Sistemas de Informação Geográfica Prof. Tiago Eugenio de Melo, MSc.
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1 SistemasdeInformaçãoGeográfica Prof.TiagoEugeniodeMelo,MSc. 1
2 SUMÁRIO Apresentaçãodaementa Introdução CartografiaDigital SistemasdePosicionamentoGlobal ArquiteturadeSIGs ConceitosBásicosdeGeoinformação BancodeDadosGeográficos AplicaçõesdeSIG 2
3 APRESENTAÇÃODAEMENTA 0.Apresentaçãodaementa Conteúdoprogramático Apresentaçãodosconceitos DefiniçõesdeGeoprocessamento ConceitosbásicosdeSIG Cartografiadigital ModelosdaTerraeelipsóides Projeçõescartográficas Tiposdeprojeção 3
4 APRESENTAÇÃODAEMENTA 0.Apresentaçãodaementa Conteúdoprogramático ConceitosbásicosdaCiênciadaGeoinformação Modelagemcomputacionalnoespaçogeográfico Paradigmadosquatrouniversoscomosuporteaproblemasde modelagem TiposdedadosemSIG ArquiteturadeSIG EstruturageraldeumSIG Arquiteturasinternas TendênciasemsoftwareSIG 4
5 APRESENTAÇÃODAEMENTA 0.Apresentaçãodaementa Conteúdoprogramático Bancodedadosgeográficos Modelosdedadosgeográficos Representaçãocomputacionaisdoespaçogeográfico AplicaçõesdeSIG Aplicaçõesambientais Aplicaçõesurbanas 5
6 APRESENTAÇÃODAEMENTA 0.Apresentaçãodaementa Bibliografia Câmara,Gilbertoetal.AnatomiadeSistemasde InformaçãoGeográfica.Campinas:Campus,1996. Câmara,Gilbertoetal.Bancodedadosgeográficos. Curitiba:EditoraMundoGeo,2005. Câmara,Gilbertoetal.IntroduçãoàCiênciada Geoinformação.Ediçãoon line. Rocha,CézarHenriqueBarra.Geoprocessamento TecnologiaTransdisciplinar.BeloHorizonte,Ediçãodo Autor:
7 APRESENTAÇÃODAEMENTA 0.Apresentaçãodaementa Referênciason line SitedoINPE Sitedoprofessor E maildecontato tiago@comunidadesol.orgoutiagodemelo@gmail.com 7
8 APRESENTAÇÃODAEMENTA 0.Apresentaçãodaementa Avaliações Serãorealizadasavaliaçõesemsaladeaula. Testeseprovas. Trabalhosescritoseapresentaçãoemsaladeaula (possibilidade). 8
9 INTRODUÇÃO Conceito Geoprocessamentodenotaadisciplinadoconhecimentoque utilizatécnicasmatemáticasecomputacionaisparao tratamentodainformaçãogeográficaequevem influenciandodemaneiracrescenteasáreasdecartografia, AnálisedeRecursosNaturais,Transportes,Comunicações, EnergiaePlanejamentoUrbanoeRegional. AsferramentascomputacionaisparaGeoprocessamento, chamadasdesistemasdeinformaçãogeográfica(gis), permitemrealizaranálisescomplexas,aointegrardadosde diversasfonteseaocriarbancosdedadosgeo referenciados. 9
10 INTRODUÇÃO Histórico Nos tempos romanos, os agrimensores ou medidores de Terras constituíram importantepartedogoverno.comodeclínio do império romano, houve uma paralisação doslevantamentose,comoconseqüência, uma diminuição substancial da produção de mapas. 10
11 INTRODUÇÃO Histórico SomentenoséculoXVIII,acivilização européiaretomounovamenteaorganização doestado,emuitosgovernosrealizaram levantamentossistemáticos.assim,pode se afirmar,semexageros,quearaizdos SIGsremontaàmetadedoséculoXVIII, medianteoaparecimentodacartografia comociênciamoderna. 11
12 INTRODUÇÃO Histórico Asprimeirastentativasdeautomatizarpartedo processamentodedadoscomcaracterísticas espaciaisaconteceramnainglaterraenosestados Unidos,nosanos50,comoobjetivoprincipalde reduziroscustosdeproduçãoemanutençãode mapas. 12
13 INTRODUÇÃO Histórico OsprimeirosSistemasdeInformaçãoGeográfica surgiramnadécadade60,nocanadá,comoparte deumprogramagovernamentalparacriarum inventárioderecursosnaturais. Essessistemaserampoucoamigáveis,lentose exigiamgrandescomputadores,alémdemão de obraespecializada. Asversõesdossoftwareestavamapenasnonível governamental. 13
14 INTRODUÇÃO Histórico Nadécadade70,aevoluçãodohardwarepermitiu osurgimentodosprimeirossigscomerciais. FoinesseperíodoquesurgiramostermosSIGe CAD(ComputerAidedDesign). 14
15 INTRODUÇÃO Histórico Adécadade80representaomomentoquandoa tecnologiadesistemasdeinformaçãogeográfica iniciaumperíododeaceleradocrescimentoque duraatéosdiasdehoje. Nodecorrerdosanos80,comagrande popularizaçãoebarateamentodasestaçõesde trabalhográficas,alémdosurgimentoeevolução doscomputadorespessoaisedossistemas gerenciadoresdebancosdedadosrelacionais, ocorreuumagrandedifusãodousodegis. 15
16 INTRODUÇÃO Histórico Nadécadade90,houveumaconsolidaçãodouso dasgeotecnologiasparaoapoioatomadade decisão,comgrandeempregodossigspor instituiçõesgovernamentaisedainiciativaprivada. 16
17 INTRODUÇÃO Histórico Naatualidade,atendênciadodesenvolvimento dossigsétorná loshíbridosecomoenfoque paraaweb. Asempresasquedesenvolvemtecnologiasde geoprocessamentoestabelecemparceriascom empresasdehardwareesoftwareparacriarem sistemashíbridos,quemcombinamgeotecnologias ebancodedados,tudoemumambienteweb. 17
18 INTRODUÇÃO Histórico Atualmente,osSIGsestãosetornando,cadavez mais,amigáveisedefácilutilizaçãopelousuário comum,nãoespecialistaemgeoprocessamento. Essasfacilidadestrouxeumsignificativoaumento donúmerodeusuáriosdasgeotecnologias. 18
19 INTRODUÇÃO CADD(ComputerAidedDesignandDrafting) ouprojetoassistidoporcomputador Produçãodemapascomosubstituiçãoao processocartográficotradicional. Osdadossãoorganizadosemcamadas (layers),empregadosparaorganizaras feiçõesdosmapasportemas(themes). Aprincipalvantagemnaatualizaçãomais simpleserápidadosmapas.porém,este sistemanãoéadequadoparaanálisede dados. 19
20 INTRODUÇÃO AM/FM(AutomatedMapping/Facility Management) Baseiam senatecnologiacadd,entretantoa tecnologianãoétãoprecisaquantoa anterior. Atributosnão gráficosnãopodemserligados aosdadosgeográficos. Dentreasdelimitaçõesestáanãodefiniçãode relaçõesespaciais. 20
21 INTRODUÇÃO GIS(GeographicInformationSystem) Éosistemamaisrecomendadoparaanálisede dadosespaciais. Possuirelaçãoespacialentretodosos elementosdosdados. 21
22 QuestõesdeRevisão 1. OquevocêentendeporGeoprocessamento? 2. OquevocêentendeporSistemasdeInformaçãoGeográficas? 3. QuaisforamosprincipaisfatoresnapopularizaçãodosSIGs? 22
23 CARTOGRAFIADIGITAL Cartografiaéentendidacomooconjuntode estudoseoperaçõescientíficas,artísticase técnicas,baseadonosresultadosde observaçõesdiretasoudeanálisede documentação,visandoàelaboraçãoea preparaçãodecartas,projetoseoutrasformas deexpressão. 23
24 CARTOGRAFIADIGITAL Geodésicaéaciênciaqueseocupada determinaçãodaforma,dasdimensõesedo campogravitacionaldaterra. Geóideéumasuperfícieaolongodaqualo potencialgravitacionaléigualemtodoolugar. Oelipsóideéasuperfícieadotadacomo referênciaparaoscálculosdeposição, distâncias,direçõeseoutroselementos geométricosdacartografia. 24
25 CARTOGRAFIADIGITAL Representaçãodegeóide,elipsóide,esferóide 25
26 CARTOGRAFIADIGITAL Datuméumpontoondeasuperfíciede referênciatocaaterra,sendocaracterizadoa partirdeumasuperfíciedereferência(datum horizontalouplanimétrico)edeumasuperfície denível(datumverticaloualtimétrico). Odatumplanimétricoatualmenteadotadopelo BrasiléoSAD 69(SouthAmericaDatum). OdatumaltimétricoéomarégrafodeImbituba, emsantacatarina. 26
27 CARTOGRAFIADIGITAL Anoçãodeescalaestárelacionadaàmaneirade representaromundo. Escalapodeserdefinidacomoumvalor adimensionalquerepresentaarelaçãoentreduas grandezaslineares. Nocasodeummapa,aescalarepresentaarelação entreumadistânciarepresentadasobreomapaeo seurespectivovalorsobreomodelousadopara representaromundoreal. 27
28 CARTOGRAFIADIGITAL Éimportantedestacartambémqueaescala controlaoconteúdoinformativoquepodeser mostrado. Porexemplo,nummapaemescalagrandeuma edificaçãopodesermostradapelaslinhasque definemoslimitesdasuaextensãoplanimétrica(a áreadaedificaçãoestárepresentada proporcionalmenteaescala). 28
29 CARTOGRAFIADIGITAL Amedidaqueaescalavaisendoreduzidaaforma queéutilizadapararepresentaçãodafeiçãovai sendogeneralizadae,numcasoextremo,parauma escalamuitopequenaaformasereduzaum símbolopontual. Nestecaso,ainformaçãoqueseestátransmitindo aousuárioéquenaquelelocalocorreumafeição quepertenceaclasseedificação,ousejanãoexiste maisproporcionalidadedaáreadosímbolocoma extensãoplanimétricadafeição. 29
30 CARTOGRAFIADIGITAL Asescalaspodeserclassificadasem: 1: (cartastopográficas) 1:25.000(levantamentodedetalhe) 1:5.000(planoscadastraisouplantasdecidades) 1: ,1: (cartascorográficas) 1: (cartasgerais) 30
31 CARTOGRAFIADIGITAL 31
32 CARTOGRAFIADIGITAL Generalizaçãoéanecessidadedeseadaptar oselementosdeummapanumaescala diversa. Emcartografia,osprincipaissistemas utilizadossão:coordenadasgeográficas, coordenadascartesianasecoordenadas plano retangulares. 32
33 CARTOGRAFIADIGITAL Coordenadasgeográficas:oposicionamento deumpontosobreoelipsóidedereferênciaé realizadoatravésdocruzamentodelinhasde referênciaimagináriassobreele(meridianose paralelos).aslinhasdereferênciapermitem determinaraposiçãodeumpontosobrea superfícieesféricae,emalgunscasos, estabelecerabaseparaaslinhasde referênciadosistemadecoordenadasdo plano. 33
34 CARTOGRAFIADIGITAL Coordenadascartesianas:estesistema consistedelinhasperpendicularesemum planoquecontémdoiseixosprincipais, chamadosdex(eixohorizontal)ey(eixo vertical). 34
35 CARTOGRAFIADIGITAL Coordenadasplano retangulares: estabeleceumarelaçãomatemáticaque permitedeformarasuperfícieelipsóidicade referênciaparatorná laplana. 35
36 CARTOGRAFIADIGITAL Projeçãocartográficaéacorrespondência matemáticaentreascoordenadasplano retangularesdomapaeascoordenadas esféricasdaterra. 36
37 CARTOGRAFIADIGITAL Projeçãocartográficaéumafunção matemáticaqueéusadaparasetransformar oselementosqueestãosobreumasuperfície dereferência,normalmenteumelipsóideou umaesfera,paraumasuperfíciedeprojeção, quedeveserumasuperfícieplana,ouentão desenvolvívelnumasuperfícieplana(por exemploumconeouumcilindro). 37
38 CARTOGRAFIADIGITAL Oproblemaqueexistequandoseaplicauma projeçãocartográficasãoasinevitáveis distorçõesdevidoatransformaçãode elementosdasuperfíciedereferência,com umacertacurvatura,paraasuperfíciede representação,queéumasuperfícieplana,ou desenvolvível,massemcurvatura. 38
39 CARTOGRAFIADIGITAL Épossívelseavaliaradistorçãodessas propriedadesemtermosdosseguintes critérios: Equidistância. Equivalencia. Conformidade(ortomorfismo). 39
40 CARTOGRAFIADIGITAL Equidistância Aprojeçãoeqüidistanteéaquelaque representacorretamentesobreasuperfície deprojeçãoadistânciaentre2pontosque estãosobreasuperfíciedereferência,de modoqueaescalaémantida(fatorde distorçãoiguala1)aolongodalinhaqueune estespontos. Essapropriedadenãoseaplicaaquaisquer doispontos. 40
41 CARTOGRAFIADIGITAL Equivalente: Aprojeçãoequivalenteéaquelaparaaqualse preservaovalordaárearepresentadaa partirdasuperfíciedereferência.paratanto, asdistânciaseosângulossãodistorcidos. 41
42 CARTOGRAFIADIGITAL Conforme: Aprojeçãoconforme(ouortomórfica)éaquela ondeépreservadaaforma,ousejaos ângulosnãosãodistorcidos.entretanto,esta propriedadenãoéválidaparaáreasde dimensõesmuitograndes. 42
43 CARTOGRAFIADIGITAL Noquedizrespeitoaométododeprojeçãoé possívelseidentificar2tiposquesão: Projeçãodireta. Projeçãoem2passos,ouprojeçãodupla. 43
44 CARTOGRAFIADIGITAL Projeçãodireta. Naprojeçãodiretaatransformaçãosedá diretamentedasuperfíciedoelipsóideparaa superfíciedeprojeção(seumplano,umcone ouumcilindro). Projeçãoem2passos,ouprojeçãodupla. Naprojeçãoem2passos,atransformação sedáprimeirodoelipsóideparauma superfícieesféricaedestaparaasuperfície deprojeção. 44
45 CARTOGRAFIADIGITAL Posicionamentosdaprojeçãoemrelaçãoà Terra. 45
46 CARTOGRAFIADIGITAL Asprojeçõespodemserclassificadasde acordocomotipodesuperfícieadotadaeo graudedeformação.emrelaçãoaotipode superfíciedeprojeçãoadotada,podem se classificarem:planasouazimutais,cônicas, cilíndricasoupoliédricas,deacordocoma representaçãodacurvadasuperfíciedaterra sobreumplano,cone,cilindrooupoliedro tangenteousecanteàesferaterrestre. 46
47 CARTOGRAFIADIGITAL Classificaçãodeprojeções 47
48 CARTOGRAFIADIGITAL UmtipoimportantedeprojeçãoéaUniversal TransverseMercator(UTM)classificada comoumaprojeçãocilíndricaconforme,ou seja,mantémaformaemdetrimentodas dimensões. Elapodeservisualizadacomoumcilindro secanteàsuperfíciedereferência,orientado deformaqueoeixodocilindroestejanoplano doequador. 48
49 CARTOGRAFIADIGITAL UTM 49
50 CARTOGRAFIADIGITAL UTM 50
51 CARTOGRAFIADIGITAL UTM Paraosmapastopográficosemescalas maioresdoque1/ ,aprojeção adotadanobrasiléautm. 51
52 CARTOGRAFIADIGITAL Símboloscartográficos Narealidade,ossímboloscartográficossãoum arranjográfico,cujafinalidadeétransmitirao usuárioalgumsignificadoouidéia. Umavezdefinidoquetipodecaracterística serátransmitidaaousuário,idealiza seum símbolocartográficoparacomunicaristo graficamente. 52
53 CARTOGRAFIADIGITAL Símboloscartográficos Oestabelecimentodeespecificaçõesparaos símboloscartográficoséalvode normatizaçãoespecífica. NoBrasil,aorganizaçãoresponsávelpela especificaçãodossímboloscartográficos paraosmapastopográficos,que caracterizamomapeamentosistemático,éo ComandodoExército,pormeiodaDiretoria doserviçogeográfico(dsg). 53
54 CARTOGRAFIADIGITAL Símboloscartográficos Umdosprincipaisproblemasqueexisteno projetodemapasérepresentaraenorme quantidadedefeiçõesqueexistemnomundo real,tendoemvistaquesóexistem3tiposde elementosgráficos(oponto,alinhaea área). 54
55 CARTOGRAFIADIGITAL Tiposdevariaçõesgráficas Ostiposdevariaçõesgráficaspodemser quantoaforma,quantoadimensão,equanto acor. 55
56 QuestõesdeRevisão 1. QualéaimportânciadaCartografianousodesistemasde informaçãogeográfica? 2. Oquevocêentendeporgeóide? 3. QualéodatumhorizontaladotadopeloBrasil? 4. QualéafinalidadedasescalasnosSIGs? 5. Oquevocêentendeporgeneralização? 6. Oquesãomeridianos? 7. QualéaprincipalvantagemdeusaraprojeçãoUTM? 56
57 GPS Histórico GPSéoacrônimodeGlobalPositionSystemou,em português,sistemadeposicionamentoglobal. OGPSfoiumprojetoconcebido,eaindahojeé controlado,pelodepartamentodedefesadosestados Unidos(DoD)noiníciodadécadade1960,sobo nomedeprojetonavstar. Oprimeirosatélitefoilançadoemfevereirode1978. Osistemafoideclaradooperacionalnoanode1995, comumcustoaproximadode10bilhõesdedólares. 57
58 GPS Histórico Ossatélitesforamcriadosparausomilitar,coma evoluçãodasaplicações,em1980,opresidente RonaldReganautorizouoseuusoparafinscivis, porémcomumerrode100metros,pormotivode segurança. 58
59 GPS Atualmente,existemdoissistemasefetivosde posicionamentoporsatélite: OGPSamericano; OGLONASSrusso; Tambémexistemdoissistemasem implantação: OGalileueuropeu; OCompasschinês; 59
60 GPS Funcionamento OsistemaNAVSTAR GPSestábaseadono conceitodemedidadedistânciasentreumafonte transmissoraeumafontereceptoraderádio sinais. Oreceptor,queestánasuperfíciedaTerra,capta ossinaiscodificadosdossatélitesparadeterminar assuasprópriascoordenadaseotempode deslocamento. 60
61 GPS Funcionamento Comosinaldetrêssatélitesépossívelconseguir umaposição2d(duasdimensões,latitudee longitude)ecomosinaldequatrooumais satélitesépossívelconseguirumaposiçãoem3d (latitude,longitudeealtitude). Apósreceberessasinformações,oaparelho calculaadistânciaatécadaumdossatélitesno intervalodetempoentreoinstantelocaleo instanteemqueossinaisforamenviados. 61
62 GPS Funcionamento Estecálculoéefetuadoemfunçãodotempoqueo sinaldemoraatéchegaraoreceptor,sabendoque viajaàvelocidadedaluz(tempodemoradox km/h=distância). 62
63 GPS Estrutura OGPSéestruturadoemtrêssegmentos: espacial(aéreo) decontrole(terrestre) deusuário 63
64 GPS Estrutura 64
65 GPS EstruturaEspacial Aconstelaçãodesatéliteséformadapor28 satélites,sendoquatrosobressalentes,em6 planosorbitais. Asórbitasforamescolhidasdemodoquede qualquerpontodaterraépossívelverde5a8 satélites. CadasatélitegiraemtornodaTerra,duasvezes pordia,aumaaltitudede,aproximadamente, quilômetros. 65
66 GPS EstruturaEspacial Dentrodossatélites,existemrelógiosatômicos quedifundemprecisamenteotempodeacordo comoseuprópriorelógio. Ossatélitessãoalimentadosporcorrenteelétrica geradaatravésdeplacassolarescomsuperfície de7,25m2. 66
67 GPS 67
68 GPS Estruturadecontrole Estesegmentoéconstituídoporváriasestações terrestressobcontroleoperacionaldo DepartamentodeDefesaNorte Americano(DoD), comoobjetivodemonitorar,corrigiregarantiro funcionamentodosistemanavstar,dentrodas especificaçõesdodod. OsegmentocontémumCentrodeControlee quatrocentrosdemonitoração. 68
69 GPS Estruturadecontrole Aestaçãoprimáriadecontroledaconstelaçãoestá localizadanosestadosunidos,noestadodo Colorado,easdemaisestaçõesespalhadaspelo restantedomundo. 69
70 GPS 70
71 GPS Estruturadousuário Estesegmentoéconstituídoportodosaqueles queseutilizamdosistema,demaneiradiretaou indireta. Outilizadorpossuiumreceptorderádiocomuma unidadedeprocessamentocapazdedecodificar, emtemporeal,ainformaçãoenviadaporcada satéliteecalcularaposição. 71
72 GPS Estruturadeusuário Deacordocomotipodeutilizador(civiloumilitar) ossinaisdosváriossatélitespodemser decodificadosdemaneiradiferente. Comparativo: 72
73 GPS Aplicações ApesardoGPStersidocriadoparafinsmilitares, hojesetornoubastantepopulareacessívelpara umgrandepúblico.istopermitiuquediversas aplicaçõesqueempregamogpssurgissem. 73
74 GPS Aplicações EmTransportes OusodeSIGcomas informaçõesdegpspermitiuquediversas aplicaçõesnaáreadetransportesfossem desenvolvidas. ExemplodereceptordeGPSnocarro 74
75 GPS Aplicações Nosesportes Diversasmodalidadesesportivas empregamhojeosrecursosdegps. CoordenadascomumGPScombússolaealtímetrointegrado. 75
76 GPS Aplicações Natopografia AtecnologianaáreadeGISajudou bastantenaqualidadeeprecisãodosdados topográficos. 76
77 GPS Aplicações Nocenáriomilitar,oGPSétambémusadoparao direcionamentodediversostiposdearmamentos deprecisão: BombasJDAM(JointDirectAttackMunition). MísseisTomahawk. Essetipodesistemapodeserusadoemqualquer condiçãoclimáticaegaranteumaltoíndicede acertos. 77
78 GPS OutrosSistemasdeNavegação GLObalNAvigationSatelliteGLONASS Glonasséosistemarusso,desenvolvidopelaantiga UniãodasRepúblicasSocialistasSoviéticas, equivalenteaonavstargps,denavegaçãoporsatélite. Osistemautilizatrêsníveisdeorbitais,comoito satélitesemcadanível,emquecadasatéliterepetea suaórbitadepoisde8dias. Osistemaforneceumsinalcomprevisãode100metros ede10a20metrosdeprecisãoparasinaismilitares. 78
79 GPS OutrosSistemasdeNavegação GLObalNAvigationSatelliteGLONASS Osistemapossuiaseguinteestrutura:umcentrode controleemmoscou;cincoestaçõesde comando/telemetria;trêsestaçõesdecampopara monitoramento;eumsistemacentralsincronizador. Essesistemanãosetornoupopulardevidoafatores tecnologicos,comerciaisepolíticos. 79
80 GPS OutrosSistemasdeNavegação Galileo Osistemateveiníciooficialemmaiode2003,através deumacordoentreauniãoeuropéiaeaagência EspacialEuropéia. Osistematemprevisãodeoperarcom30satélites,dos quais3ficarãodereserva,edeveentrarem funcionamentoem2013,comumcustoorçadoem aproximadamente3.4bilhõesdeeuros. OsprimeirossinaisdoGalileoforamtransmitidosnodia 12dejaneirode2006,pelosatéliteGIOVE A. 80
81 GPS UsodeGPSemSIG Formação,atualizaçãoemanutençãodebases cartográficas. OusodeGPScadastraispermitequesefaçaa coletadasposiçõesgeográficascoma possibilidadedeentradadedadosalfanuméricos emcampo,associadosàsfeiçõesmapeadas, integrandoosdoissistemas. 81
82 GPS UsodeGPSemSIG Naetapadeaquisiçãodedados,essetipodeGPS podeserutilizadocomoreceptordeposiçõesde difícilacessoouparaocadastrosimultâneode maisdeumafeição,porexemplo.naetapade pré processamentodosig,ossoftwarespossuem recursosdevisualização,edição,análise quantitativaequalitativa,filtragem,tranformação paraoutroselipsóides(wgs 84paraSAD 69)ou paraoutrosistemadecoordenadas(geográficas parautm). 82
83 GPS UsodeGPSemSIG OsdadosdoGPSaindapodemserexportados paraumsigdemaneiradireta,atravésdedados espaciais(dxf,dgn,shp)edosformatosde dadosdeatributos(dbf),dependendodorecurso oferecidopelosig. 83
84 GPS Aparelhos 84
85 GPS Referências:
86 QuestõesdeRevisão Qualéaimportânciadossistemasde posicionamentoglobalnasociedade? Expliqueasprincipaisestruturasde funcionamentodogps. ComenteduaspossíveisaplicaçõesdoGPS. 86
87 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA OsSistemasdeInformaçãoGeográficasão sistemasquerealizamotratamento computacionaldedadosgeográficose recuperaminformaçõesnãoapenascombase emsuascaracterísticasalfanuméricas,mas tambématravésdesualocalizaçãoespacial. Paraisto,ageometriaeosatributosdosdados numsigdevemestargeorreferenciados,isto é,localizadosnasuperfícieterrestree representadosnumaprojeçãocartográfica. 87
88 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA Orequisitodearmazenarageometriados objetosgeográficosedeseusatributos representaumadualidadebásicaparasigs. Hápelomenostrêsgrandesmaneirasde utilizarumsig: comoferramentaparaproduçãodemapas; comosuporteparaanáliseespacialdefenômenos; comoumbancodedadosgeográficos,com funçõesdearmazenamentoerecuperaçãode informaçãoespacial. 88
89 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA DefiniçãodeSIGs: Conjuntopoderosodeferramentasparacoletar, armazenar,recuperar,transformarevisualizar dadossobreomundoreal (Burrough,1986); Umsistemadesuporteàdecisãoqueintegra dadosreferenciadosespacialmentenumambiente derespostasaproblemas (Cowen,1988);c 89
90 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA PrincipaiscaracterísticasdosSIGs: Inserireintegrar,numaúnicabasededados, informaçõesespaciaisprovenientesdedados cartográficos,dadoscensitáriosecadastrourbano erural,imagensdesatélite,redesemodelos numéricosdeterreno; Oferecermecanismosparacombinarasvárias informações,atravésdealgoritmosde manipulaçãoeanálise,bemcomoparaconsultar, recuperar,visualizareplotaroconteúdodabase dedadosgeorreferenciados. 90
91 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA EstruturadeumSIG: Interfacecomusuário; Entradaeintegraçãodedados; Funçõesdeconsultaeanáliseespacial; Visualizaçãoeplotagem; Armazenamentoerecuperaçãodedados (organizadossobaformadeumbancodedados geográficos). 91
92 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA ExemplosdeconsultasaoSIG: "RecupereosdadosrelativosàcartadeGuajará Mirim"(restriçãopordefiniçãoderegiãode interesse); "RecupereascidadesdoEstadodeSãoPaulo compopulaçãoentre e habitantes"(consultaporatributosnão espaciais). "Mostreospostosdesaúdenumraiode5kmdo hospitalmunicipaldes.j.campos"(consultacom restriçõesespaciais). 92
93 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA EstruturageraldeumSIG 93
94 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA Gerênciadedados dual integradabaseadaemsgbdsrelacionais integradabaseadaemextensõesespaciaissobre SGBDsobjeto relacionais 94
95 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA Arquiteturadual UmSIGimplementadocomaestratégiadualutiliza umsgbdrelacionalparaarmazenarosatributos convencionaisdosobjetosgeográficos(naforma detabelas)earquivosparaguardaras representaçõesgeométricasdestesobjetos. 95
96 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA 96
97 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA Arquiteturadual Aprincipalvantagemdestaestratégiaépoder utilizarossgbdsrelacionaisdemercado. Noentanto,comoasrepresentaçõesgeométricas dosobjetosespaciaisestãoforadocontroledo SGBD,estaestruturadificultaoequacionamento dasquestõesdeotimizaçãodeconsultas,gerência detransaçõesecontroledeintegridadeede concorrência. 97
98 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA Asprincipaisdesvantagensdaarquiteturadual são: Dificuldadesnocontroleemanipulaçãodosdados espaciais; Consultasmaislentas,poissãoprocessadas separadamente.aparteconvencionaldaconsulta éprocessadapelosgbdseparadodaparte espacial,queéprocessadapeloaplicativo utilizandoosarquivosproprietários; 98
99 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA Asprincipaisdesvantagensdaarquiteturadual são: Dificuldadeemmanteraintegridadeentrea componenteespacialeacomponente alfanumérica; Faltadeinteroperabilidadeentreosdados.Cada sistemaproduzseupróprioarquivoproprietário semseguirumformatopadrão,oquedificultaa integraçãodestesdados. 99
100 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA ArquiteturaIntegradaparaGerênciadeDados AarquiteturaIntegrada,mostradanaFigura3.3b, consisteemarmazenartodoodadoespacialem umsgbd,tantosuacomponenteespacialcomoa partealfanumérica. Suaprincipalvantageméautilizaçãodosrecursos deumsgbdparacontroleemanipulaçãode dadosespaciais,comogerênciadetransações, controledeintegridadeeconcorrência. 100
101 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA Comparaçãodearquiteturas 101
102 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA ArquiteturaIntegradaparaGerênciadeDados Háduasalternativasparaaarquiteturaintegrada: (a)baseadaemsgbdsrelacionais; (b)baseadaemextensõesespaciaissobresgbds objeto relacionais. 102
103 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA ArquiteturaIntegradaparaGerênciadeDados AarquiteturaintegradabaseadaemumSGBD relacionalutilizacamposlongos,chamadosde BLOBs,paraarmazenaracomponenteespacialdo dado. 103
104 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA ArquiteturaIntegradaparaGerênciadeDados Suasprincipaisdesvantagenssão: Nãoécapazdecapturarasemânticadosdados espaciais. Métodosdeacessoespacialeotimizadordeconsultas devemserimplementadospelosig. LimitaçõesdalinguagemSQL1paraamanipulaçãodos dadosespaciais:asqlpadrãooferecerecursos limitadosparaotratamentodecamposlongos. 104
105 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA Integradabaseadaemextensõesespaciais sobresgbdsobjeto relacionais Ooutrotipodearquiteturaintegradaconsisteem utilizarextensõesespaciaisdesenvolvidassobre SGBDsobjeto relacionais(sgbdor). Comodesvantagensdessaarquiteturapodemser citadasasfaltasdemecanismosdecontrolede integridadesobreosdadosespaciaiseafaltade padronizaçãodasextensõesdalinguagemsql. 105
106 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmSGBDORquepossuiumaextensãopara tratardadosespaciaisdeveterasseguintes características: Fornecertiposdedadosespaciais(TDEs),como ponto,linhaeregião,emseumodelodedadose manipulá losassimcomoostiposalfanuméricos básicos(inteiros,string,etc); EstenderalinguagemdeconsultaSQLpara suportaroperaçõeseconsultasespaciaissobre TDEs; 106
107 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmSGBDORquepossuiumaextensãopara tratardadosespaciaisdeveterasseguintes características: Adaptaroutrasfunçõesdeníveismaisinternos paramanipulartdeseficientemente,taiscomo métodosdearmazenamentoeacesso(indexação espacial)emétodosdeotimizaçãodeconsultas (junçãoespacial). 107
108 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmavisãogeraldatecnologiadeSIG(1a geração) Os"GISdesktop",cominterfacesamigáveise crescentefuncionalidade. SãosistemasherdeirosdatradiçãodeCartografia, comsuportedebancosdedadoslimitadoecujo paradigmatípicodetrabalhoéomapa. 108
109 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmavisãogeraldatecnologiadeSIG(1a geração) Num"GISdesktop"tradicional,osdados geográficossãoarmazenadosdeformaseparada, comosatributosdescritivosguardadosemtabelas (usualmentenopadrãoxbase)easgeometriasem formatosproprietários(comoos"shapefiles"do ARC/VIEW). 109
110 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmavisãogeraldatecnologiadeSIG(1a geração) Os"GISdesktop"têmevoluídoparaofereceruma crescentegamadefuncionalidade,incluindo: Acombinaçãodetratamentodedadosvetoriaise matriciais("raster")nomesmoambiente,comuma integraçãomaiorentreprocessamentodeimagense GIS. Linguagensdeprogramaçãodescripts,emqueas variáveisrefletemostiposdedadosgeográficos suportadospelosistema(e.g.,avenuedoarc/view), equepermitemampliarafuncionalidadedisponível. 110
111 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmavisãogeraldatecnologiadeSIG(1a geração) Os"GISdesktop"têmevoluídoparaofereceruma crescentegamadefuncionalidade,incluindo: FerramentassofisticadasdeAnáliseEspacial,comoos módulosdegeoestatística. Umaintegraçãodo"desktop"comosgerenciadoresde dadosgeográficos,comonocasodaligaçãoentre GEOMEDIAcomORACLEeTerraViewcome PostgreSQL. Oaumentodapotencialdeinteroperabilidadeeda conversãoautomáticadeformatosdedadosgeográficos. 111
112 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmavisãogeraldatecnologiadeSIG(2a geração): Os"GerenciadoresdeDadosGeográficos",que armazenamosdadosespaciaisemambiente multi usuário. AsegundageraçãodeSIGs( bancodedados geográfico )chegouaomercadonoiníciodadécadade 90ecaracteriza seporserconcebidaparausoem ambientescliente servidor,acopladoagerenciadoresde bancosdedadosrelacionaisecompacotesadicionais paraprocessamentodeimagens. 112
113 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmavisãogeraldatecnologiadeSIG: Os"ComponentesGIS",ambientesde programaçãoqueforneceminsumosparaqueo usuáriocrieseupróprioaplicativogeográfico. AterceirageraçãodeSIGs( bibliotecasgeográficas digitais ou centrosdedadosgeográficos ), caracterizadapelogerenciamentodegrandesbasesde dadosgeográficos,comacessoatravésderedeslocais eremotas,cominterfaceviawww(worldwideweb). 113
114 ARQUITETURADESISTEMASDE INFORMAÇÃOGEOGRÁFICA UmavisãogeraldatecnologiadeSIG: Os"ComponentesGIS",ambientesde programaçãoqueforneceminsumosparaqueo usuáriocrieseupróprioaplicativogeográfico. 114
115 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador Existemquatrouniversos: 115
116 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 1.mundoreal arepresentaçãodeumobjetogeográficonumgis dependerádaescalaqueutilizarmos. 116
117 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 1.mundoreal asprincipaisescalasdemensuraçãosão: nominal(temático) >baseia senadiferenciaçãoentre osobjetossegundoclassesdistintas. 117
118 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Nominal 118
119 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 1.mundoreal asprincipaisescalasdemensuraçãosão: ordinal(temático) >atribuivaloresounomesparaas amostras. intervalo(baseadoemnúmerosreais) >opontode referênciazeroédefinidodeformaarbitrária. razão(baseadoemnúmerosreais) >opontode referênciazeronãoéarbitrário,masdefinidoporalguma condiçãonatural. 119
120 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 1.mundoreal tiposdedadosemgeoprocessamento dadostemáticos:descrevemadistribuiçãoespacialde umagrandezageográfica,comoosmapasde pedologia. dadoscadastrais:cadaumdeseuselementoséum objetogeográfico,quepossuiatributosepodeestar associadoaváriasrepresentaçõesgráficas.exemplo: mapacadastraldaaméricadosul. 120
121 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Dadoscadastrais 121
122 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 1.mundoreal tiposdedadosemgeoprocessamento redes:cadaobjetogeográficopossuiumalocalização geográficaeestásempreassociadoaatributos descritivospresentesnobancodedados.exemplo: redesdeágua. 122
123 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Redes 123
124 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 1.mundoreal tiposdedadosemgeoprocessamento modelonuméricodeterreno:exemplo:mapade declividade. 124
125 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO ModeloNuméricodeTerreno 125
126 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 1.mundoreal tiposdedadosemgeoprocessamento imagens:obtidasporsatélites,fotografiasaéreasou scannersaerotransportados. 126
127 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Imagens 127
128 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 2.matemático(conceitual) classesformaisdedadosgeográficos(dados contínuoseobjetosindividualizáveis) 128
129 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 3.representação representaçõesmatriciaisevetoriais 129
130 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Matricial(raster) 130
131 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO ComparaçãoMatricialeVetorial 131
132 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Representaçãodosdadosnocomputador 4.implementação Preocupaçãocomaestruturadedados. Decisõesconcretasdeprogramação. 132
133 CONCEITOSBÁSICOSDEGEOINFORMAÇÃO Questionário 1. Comenteasprincipaisdiferençasentredadosmatriciaise dadosvetoriais. 2. Quaissãoosuniversosempregadospararepresentaros dadosnocomputador? 3. OModeloNuméricodeTerrenoéempregadopara representarquaistiposdedadosespaciais? 4. OModelodeRedeséutilizadopararepresentarquetipos dedados?mencioneumexemplo. 133
134 Open Geospatial Consortium (OGC) Open Geospatial Consortium (OGC) (material baseado no curso de banco de dados geográficos, disponível em: 134
135 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) OqueéoOCG? Éumconsórcioformadoporempresas, universidadeseagênciasgovernamentais. Qualéoseuobjetivo? Promoverodesenvolvimentodepadrõesque facilitemainteroperabilidadeentresistemas envolvendoinformaçãogeo espacial. OsprodutosdotrabalhodoOGCsão apresentadossobaformadeespecificaçõesde interfacesepadrõesdeintercâmbio. 135
136 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) ExtensãoEspacial SGBD ORsãoestendidosparasuportar: Tiposdedadosespaciais:polígono,ponto,linha,etc. OperadoresefunçõesutilizadosnaSQLparamanipulardadosespaciais (consultasejunção). Métodoseficientesdeacessoaosdadosespaciais. Extensõesexistentes(seguempadrãoOGC): Comerciais OracleSpatial. IBMDB2SpatialExtender. Livres PostGIS. ExtensãoespacialparaMySQL(emdesenvolvimento). 136
137 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) AlgumasespecificaçõesOGC: SFS SQL(SimpleFeatureSpecificationForSQL): especificaçõessobreoarmazenamentoerecuperaçãode dadosespaciais. GML(GeographyMarkupLanguage):intercâmbiode dados. OWS(OGCWebServices):especificaçõesdeserviços WEB WFS:WebFeatureService WMS:WebMapServer 137
138 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SimpleFeatureSpecificationforSQL (SFS SQL) Endereçaoarmazenamentoerecuperaçãode feiçõesespaciaispelossistemasdebancosde dados. Define: Esquemaparaoarmazenamentodefeições. Semânticadosoperadorestopológicosaseremusados emconsultasespaciais. Interfacedosdemaisoperadoresespaciais(métricose quegeramnovasgeometrias). 138
139 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SimpleFeatureSpecificationforSQL (SFS SQL) Defineoconceitodetabelasdefeições: Atributosalfa numéricos:tiposcomunsdasql Atributosespaciais:SQLouSQLcomtiposgeométricos. 139
140 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SFS SQL:HierarquiadeTiposGeométricos Geometry Point Line Curve Surface LineString Polygon GeometryCollection LinearRing MultiSurface MultiCurve MultiPolygon MultiLineString MultiPoint 140
141 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) WKTWellKnownText 141
142 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SFS SQL:TabelasdefeiçõesTiposSQL GEOMETRY_COLUMNS SPATIAL_REFERENCE_SYSTEMS F_TABLE_CATALOG F_TABLE_SCHEMA F_TABLE_NAME F_GEOMETRY_COLUMN G_TABLE_CATALOG G_TABLE_SCHEMA G_TABLE_NAME STORAGE_TYPE GEOMETRY_TYPE COORD_DIMENSION MAX_PPR SRID SRID AUTH_NAME AUTH_SRID SRTEXT GEO_COLUMNS FEATURE_TABLE <ATRIBUTOS> GID (Geometry Column) <ATRIBUTOS> GID ESEQ ETYPE SEQ X1 Y1... X<MAX_PPR> Y<MAX_PPR> GEO_COLUMNS ou GID XMIN YMIN XMAX YMAX WKB_GEOMETRY 142
143 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SFS SQL:TabelasdefeiçõesUsandoTipos NuméricosdaSQL 143
144 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SFS SQL:TabelasdefeiçõesUsandoBLOBs WellKnownBinary(WKB) GEO_COLUMNS GID XMIN YMIN XMAX YMAX WKB_GEOMETRY Geometria: com valores no formato NDR (B=1) tipo polígono (T=3) 2 anéis (NR = 2) Cada anel com 3 pontos (NP = 3). 144
145 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SFS SQL:TabelasdefeiçõesTipos GeométricosNativos GEOMETRY_COLUMNS SPATIAL_REFERENCE_SYSTEMS F_TABLE_CATALOG F_TABLE_SCHEMA F_TABLE_NAME F_GEOMETRY_COLUMN COORD_DIMENSION SRID SRID AUTH_NAME AUTH_SRID SRTEXT FEATURE_TABLE <ATRIBUTOS> GID (Geometry Column) <ATRIBUTOS> 145
146 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SFS SQL:OperadoresEspaciais Intersection(A,B):Geometry A A Intersection C B B 146
147 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) OutrasOperações(SF SQL) distance(outrageometria:geometry):double buffer(distância:double):geometry retornaumpolígonoconvexocomtodosospontosda geometria intersection(outrageometria:geometry):geometry retornaumageometriadefinidaporummapadedistância convexhull():geometry retornaadistânciaentreasgeometrias retornaageometriaresultantedainterseçãodasgeometrias union(outrageometria:geometry):geometry retornaageometriaresultantedauniãodeduasgeometrias 147
148 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) OutrasOperações(SF SQL) difference(outrageometria:geometry):geometry area():double áreadeumaregião centroid():point retornaageometriaresultantedadiferençaentreas geometrias umpontorepresentandoocentróidedageometria pointonsurface():point umpontoqueestejanasuperfície 148
149 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) SFS SQL Extensõesexistentesqueseguemestepadrão: Comerciais OracleSpatial IBMDB2SpatialExtender Livres PostGIS ExtensãoespacialparaMySQL(emdesenvolvimento) 149
150 OPENGEOSPATIALCONSORTIUM(OGC) Questionário: 1.QualéopapeldaOGC? 2.OqueéOGC? 3.DequemaneiraaOGCcontribuiparaa interoperabilidadedosdadosgeográficos? 4.OqueéGML? 150
151 AULAREVISÃODEBD ManterialdeReferência: 151
152 Referências Vieira,AntônioJoséBerutti&Oliveira, LeonardoCastro.Textosdidáticos:conceitos importantesdecartografiadigital.curitiba,
153 Referências(URLs) 153
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