

5.  Limitar o acesso e controlar a entrada de dados através de um modelo de dados, previamente construído.

6.  Oferecer recursos para a visualização dos dados geográficos na tela do computador, utilizando para isto uma variedade de cores.

FUNCIONALIDADES DE UM SIG

7.  Interagir com o usuário através de uma interface amigável, geralmente gráfica.

8.  Recuperar de forma ágil as informações geográficas, com o uso de algoritmos de indexação espacial.

9.  Possibilitar a importação e exportação de dados de/para outros sistemas semelhantes, ou para outros softwares gráficos.

10.  Oferecer recursos para a entrada e manutenção de dados, utilizando equipamentos como mouse, mesa digitalizadora e scanner.

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FUNCIONALIDADES DE UM SIG Algebra Boleana – operações boleanas

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FUNCIONALIDADES DE UM SIG Operações Espaciais – adjacência

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FUNCIONALIDADES DE UM SIG Operações Espaciais – continência

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FUNCIONALIDADES DE UM SIG Operações Espaciais – dissolução

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FUNCIONALIDADES DE UM SIG Operações Espaciais – buffer

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DÚVIDAS?

e-mail: luciano.barbosa@ifsuldeminas.edu.br

Fonte: BOLSTAD (2012).