sumário 1 introdução – aplicações não-convencionais 2 bd orientado a objetos e...

Sumário

1 Introdução – Aplicações Não-Convencionais2 BD Orientado a Objetos e Objeto-Relacional3 BD Temporal4 BD Geográfico5 XML e Banco de Dados

Banco de Dados Geográfico• BD convencional

– dados possuem atributos alfanuméricos que descrevem as suas características (atributos convencionais)

• BD geográfico– dados possuem

• atributos convencionais• atributos que descrevem a sua forma, indicam a sua

localização na Terra (sobre/sob) e a sua validade– repositório de fenômenos do mundo real que

são geo-referenciados– é componente de um SIG (Sistema de Informação

Geográfica) – ou GIS

SIG• Sistema utilizado para armazenar, analisar e

manipular dados geográficos• Diversos enfoques

– sistema de processamento de transações• ênfase na manipulação de dados

– exemplo: cadastro urbano

– sistema de suporte à decisão• ênfase em análises complexas, simulações e

tendências– exemplo: gestão de tráfego

– sistema de monitoração• análise de variáveis em áreas geográficas

– exemplo: nível dos rios, poluição do ar

Arquitetura de um SIGInterface

com o Usuário

Entrada e Integração de Dados

Funções de Processamento

Visualização e Plotagem

Armazenamento e Recuperação

BDG


com o Usuário





BDG

• interface gráfica (menus, ícones, ...)• permitir visualização de mapas e de atributos associados ao terreno• permitir manipulações de mapas e atributos - consultas e atualizações - análises espaciais - configurar parâmetros de visualização (escala, layers, ...)


com o Usuário





BDG

• baseia-se em mapas obtidos via técnicas de sensoriamento remoto - técnicas para registro de características do terreno sem haver contato entre o sensor e os objetos do terreno - exemplos: * sensores em satélites - captação baseada na quantidade e freqüência da luz * fotografias aéreas (fotogrametria) - fotos seqüenciais do terreno


com o Usuário





BDG

• quatro formas principais de entrada de dados: - caderneta de campo - digitalização em mesa - digitalização ótica - leitura de dados


com o Usuário





BDG

• caderneta de campo - levantamento (por escrito) de dados do terreno (topografia, tipo de solo, ...) - inserção manual no BDG - uso de GPS garante maior precisão da localização dos dados


com o Usuário





BDG

• GPS - Global Positioning System - sistema baseado em satélites para medição de coordenadas e altura em qualquer ponto da Terra - para maior precisão, a localização é determinada em função de informações obtidas de mais de um satélite - variam em precisão e funcionalidade: * transformações entre sistemas de coordenadas * visualização de mapas * inclusão de objetos . . .


com o Usuário





BDG

• digitalização em mesa - uso de uma mesa digitalizadora * trabalha sobre um mapa impresso - processo custoso e demorado * digitalização de linhas, ajuste de nós, identificação de atributos do terreno, ...


com o Usuário





BDG

• digitalização ótica - uso de scanners - processo semi-automático * utiliza algoritmos de conversão para o formato vetorial * pode requerer correção manual


com o Usuário





BDG

• leitura de dados - importação e/ou integração de grandes volumes de dados coletados e cadastrados por instituições * INPE, centros de cartografia do Exército, ...


com o Usuário





BDG

• análise geo-espacial• processamento digital de imagens - operações de contraste, realce de cores, ...• modelagem numérica do terreno - geração de mapas de declividade, cálculo de volumes, ...• operações sobre redes - caminhos ótimos, inclusão de nós, ...


com o Usuário





BDG

• componente responsável porapresentações gráficas - controla a visualização de imagens de mapas 2D/3D e/ou vetorial - resultados analíticos (gráficos de linhas ou de barras, distribuição de um fenômeno – pontos de ocorrência, ...) - plotagem (impressão) * definição da área a ser impressa * colocação de legendas, textos explicativos e medidas


com o Usuário





BDG

• BDG - definição, armazenamento e manipulação de dados geográficos

Dado Geográfico • Dado espacial

– possui uma dimensão espacial • 2D: linear, poligonal, ... • 3D: sólido • exemplos: estrutura atômica, peça mecânica, ...

• Dado geográfico– é um dado espacial geo-referenciado

• possui uma localização sobre a superfície terrestre em um certo instante ou intervalo de tempo

• exemplos: área urbana 2D, área de relevo 3D, ...– componentes

• convencional, espacial, pictórico e temporal

Dado Geográfico - Componentes• Componente convencional

– propriedades alfanuméricas

código: Lg 425tipo: praçanome: XV de novembrodescrição: . . .

Dado Geográfico - Componentes• Componente espacial

– propriedades de localização geo-espacial

forma: poligonoFechadolocalização: { L1: (78,53),(86,73), . . . L6: (88,46), (78,53) }fronteiras: { (Lg 426, L6), (Lg 067, {L1, L2}) ...}

L1

L2

L5L6

L3

L4

Dado Geográfico - Componentes• Componente pictórico

– propriedades gráficas (imagens)

imagem: FpolisCentro.jpgtamanho: 520Kreferência: {P1: (27o35’ S, 45o50’ W)P2: (27o18’ S, 45o01’ W) }

Dado Geográfico - Componentes• Componente temporal

– propriedades relativas à validade do dado

dataColeta: 27/05/03válidoPor: 2 anos

OU

TI: 27/05/03TF: 27/05/05

Modelos de Dados Geográficos • BDG suporta dois modelos complementares

– modelo de campo– modelo de objeto

• Modelo de campo (modelo raster)– região geográfica é vista como uma superfície

contínua– cada ponto da região descreve uma ou mais

propriedades do terreno– ênfase na análise de características do terreno e

não na identificação de objetos neste terreno• representação de layers

Modelo de Campo - Raster• Exemplo

– modelagem de layers relevo e vegetaçãorelevo: planíciealtitude: 5mvegetação: arbusto

relevo: planíciealtitude: 15mvegetação: duna

relevo: planaltoaltitude: 350mvegetação: floresta

Modelo de Campo - Raster• Célula

– conjunto de um ou mais pixels– define uma área na qual todos os pontos do

terreno possuem as mesmas propriedades• permite a modelagem de áreas relevantes da região

geográfica– abstração de características comuns de vários pontos do

terreno em um único conceito (célula)

– células em geral são homogêneas • possuem a mesma forma, área e são contíguas• facilita a determinação dos seus limites

Modelo de Campo - Células

relevo: planíciealtitude: 15mvegetação: duna



Modelo de Objeto • Também chamado de modelo vetorial• Características

– região geográfica é vista como uma superfície ocupada por objetos geométricos identificáveis, não necessariamente disjuntos

• objetos pontuais, lineares, poligonais, ou mesmo uma combinação destes elementos geométricos

– objetos não estão necessariamente associados a características do terreno

– ênfase na identificação de objetos no terreno e não na análise de propriedades contínuas no terreno

Modelo de Objeto - Vetorial• Exemplo

– mapa urbano mercado público

rua dos ilhéus

clube 12 de agosto

peixaria Guimarães

Campos e Objetos • Podem ter múltiplas representações

– depende de fatores de escala ou visões desejadas por diferentes aplicações

• exemplo: célula ou polígono transforma-se em ponto– problemas

• modelagem mais complexa, comportamentos diferentes em função da representação

• Possuem relacionamentos topológicos– exemplos

• A vizinho B (de células e objetos), A contido em B, A disjunto B, ...

Mapa Temático (Layer)• Ênfase na análise contínua de um tema

– exemplos: vegetação, uso do solo, ...• Região geográfica

– pode estar particionada em polígonos (vetorial)• cada polígono engloba um valor dentro do tema

– pode ser uma imagem raster• variações no tema: cor, intensidade de brilho, ... do pixel

uso do solocafé

alface

milho

Redes• Ênfase na identificação de recursos que fluem

na região geográfica– redes de utilidade pública (água, luz, telefone, ...)– representação na forma de grafo

• noção de arco (pode ser orientado) e nó (ligação)

rede telefônica

caixa terminalponto de linhanó na rede

Modelos Numéricos do Terreno• Ênfase na análise numérica de uma

característica que varia continuamente– exemplos: mapas topográficos e demográficos

• Formas de representação– isolinhas

• linhas rotuladas com o valor da característica• valores de pontos fora das linhas são estimados

– grades• áreas com um valor estimado da característica• formas retangulares ou triangulares

Modelos Numéricos do Terreno

300

0

350370

10

15

mapa topográficoem isolinhas

22 60 51

82 67 88 40

77 74 33 71

49 64 98 59 22 20 69

74 97 98 85 52 22 27 79 69

41 57 86 87 58 25 31 78 63

11 37 48 73 31 37 67 42 11

23 69 34 63 69 70 23

47 68 75 71 59 65 54

23 57 17 49 58 50

mapa demográficoem grade retangular

0

BD Queimadas - INPE • www.dpi.inpe.br/proarco/bdqueimadas• Consultas

– qual o estado brasileiro com o maior número de focos de queimadas no momento (captados pelo satélite NOAA 12 Noite) e a quantidade de focos? (visualize também os focos graficamente)

– qual o município do Maranhão com maior número de focos?– qual é o satélite que consegue captar mais focos no Brasil inteiro?– qual o tipo de vegetação que apresentou o maior número de focos

na segunda quinzena de outubro?– qual é o estado brasileiro com maior número de focos ocorrendo

em vegetação Ombrofila Aberta e o município campeão em número de focos neste estado?

– qual o total de focos por semana no mês de novembro de 2003 no estado do Pará?

– visualize as áreas de desmatamento nos anos de 2000 e 2001 nos municípios que são capitais de estados da região Norte do Brasil

Operações em um BDG

• Análise geo-espacial• Atualização de dados• Consulta a dados• Visualização de dados

Análise Geo-Espacial • Conjunto de funções aplicadas sobre um

mapa ou objetos deste mapa– principal diferencial operacional em relação a

outros BDs não-convencionais• Finalidades das operações de análise

– validação da entrada de dados– transformação do mapa ou de seus objetos– existência de relacionamentos topológicos– busca de informação geométrica e/ou estatística– visualização de mapas

Classificação de Operações • Captura

– validam um processo de digitalização e vetorização de um mapa

• Transformação– produzem novos mapas como resultado

• Topológicas– analisam a existência de relacionamentos topológicos

• Métricas– realizam processamentos baseados no conceito de

distância• Estatísticas

– produzem valorações (analisam tendências) baseadas em propriedades convencionais, espaciais e/ou temporais

Captura - Exemplos• Detecção de erros

– validação de um processo de vetorização• arcos sem conexão, polígonos não-fechados, ...

• Combinação de mapas– ajuste (da topologia) de bordas de mapas que

representam regiões vizinhas• Junção

– definição de objetos complexos a partir de objetos mais simples

• exemplo: polígono formado por pontos ou linhas

Transformação – Exemplo 1• Mudança de escala

– dados vetoriais• técnicas de generalização

– substituição de pares de pontos vizinhos pelo ponto médio

– dados raster• técnicas de agregação

– geração de células a partir da junção de células menores

Transformação – Exemplo 2• Overlaying (cobertura)

– sobreposição de um ou mais temas• deseja-se uma análise de correlações, tendências, ...

– dados raster• overlay centrado na localização

– valor da célula resultante é uma função dos valores das células dos temas combinados

• overlay centrado no tema– mantém-se as células definidas para um certo tema, sendo

os valores dos demais temas estimados no contexto destas células

Overlaying - Exemplos

floresta

campo

cerrado

Vegetação

Altitude

500m

700m

overlay delocalização

floresta com 500m

campo com 500m

cerrado com 500m

cerrado com 700moverlay do tema

Vegetação

floresta – altitudemédia: 500m

campo – altitudemédia: 500mcerrado – altitudemédia: 600m

Operações Topológicas • Importante categoria analítica

– base para várias consultas geográficas• verificação de relacionamentos espaciais

• Topologia– estudo das propriedades geométricas que

permanecem invariantes sob deformação• independem de fatores como escala, projeção, etc

– projeção: representação da superfície terrestre sobre uma superfície plana

» produz deformação

Operações Topológicas • Operações sobre objetos geométricos

– definidos a partir das noções de fronteira e interior

A B A BA B

A disjunto B ?

A B A BA B

A adjacente (toca) B ?

BA

A B

A sobrepõe B ?

BA A

ABB A B

Operações Topológicas - Exemplos A A B

AB

B está contido em / cobre A ?

A

B B cruza A ?B

A

B

AB

B acima (N) / abaixo (S) / ao lado (L/O/ Esq / Dir) de A ?

B

A

A

B A

B

A A BA

B

B sobre / sob A ?

B

Operações Métricas

• Baseadas na noção de distância sobre um sistema de coordenadas

• Tipos de retorno– valores numéricos

• exemplo: distância– objetos geográficos

• exemplo: raio de alcance

Operações Métricas - Exemplosdistância A-B

A Acomprimento/perímetro A

B

AA B

área/volume A

A B

CB

caminho ótimo A B

Ar

A A

raio de alcance

A B

A B

Operações Estatísticas • Análise de propriedades convencionais

associadas a uma região geográfica • Exemplos

– contagem de freqüência e histograma• distribuição de valores

– análise de correlação• comparação de propriedades em uma região

– análise de dispersão• análise de distribuição de um fenômeno em uma região

população

regiãoSE SCE

Imóvel < 1000 < 2500 < 5000Próprio 1544 3456 6898

Alugado 5876 3780 2099

ocorrências de crimes

Operações em um BDG• Análise geo-espacial• Atualização de dados• Consulta a dados• Visualização de dados

Atualização de Dados Geográficos

• Modificação de componentes convencionais e temporais– via comandos de atualização do BDG (DML)

• Modificação de componentes espaciais e pictóricos– cargas periódicas de mapas e identificação de

instâncias de campos e objetos• em alguns casos, é possível a atualização da

geometria de instâncias via comandos DML– exemplo: inclusão de um hospital no mapa de Fpolis,

definindo também o polígono que o delimita no terreno

Consulta a Dados Geográficos• Diferenças em relação a BDs convencionais

– critérios de seleção espacial• uso de funções de análise geo-espacial• uso de linguagens textuais estendidas

– seleção baseada em apontamento• manipulação direta de mapas para fins de consulta• uso de interfaces gráficas e linguagens visuais

– resultados textuais, gráficos ou mistos• propriedades convencionais associadas ao seu

posicionamento geográfico– certas consultas só tem sentido se o resultado for misto

» exemplo: onde ficam as cidades de SC com mais de 100.000 habitantes?

Linguagens de Consulta para BDG• Extensões do SQL, em geral

– várias propostas• SQL/MM, GeoSQL, Spatial SQL, SF-SQL, ...

– permitem todos os tipos de resultados• Exemplo 1 (SF-SQL)

– critério de seleção espacial e resultado textual

select c1.nomefrom c1 Cidade, c Cidadewhere c.nome = “Florianópolis”and c.geometria.DISTANCE(c1.geometria)< 50

Linguagens de Consulta Textuais• Exemplo 2 (GeoSQL)

– critério de seleção espacial e resultado misto

select TMunicipio mfrom LayerUrbano of MapaSCwhere ((m.população >= 50000)

and (m.Area() > 1000)and (m CROSS

select TRio r from LayerHidrografia of MapaSC

where (r.nome = “Itajaí-Açu”)))

indicação do mapa no qual deve ser exibido o resultado

Linguagens de Consulta Textuais• Exemplo 3 (Spatial SQL)

– critério de seleção espacial e resultado misto

set legendcolor blackpattern dashed

for select geometria from Via;

set window select Via.geometria, Via.nome

from Via, Cidade where Cidade.nome = “Florianopolis”

and Via.nome like “F*” and Via.geometria INSIDE Cidade.geometria

configuração deparâmetros devisualização

indicação de resultadográfico

Visualização de Dados Geográficos• Gerenciamento da apresentação de dados

– importante função de BDGs• Objetivo desta classe de operações

– apresentação de resultados de consultas– manipulação de objetos na tela

• facilitar a visualização de dados, pesquisa exploratória (browsing) e a construção de novas consultas

Visualização de Dados Geográficos• Funcionalidades principais

– visualização 2D e 3D– formulação iterativa de consultas– combinação de resultados de consultas– customização de apresentações de mapas– visualização simultânea de várias regiões

geográficas– operações especiais

• zooming, panning (translação), rotação, ...– apresentação de resultados estatísticos

• exemplo: análise de densidade demográfica– visualização através de análise de dispersão ou mapa de

isolinhas

Customização de Apresentações• Exemplo: mapa de Florianópolis

tema default:logradouros

objetos default:mercado público,IEE, ...

legendas default:nome e tipo dos logradouros

metáforas visuais:• avenidas

-linha dupla-cor marrom

• praças-interior com cor verde

. . .

Controles de Zooming• Representação dos dados muda• Alguns dados tornam-se invisíveis e outros visíveis• Zoom In / Zoom Out

– escopo de objetos passíveis de consulta muda• exemplo: zoom In Brasil SC

– consulta apenas a objetos geográficos em SC

• Zoom Out – aplicação de técnicas de omissão de detalhes

• generalização

• filtragem de objetos e legendas– evitar excesso e/ou sobreposição de informações no mapa

sumário 1 introdução – aplicações não-convencionais 2 bd orientado a objetos e...

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