universidade federal de viÇosa engenharia civil … · • um sig possui 5 elementos básicos, que...

Lúcia [email protected]

UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIUNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇÇOSAOSAENGENHARIA CIVILENGENHARIA CIVILEAM 451 Sistema de InformaEAM 451 Sistema de Informaçção Geogrão Geográáficafica

SistemaSistema de Informade Informaçção ão GeogrGeográáficafica

A A visão globalizadavisão globalizada das questões ambientais tem das questões ambientais tem contribucontribuíído para uma crescente demanda por do para uma crescente demanda por

informainformaçções cartogrões cartográáficas e descritivas,ficas e descritivas,

obtidas em ritmo cada vez mais intenso graobtidas em ritmo cada vez mais intenso graçças as ààs ts téécnicas apoiadas por computadores e cnicas apoiadas por computadores e ààs s

imagens obtidas por sensores orbitais.imagens obtidas por sensores orbitais.

11 IntroduIntroduççãoão

O avanO avançço dao da informinformáática tica tantotanto em termos em termos de de hardwareshardwares quantoquanto de de softwaressoftwares

tem permitido o armazenamento e manipulatem permitido o armazenamento e manipulaçção ão eficientes de grandes volumes de dadoseficientes de grandes volumes de dados

a custos relativamente baixos.a custos relativamente baixos.


Imagens obtidas por Imagens obtidas por sensores orbitaissensores orbitais tornaramtornaram--se se ferramentas indispensferramentas indispensááveis na anveis na anáálise e lise e

monitoramento (monitoramento (multitemmultitemááticosticos e e multitemporaismultitemporais) ) de fenômenos naturais, devido a suas de fenômenos naturais, devido a suas

caractercaracteríísticas de sticas de repetitividaderepetitividade e periodicidade.e periodicidade.


DefinidoDefinido como o resultado da como o resultado da integraintegraçção de tecnologiasão de tecnologias de de informinformáática, mapeamento e sensoriamento remoto.tica, mapeamento e sensoriamento remoto.

Tecnologias envolvidas no Geoprocessamento :Topografia e Cartografia Automatizada; Posicionamento por Satélite (GPS); Sensoriamento RemotoSensoriamento Remoto;Processamento Digital de Imagens;Processamento Digital de Imagens;Sistemas de InformaSistemas de Informaçções Geogrões Geográáficas ficas ;;Modelagem Digital do TerrenoModelagem Digital do Terreno;;

GeoprocessamentoGeoprocessamento


O termo Geoprocessamento é um conceito mais global, relacionado às atividades de sensoriamento remoto, cadastros e outros tipos de pesquisa e investigações de campo para capturar dados. SIG é a manipulamanipulaççãoão desta informação conectada a um banco de dados geográficos, que possui dados espaciais e de atributos.

O Geoprocessamento pode ser usado para montar o banco de dados; para manipular, organizar e atualizar as informações usamos SIG. Na grande maioria dos países o SIG é considerado como parte final do Geoprocessamento.

RelaRelaçção ão GeoprocessamentoGeoprocessamento / SIG/ SIG


GeomáticaGeomGeomááticatica

Sensoriamento remoto

Sensoriamento Sensoriamento remotoremoto

InformáticaInformInformááticaticaGeoCiênciasGeoCiênciasGeoCiências

EngenhariasEngenhariasEngenharias

GeografiaGeografiaGeografia

GeologiaGeologiaGeologia

HardwaresHardwaresHardwares

SoftwaresSoftwaresSoftwares

"... o campo de atividades que usando uma abordagem sistemática, integra todos os meiosdisponíveis para adquirir e gerenciar dados referenciados espacialmente, requeridos como partede operações técnicas, científicas, legais e administrativas envolvidas no processo de produção

e gerenciamento de informação espacial.

Estas atividades incluem, mas não limitam, a Geodésia, a Fotogrametria, a Cartografia, osLevantamentos Topográficos, Cadastrais e Gravimétricos, e o Sensoriamento Remoto ..."


Sistemas de Informações Geográficas



Sensoriamento remoto

Sensoriamento Sensoriamento remotoremoto




22 Sistemas de InformaSistemas de Informaçções Geogrões Geográáficasficas

Visão geral

Histórico

SIG e outros sistemas de informação

Estrutura organizacional

Características gerais e sub-sistemas

Tendência tecnológica

Principais SIG e suas características

2.12.12.22.22.32.32.42.42.52.52.62.62.72.7

Um Um SIGSIG éé um sistema de informaum sistema de informaçções projetado para a ões projetado para a coletacoleta, , armazenamentoarmazenamento e e ananááliselise de objetos e fenômenos, de objetos e fenômenos,

sustentados pela sustentados pela localizalocalizaçção geogrão geográáficafica..

2.12.1 Visão GeralVisão Geral

“Conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar,

transformar e visualizar dados sobre o mundo real” (Burrough)

“Um sistema de suporte à decisão que integra dados referenciados

espacialmente num ambiente de respostas a problemas” (Cowen)

“Um banco de dados indexados espacialmente, sobre o qual opera um

conjunto de procedimentos para responder a consultas sobre entidades

espaciais” (Smith)

“Um SIG agrupa, unifica e integra a informação. Torna-a disponível de

uma forma que ninguém teve acesso anteriormente, e coloca a

informação antiga em um novo contexto.” (Dangermond)

Sistemas de Informações Geográficas (SIG) são sistemas

computacionais que usados para armazenar e manipular informações

geográficas (Aronoff, 1999).

2.12.1 Visão Geral Visão Geral –– DefiniDefiniçções de SIGões de SIG

Os Os SIGSIG utilizam dados geograficamente referenciados e utilizam dados geograficamente referenciados e dados não espaciais, incluindo operadados não espaciais, incluindo operaçções de ões de ananááliseslises e e

suporte a decisõessuporte a decisões ..

DADOS DADOS DESCRITIVOSDESCRITIVOS

DADOS DADOS GRGRÁÁFICOSFICOS


O campo de aplicações e análises realizadas por um SIG é tão vasto quanto a disponibilidade de conjuntos de dados

geográficos para a região em estudo.

A potencialidade do sistema é mais visível quando a quantidade de dados envolvida é muito grande para a

manipulação manual.



Desde as civilizações antigas, mapas vem sendo usados para registrar informações sobre a superfície da terramapa : armazena informação de forma compacta e facilmente acessívelséculo XX : criação de grandes volumes de dados geográficos : apresentados no formato de mapas de forma eficiente -proporciona análises sofisticadas.

O dado usado na geração do mapa deve ser generalizado (i.e., o dados devem apresentar menos detalhes do que a realidade) para facilitar a interpretação,

Atualização de mapas normalmente é um procedimento caro,

Simulações : são facilmente realizadas(muito caras se utilizados métodos manuais)


• O desenvolvimento dos SIG teve início na década de 60, nos EUA e no Canadá, por iniciativa de alguns pesquisadores, entre os quais se destacam :

1963 - Início dos trabalhos com mapeamento computadorizado;1965 - Fundação do Laboratório de Computação Gráfica da Universidade de Harvard;Desenvolvimento do SYMAP: primeiro pacote de mapeamento computadorizado largamente distribuído para manipulação de dados geográficos.

HowardHoward FisherFisher R. R. TomlinsonTomlinson Jack Jack DangermondDangermond

2.22.2 HistHistóóricorico

• O desenvolvimento dos SIG’s teve início na década de 60, nos EUA e no Canadá, por iniciativa de alguns pesquisadores, entre os quais se destacam :

HowardHoward Fisher Fisher R. R. TomlinsonTomlinson Jack Jack DangermondDangermond


1960 - Pesquisa florestal no leste da África junto a Spartan Air Service;1966 - Desenvolvimento do CGIS (Canadian Geographic InformationSystem), considerado o primeiro SIG, dando ao pesquisador o título de “Pai do SIG”;1970 e 1972 - Promoção das duas primeiras conferências internacionais sobre SIG em Ottawa.

• O desenvolvimento dos SIG’s teve início na década de 60, nos EUA e no Canadá, por iniciativa de alguns pesquisadores, entre os quais se destacam :

HowardHoward Fisher R. Fisher R. TomlinsonTomlinson Jack Jack DangermondDangermond


1969 - Fundação da ESRI (Environmental Systems ResearchInstitute) - única empresa que entrou para a área de SIG sem derivação das áreas de CAD/CAM (Intergraph; ComputerVision, etc);

1982 - Lançamento do ARC/INFO.


O reconhecimento científico do campo dos SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS veio com o estabelecimento, em 1987, do:

NATIONAL CENTER FOR GEOGRAPHIC NATIONAL CENTER FOR GEOGRAPHIC INFORMATION AND ANALYSISINFORMATION AND ANALYSIS

NCGIANCGIApela NACIONAL SCIENCE FOUNDATIONpela NACIONAL SCIENCE FOUNDATIONcom a cooperacom a cooperaçção das Universidadesão das Universidades

dada CalifCalifóórniarnia,, MaineMaine e e New YorkNew York..

• O desenvolvimento dos SIG ocorreu em diferentes épocas e em diversas partes do mundo, podendo ser sub-dividido em quatro fases :

Período de 1960 a meados de 1973;Caracterizado pela iniciativa individual de profissionais ligados à área de computação, mapeamento e meio-ambiente;

11aa. Fase. Fase 22aa. Fase 3. Fase 3aa. Fase 4. Fase 4aa. Fase. Fase


Período de 1973 até o início da década de 1980;Desenvolvimento e utilização dos SIG’s em trabalhos ligados a agências governamentais;

11aa. Fase . Fase 22aa. Fase. Fase 33aa. Fase 4. Fase 4aa. Fase. Fase


• O desenvolvimento dos SIG’s ocorreu em diferentes épocas e em diversas partes do mundo, podendo ser sub-dividido em quatro fases :


Período de 1982 ao final da década de 80;Predomínio do uso comercial do SIG, como apoio a grandes empreendimentos (principalmente nas fases de estudo de viabilidades);

11aa. Fase 2. Fase 2aa. Fase . Fase 33aa. Fase. Fase 44aa. Fase. Fase



Período atual;Domínio do usuário;Facilitada pela competição entre fornecedores de sistemas e equipamentos;Divulgação da tecnologia (conscientização dos usuários sobre o poder das ferramentas);Processo de padronização de sistemas e dados (projeto OPENGIS);

11aa. Fase 2. Fase 2aa. Fase 3. Fase 3aa. Fase . Fase 44aa. Fase. Fase


Destaque no desenvolvimento dos Destaque no desenvolvimento dos SIGSIG para ospara os


E.U.A.E.U.A.

devidodevido•• ao poder de persuasão de indivao poder de persuasão de indivííduos pioneirosduos pioneiros

•• marketing internomarketing interno•• papel do papapel do paíís no desenvolvimento de softwares e hardwaress no desenvolvimento de softwares e hardwares

e, principalmente, e, principalmente, pela crescente apreciapela crescente apreciaçção dos usuão dos usuáários deste parios deste paíís da s da

necessidade de eficiência, velocidade e rentabilidade necessidade de eficiência, velocidade e rentabilidade para a manipulapara a manipulaçção de grandes quantidades de dados ão de grandes quantidades de dados

geogrgeográáficos.ficos.

• A relação e diferenciação de um verdadeiro SIG com outros sistemas pode ser assim resumida :

ComputerComputer--AidedAided Design Design (Projeto Orientado por Computador)(Projeto Orientado por Computador)

CADCAD SCC DMBS SPI/SSR SCC DMBS SPI/SSR SIGSIG

2.32.3 SIGSIG e outros sistemas de informae outros sistemas de informaççãoão

• Desenvolvido para o desenho de objetos gráficos;• Ligação rudimentar com BD’s descritivos

• Relações topológicas simples• Exemplo: AutoCAD (AutoDESK)

Sistemas de Cartografia ComputadorizadaSistemas de Cartografia Computadorizada

CAD CAD SCCSCC DMBS SPI/SSR DMBS SPI/SSR SIGSIG


•• Facilidades para desenhos de mapas e impressões Facilidades para desenhos de mapas e impressões de alta qualidade em formato vetorial;de alta qualidade em formato vetorial;

•• LigaLigaçção rudimentar com BDão rudimentar com BD’’s descritivoss descritivos•• Exemplo: Exemplo: MAxiCADMAxiCAD ((MaxiDATAMaxiDATA))


Sistemas de Gerenciamento de Bancos de DadosSistemas de Gerenciamento de Bancos de Dados

CAD SCC CAD SCC DMBSDMBS SPI/SSR SPI/SSR SIGSIG


•• Otimizados para o armazenamento e recuperaOtimizados para o armazenamento e recuperaçção ão de atributos não grde atributos não grááficos;ficos;

•• Capacidade limitada para manipulaCapacidade limitada para manipulaçção de dados ão de dados grgrááficos e anficos e anáálises espaciaislises espaciais

•• Exemplo: ACCESS (Microsoft)Exemplo: ACCESS (Microsoft)


Sistemas de Processamento de Imagens ou de Sistemas de Processamento de Imagens ou de Sensoriamento RemotoSensoriamento Remoto

CAD SCC DMBS CAD SCC DMBS SPI/SSRSPI/SSR SIGSIG


•• Projetados para colecionar, armazenar, manipular Projetados para colecionar, armazenar, manipular e apresentar dados e apresentar dados RasterRaster (imagens de sat(imagens de satéélite, lite,

por exemplo)por exemplo);;•• Capacidade limitada para manipulaCapacidade limitada para manipulaçção de dados ão de dados

descritivos e ligadescritivos e ligaçção rudimentar com os DBMS;ão rudimentar com os DBMS;•• Exemplo: ERDAS ImagineExemplo: ERDAS Imagine


Sistemas de InformaSistemas de Informaçções Geogrões Geográáficasficas

CAD SCC DMBS SPI/SSR CAD SCC DMBS SPI/SSR SIGSIG



• Um SIG enfatiza operações analíticas com dados descritivos e espaciais, que podem ser sintetizadas e apresentadas na forma de três visões distintas:

• A visão de mapa, que enfoca os aspectos cartográficos;

A visão de mapa A visão de banco de dados A visão do SIG.


• A visão de banco de dados, que enfatiza a importância de um banco de dados bem projetado e implementado;







• A visão do SIG, que enfatiza a importância da análise espacial, diferenciando os SIGde outros sistemas de informação;

• Um SIG possui 5 elementos básicos, que o caracterizam como tal:

• Plataforma computacional (PC, Workstation),

• periféricos de entrada (mesas digitalizadoras, scanners),

• periféricos de saída (impressoras, plotters).

HardwaresHardwares Softwares Dados Profissionais Softwares Dados Profissionais MMéétodos.todos.

2.42.4 Estrutura organizacionalEstrutura organizacional

HardwareHardware


Hardwares Hardwares SoftwaresSoftwares Dados Profissionais MDados Profissionais Méétodos.todos.


SoftwareSoftware • Constituído de módulos computacionais (programas) que executam as mais diversas funções (da manutenção de dados a aplicação de modelos matemáticos).


Hardwares Softwares Hardwares Softwares DadosDados Profissionais MProfissionais Méétodos.todos.


DataData

• Elemento fundamental para o SIG.

• Responsável por 70% do custo total de implantação do sistema.


Hardwares Softwares Dados Hardwares Softwares Dados ProfissionaisProfissionais MMéétodos.todos.


PessoasPessoas

• Pessoas responsáveis pelo projeto, implementação e uso do SIG.

• Tendência a montagem de equipes multidisciplinares.


Hardwares Softwares Dados ProfissionHardwares Softwares Dados Profissionais ais MMéétodostodos..


MMéétodologiatodologia

• Métodos, técnicas, critérios e experiências, que irão nortear o uso do SIG na solução dos problemas apresentados.

2.42.4 Estrutura organizacional Estrutura organizacional -- PLANEJAMENTOPLANEJAMENTO

O processo de planejamento:processamento de informações geográficas começa e termina no

mundo real

Banco deBanco deDadosDados

EspaciaisEspaciais

Banco deBanco deDados deDados deAtributosAtributos

Sistema deSistema deAnAnááliselise

GeogrGeográáficafica

MAPASMAPAS

Sistema deSistema deDigitalizaDigitalizaçção ão

de Mapasde Mapas

MAPASMAPAS

Sistema deSistema deApresentaApresentaççãoãoCartogrCartográáficafica

RELATRELATÓÓRIOSRIOSESTATESTATÍÍSTICOSSTICOS

Sistema deSistema deAnAnááliseliseEspacialEspacial

DADOSDADOSESTATESTATÍÍSTICOSSTICOS

Sistema deSistema deManipulaManipulaçção ão

do Bancodo Bancode Dadosde Dados

IMAGENSIMAGENS

Sistema Sistema de Processamentode Processamento

de Imagensde ImagensMAPAS

Sistema deDigitalização

de Mapas

IMAGENS

Sistema de Processamento

de Imagens

2.52.5 CaracterCaracteríísticas gerais e substicas gerais e sub--sistemassistemas

RELATÓRIOSESTATÍSTICOS

Sistema deAnáliseEspacial

DADOSESTATÍSTICOS

Sistema deManipulação

do Bancode Dados

MAPAS

Sistema deApresentaçãoCartográfica

Sistema deAnálise

Geográfica

Banco deBanco deDadosDados

EspaciaisEspaciais

Banco deBanco deDados deDados deAtributosAtributos

O futuro do SIG depende da atuação dos desenvolvedores na busca de ferramentas que possuam as seguintes características:

•• O usuO usuáário interagindo continuamente rio interagindo continuamente com o sistema, expedindo instrucom o sistema, expedindo instruçções ões continuamente e recebendo continuamente e recebendo respostas;respostas;

Interativo Multiusuário Interfaces GráficasPoder de Processamento DBMS Incorporado Redução de Custos

2.62.6 Tendências TecnolTendências Tecnolóógicasgicas

O futuro do SIG dependerá da atuação dos desenvolvedores na busca de ferramentas que possuam as seguintes características:

•• Acessos simultâneos a uma Acessos simultâneos a uma mesma base de dados (Redes do mesma base de dados (Redes do tipo tipo IntranetsIntranets e Internet);e Internet);




•• Ferramentas capazes de permitir a Ferramentas capazes de permitir a entrada e saentrada e saíída de dados da de dados graficamente;graficamente;




•• Ferramentas capazes de armazenar e Ferramentas capazes de armazenar e manipular, rmanipular, ráápida e eficientemente, pida e eficientemente, grandes e complexos conjuntos de grandes e complexos conjuntos de dados, fornecendo respostas dados, fornecendo respostas ààs s questões propostas pelo usuquestões propostas pelo usuáário ;rio ;

Interativo Multiusuário Interfaces Gráficas

Poder de Processamento DBMS Incorporado Redução de Custos



•• IncorporaIncorporaçção de sistemas de gerenciamento de ão de sistemas de gerenciamento de bancos de dados descritivos comerciais bancos de dados descritivos comerciais ààestrutura convencional dos estrutura convencional dos SIG,SIG, aumentando aumentando seu poder de processamento no que se refere seu poder de processamento no que se refere a atributos não gra atributos não grááficos;ficos;





•• ReduReduçção noão no prepreçço de equipamentos e o de equipamentos e softwares viabilizando a popularizasoftwares viabilizando a popularizaçção ão da tecnologia;da tecnologia;




ArcArc/INFO/INFO

ArcArc/VIEW/VIEW

IDRISIIDRISI

ERDASERDAS

2.72.7 Principais Principais SIGSIG e suas caractere suas caracteríísticassticas

Conceitos sobre informações espaciais

A amostragem do mundo real deve considerar:

• Que o mundo é infinitamente complexo;• Que o conteúdo do banco de dados espaciais

representa uma visão particular do mundo real;• Que o usuário vê o mundo real através do banco

de dados;• Que os dados contidos no banco de dados

devem apresentar uma visão o mais completa e precisa possível do mundo real;

• Que o conteúdo do banco de dados deve ser relevante em termos de:

o Temas e características armazenadas;o Período de tempo coberto;o A área de estudo;

3.13.1 Amostragem do mundo Amostragem do mundo -- representarepresentaçção da realidadeão da realidade

As informações geográficas possuem três características básicas:

3.23.2 CaracterCaracteríísticas bsticas báásicas de dados espaciais e sua manipulasicas de dados espaciais e sua manipulaççãoão

•• o fenômeno, ou caractero fenômeno, ou caracteríística propriamente dita, como stica propriamente dita, como uma variuma variáável, sua classificavel, sua classificaçção, seu valor, seu nome, etc.ão, seu valor, seu nome, etc.

•• sua localizasua localizaçção espacial, ou seja, a localizaão espacial, ou seja, a localizaçção do ão do fenômeno no espafenômeno no espaçço geogro geográáfico;fico;

•• o tempo;o tempo;

ASPECTO TEMASPECTO TEMÁÁTICOTICOASPECTO ESPACIALASPECTO ESPACIALASPECTO TEMPORALASPECTO TEMPORAL


Modo Modo LocalizacionalLocalizacional

Modo Modo TemporalTemporal

ModoModoTemTemááticotico


Dados geográficos - representação dual

localização e atributos

Localização

representar a superfície terrestre

relação espacial com outros dados

Atributos

descrevem o fenômeno

representados em um banco de dados

O que há de especial com dados espaciais ?

Qualquer fenômeno geográfico pode ser reduzido a um dos três conceitos topológicos básicos:

3.33.3 Tipos de dados geogrTipos de dados geográáficos e sua representaficos e sua representaçção em ão em SIGSIG

PontosPontos

LinhasLinhas

PolPolíígonosgonos

PontosPontos

LinhasLinhas

PolPolíígonosgonos

• Genericamente podemos afirmar que um SIG é projetado para responder a cinco questões fundamentais:

• Localização O que está em ... ?• Condição Onde está ... ?• Tendência O que variou ... ?• Rota Qual o melhor caminho ... ?• Modelagem O que ocorre se ... ?

• As questões de localização envolvem consultas a um banco de dados para determinar os tipos de características que ocorrem em um dado local.

AnAnáálises espaciais com o uso de lises espaciais com o uso de SIGSIG



• As questões de condição envolvem encontrar as localizações que possuem determinadas características. Quando estão envolvidos mais de um tipo de dado, pode ser necessário encontrar a interseção de conjuntos de tipos de dados.




• As questões de tendência envolvem fundamentalmente o monitoramento da variação temporal de uma determinada característica.



• Localização O que está em ... ?

• Condição Onde está ... ?

• Tendência O que variou ... ?

• Rota Qual o melhor caminho ... ?

• Modelagem O que ocorre se ... ?

• As questões de rota requerem o cálculo do melhor percurso entre localizações (mais seguro, mais rápido, mais curto, mais bonito, etc.).




• A modelagem permite a simulação de diferentes situações do mundo real e é aplicável a qualquer característica, ( por exemplo, quais áreas da terra seriam afetadas pela subida de 20 cm do nível do mar ).


• Os sistemas de informação são utilizados para dar suporte às atividades de tomadas de decisões. Para este fim os SIG utilizam sofisticadas ferramentas analíticas que se distribuem em 4 grupos:

• Consultas a Bancos de Dados;• Operações Algébricas com Mapas;• Operadores de Distância;• Operadores de Contexto.

• A consulta ao banco de dados é a mais fundamental de todas as ferramentas do SIG. Nesta consulta são possíveis, dentre outras, as seguintes questões:

• que atributos possui este local? (por localização);

• identifique todas as localizações que contém determinado atributo (por atributo).

Ferramentas analFerramentas analííticas de um SIGticas de um SIG

• Os sistemas de informação são utilizados para dar suporte às atividades de tomadas de decisões. Para este fim os SIG’s utilizam sofisticadas ferramentas analíticas que se distribuem em 4 grupos:


• Estão disponíveis três tipos de operações:

• modificar aritmeticamente os valores dos atributos sobre o espaço por uma constante (escalar aritmético ); transformarvalores de atributos por uma operação padrão, tais como, funções trigonométricas, transformações logarítmicas, etc.; combinar matematicamente diferentes layers de dados para produzir um resultado composto, através da adição, subtração, multiplicação e divisão.


• Os sistemas de informação são utilizados para dar suporte às atividades de tomadas de decisões. Para este fim os SIG’s utilizam sofisticadas ferramentas analíticas que se distribuem em 4 grupos:


• Conjunto de ferramentas onde a distância desempenha papel chave nas análises. Como exemplo, podem ser citadas as áreas contidas dentro de uma distância específica de uma feição; a distância de todas os pontos em relação a uma feição específica; o ponto mais próximo possível de um conjunto de características projetadas e o caminho mínimo(pathway).


Os sistemas de informação são utilizados para dar suporte às atividades de tomadas de decisões. Para este fim os SIG’s utilizam sofisticadas ferramentas analíticas que se distribuem em 4 grupos:

Consultas a Bancos de DadosOperações Algébricas com Mapas;Operadores de Distância;Operadores de Contexto.

Com os operadores de contexto obtém-se um novo mapa baseado na informação de um mapa existente e no contextoem que cada característica é encontrada.

Um destes operadores é a função que calcula declividades a partir do modelo de elevação digital do terreno.


AnAnáálise Espaciallise EspacialAplicaAplicaçções Iniciaisões Iniciais

Londres – 1854

Dr John Snowespacializou os casos de cólera (pontos) e poços de água (cruzes)

Representação de dados de mapas

Geoprocessamento: A visão de ciência

"Geoprocessamento é o conjunto de tecnologiasque utilizam representaçõescomputacionais doespaço geografico para modelar e analisarfenômenos espaço-temporais".

Conceitos básicosrepresentação computacionalespaço geográfico

44 RepresentaRepresentaçção de dados de mapasão de dados de mapas

Processo de Representação Computacional

Univ. Mundo Real - Fenômenos a serem representados.Univ. Conceitual - classe de dados contínuos ou objetos individualizados

Tipo de dados: temático, cadastral, MNT, sensoriamento remoto.Univ. Representação - entidades associadas à representações geométricas

Ex.: Vetorial ou Matricial.Univ. Implementação - realização do modelo de dados por meio de linguagem computacional

Universo

Mundo Real(Ontológico)

Universo

Matemático(Formal)

Universo

Representação(Estrutural)

Universo

Implementação


Detalhe do Ribeirão São Bartolomeu

atravessando a área urbana do Município

de Viçosa - MG


Dado TemDado Temááticotico

Universo Matemático

Identificação da rede de esgotamento sanitário e seus componentes


Dado Dado

CadastralCadastral


Cota (m)


ModeloModelo

NumNumééricorico

TerrenoTerreno

(MNT)(MNT)



SensoriamentoSensoriamento

RemotoRemoto

++

MNTMNT


Universo Representação•• Qualquer fenômeno grQualquer fenômeno grááfico pode ser fico pode ser

reduzido a um dos três conceitos reduzido a um dos três conceitos topoltopolóógicos bgicos báásicos: sicos: pontos, linhas e pontos, linhas e polpolíígonosgonos..

•• Portanto, todo fenômeno geogrPortanto, todo fenômeno geográáfico fico pode, a princpode, a princíípio, ser representado por pio, ser representado por um desses três objetos e um rum desses três objetos e um róótulo ou tulo ou identificaidentificaçção. ão.


Representação Vetorial

A representação vetorial é a forma mais precisa de representar feições geográficas.

44 RepresentaRepresentaçção de dados de mapas ão de dados de mapas –– Universo RepresentaUniverso Representaççãoão

•• Com a representaCom a representaçção ão vetorialvetorial, , os limites das caracteros limites das caracteríísticas sticas são definidas por uma ssão definidas por uma séérie de rie de pontos interligados com linhas pontos interligados com linhas retas formando a representaretas formando a representaçção ão grgrááfica daquela caracterfica daquela caracteríística. stica.

•• Os pontos são codificados com Os pontos são codificados com um par de num par de núúmeros, meros, representando as coordenadas representando as coordenadas (X,Y) nos sistemas de (X,Y) nos sistemas de Latitude/Longitude, Universal Latitude/Longitude, Universal Transversa de Transversa de MercatorMercator -- UTM, UTM, etc. etc.

•• Os atributos das caracterOs atributos das caracteríísticas sticas são armazenados em um são armazenados em um tradicional sistema gerenciador tradicional sistema gerenciador de banco de dados (de banco de dados (DBMSDBMS).).

4.14.1 A representaA representaçção VETORIALão VETORIAL


Estrutura de Dados Vetoriais

PolígonosArcos e Nós

Ilha (Tipo especial de polígono) Ponto e ponto Cotado



Mundo Real Modelo Digital Coordenadas



As entidades lineares, ou pontuais, podem As entidades lineares, ou pontuais, podem ser ser estruturadasestruturadas por vpor váários modelos, entre rios modelos, entre eles:eles:

Modelo EspagueteModelo Espaguete

Modelo TopolModelo TopolóógicogicoNNóó –– Arco Arco -- PolPolíígonogono

Modelo EspagueteModelo Espaguete


O que é Topologia?

Propriedades de um conjunto de dados espaciais quesão invariantes a translação, rotação e escala

Relações Invariantes de:Rotação; Translaçãoe Escala



A

BC AB C A

BC

Pontos

Linhas

Polígonos

Nó

Arco

Polígonos

Na representação Topológica

são transformados em:

No mapa No Digital


Topologia Arco - Nó

Representação vetorial associada a um rede linear conectada.

Nó• ponto de intersecção

entre 2 linhas (arcos)• ponto inicial ou final de

um arco

Topologia definida => com Topologia definida => com todas linhas conectadastodas linhas conectadas


Topologia Arco – Nó - Polígono

Representação vetorial associada a elementos gráficos do tipo área

Armazenamento das Armazenamento das informainformaçções referente ões referente áás s

ááreas vizinhasreas vizinhas

Modelo TopolModelo Topolóógicogico



Relacionamento Espacial estáarquivado (Topologia).Possibilidade de análises espaciais.

Estrutura compacta.Reprodução de mapas digitais.

Vantagem Desvantagem

Estrutura Complexa.Modelo

Topológico

Duplicação de linhas entre 2 polígonos – possíveis erros.Sem relacionamento espacial.

ModeloEspaguete

•• Com o sistema Com o sistema RASTER,, a a representarepresentaçção grão grááfica das fica das caractercaracteríísticas e atributos que elas sticas e atributos que elas possuem são armazenados em possuem são armazenados em arquivos de dados unificados.arquivos de dados unificados.

•• A A áárea estudada rea estudada éé subdividida em subdividida em uma fina malha de cuma fina malha de céélulas (lulas (pixelspixels --picturepicture elementelement) onde são ) onde são registradas a condiregistradas a condiçção ou atributo ão ou atributo da superfda superfíície do terreno naquele cie do terreno naquele ponto.ponto.

•• A cada cA cada céélula lula éé atribuatribuíído um valor do um valor numnuméérico que pode representar rico que pode representar uma caracteruma caracteríística identificadora, stica identificadora, um cum cóódigo de atributo qualitativo digo de atributo qualitativo ou um valor quantitativo de ou um valor quantitativo de atributo.atributo.

4.24.2 A representaA representaçção MATRICIALão MATRICIAL

RASTERRASTERoo Maior poder de Maior poder de

processamento analprocessamento analíítico;tico;

oo Excelentes para avaliar Excelentes para avaliar modelos ambientais;modelos ambientais;

oo Facilidade de incorporaFacilidade de incorporaçção ão de dados de de dados de sensoreamentosensoreamento remoto;remoto;

oo Adequado para o estudo de Adequado para o estudo de dados espaciais que variam dados espaciais que variam continuamente (solo, continuamente (solo, chuva, relevo,etc.);chuva, relevo,etc.);

VECTORVECTORoo Maior eficiência no Maior eficiência no

armazenamento de armazenamento de dados de mapas dados de mapas (contorno das (contorno das caractercaracteríísticas);sticas);

oo Tem como principal Tem como principal atrativo as funatrativo as funçções ões de gerenciamento de de gerenciamento de banco de dados;banco de dados;

oo Menor espaMenor espaçço de o de armazenamento de armazenamento de arquivos;arquivos;

oo EspaEspaçço de o de representarepresentaçção ão ilimitada;ilimitada;

4.3 4.3 RASTER & VECTORRASTER & VECTOR

A forma RASTER ou MATRICIAL possui um espaço de representação limitado, isto é, definida a área a ser “rasterizada” não poderá ser efetuada nenhuma

inserção de objetos que estejam fora da área de trabalho.

4.34.3 RasterRaster & & VectorVector

Espaço de representação

limitado

Modelo Numérico Terreno - MNT


O MNT pode ser representado por:

A) GRADE REGULAR

- representação matricial onde cada elemento está associado um valo numérico

- pontos estimados por meio de interpoladores matemáticos

ex.: média simples; média ponderada; vizinho mais próximo; Krigagem



B) GRADE TRIANGULAR

- Malha triangular - cada vértice

do triângulo possui coordenadas

(X,Y,Z)

- Representação Vetorial com

topologia Arco-nó

- Triângulos Equiláteros =>

melhor descrição da superfície



Exemplos:

Amostras Grade Retangular Grade Triangular

Representação de Atributos44 RepresentaRepresentaçção de dados de mapas ão de dados de mapas –– Universo RepresentaUniverso Representaççãoão

Atributo => qualquer informação descritiva (nome, número, etc) relacionada com um objeto ou uma entidade gráfica.

geoid dono cadastro IPTU

22 Guimarães Caetés 768

endereço

22250186

23 Bevilácqua São João 456 110427

24 Ribeiro Caetés 790 271055

23

- Identificador; Código ou Geocódigo => ligação entre a entidade gráfica e a tabela

2 Tipos de Arquivos

* arquivos com dados descritivos (armazenados em tabelas)* arquivos com dados descritivos (armazenados em tabelas)- linhas da tabela => dados para cada entidade gráfica- colunas da tabela => são os atributos

* arquivos com dados geogr* arquivos com dados geográáficosficos

Universo Implementação44 RepresentaRepresentaçção de dados de mapasão de dados de mapas

São definidas as estruturas a serem utilizadas para construção do sistema.

Aspectos a serem observados:

* INDEXAÇÃO ESPACIAL

Desempenho do sistema

Estrutura de dados

Algoritmos de Pesquisa

Acesso aos dados Espaciais

Estrutura de um SIG

5.15.1 OrganizaOrganizaççãoão

• Os bancos de dados geográficos (raster ou vector) estão organizados de maneira similar a uma coleção de mapas:

TemasTemas derivadosderivados

TemasTemas antrantróópicospicos

TemasTemas naturaisnaturais


Os bancos de dados geográficos (raster ou vector) estão organizados de maneira similar a uma coleção de mapas:

SistemasSistemas vetoriaisvetoriais••OrganizadosOrganizados em em ““coveragescoverages””••ContContéémm ::

••um um tipotipo simples de simples de caractercaracteríísticastica;;••um um conjuntoconjunto de de atributosatributos quequepertencempertencem ààquelaquela caractercaracteríísticastica;;

ExemploExemplo:: umauma ““coveragecoverage”” de solos, de solos, ondeonde a a tabelatabela de de atributosatributoscontcontéémm permeabilidadepermeabilidade, , resistênciaresistência, etc., etc.


SistemasSistemas matriciaismatriciais••OrganizadosOrganizados em em ““layerslayers”” unitunitááriosrios••ContContéémm ::

••cadacada ““layerlayer”” contcontéémm dados de um dados de um atributo simples, simples, istoisto éé, , existirãoexistirão““layerslayers”” separadosseparados parapara cadacadaatributoatributo pertencentepertencente a a umaumacaractercaracteríísticastica;;

ExemploExemplo:: parapara um um mapamapa de solos de solos teremosteremos um um ““layerlayer’’ de de permeabilidadepermeabilidade, , outrooutro de de resistênciaresistência, etc., etc.

Os bancos de dados geográficos (raster ou vector) estão organizados de maneira similar a uma coleção de mapas:


Plano de informação (nível, camada, layer)contém informações referentes a um único tipo de dadorestrição: área geográfica definidaex:

geologia de uma áreaAtributos dos países armazenados em tabelas

Países (seus atributos)Geologia

País PIB Pop

ArgentinaBrasil 800

300 34159

Chile 45 14

Para a elaboração de alguns tipos de análises os SIG’s necessitam conhecer, além da representação gráfica das entidades mapeadas , o relacionamento espacial entre estas entidades. Em mapas digitais

os relacionamentos digitais são descritos usando-se a topologia.

5.25.2 TopologiaTopologia

•Conectividade•ligação entre nós

•Circunscrividade•arcos definindo polígonos

•Contigüidade•atributos esquerda-direita

•Orientação•fluxo “de-nó” e “para-nó”

O uso dos conceitos topológicos além de permitir um armazenamento mais eficiente dos dados, é fundamental em funções de análise tais como:

5.25.2 TopologiaTopologia

• Modelagem de fluxo através de linhas conectadas numa

rede (vazão na rede hidrográfica, tráfego do

sistema viário, etc.);

• Combinação de polígonos adjacentes com

características similares,

• dentre outros...

5.35.3 Arquiteturas de um SIGArquiteturas de um SIG

GIS “desktop”Ambiente monousuário

Ênfase em interfaces amigáveis e funções de análise

SIG distribuídoAmbiente multiusuário

Compartilhamento de dados

Ênfase em controle de acesso e manutenção de integridade

Servidores WebUso da Internet para disseminar dados

Ênfase em eficiência de acesso e interfaces de navegação


ESTRUTURA DE UM SIG Desktop

Interface

Entrada e Integr.Dados

VisualizaçãoPlotagem

Gerência Dados Espaciais

Consulta e AnáliseEspacial

BANCO DE DADOSBANCO DE DADOSGEOGRGEOGRÁÁFICOSFICOS

Banco de Dados Geográficos

Elemento fundamental do sistema

ComponentesTratamento dos dados descritivos (tabelas)Tratamento dos dados gráficos (mapas e imagens)

ResponsabilidadesArmazenar os dados e controlar o acesso


Tratamento de Dados Descritivos

Modelo Relacional

Coleção de tabelas com nome único

Colunas da tabela representam atributos

Linhas da tabela contém valores para os

atributos


Exemplo de uma Relação

CADASTRO TÉCNICOAtributo Domínioregistro inteiro positivonome conjunto de caracteresidade inteiro positivovalor_unitário real positivo


REGISTRO NOME IDADE Valor_unitário98752 JOÃO DA SILVA 32 2000.0097345 HENRIQUE CARDOSO 28 1700.00

89234 JOSÉ DE SOUZA 34 3500.00

Tratamento de Dados Descritivos

Exemplo de Dados descritivosLotes de uma cidade (Cadastro urbano)


Tratamento de Dados Gráficos

Como armazenar linhas, pontos, polígonos, matrizes, imagens?

Arquitetura dual Dados gráficos armazenados fora do banco de dados (em arquivos)Solução mais comum

usada em SIG “desktop”

Arquitetura em camadas Dados gráficos armazenados dentro do banco de dados Solução mais recente


Arquitetura Dual

Dados gráficosArmazenados em arquivosdo sistema

id Nome Valor_unit.

22 Marcos 150

34 João 100


Tabelas de atributosSGBD relacional

Arquitetura Dual


Arquitetura Dual: Exemplos

SPRING

Dados descritivos: SGBD relacional (DBase, Access)

Dados gráficos: Arquivos com formato específico

ArcView

Dados descritivos: SGBD relacional

Dados gráficos : “shapefiles”

IDRISI

Dados descritivos: SGBD relacional

Dados gráficos : matrizes


ArcView: Exemplo de Arquitetura Dual

Banco de Dados de São Paulo

Arquivos: sampa.shp, sampa.dbf, sampa.shx


5.45.4 Precisão e exatidão de bancos de dados espaciaisPrecisão e exatidão de bancos de dados espaciais

O estudo da exatidão em bancos de dados espaciais, cobre preocupações sobre a qualidade de dados, erros, incertezas, escalas, resolução e precisão, fatores que afetarão os modos

nos quais os dados poderão ser usados e interpretados .

EXATIDÃOEXATIDÃO = = PRECISÃOPRECISÃO• Proximidade dos

resultados, cálculos ou estimativas para os valores verdadeiros.

• Número de casas decimais ou dígitos significativos em uma medida.

Um grande número de dígitos significativos não necessariamente indica que a medida é exata.

Um SIG trabalha a alta precisão, muito mais alta que a própria exatidão dos seus dados.


O modelo padrão para descrever exatidão de dados digitais considera os seguintes componentes de qualidade:

EXATIDÃO POSICIONALEXATIDÃO POSICIONALProximidade da informação localizacional (coordenada

mapeada ou digitalizada) para a posição verdadeira.

Mapas são considerados exatos a grosseiramente uma largura de linha (0.5 mm).

Escala 1:24000 => 12 metros

Escala 1:250.000 => 125 metros


EXATIDÃO DE ATRIBUTOEXATIDÃO DE ATRIBUTO

• Proximidade dos valores dos atributos para os seus valores verdadeiros.

• Erros de medidas em atributos contínuos como MDT (altimetria);

• Erros de classificação ou detalhamento em atributos categóricos como Classes de solo, vegetação, etc.



CONSISTÊNCIA LCONSISTÊNCIA LÓÓGICAGICA

Consistência topológica da estrutura de dados, por exemplo:

• modelagem de bancos de dados consistente;

• polígonos mapeados como entidades gráficas “fechadas”;

• interceptação de arcos sem formação de nós, etc.



PERFEIPERFEIÇÇÃOÃO• Verifica se todos os objetos existentes em campo estão

incluídos no banco de dados. A perfeição é afetada por regras de seleção, generalização e escala.

LINHAGEMLINHAGEM• Registro das fontes de dados e das operações que criaram

o banco de dados (documentos fontes, datas, escalas originais, procedimentos de conversão digital, etc.)


Conversão digital de dados

66 Conversão digital de dadosConversão digital de dados

TTÉÉCNICAS EMPREGADASCNICAS EMPREGADAS

DIGITALIZAÇÃO

RASTERIZAÇÃO

6.16.1 DigitalizaDigitalizaççãoão

O processo de digitalização tem como equipamento básico a mesa digitalizadora, composta por três partes principais:

um cursor, que indica cada posição da mesa em relação ao sistema de referência adotado

um dispositivo que mede coordenadas;

uma superfície plana sobre a qual se fixa o mapa;

0.025 a 0.0025 mm

Identificação de características cartográficas do mapa como escala, sistema de projeção e sistema geodésico

6.1.16.1.1 PreparaPreparaçção dos mapasão dos mapas

A fase de preparação dos mapas incorre nas seguintes sub-fases:

A fase de preparação dos mapas incorre nas seguintes sub-fases:Anotações de informações complementares no mapa a ser digitalizado, como o código das entidades gráficas


Identificação de no mínimo três pontos no mapa com coordenadas conhecidas, para a orientação da mesa digitalizadora

A fase de preparação dos mapas incorre nas seguintes sub-fases:

Compilação de outras informações e atualização do documento


Estruturação dos níveis de informação e padrões de representação:

No exemplo:

Tema estradas (linhas)Tema sedes municipais (poTema malha utm (linhas)

6.1.26.1.2 Projeto de arquivos digitaisProjeto de arquivos digitais

A fase de projetos de arquivos digitais define todas as variáveis a serem adotadas na digitalização dos mapas:

6.1.36.1.3 DigitalizaDigitalizaççãoão

A fase de digitalização propriamente dita compreende a orientação da mesa e a digitalização do mapa:

O software de digitalização deve possibilitar a orientação da mesa através de transformações geométricas do tipo Afim, Ortogonal ou Projectiva, além de

funções que facilitem a digitalização das feições, como fechamento de polígonos, captura de pontos por proximidade, etc.

6.1.36.1.3 DigitalizaDigitalizaççãoão

A cada click do cursor sobre a mesa o sistema registra um par de coordenadas da feição digitalizada

Durante o processo de orientação da mesa, o sistema gera uma equação matemática que relaciona as coordenadas de mesa (em mm, por exemplo) com as coordenadas de mapa ( em metros, km, etc.)

(X,Y)mapa = função [(X,Y)mesa]

6.1.46.1.4 VerificaVerificaçção e edião e ediççãoão

Após a digitalização é necessário que se efetuem checagens no material digital produzido, verificando-se, por exemplo,

se todas as informações foram digitalizadas e se há erros oriundos do processo.

Polígonos abertos


Arcos pendentes




Laços




Curvas de nível(isolinhas) que se

cruzam



6.26.2 RasterizaRasterizaççãoão

O processo de rasterização é a discretização do mapa em unidades retangulares homogêneas ou pixels através do uso de Scanners

Seu princípio de funcionamento é a emissão de um feixe de luz refletindo pela superfície do mapa e registrado por um sensor

interno

Cada pixel detectado possui tamanho e cor, características que variam conforme a resolução espacial e radiométrica do sistema

sensor usado.

6.26.2 RasterizaRasterizaççãoão

A resolução espacial é a capacidade de registro de

pontos num intervalo linear (pontos por

polegada). Varia de 25 a 9600 ppp (ou dpi).

A resolução radiométricaé o número de cores que o

sensor pode distinguir.Monocromátricos =>até 256 tons de cinzaPolicromáticos =>

16.7 milhões de cores.

6.2.16.2.1 PreparaPreparaçção do mapaão do mapa

Identificação de no mínimo três pontos de controle no mapa, para georeferenciamento da

imagem raster.

6.2.16.2.1 PreparaPreparaçção do mapaão do mapa

Redesenho do mapa, eliminando detalhes Redesenho do mapa, eliminando detalhes indesejindesejááveis como sveis como síímbolos e textos, ou apenas mbolos e textos, ou apenas realrealççando informaando informaçções que serão vetorizadas.ões que serão vetorizadas.

6.2.26.2.2 Ajuste do ScannerAjuste do Scanner

Para o ajuste do scanner são definidos:

4Resolução espacial;4Resolução radiométrica;4velocidade;4dimensões do mapa;4formato de arquivo de armazenamento (Tiff, Bmp, etc.);

4Para a rasterização de documentos cartográficos usa-se como parâmetro de exatidão a metade do valor da

acuidade visual (em torno de 0.1 mm), o que obriga o equipamento a ter uma resolução mínima de 300 dpi.

6.2.36.2.3 EdiEdiçção ão rasterraster

Após a rasterização a imagem sofre um processo de limpeza, que consiste em:

44EliminaEliminaçção de ruão de ruíídos dos ((pixelspixels isolados)isolados)

44SuavizaSuavizaçção e ão e complementacomplementaçção de ão de

linhaslinhas

6.2.36.2.3 EdiEdiçção ão rasterraster

44União (mosaico) União (mosaico) de arquivosde arquivos

44EliminaEliminaçção de ão de informainformaçções ões

marginaismarginais

Após a rasterização a imagem sofre um processo de limpeza, que consiste em:

6.2.46.2.4 Compressão de dadosCompressão de dados

Para armazenamento definitivo de um arquivo rasterdeve-se usar recursos de compactação :

Um software de compressão pode diminuir o volume de um arquivo raster. Outro recurso é converter o arquivo para um formato que o torne mais compacto.

Um mapa de 100 cm x 100 cm a uma resolução de 300 dpi (considerando-se 256 tons de cinza) ocupa um espaço de 133 Mbytes, utilizando-se formatos padrão como BMP e TIFF.

Pode-se obter um ganho de 20 a 80% em termos de espaço ocupado se utilizarmos formatos compactados como GIF e JPG.

• Tipo de documento cartográfico;• Mapa altimétrico;

• Planimétrico;

• Temático;

• ou combinações.

6.36.3 TTéécnicas para conversão cnicas para conversão RasterRaster--VectorVector

Fatores a serem observados na escolha do método a ser utilizado

• Estado de conservação;

• Grau de limpeza;

• Nitidez das informações;



• Preparação e edição;

• Necessidade de preparação manual e edição raster antes da vetorização.




• Tempo.

• Tempo de vetorização considerando-se o tipo de documento cartográfico e o método selecionado.


6.3.16.3.1 TTéécnicas para conversão cnicas para conversão RasterRaster--VectorVector

Vetorização manual

Dispensa qualquer tipo de pré-edição raster;

Consiste em seguir cada feição rastercom o cursor e escolher os pontos que a modelem melhor na estrutura vetorial;


Vetorização semi-automática (supervisionada)

Conjuga o método automático com o manual, de maneira interativa com o operador;

São identificados os pontos iniciais de cada feição e verificados os pontos de conflito (cruzamento ou interrupção de linhas);

??????

??????


Vetorização Automática

Usa técnicas de processamento de imagem para rastrear pixels e convertê-los para o formato digital;

O processamento éfeito sem a ajuda do operador, segundo regras pré-estabelecidas;

IniciadoIniciado

FinalizadoFinalizado

universidade federal de viÇosa engenharia civil … · • um sig possui 5 elementos básicos, que...

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