Métodos de Exibição de Dados Geográficos

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1 Métodos de Exibição de Dados Geográficos Objetivos: Visualização e exploração de dados geográficos e tabulares 1. Abstração do mundo real; 2. Definição do modelo conceitual; 3. Elaboração do modelo físico. O Método depende da estrutura do DADO a ser trabalhado Estrutura Vetorial: Quais tipos de dados são representados por estruturas vetoriais? Quais os elementos básicos da estrutura vetorial? Como é efetuada a edição de dados vetoriais? Quais erros estão associados à digitalização de vetores? Estrutura Matricial: Como é a estrutura matricial? Quais os elementos básicos da estrutura raster? Estrutura vetorial X matricial: Quais são as vantagens e as desvantagens das estruturas vetorial e matricial? Como se efetua a conversão do formato vetorial para o matricial? Como se efetua a conversão do formato matricial para o vetorial?

2 Métodos de Exibição de Dados Geográficos Universo do mundo real, que inclui as entidades da realidade a serem modeladas no sistema; Ouniversoconceitual (ou matemático), inclui a definição formal das entidades a serem incluídas no modelo; O universo de representação, onde as entidades formais são mapeadas para representações geométricas; O universo de implementação, onde as estruturas de dados e algoritmos são selecionados baseados no desempenho geral do sistema, dependente da capacidade do equipamento e volume de massa de dados.

3 Dados Espaciais Representação Espacial Como fazer um computador entender o mundo real? ESPAÇO: Lugar mais ou menos bem delimitado, cuja área pode conter alguma coisa (Aurélio, umas das definições...); conjunto de objetos com algum tipo de relação (ou relações) entre si, aos quais podem ser associados atributos. relação distância Fonte: UFVGeocapacitar 3

4 Dados Espaciais Todas as informações que possam ser caracterizadas no espaço, em função de um determinado sistema de coordenadas; A posição no espaço é característica ti fundamental para sua análise; Atributos iguais i em pontos distintos i do espaço devem ser tratados como eventos distintos. Definições: Qualquer tipo de dado que possa ser apresentado na forma de um mapa; Dados para os quais a posição absoluta ou relativa no espaço é levada em consideração. 4

5 Dados Espaciais O que há de especial com dados espaciais? Dados geográficos - representação dual localização e atributos Localização Representam a superfície terrestre Explicitam uma relação espacial com outros dados Atributos Descrevem o fenômeno representados em um banco de dados 5

6 Representação Dual Dualidade entre localização e atributos Mapa de Lotes Entidades + Tabelas Banco de Dados de Lotes geoid dono endereço cadastro IPTU Guimarães Caetés Bevilácqua São João Ribeiro Caetés

7 Elementos do SIG Feições (entidades; abstrações da realidade) Atributos (dados, características) Funções (processos/modificadores dos atributos) Relações (entre feições; topologia) 7

8 Representação Espacial Abstração Mundo Real 8

9 Representação Espacial Feições e Atributos Feição prédio Feição rua Atributos: tipo pavimento numero de faixas sentido do fluxo velocidade regulamentar Atributos: numero de pavimentos R$/m² proprietário idade tipo de estrutura Feição parque Feição árvore Atributos: tipo altura idade frutífera (S/N)

10 Representação Espacial Funções Feição prédio Atributo Idade Função Manutenção Atributo Pavimento Função Envelhecimento Feição árvore Feição rua Feição parque Atributo Altura Função Crescimento

11 Representação Espacial Relacionamentos Feição prédio Relacionamento de feições: tem acesso a Feição árvore Feição rua Feição parque Relacionamento : situado em

12 Representação Espacial Feição prédio Feições 3D Feição árvore Feição rua Feição parque

13 Representação Espacial Feições 2D Representação de Rede UFVGeocapacitar 13

14 Estrutura de DADOS Diferentes maneiras de armazenamento e representação: ==> Vetorial Ponto Linha Área Á ou Polígono Rede ==> Matricial (Raster) Células (Pixeis) 14

15 Estrutura de DADOS Vetorial x Raster Modelo Vetorial Modelo Matricial (Raster Raster) 15

16 Estrutura de DADOS Vetorial (pontos, linhas, áreas e redes) Feições espaciais são constituídas por figuras geométricas básicas; Valor único para cada polígono; Bordas definidas. 16

17 Estrutura de DADOS Definição do vetorial x1, y1 x2, y2 Objetos no mapa são vetores ligados UFVGeocapacitar 17

18 Edição de Dados Vetoriais Estrutura Vetorial Como é efetuada aedição de dadosd vetoriais? i O processo de edição de vetores consiste inicialmente em digitalizar linhas, corrigir ou ajustar os nós, para então constituir polígonos. Quais erros estão associados à digitalização de vetores? Digitalização it de número de pontos insuficientes: i a representação do formato de curvas depende do número de vértices utilizados. Consequentemente, o erro relativo à digitalização de linhas retas é muito menor que o resultante da digitalização de curvas complexas. Na vetorização semiautomática a definição coerente do Fator de Digitalização pode minimizar este erro, no entanto fatores de digitalização muito pequenos produzem linhas com excesso de pontos. Alguns erros podem ser evitados e outros provocados a partir da escolha da topologia manual ou automática, podendo ser classificados quanto a estes procedimentos.

19 Estrutura de DADOS Matricial (Raster) Usa organização celular para dados espaciais; Cada célula tem um valor; Sofwares SIG são providos de ferramentas para álgebra espacial. 19

20 Estrutura de DADOS Matricial ou Raster Modelo simples Pixel - Um valor numérico UFVGeocapacitar 20

21 Estrutura de DADOS Matricial ou Raster Linhas e colunas com células de tamanho igual Cada célula armazena um valor Exemplos: imagens (tif, bmp, sid, jpg, img) grids (formato raster) DEM/MDT (modelo digital de terreno) UFVGeocapacitar 21

22 Estrutura de DADOS Comparando Formatos Grande Variação de Dados Bordas nítidas Falta Dado Grid/Raster provê maior variação de dados e bordas menos precisas. Dados faltando são facilmente identificados. Valor único UFVGeocapacitar 22

23 Estrutura de DADOS Conversão entre modelos Vetoriais e Matriciais Os softwares GIS realizam tal coversão; Alguns problemas esperados: Vetor para raster Perde a precisão do vetor Raster para vetor Perde a variação dos dados Raster para vetor (polígonos) Distorções nas bordas 23

24 Estrutura de DADOS Vetores Raster Pontos Linhas Polígonos 24

25 Estrutura de DADOS Vetorial Raster Pontos Linhas Polígonos 25

26 Estrutura de DADOS Raster Vetor X Cada formato tem capacidades únicas e também limitações; Um formato não é melhor que o outro; Formatos apropriados para df diferentes tipos de análise; Deve-se usar ambos os formatos quando apropriado. 26

27 Métodos de Exibição de Dados Geográficos O Método de Exibição depende da estrutura do DADO Exercícios: 1) Quais os tipos de dados podem ser representados pelas estruturas vetoriais? 2) Enumere e descreva quais são os três elementos básicos da estrutura vetorial: 3) Quais são as principais formas de representações vetoriais? Descreva cada uma delas

28 Métodos de Exibição de Dados Geográficos Geometrias de Pontos, Linhas & Polígonos Uma feição de ponto é a mais simples ela é armazenada como um único par de coordenadas x,y. Feições de linha e polígono são compostas de segmentos. Se um segmento é uma linha reta, ele é armazenada como dois pares de coordenada x,y que definem os pontos finais. Se um segmento é uma curva, ele é armazenado como coordenadas dos pontos finais com uma fórmula que define a curva conectando-os.

29 Níveis de complexidade de consulta Técnica Descrição Exemplo de Aplicação Pontos em um polígono Linhas em um polígono Área de Influência (Buffer) Interpolação Estimação de proximidade Identifica a interseção entre pontos e a área (polígono)em que eles estão. Identifica a interseção entre linhas e aárea (polígono) que elas cruzam. Construção de zonas de largura especificada ao redor de pontos, linhas ou áreas. Estimação de condições em locais não amostrados Análise de condições em determinado ponto, baseada em condições de uma vizinhança especificada. Para identificar todos os casos dentro de uma zona de exposição especificada. Para identificar fontes lineares (e.g. estradas) que cruzam uma área específica. Para definir áreas de exposição em torno de fontes de risco (r.g. (rg usinas nucleares). Mapeamento de superfícies de poluição. Estimativa de níveis de poluição baseada no uso do solo da região em torno.

30 Níveis de complexidade de consulta Técnica Descrição Exemplo de Aplicação Alisamento (Smoothing) Construção de uma superfície (generalizada). Mapeamento de superfícies generalizadas de exposição.l Sobreposição (Overlay) Combinação de um mapa com Combinação entre mapas de outro por sobreposição. densidade de poluição e população para identificar populações expostas. Quadro I Técnicas de análise espacial em SIG para aplicações em saúde e ambiente, adaptado de Briggs & Elliott (1995).

31 Operações Espaciais CARACTERÍSTICAS Estrutura; Cardinalidade; Escopo; OPERAÇÕES Seleção; Classificação; Dissolução; Proximidade; Sobreposição; Álgebra de mapas.

32 ESTRUTURA ENTRADA: conjuntos de dados espaciais SAIDA: espacial: novo conjunto de dados espaciais não-espacial: valor escalar / tabela / lista

33 ESTRUTURA Cada operação espacial gera uma saída, que pode tornar-se entrada para outra operação espacial e assim, sucessivamente.

34 CARDINALIDADE Operação 1 : 1 Ex: Plano de dados raster vetorização plano de dados vetorial

35 CARDINALIDADE Operação 1 : n Operação 1 : n Entrada (ex.): grid ou matriz de elevações Saída (ex): feições lineares declividades orientações curvas de nível

36 CARDINALIDADE Operação n : 1 Sobreposição de buffer de desapropriação, mapa de zoneamento e quadras.

37 CARDINALIDADE Operação n : n Dados de cobertura vegetal, município e distrito geram listas de tipos de cobertura vegetal por município e distrito.

38 ESCOPO Operação Local: atributosderegiõesadjacentesàslocalizaçõesdeentradanãocontribuem para os dados de saída correspondentes. Operação de Vizinhança: atributos de regiões vizinhas às localizações de entrada influenciam os dados de saída correspondentes. Operação Global: dados de saída, correspondentes às localizações de entrada, são, p ç, influenciados pelos atributos de todas as regiões de entrada.

39 ESCOPO

40 ESCOPO

41 ESCOPO

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44 ESCOPO

45 OPERAÇÕES DE SELEÇÃO Identificação de feições, cujos atributos e geometria atendam a uma ou várias condições e critérios. Formas de Seleção de dados: Manual: seleção de feições diretamente na tela do computador, através de apontador; Plano de dados: seleção de feições pertencentes a determinado conjunto de dados; Coordenadas: seleção de feições por localização através de coordenadas conhecidas; Tabela: uso de operadores algébricos para seleção entre registros de dados associados a feições geográficas.

46 OPERADORES DE SELEÇÃO

47 OPERADORES DE SELEÇÃO Álgebra booleana feições podem ser seletivamente recuperadas ou reclassificadas em seus atributos, através do uso de regras padronizadas de Álgebra Booleana, incorporadas a linguagem de banco de dados, como SQL; os operadores lógicos utilizados são : E (AND): interseção OU (OR ): união OU exclusivo (XOR): união, exceto região de interseção NÃO (NOT): exclusão

49 OPERADORES DE SELEÇÃO Operadores espaciais: Freeman - 13 operadores: à esquerda de... à direita de... ao lado de... acima de... (mais alto, sobre) abaixo de...(sob) atrás de... próximo a... longe de... ao lado de...(adjacente a) tocam... (partilham linhas em comum) dentro de... fora de... entre... e...

50 OPERADORES DE SELEÇÃO Operadores espaciais: Peuquet - 3 operadores para definição de relacionamentos topológicos: distância direção conjunto de operadores Booleanos Egenhofer efrank- 4 operadores: vizinhança inclusão distância direção Feuchtwanger - 6 operadores: adjacência proximidade subdivisão sobreposição vizinho mais próximo sub-região

51 OPERADORES DE SELEÇÃO Operadores espaciais: Egenhofer - 8 operadores: disjunto de... encontram... é igual a... dentro de... contém... cobre... é coberto por... sobreposição

52 OPERADORES DE SELEÇÃO Tipos de operações: Operações de Adjacência: são usadas para identificar aquelas feições que são adjacentes à outras feições. Situação típica de adjacência ocorre quando 2 polígonos possuem um lado comum. Raster: em um plano de dados raster, exaustiva comparação célula por célula deve ser conduzida para identificar pares adjacentes com valores diferentes. Vetorial: em um plano de dados vetorial, a adjacência pode ser identificada pela observação de relações topológicas existentes entre os dados. Operações de Continência/Pertinência: são usadas para identificar todas as feições que contêm ou estão contidas em outras feições.

58 OPERADORES DE DISSOLUÇÃO Conceitos Eliminação de limites entre áreas: polígonos adjacentes podem ter mesma classe de valores para um determinado atributo; limites entre polígonos são verificados a respeito dos valores em cada um dos lados; se os valores pertencem à mesma classe, a linha de limite é removida.

59 OPERADORES DE DISSOLUÇÃO

60 OPERADORES DE PROXIMIDADE Proximidade: operação que consiste na definição de entornos (buffers), para distinguir áreas que estão dentro de determinada distância limite. buffer : região que corresponde a distâncias menores ou iguais a uma buffer : região que corresponde a distâncias menores ou iguais a uma distância-limite, originada a partir de uma ou mais feições.

61 OPERADORES DE PROXIMIDADE

62 OPERADORES DE PROXIMIDADE Dados Vetoriais Tipos de Operações de proximidade vetorial: Entorno simples: delineamento de áreas a uma distância fixa, uniforme; para todas as feições de entrada; as linhas de interseção entre entornos são dissolvidas; Entorno composto: neste caso, as linhas de interseção entre entornos são mantidas, o que permite a análise das áreas de sobreposição; Entorno múltiplo: conceito de entorno simples (com dissolução) aplicado a múltiplas distâncias, a partir das feições de entrada; Entorno variável: as distâncias-limites são variáveis, de acordo com a feição de entrada.

66 OPERADORES DE SOBREPOSIÇÃO

71 OPERADORES DE SOBREPOSIÇÃO Casos espaciais Recorte: combinação de interseção e eliminação; o polígono limitante define a região de corte a ser aplicada ao conjunto de dados de interesse; Interseção: combinação de dados de ambos os conjuntos, para a região de corte (correspondente ao operador espacial AND); União: combinação de todos os dados de ambos os conjuntos (correspondente ao operador espacial OR ).

73 ÁLGEBRA DE MAPAS

84 ÁLGEBRA DE MAPAS Fonte: Marcos Rodrigues, arquivo 2009_SIG

85 Bibliografia básica BRIGGS, D.J.; ELLIOTT, P. The use of geographical information systems in studies on environment and health. Wld hlth quart, 48: 85-94, BURROUGH, P. A., 1989, Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment, Oxford University Press, Oxford. BONHAM-CARTER, G. F., 1994, Geographic Information Systems for Geoscientist - Modelling with GIS, Pergamon, Canada. CARVALHO, M.et al. (org.), 2000, Conceitos Básicos de Sistemas de Informação Geográfica e Cartografia aplicados à Saúde, Ed. OPAS, Min. Saúde, Brasil. LONGLEY, P., et al., 2001, Geographic Information Systems - Systems and Science, John Wiley and Sons, Ltd., England. TEIXEIRA, A. et al., 1992, Introdução aos Sistemas de Informação geográfica, Rio Claro, SP, Brasil. RODRIGUES, M. et al., 2011, Sistemas de Informações Geográficas GIS/SIG. Disponível em: < Acesso em Dez /2010. SILVA, A. B., 1999, Sistemas de Informações Geo-referenciadas: conceitos e fundamentos, Ed. Unicamp, Campinas, SP, Brasil. UFV Projeto UFVGeocapacitar. Disponível em: < Materiais_em_Geoprocessamento.zip>, i t i Acesso em Jun/2011. XAVIER da SILVA, J., 1997, Metodologia de Geoprocessamento, Revista da Pós - Graduação em Geografia, Ano 1, Vol. 1, p