Sistemas de Informações Geográficas

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1 Sistemas de Informações Geográficas Aula 3 Assuntos: # Revisão em geodésia # Georreferenciamento # Representação do mundo real no computador # Formatos vetorial e matricial # Modelo conceitual de banco de dados no aplicativo Spring # Planos de informação 1. Revisão em geodésia É de fundamental importância no georreferenciamento dos dados o conhecimento dos seguintes parâmetros: Datum Projeção 1. Revisão em geodésia Datum: uma superfície de referência, calculada a partir deum elipsóide e de umponto de referência. 1

2 1. Revisão em geodésia Projeção: função matemática que converte a Terra da forma esférica para a forma plana. Rios Amostras Mapas de solos Grade de referência Longitude Etapas do georreferenciamento: Obtenção de base cartográfica para extração de pontos de controle Obtenção de informações de projeção e datum da base cartográfica Seleção dos pontos de controle Seleção do polinômio de transformação Análise do erro Etapas complementares: Importação para a base de dados Seleção do interpolador dos níveis de cinza Análise do georreferenciamento 2

3 Base cartográfica: cartas topográficas base de pontos georreferenciados Obtenção das informações de projeção e datum Inserir as informações no SIG 3

4 Coordenadas geográficas x coordenadas planas Coordenadas geográficas: graus, minutos, segundos. Adequadas para representações em forma de esfera Coordenadas planas: metros, sendo a origem da medida definida pelo sistema de projeção utilizado. Adequadas para representações planas Coordenadas geográficas x coordenadas planas Os SIGs aceitam coordenadas dos pontos de controle tanto em metros (planas) quanto em graus (geográficas). Devem ser observados os formatos de entrada de cada tipo de dado. 4

5 Coordenadas geográficas x coordenadas planas Coordenadas geográficas x coordenadas planas Inserir valores de x e y de acordo com a origem, definida pelo sistema de projeção utilizado. Lembrando que: y MERIDIANOS x Coordenadas geográficas x coordenadas planas Inserir valores de x e y de acordo com a origem, definida pelo sistema de projeção utilizado. Lembrando que: y PARALELOS x 5

6 Coordenadas geográficas x coordenadas planas Seleção dos pontos de controle: aula prática 7: georreferenciamento de imagem de satélite. Mas, o que são pontos de controle? O que são pontos de controle? Pontos com coordenadas conhecidas, facilmente identificáveis na base topográfica enodadoaser a georreferenciado. Cuidados na aquisição dos pontos de controle: - Precisão do posicionamento e na digitação das coordenadas - Bem distribuídos em toda o dado a ser georreferenciado 6

7 Seleção do polinômio de transformação Seleção do polinômio de transformação Seleção do polinômio de transformação * operações raramente necessárias 7

8 Seleção do polinômio de transformação Qual o polinômio adequado? Deve ser selecionado o polinômio de acordo com a transformação necessária para o dado. transp/c3_tratam2_v3b.pdf Exemplo: Uma imagem já orientada para o norte (carta-imagem) necessita apenas de uma operação de translação! Análise do erro Análise do erro 8

9 Etapas complementares: Importação para a base de dados Seleção do interpolador dos níveis de cinza Análise do georreferenciamento aula prática 7 3. Tipos de dados integrados em um SIG Imagens de satélite Mapas temáticos Mapas cadastrais Dados alfanuméricos (atributos) Modelos numéricos do terreno Redes 3. Tipos de dados integrados em um SIG Imagens de satélite Mapas temáticos Mapas cadastrais Dados alfanuméricos (atributos) Modelos numéricos do terreno Redes Todos os dados são inseridos em um SIG de forma individual, formando planos de informação (ou layers). Um plano de informação é uma camada de dados com informações georreferenciadas sobre um único tema. 9

10 3.1. Imagens de satélites Exemplo: Imagens do satélite Landsat 7, sensor ETM+ Banda 1 Banda 2 Banda 3 Banda 4 Banda 5 Banda Mapas temáticos e cadastrais Os mapas temáticos e cadastrais são formados por PONTOS, LINHAS ou POLÍGONOS. Cada feição possui um identificador (ID), suas coordenadas geográficas e suas relações topológicas com os demais elementos do mesmo mapa (plano de informação. Nos mapas temáticos cada polígono tem além do identificador uma ÚNICA classe temática. Nos mapas cadastrais é possível associar a cada polígono várias informações (atributos), organizados de forma tabular (TABELA DE ATRIBUTOS) Mapas temáticos 10

11 Mapas temáticos Mapas cadastrais e tabela de atributos Exemplo: Distritos censitários Representação Vetorial Representação Tabular Id PopT. Domicilios Exemplo: Hospitais Id Tipo 156 Traumatologia 157 Pronto Socorro Mapas cadastrais e tabela de atributos 11

12 3.3. Modelo Numérico de Terreno (MNT) (a) pontual (b) isolinhas Estruturas de representação computacional: (a) pontos cotados (b) isolinhas (c) grade triangular (d) grade retangular Em cada ponto cotado ou das grades estão associados um valor da variável representada. As isolinhas unem pontos de mesmo valor. (c) grade triangular (d) grade retangular 3.3. Modelo numérico do terreno (MNT) 3.4. Redes Na estrutura de representação de redes cada ponto e cada linha tem um identificador único, conforme a sua posição e função que representa na rede. Exemplo de representação de rede elétrica 12

13 4. Representação dos dados em um SIG Como representar o mundo real no computador? Algumas considerações: O mundo é extramente complexo! Uma base de dados dd espaciaisemum ii SIG apresentauma limitada visão da realidade, ou seja: uma base de dados espaciais é um modelo da realidade. O usuário vê o mundo real através dos dados que estão representados (ou armazenados) na base de dados. 4. Representação dos dados em um SIG Como representar o mundo real no computador? Uma base de dados pode incluir: Versão digital dos objetos reais ex: casas, estradas, florestas Versão digital dos objetos fictícios (inventados) ex: divisões políticas Medições e quantificações ex: precipitação pluvial, população Descrições ex: nome dos municípios 4. Representação dos dados em um SIG Como representar o mundo real no computador? Algumas feições são discretas, definindo claramente entidades, facilmente representáveis (ex: casas, estradas). Outras feições existem em todo o lugar e possuem variação contínua (ex: temperatura). Este tipo de feição necessita ter sua representação aproximada, usando representação discreta, já que representações contínuas no computador não são possíveis 13

14 4. Representação dos dados em um SIG Como representar o mundo real no computador? Floresta Não- Floresta realidade representação no SIG Algumas vezes a distinção entre discreta e contínua não está bem clara, sendo necessárias simplificações para representar o dado na base de dados. 4. Representação dos dados em um SIG Como representar o mundo real no computador? Objetos versus Campos Objetos espaços pç vazios separam um objeto do outro, ou estes compartilham uma mesma fronteira. Ex: malha municipal Campos os valores são definidos para cada posição do espaço. Ex: temperatura da superfície do mar 4. Representação dos dados em um SIG Os objetos (ou feições) podem ser representados em formato vetorial ou matricial (raster). Pontos Linhas Polígonos C B B A B C A 14

15 4.1 Representação vetorial dos objetos pontos linhas áreas Nó y Vértice x 4.1. Representação vetorial dos objetos Os elementos são representadas considerando as coordenadas dos pontos dos vértices em um sistema cartesiano de coordenadas planas. (X, Y) 4. Representação dos dados em um SIG 4.1. Representação vetorial dos objetos Relações topológicas no modelo vetorial de armazenamento de objetos. Diferenças entre um SIG e um CAD 15

16 4.1.1.Relações topológicas no modelo vetorial de armazenamento de objetos. Modelo Spaghetti (CAD) Pontos são armazenados como um par de coordenadas x,y Linhas são uma série de coordenadas x,y Áreas são uma série de coordenadas x,y, com a primeira e última coordendas idênticas Área Coordenadas A (1,4), (1,6), (6,6), (6,4), (4,4), (1,4) B (1,4), (4,4), (4,1), (1,1), (1,4) C (4,4), (6,4), (6,1), (4,1), (4,4) 6 5 A Modelo Spaghetti pg B C Pontos e linhas podem ser armazenados da mesma maneira; Não há relacionamento entre pontos, llinhas e polígonos Relações topológicas no modelo vetorial de armazenamento de objetos. Modelo Topológico (SIG) São armazenadas as coordendas x/y e codificadas as relações espaciais entre as feições. Também chamada arco nó poligono. arco = linha nó = ponto do final de uma linha ou onde duas ou mais linhas se conectam polígono = área, definida por um arco fechado 16

17 I Nó X Y I 1 4 II 4 4 III 6 4 IV 4 1 O = fora do polígono 1 1 A II 4 5 B 6 C 2 3 IV III Linha De Para Dir. Esq. 1 I III O A 2 I IV B O 3 III IV O C 4 I II A B 5 II III A C 6 II IV C B Polígono Linhas A 1,4,5 B 2,4,6 C 3,5,6 Modelo Topológico 4.2.Representação matricial dos objetos Linhas Colunas 1,1 1,8 4,3 5,8 8,1 8,8 4.2.Representação matricial dos objetos Representação matricial dos objetos (ou feições) 17

18 4.2.Representação matricial dos objetos O elemento de resolução é chamado de célula ou pixel. Possui dimensão única para todos os elementos da matriz, definida na criação da matriz, que corresponde a altura e largura das células 4.2.Representação matricial dos objetos O atributo de cada uma das células é definido pelo seu valor digital. Os atributos são armazenados no mesmo plano de informação. 4. Representação dos dados em um SIG Os campos podem ser representados em formato vetorial ou matricial (raster). Grade Matricial Grade de pontos regulares Pontos amostrais Isolinhas 18

19 4.3.Representação matricial dos campos 4.3.Representação matricial dos campos 4.3.Representação matricial dos campos 19

20 4.4.Representação vetorial dos campos (X, Y, Z) pontos isolinhas z1 z3 z1 z2 z3 z2 y z4 z1 z2 z3 z6 z5 z1 z1 z2 z2 z3 z3 x 4. Representação dos dados em um SIG 4.5. Armazenamento de atributos Atributos são dados qualitativos, relacionados às feições do mundo real armazenadas na base de dados (objetos vetoriais). Os atributos são armazenados separadamente dos dados espaciais, em tabelas de um banco de dados relacional. A ligação entre os objetos e as tabelas de atributos são feitas por identificadores únicos de cada objeto. Podem receber atributos os pontos, as linhas e/ou os polígonos Armazenamento de atributos Representação vetorial Tabela de atributos id área cultivo ver. cultivo inv milho trigo soja aveia sorgo aveia 20

21 4.5. Armazenamento de atributos Os atributos são armazenados em tabelas em um banco de dados relacional. No aplicativo Spring a seleção do banco de dados relacional é a primeira etapa na criação de uma base de dados espaciais Armazenamento de atributos Uma boa organização dos atributos é essencial. O ideal é não incluir redundâncias na base de atributos, para uma base de dados d mais eficiente. i Em estudos socioeconômicos utilizando SIG a base de dados de atributos é geralmente muito maior que a base de dados vetorial Armazenamento de atributos Id Province District P_Pop D_Pop 101 Merida Palma Merida S. Maria Merida Veralo La Paz Bolo La Paz Jose La Paz Malabo La Paz Chilabo Redundância: Armazenar a província e o distrito na mesma tabela insere redundâncias na base, porque algumas informações precisam ser repetidas em várias linhas. 21

22 4.5. Armazenamento de atributos Id District D_Pop Province 101 Palma Merida 102 S. Maria Merida 103 Veralo Merida 104 Bolo La Paz 105 Jose La Paz 106 Malabo La Paz 107 Chilabo La Paz P_Pop Province La Paz Merida Solução: Armazenar em tabelas separadas, já que todas estão na mesma base de dados Armazenamento de atributos 4.6.Representação Vetorial versus Representação Matricial Vetorial Matricial Tipo de dados Pontos, Linhas e Polígonos Células Visual na tela Unidade de medida dos dados Representação no espaço Representação das feições Armazenamento dos atributos Os dados são visualizados como em um mapa Pontos sem dimensão Linhas comprimento Plí Polígonos área Somente as feições vetorizadas são representadas As feições são objetos vetorizados os quais são reconhecidos pelo computador (orientado a objetos). Em uma tabela relacionada com os objetos vetorizados Os dados são visualizados como uma imagem Cada célula tem um tamanho. O tamanho das feições é dt determinado d pelo número de células que a feição ocupa. Todo o espaço é representado As feições são grupos de células com o mesmo identificador. O plano de informação armazena a posição espacial e o atributo das células (valor z). 22

23 4.6.Representação Vetorial versus Representação Matricial Vetorial Matricial Link entre as feições e os atributos Cada feição possui um identificador (ID) que permite o relacionar as feições com a tabela de atributos. As células contém os atributos. Tipo de atributos Números ou caracteres Somente números Espaço para armazenamento Representação de um fenômeno. Menor espaço È necessário armazenar as coordenadas dos pontos, a topologia e os identificadores. Os atributos são armazenados na forma tabular. Melhor para distinguir objetos que possuem limites bem definidos. Adequado para objetos com grande quantidade de atributos. Maior espaço Quanto maior for a resolução espacial da matriz maior o espaço para o armazenamento. Mesmo que uma matriz 100 x 100 tenha um único valor para todas as células este valor precisa ser armazenado vezes Melhor para superfícies continuas, tais como modelos de elevação, temperatura e também para imagens de satélite. 4.6.Representação Vetorial versus Representação Matricial Geometria das relações espaciais Vetorial Complexa: O conhecimento dos vizinhos ou do contexto de um conjunto de feições em relação a outras feições é um calculo complexo, função da topologia dos elementos. A sobreposição de planos de informações depende de ajustes na escala dos diferentes planos Matricial Simples: Todos os valores estão organizados sobre uma grade uniforme. Cada elemento tem sua posição facilmente determinada. A sobreposição de planos de informação pode ser facilmente feita pixel a pixel. Melhores aplicações Construção de banco de dados de inventários, cadastro municipal ou estadual, análise ambiental, produção de culturas agrícolas. Processamento de imagens, análise espacial, modelos espaço-temporais, construção de cenários. 5. Estrutura de armazenamento de dados no aplicativo Spring Os dados georreferenciados dentro do aplicativo Spring necessitam estar inseridos na seguinte estrutura: Banco de dados Projeto Categoria Plano de informação 23

24 5. Estrutura de armazenamento de dados no aplicativo Spring Os dados georreferenciados dentro do aplicativo Spring necessitam estar inseridos na seguinte estrutura: Banco de dados Projeto Categoria Plano de informação Definições para a criação de um banco de dados Local de armazenamento Nome do banco de dados Gerenciador dos dados 24

25 Operações com banco de dados (após a criação) 5. Estrutura de armazenamento de dados no aplicativo Spring Os dados georreferenciados dentro do aplicativo Spring necessitam estar inseridos na seguinte estrutura: Banco de dados Projeto Categoria Plano de informação 25

26 Definições para a criação de um projeto Nome do projeto Projeção e datum (não pode ser modificado) Definições para a criação de um projeto Retângulo envolvente (coordenadas de canto) 26

27 5. Estrutura de armazenamento de dados no aplicativo Spring Os dados georreferenciados dentro do aplicativo Spring necessitam estar inseridos na seguinte estrutura: Banco de dados Projeto Categoria (modelo de dados) Plano de informação 27

28 28

29 5. Estrutura de armazenamento de dados no aplicativo Spring Os dados georreferenciados dentro do aplicativo Spring necessitam estar inseridos na seguinte estrutura: Banco de dados Projeto Categoria Plano de informação Definições para a formação dos planos de informação Categoria (previamente criada) Nome do PI Definições para a formação dos planos de informação 29

30 Definições para a formação dos planos de informação Resolução e escala (dos dados originais que foram importados para o SIG) Visualização dos planos de informação: é necessário selecionar uma representação para visualizar na tela! Exemplo 1 Exemplo 2 Exemplo 3 Exemplo 1 30

31 Exemplo 2 31