PROF. ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS

Engenheiro Agrônomo - UFESMestrado em Meteorologia Agrícola – UFVDoutorado em Engenharia Agrícola - UFV

Capítulo 1

UNIVERSIDADE FEDERAL DOS ESPÍRITO SANTO – UFESCENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DA UFES – CCA-UFES

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL - ERU

Fundamentos TeóricosO final do século XX, sem sombra de dúvidas, está consagrado como a

era do gerenciamento disciplinado de informações

Tecnologia SIG x Microscópio e Computadores

Por que os dados originais a serem usados nos SIGs devem ser precisos?

Se o conjunto de dados, originalmente, for constituído de “lixo”, o produto derivado de operações realizadas em ambiente SIG

será um “lixo” organizado, portanto sem utilidade.

CLIQUE AQUI PARA VER FIGURA

Sistemas de informações geográficas - SIGs

1.1 DADOS ESPACIAISOs fenõmenos relacionados ao mundo real podem ser descritos de três maneiras:

ESPACIAL TEMPORAL TEMÁTICA

Quando a variação muda de lugar para lugar (declividade, altitude, profundidade do solo)Quando a variação muda com o tempo

(densidade demográfica, ocupação do solo)

Quando as variações são detectadas através demudanças de características (geologia, cobertura

vegetal)

Logo, estas três maneiras de se observar os fenômenos que ocorrem

na superfície da terra são, coletivamente, denominadas dados

espaciais (SINTON, 1978)

As descrições dos fenômenos relacionados ao mundo real podem ser arquivadas ora como dados, ora como

informações

DADOS INFORMAÇÃO

Conjunto de valores numéricos ou não que corresponde à descrição de fatos do

mundo real

Conjunto de dados que possui um determinado significado para um uso ou aplicação em

particular, ou seja, foi agregado ao dado um componente adicional, a interpretação

FATORES QUE DISTINGEM OS DADOS ESPACIAIS DOS DEMAIS DADOS

São relacionados a superfícies contíguas (Ex: superfícietopográfica, variação da temperatura, pressão, etc.)

Cada ponto contém coordenadas X, Y, Z, podendo terprecisão ilimitada

Dependência espacial, ou seja, a tendência da vizinhança influenciar uma determinada localização e possuir atributossimilares

Os dados espaciais estão distribuídos sobre a superfíciecurva da Terra

Os objetos ou condições do mundo real podem ser representados, discretamente, por:

PONTOS NÓSLINHAS

OU ARCOS CADEIASPOLÍGONOS

São áreas definidas por uma seqüência de linhas que nãose cruzam e se encontram em um nó, como, por exemplo,

uma unidade litológica ou uma área de ocorrência dedeterminado tipo de solo

Correspondem ao início ou fim de uma linha, ou àrepresentação do cruzamento de duas ou mais

linhas, como, por exemplo, foz de rios ou cruzamento de estradas

É um dado espacial formado por uma seqüência de pontosconectados, por exemplo, estradas e rios

Representam um tipo especial de linhas que correspondem aos segmentos lineares que definem os limites entre

polígonos, ou seja, uma linha que é compartilhada por dois polígonos, como por exemplo, limites

entre municípios ou fazendas

É um dado espacial que não possui área, é representadopor um único par de coordenadas e pode representar uma

determinada árvore, uma fonte ou temperatura

CONCEITOS IMPORTANTES

ESCALA:

Ex: Qual o significado escala de 1:50.000? 1cm no mapa = 50.000 cm, 500 m ou 0,5 km na superfície da terra

RESOLUÇÃO ESPACIAL:

Razão entre o comprimento ou área apresentada nomapa e o verdadeiro comprimento ou área existente na superfícieda terra.

Conteúdo do domínio geométrico

dividido pelo número de observações, normalizadas pela dimensãoespacial. O domínio geométrico representa a área coberta pelas observações.

Ex1: Se a área do Brasil é de, aproximadamente, 8,5 milhões dekm2 e existem 26 Estados, a resolução de um mapa que

represente os Estados será de:

sobservaçõe de número

áreaR km 572

26

km 10 5,8 26

R

Ex2: Se levarmos em consideração o número de municípios, no caso brasileiro nós temos 5.022 (dados de 1996), a resolução média de um mapa que represente os municípios será de:

sobservaçõe de número

áreaR km 41

022.5

km 10 5,8 26

R

Os dados espaciais, em diferentes ESCALAS e RESOLUÇÕES, podem ser codificados em:

RepresentaçõesDigitais

Disposição das entidades espaciais em papel

RepresentaçõesAnalógicas

Codificação das entidades espaciais emlinguagem binária, portanto em formato

adequado para serem armazenadas em computadores

Os processos envolvidos na transformação de dados analógicos em dados digitais são, coletivamente,

conhecidos como:

CAPTURA DE DADOS

ESCANERIZAÇÃODIGITAÇÃO

MANUAL

OBS1: a digitação manual é ainda amplamente usada, pelofato, da escanerização depender da qualidade dos mapasoriginais entre outros fatores.

OBS2:Como os dados espaciais correspondem sempre a uma generalização ou aproximação da realidade, eles contêm INCERTEZAS e IMPRECISÕES

As fontes de dados espaciais podem serconsideradas como:

PRIMÁRIASCorrespondem àquelas medidas diretamente no campo

SECUNDÁRIASCorrespondem àquelas derivadasde mapas e banco de dadospersistente

Representação VETORIAL e representação RASTER ou MATRICIAL

QUAL A DIFERENÇA ENTRE TECNOLOGIA E GEOTECNOLOGIA ????

TECNOLOGIA

GEOTECNOLOGIA

É a ciência dos meios (SCRUTON, 1982)

É a arte e a técnica de estudar asuperfície da terra e adaptar asinformações às necessidades dosmeios físicos, químicos e biológicos

OBS Fazem parte da geotecnologia o ProcessamentoDigital de Imagens (PDI), a Geoestatística e osSIGs

1.2. OS SUPORTES DOS SIGsPor que os SIGs é considerado uma ciência

MULTIDISCIPLINAR ???Por que para atenderem às expectativas dos usuários eà demanda da sociedade, necessitam de apoio de vários

campos do conhecimento humano, sendo eles:

CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO

GERENCIAMENTODAS INFORMAÇÕES

CARTOGRAFIA

GEODÉSIA FOTOGRAMETRIA TOPOGRAFIA

PROCESSAMENTODIGITAL DE IMAGENS

DEMAIS CAMPOS DO CONHECIMENTO...

Complexidade

do uso

Complexidade

do software

software

hardware

TEMPO TEMPO

CO

MP

LE

XID

AD

E

CU

ST

O

EVOLUÇÃO DAS RELAÇÕES DE CUSTO, TEMPO E COMPLEXIDADE ENTRE SOFTWARE E

HARDWARE

CARTOGRAFIA: Conjunto de operações científicas, artísticas etécnicas produzidas a partir de resultados de observações diretas ou de explorações de documentação, tendo em vista a elaboração de cartas e plantas.

MAPA: Segundo a ABNT, mapa é a “representação gráfica em, geral, em superfície plana, numa determinada escala, com aRepresentação de acidentes físicos e culturais da superfície da Terra, de um planeta ou de um satélite”.

QUAL O MAPA MAIS ANTIGO QUE SE TEM NOTÍCIA??

É o mapa de Ga-Sur, feito na Babilônia. Eraum tablete de argila cozida com tamanho de7 cm x 8 cm, datado aproximadamente de2400 a 2200 a.C. Representava um vale, presumivelmente o do rio Eufrates, e foi

concebido para resolver problemas militares

CARTAS: “Representação dos aspectos naturais e artificiais daTerra, destinadas a fins práticos da atividade humana, permitindoa avaliação precisa de distâncias, direções e localizações.

MAPAS TEMÁTICOS:de solos, de rochas etc., que possuem características determinadas.O tema pode ser:

São mapas específicos, como mapas de

Qualitativo Quantitativo

Classes de soloProfundidade do lençol freático, espessura de solos etc.

MAPAS POLITEMÁTICOS

Mostram informações qualitativas e quantitativas sobre mapas, por exemplos, mapas de solo mostrando o

resultado da produção agrícola.

DEFINIÇÕES IMPORTANTES

GEODÉSIA

FOTOGRAMETRIA

TOPOGRAFIA

SENSORIAMENTOREMOTO

Observa e mede a forma e o tamanho do planeta Terraou parte dele e determina a exata localização dos pontossobre a superfície.

É a ciência que produz medidas confiáveis através da Fotografia, normalmente aérea, sendo utilizadas emMapeamentos e levantamentos.

Fornece técnicas para determinar a área de qualquer porção da superfície terrestre, além de comprimento e direção de linhas e o contorno de superfície.

Tecnologia que obtém medidas de objeto sem tocá-lo fisicamente e oferece um vasto arsenal de produtos caracterizados por imagens de diferentes resoluções espaciais e espectrais.

ALGUMAS APLICAÇÕES DOS SIGs

Planejamento urbano

Engenharia civil

Governo

Segurança

Infra-estrutura

Vigilância sanitária

Detalhes da aplicação

Planejadores urbanos necessitamde informações detalhadas sobre a distribuição da terra e recursos

nas cidades

Planejamento urbano

Os engenheiros civis necessitamplanejar estradas, canais e

barragens e estimar o custo de remoção de terra

Engenharia civil

Os governos precisam saber adistribuição espacial dos hospitais,

das escolas, da segurança

Governo O departamento de polícia precisa saber os níveis de segurança

das cidadesSegurança

A enorme quantidade de infra-estrutura, como água, gás,

eletricidade telefonia, esgotoe lixo, Necessita ser registrada

e gerenciada.

Infra-estrutura

A vigilância sanitária pode ser gerenciada através do uso de

geografia em processos epidemiológicos, como foi utilizada na Inglaterra no

século XIX.

Vigilância sanitária OUTRAS APLICAÇÕES

DEFINIÇÕES IMPORTANTES

SISTEMA

INFORMAÇÕES

SISTEMA DEINFORMAÇÕES

É o conjunto de elementos entre os quaishaja alguma relação. Um exemplo é o ônibus,pois todos os componentes atuam juntos para

proporcionar um meio de transporte ágil e seguro.

Correspondem à derivação da interpretação de dados, os quais são representações simbólicas

de certas características (BENYON, 1990)

É uma cadeia de operações que nos remete a planejar a observação e a coleção de dados,

para armazená-los, analisá-los e usar as informações derivadas em algum processo

de tomada de decisão (CALKINS & TOMLINSON, 1977)

1.3. Definição de SIG

Ducker (1979)

Ozemoy, Smith e Sicherman (1981)

Burrough (1981)

Devine e Field (1981)

Opershaw (1987)

DOE (1979)

Smith et al.(1987)

Parker (1988)

Cowen (1988)

FICC (1988)

Parent (1988)

Hanigan (1988)

Aronoff (1989)

Carter (1989)

Koshkariov, Tikunov e Trokimov (1989)

Star e Estes (1990)

Goodchild (1991)

DEFINIÇÃO COMPLETA

Ducker (1979)

Um caso especial de sistemas de informações, no qual o banco dedados consiste em informações sobre características distribuídasespacialmente, atividades e eventos, os quais são definidos no

espaço como pontos, linhas ou áreas.

Ozemoy, Smith e Sicherman (1981)

Um elenco de funções automáticas que fornece aos profissionais, com avançada capacidade, o armazenamento, recuperação,

manipulação e exibição de dadosgeograficamente definidos.

DEFINIÇÃO COMPLETA

Os SIGs necessitam usar o meio digital, portanto o uso intensivo da informática é imprescindível; deve existir uma base de dados

integrada, estes dados precisam estar geo-referenciados e comcontrole de erro; devem conter funções de análises destes dados

que variem de álgebra cumulativa (operações tipo soma, subtração,multiplicação, divisão etc) até álgebra não cumulativa (operações

lógicas)

1.4. Inter-relações entre SIG, CADD, SGBD, SMDE e SR

CADD: O CADD (Projetos de desenhos assistidos por computador) foiconcebido para desenhar objetos e possui ligações rudimentares combanco de dados (NEWELL & THERIAULT, 1990). Estes sistemas possuem poucas informações sobre topologia.

SGBD: O SGBD (Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados)são aplicativos otimizados para armazenar e recuperar dados nãográficos.

SR: O SR (Sensoriamento Remoto) é definido como um conjunto detécnicas que tem como objetivo específico medir características físicasde um objeto sem tocá-lo.

SMDE: O SMDE (Sistemas de Modelos Digital de Elevação)representam os dados espaciais de forma contínua em um espaçogeográfico determinado.

TODOS ESSES SISTEMAS SÃO PRECUSORES DOS SIGs E SÃO, DE CERTA FORMA, INTER-RELACIONADOS

VEJA FIGURA

SMDE

SR

CADD

SGBD

SIG

Inter-relações entre as tecnologias SGBD, SMDE, SR, CADD e SIG

Os elementos básicos de um SIG são:

Os equipamentos HARDWARE

Os aplicativos SOFTWARE

O pessoal especializado PEOPLEWARE

O banco de dados DATAWARE

Obs: 70% do custo de implementação de um SIG refere-se à montagem de uma base de dados

Componentes Básicos do SIGComponentes Básicos do SIG

Mundo Real

Coleção de Dados

Fonte de Dados

Gerenciamento de Dados

Análise e Envio de dados

Análises

Usuários

Tomada de decisão

CICLO SIG

Componentes de InformáticaComponentes de Informática

Os componentes gerais de informática Os componentes gerais de informática necessários para um SIG são:necessários para um SIG são:

1. Equipamentos de Entrada1. Equipamentos de Entrada

- Facilitar a entrada dos dados no SIG- Facilitar a entrada dos dados no SIG

Componentes de InformáticaComponentes de Informática

Os componentes gerais de informática Os componentes gerais de informática necessários para um SIG são:necessários para um SIG são:

2. Processamento2. Processamento

- Computadores e Microcomputadores- Computadores e Microcomputadores

Componentes de InformáticaComponentes de Informática

Os componentes gerais de informática Os componentes gerais de informática necessários para um SIG são:necessários para um SIG são:

3. Saída3. Saída

-Decodificam os dados em informação que pode -Decodificam os dados em informação que pode ser entendida pelo usuário.ser entendida pelo usuário.

Plotters e impressorasPlotters e impressoras

Módulos de Programa de AplicaçãoMódulos de Programa de Aplicação

Um SIG é dividido em quatro subsistemas:Um SIG é dividido em quatro subsistemas:

1)1) EntradaEntrada

2)2) Gerencia de dadosGerencia de dados

3)3) Análise Análise

4)4) SaídaSaída

vejaveja

vejaveja

vejaveja

vejaveja

EntradaEntrada

Coletar e obtenção dados espaciais e não Coletar e obtenção dados espaciais e não espaciaisespaciais

Montagem do banco de dados

voltarvoltar

Gerência de DadosGerência de Dados

Organizar a base de dados de modo a permitir Organizar a base de dados de modo a permitir sua recuperação, atualização e ediçãosua recuperação, atualização e edição

Uma dimensão

Duas dimensões

Sem dimensão

voltarvoltar

AnáliseAnálise

Usa o potencial dos computadores para medir, Usa o potencial dos computadores para medir, comparar e descrever o conteúdo do banco de comparar e descrever o conteúdo do banco de dados. Podem ser divididas em:dados. Podem ser divididas em:

FERRAMENTAS – Consulta a base de dados•Refere-se as perguntas sobre as informações armazenadas.QUE TIPO DE SOLO EXISTE EM TAL LOCAL??A ÁREA É DE QUE TIPO DE LATOSSOLO ???AS ÁREAS DE LATOSSOLO ENCONTRAM-SEA MENOS DE 100 M DOS CORPOS D’ÁGUA??

FERRAMENTAS – Álgebra de mapa- Combinar mapas de acordocom uma equação matemá-tica

FERRAMENTAS – Operadores de distância-A distância euclidiana e distância custo são duasprincipais formas de análise

FERRAMENTAS – Operadores de Vizinhança-O especialista cria novas informações espaciais-Geração de modelos numéricos de terrenos e filtro digital

OPERAÇÕES DISPONÍVEIS – Consulta ao bancode dados-Selecionam-se diversas combinações de variá-veis para análise- Não acrescenta-se novas informações

OPERAÇÕES DISPONÍVEIS – Geração de novosmapas -Permite a combinação de componentes selecio-nados do banco de dados para produzir novosmapas-EX: Mapa de distancia fluvial a partir de um comrede hidrográfica

OPERAÇÕES DISPONÍVEIS – Modelagem-O banco de dados nãorepresenta apenas o ambiente,mas é seu modelo em escala-Entender o mundo de maneira mais simplicista

voltarvoltar

SaídaSaídaComo dos dados são apresentados aos Como dos dados são apresentados aos usuáriosusuários

Mostrar toda a base de dados ou parte dela em Mostrar toda a base de dados ou parte dela em forma de tabela, gráfico ou mapasforma de tabela, gráfico ou mapas

PróximoPróximo

Módulos de Programa de AplicaçãoMódulos de Programa de Aplicação

InterfaceInterface

É o principal meio de comunicação entre o É o principal meio de comunicação entre o usuário e o sistemausuário e o sistema

Torna atividades complexas em procedimentos Torna atividades complexas em procedimentos especializados (menu)especializados (menu)

Interface gráfica SPRING

Recursos HumanosRecursos Humanos

Responsável por definir projetos, implementar, Responsável por definir projetos, implementar, usar e prestar assistências ao SIGusar e prestar assistências ao SIG

Exige pessoas treinadas e conhecedoras das Exige pessoas treinadas e conhecedoras das funcionalidades do sistemafuncionalidades do sistema

Garbage In, Garbage OutGarbage In, Garbage Out

Sai lixoorganizado

Entra lixo

Recursos HumanosRecursos Humanos

Níveis de interação das pessoas com o Níveis de interação das pessoas com o sistema:sistema:

Usuários:•São pessoas treinadas em SIGDigitalizaçãoChecagem de errosAnálise dos dados brutosSaída final da análise

Operadores:•Operações diárias do sistema•Colocação do sistema em funcionamento caso haja alguma interrupção•Realizam o treinamento dos usuários•Geralmente começaram suas atividades comousuários

Proprietários do Sistema:•Instituição financiadora Departamento universitárioEmpresa pública ou privada•Devem acreditar no potencial do SIG

Recursos HumanosRecursos Humanos

Colaboradores externos ao SIGColaboradores externos ao SIG

Fornecedores do sistema:•Assistência ao cliente e atualizações no sistemaOferecem cursos preparatóriosCompetição entre fornecedores

Fornecedores de dados:• Empresas públicas, privadas ou usuários• Maior fornecedor de dados do Brasil: IBGE• Geralmente as empresas públicas colocam osdados a disposição dos usuários

Desenvolvedores de aplicação:•São programadores treinados com capacidade de intermediar com usuários e desenvolver aplica-ções (Macrolinguagem)•Desenvolvem aplicações com uma ou mais fun-ções no sistema

Analista de SIG:•Definição dos objetivos do SIG na empresa•Ajustes necessários para tornar o sistema maiseficiente

LOCALIZAÇÃO

CONDIÇÃO

TENDÊNCIA

ROTA

PADRÃO

SIMULAÇÃO

MODELAMENTO

O que está em...?

Onde está...?

O que mudou...?

Qual o melhor caminho...?

Qual a melhor variável...?

Ocorrendo um evento...

Se ocorrer...

Questões básicas a serem respondidas por um SIG (modificado de RHIND, 1990)

Objetivos suplementares de um SIG:

Produzir mapas de maneira muito mais rápida

Baratear o custo de produção de mapas

Facilitar a utilização de mapas

Produzir mapas mais elaborados

Possibilitar a automação da atualização e revisão

Revolucionar a análise quantitativa de dados espaciais

Os principais tipos de saídas de um SIG são:

TEXTOS GRÁFICOSDADOS

DIGITAIS OUTROS

Tabelas, listas, números frases em resposta a determinadas perguntasMapas, imagens no monitor

Dados para serem transmitidos via rede ou serem armazenados em determinados

meios magnéticos ou óticosSons e imagens em 2,5-D

1.5. Introdução aos computadores

Os dados no ambiente dos computadores são codificados,manipulados e armazenados para serem usados

sob duas condições, por exemplo:

sim/não aberto/fechado ligado/desligado falso/verdadeiro

Na terminologia dos computadores, as duas condiçõessão representadas por notações binárias através

do uso de 1 (um) e 0 (zero)

Cada dígito binário é chamado de bit e a complexidade dos circuitos dos computadores é sempre descrita em termos de número de bits que pode

ser transmitido simultaneamente

OBS1: Atualmente, os computadores pessoais (personal computer – PC)

usam 8, 16, 32 e 64 bits.

OBS2: Um grupo de 8 bits é chamado de byte, que é a unidade padrão de

medida de dados nos computadores.

Para a notação binária, os 8 bits são numerados de 0 até 7 a partir da direita, assim o número 255 e 0 são representados

por 111111111 e 00000000, respectivamente.

EXEMPLO PRÁTICO

Qual o significado dos dígitos binários 01001011?

1212021202021202 01234567 =7510Ou

"1 ","2 ","4 ","8 ","16 ","32 ","64 " ,"128 " simsimnãosimnãonãosimnão

12864 =7510

Definições importantes

Hardware: Refere-se a qualquer dispositivo físico como parte de um sistema computacional. Compõem-se essencialmente de:

Unidade central de processamento - CPU

Unidades de armazenamento

Monitores

Plotters

Impressoras

Scanners

Exemplos

Unidade central de processamento - CPU

A CPU recebe as instruções e as executaprocessando os dados conforme foi estabelecido por um programa em

particular e é o elemento fundamentalde um computador.

Unidades de armazenamento

As principais uniidades de armazenamentosão discos magnéticos e discos óticos:

Disquetes: 1,4 Mb Fitas de áudio digital (DAT) de 4 mm e 8 mm:

2 a 8 Gb Fitas streamers: 60 a 150 Mb. Disco Rígido (HD): 100 Mb a 100 Gb

Clique aqui para verFiguras

DISCOS MICROPROCESSADOR

DISPOSITIVOS DE ENTRADA

Os SIGs são usualmente aceitos como sendo uma tecnologia

que possui o ferramental necessário para realizar análises com

dados espaciais e, portanto, oferece, ao ser implementada,

alternativas para o entendimento da ocupação e utilização do

meio físico, compondo o chamado universo da GEOTECNOLOGIA,

ao lado do Processamento Digital de Imagens (PDI) e da

Geoestatística

A TECNOLOGIA SIG está para as análises geográficas,

assim como o MICROSCÓPIO, o TELESCÓPIO e os

COMPUTADORES estão para outras ciências (Geologia,

Astronomia, Geofísica, Administração, entre outras

LIXO LIXO

Se os dados originais forem imprecisos, o produto final será um “lixo” organizado.

A definição apropriada para dados espaciais é que são elementos definidos pelas variáveis X, Y e Z,

possuem localização no espaço e estão relacionados a determinados Sistemas de Coordenadas, como, por exemplo, a projeção de Mercator, longitude-latitude, e

que a eles podem estar associadas infinitas características ou atributos. Assim, a um determinado dado espacial podem estar relacionado, por exemplo,

temperatura, tipo de rocha, solo, vegetação, porosidade, profundidade, ou seja, um número infinito

de variáveis

Planejamento

ArquiteturaGerenciamentoTerritorial

Engenharia Florestal

PlanejamentoMilitar

Gerenciamentode

Infra-Estrutura Gerenciamentode Recursos

Hídricos

Geologia e

Geofísica

Análise Ambiental

Seleção de locais para

Empreendimen-tos

NÚCLEODO SIG

Geração de

informação

Gerenciamento

Análise Ambiental

Estruturação de Dados

Aquisiçãoe armaz.

de Dados