Geoprocessamento. Aula 12 SIG: Arquitetura e Modelagem. Junho de 2017 PROFA. MARIANA A. G I ANNOT TI

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1 Geoprocessamento Aula 12 SIG: Arquitetura e Modelagem Junho de 2017 PROF. JOSÉ ALBERTO QUINTA NILHA PROFA. MARIANA A. G I ANNOT TI

2 Arquitetura em SIG Bancos de Dados Geográficos Modelagem de Dados Geográficos Estrutura da Aula

3 SIGs e BANCOS DE DADOS Fonte: Juliana Kolling

4 ARQUITETURA INTEGRADA Um Sistema de Banco de Dados Espaciais (SBDE) é um Sistema de Banco de Dados com recursos para tratar dados espaciais. Fonte: Juliana Kolling

5 SISTEMA GERENCIADOR DE BANCOS DE DADOS (SGBD) Um Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD) é um sistema computacional que gerencia a estrutura do banco de dados e controla o acesso aos dados armazenados. Oracle MySQL msql SQL-Server MS-Acces IBM DB2 Fonte: Juliana Kolling

6 SQL Structured Query Language Linguagem de consulta usada pela maioria de SGBD-R e SGBD-OR Baseada na álgebra e cálculo relacional 6 Fonte: DPI/INPE, 2012

7 Fonte: DPI / INPE SQL Exemplos Alunos id nome 001 João 002 Maria 003 Pedro 004 Fabio 005 José Matricula aluno disciplina nota 001 Banco de Dados Estatística Estatística Metodologia Banco de Dados Metodologia Física 4.5

8 SQL - Exemplos Exemplos consulta simples: 3) Selecione os códigos dos alunos que tiveram alguma nota maior do que 1 e menor do que 4: SELECT aluno FROM matricula WHERE nota BETWEEN 1 AND 4 SELECT aluno FROM matricula WHERE nota >= 1 AND nota <= 4 3) ALUNO ) Selecione os nomes dos alunos que começam com a letra J e que tem a letra S : SELECT nome FROM alunos 4)NOME WHERE nome LIKE J% AND nome LIKE %s% Jose Fonte: DPI / INPE

9 Fonte: DPI / INPE SQL Exemplos Exemplos operador de agregação: AVG( ): média dos valores da coluna SUM( ): soma dos valores da coluna COUNT( ): número de valores na coluna MAX( ): maior valor na coluna MIN( ): menor valor na coluna Podem ser aplicados pra todos os registros de uma coluna ou para grupos de registros (usando o group by)

10 Fonte: Clodoveu Davis (DCC/UFMG)

11 Como projetar um Sistema? Todo sistema é desenvolvido para refletir uma certa visão do mundo E resolver um determinado número de problemas A construção do sistema requer métodos adequados! Fonte: adaptado de Clodoveu Davis (DCC/UFMG)

12 Como modelar um projeto em SIG? O projeto depende do propósito do cliente. Levantamento de requisitos Identificação dos Observadores Professores, Diretores e o Secretário Municipal de Educação 3 Observadores Cada Observador possui diferentes Demandas de Informação Fonte: adaptado de SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

13 Observador: Professores Escala de Observação: Escola Politécnica (Unidade da USP) Demanda de Informação: Que linhas de ônibus servem a Escola? Qual a parada de ônibus mais próxima? Quantas aulas darei hoje? E amanhã? Quantos alunos têm minha turma? Onde está localizada a sala para a minha aula de hoje? Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

14 Observador: Diretor Escala de Observação: Escola Politécnica (Unidade da USP) Demanda de Informação: Qual o orçamento da Escola para este ano? Quantas salas tenho e onde estão localizadas? Quantos professores tenho na Escola? Fonte: adaptado de SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

15 Observador: Reitor Escala de Observação : Conjunto das Unidades da USP Demanda de Informação: Qual o orçamento da unidade X para este ano? Qual a demanda por vagas na unidadey? Qual a demanda por professores na unidadey? Fonte: adaptado de SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

16 Elementos de um Banco de Dados Geográfico Representação: como enxergar o mundo real e transformar em elementos de um sistema. Apresentação: como visualizar os dados. Modelagem: processo que permite reunir representações de elementos do mundo real e seus relacionamentos, formando uma visão sistêmica da realidade. Fonte: adaptado de Clodoveu Davis (DCC/UFMG)

17 Metodologia Primeiro passo: identificação do problema Aprendizado sobre os elementos do mundo real que interferem sobre o problema Levantamento e estruturação de informação sobre esses elementos Fonte: adaptado de Clodoveu Davis (DCC/UFMG)

18 Metodologia O mundo real é muito complexo, e não é possível reproduzi-lo com todos os seus detalhes em um sistema informatizado É necessários simplificar e generalizar a realidade: abstração Fonte: adaptado de Clodoveu Davis (DCC/UFMG)

19 Metodologia Modelagem conceitual do banco de dados: Diversas técnicas, a maioria voltada para bancos convencionais, em que as características espaciais dos objetos não são incluídas. Fonte: adaptado de Clodoveu Davis (DCC/UFMG)

20 Requisitos de um Modelo de Dados Geográficos ser adequado aos conceitos que o ser humano tem sobre dados espaciais, representando as visões de campo e de objetos; representar e diferenciar os diversos tipos de dados envolvidos nas aplicações geográficas, tais como ponto, linha, área, imagem, etc.; ser de fácil visualização e compreensão; representar as múltiplas visões de uma mesma entidade geográfica, tanto com base em variações de escala, quanto nas várias formas de percebê-las;... Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

21 Modelos de Dados Geográficos Modelos que possuem conceitos ou primitivas para a representação de dados geográficos: IFO para aplicações geográficas (Worboys et al., 1990) MODUL-R (Bédard, 1996) GeoOOA (Kösters, 1997) GMOD (Oliveira, 1997) GISER (Shekhar, 1997) MADS (Parent, 1999) GeoFrame (Lisboa and Iochpe, 1999) OMT-G (Borges, 2001) Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

22 Modelo OMT-G 1. Orientado a objeto classe, herança, objeto complexo e método 2. Representação simbólica para tipos de dados 3. Representação classes convencionais e classes georeferenciadas 4. Visão de campos e objetos 5. Relacionamentos espaciais e associações simples 6. Representa as estruturas topológicas todo-parte e de rede 7. Formaliza as possíveis relações espaciais, levando em consideração a forma geométrica da classe Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

23 OMT-G OMT-G: Object Modeling Technique for Geographic Applications Conceitos principais: Classes Relacionamentos Restrições de integridade espaciais Três diferentes diagramas: Diagrama de Classes Diagrama de Transformação Diagrama de Apresentação Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

24 Modelo OMT-G Classes convencionais objetos com comportamento semelhantes nome, atributos, e operações Classes georeferenciadas objetos com representações espaciais (geo-campos e geo-objetos) nome, atributos gráficos e convencionais, operações Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

25 Modelo OMT-G Classe Convencional Classe Georreferenciada Nome da Classe Nome Classe Nome da Classe Atributos Gráficos Atributos Operações Nome da classe Representação Simplificada Atributos Operações Representação Simplificada Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

26 O Problema: Uma Equipe de Planejamento no Distrito Federal está trabalhando para criar alguns subsídios necessários aos estudos de regionalização do DF, para atender as demandas da cidade de maneira mais racional e com mais qualidade. Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

27 Observador: Equipe de Planejadores Escala de Observação : Área Piloto do DF Demanda de Informação: Quais usos e coberturas na região do Plano Piloto? Quais são as quadras da asa norte e asa sul do Plano Piloto de classe de utilização residencial, suas áreas, número de casas e moradores? Que áreas se encontram em determinadas cotas altimétricas? Fonte: adaptado de SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

28 OMT-G: Imagem IMAGEM é representado em Imagem Representação Geométrica é um Representação Matricial é um Conjunto de células de uma matriz 2D com valores inteiros e finitos * Obtida a partir de Sensores Remotos Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

29 OMT-G: Temático Mapas Temáticos é representado em Representação Matricial é um é um Representação Geométrica é um Representação Vetorial é um Imagem Temática Conjunto de células de uma matriz 2D de números inteiros (índices detab. de Cores) * Gerada a partir de mapeamentos de imagens classificadas ou conversão vetor - matriz Temático Mapas vetorias constituídos de Nós 2D, Linhas 2D e Polígonos * Gerados a partir da digitalização de bases existentes, mapeamentos ou conversão matriz - vetor Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

30 OMT-G: Geocampos Numéricos Modelo Numérico de Terreno é representado em é um Representação Matricial Representação Geométrica é um é um Representação Vetorial é um é um ISOLINHA PONTOS COTADOS GRADE TRIANGULAR é um Conjunto de Linhas 2D com mesmo valor de cota * Altimetria * Curvas de Isovalores magnéticos Conjunto de Pontos com coordenadas 3D (x,y,z) * Pontos Altimetria * Amostras de Solo (geoquímica) Conjunto de Linhas 2D conectadas a Nós 3D * Gerada a partir de Isolinhas e/ ou Pontos Cotados (c/ ou s/ linhas de quebra) GRADE RETANGULAR Conjunto de células de uma matriz 2D * Gerada a partir de Isolinhas e/ ou Pontos Cotados, Grade Triangular ou outra Retangular Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

31 1. Quanto da área urbana de Brasília encontra-se em uma classe de baixa aptidão ao uso. Uso_Terra Mapa Temático c/ classes de uso (matriz 2D de Num. Inteiros) Aptidão Mapa de Classes de Aptidão ao Uso (matriz 2D de Num. Inteiros) Tabular PI's Relatório de Tabulação Cruzada Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

32 2. O mapa de aptidão ao uso. Declividade Mapa Temático c/ classes de declividade (matriz 2D de Num. Inteiros) Solos Mapa Temático c/ classes de declividade (matriz 2D de Num. Inteiros) Cruzar PI's (LEGAL) Aptidão Mapa de Classes de Aptidão ao Uso (matriz 2D de Num. Inteiros) Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

33 3. O mapa de declividade. Curvas de Nível importadas ou digitalizadas Altimetria Pontos Cotados importados ou digitalizados Altimetria Gerar Grade Triangular Altimetria Grade triangular c/ valores de Altimetria (Linhas 2D e Nós 3D) Gerar Grade Retangular Declividade Grade Retangular c/ valores de Declividade (em % ou graus) (matriz 2D de Num.reais) Gerar Declividade Altimetria Grade Retangular c/ valores de Altimetria (matriz 2D de Num.reais) Fatiamento p/ classes temáticas Declividade Mapa Temático c/ classes de declividade (matriz 2D de Num. Inteiros) Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

34 4. O mapa de solos. Dados de Solos em outro sistema Importação de Dados Solos Mapa Temático c/ classes de declividade (Polígonos com Linhas 2D e Nós 2D) Converter Vetor- Matriz Solos Mapa Temático sem ajustes (Polígonos com Linhas 2D e Nós 2D) Edição (Ajuste e Poligonalização) Solos Mapa Temático c/ classes de declividade (matriz 2D de Num. Inteiros) Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

35 5. Apresente quais quadras do eixo central de Brasília tem declividade média entre 2 a 3 graus e estão na classe de baixa aptidão. Dados c/ Atributos não espaciais Dados c/ Limites de Quadras Dados c/ Identificação das Quadras Importação de Dados Importação de Dados Importação de Dados Quadras Atributos - Asa, Populc., etc - Aptidão - Decliv. médio Quadras Mapa Cadastral com Objeto Quadras Operação de Média Zonal sobre objeto Quadras Declividade Grade Retangular c/ valores de Declividade (em % ou graus) (matriz 2D de Num.reais) Aptidão Mapa de Classes de Aptidão ao Uso (matriz 2D de Num. Inteiros) Operador de Maioria Zonal sobre objeto Quadras Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

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40 Modelo OMT-G Geo-campo Representa o conjunto de grades triangulares de pontos que cobrem todo o domínio espacial. Um exemplo é o TIN (rede irregular triangularizada) Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

41 Modelo OMT-G Geo-campo Representa uma coleção de linhas fechadas que não se cruzam nem se tocam. Cada instância da classe contém o valor associado. Exemplo: curvas de nível, curvas de temperatura e curvas de ruído. Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

42 Modelo OMT-G Geo-campo Representa uma coleção de pontos regular ou irregularmente distribuídos por todo espaço geográfico. Exemplo: estações de medição de temperatura, modelos numéricos de terreno ou pontos cotados em levantamentos altimétricos de áreas Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

43 Isolinhas Amostras obtidas de arquivos CAD (DWG) Pontos Cotados Amostras obtidas de arquivos CAD (DWG) Altimetria Altimetria Altimetria Triangulação Delauney Grade Triangular c/ ou s / linha de quebra Interpolação Linear Grade Retangular Rios Digitalização de cartas topográficas Isolinhas Isolinhas criadas a partir da grade Declividade Grade Retangular em graus e rad Área de Contribuição Grade Retangular em m 2 Dir. de Fluxo Grade Retangular em rad Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

44 Modelo OMT-G Geo-campo Representa o conjunto de subdivisões de todo o domínio espacial em regiões simples que não se sobrepõem e que cobrem completamente este domínio. Exemplo: tipos de solo, geologia, divisões administrativas e divisões temáticas. Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

45 Modelo OMT-G Geo-campo Representa o conjunto das subdivisões de todo o domínio espacial em células regulares que não se sobrepõem e que cobrem completamente este domínio. Cada célula possui um único valor para todas as posições dentro dela. Exemplo: Imagem de satélite, grade de altimetria. Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

46 Modelo OMT-G Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

47 Modelo OMT-G Representa objetos lineares que começam e terminam em um nó e que possuem uma direção (arco do grafo orientado). Cada linha deve estar conectada a dois nós ou a uma outra linha unidirecionada. Exemplo: trechos de uma rede de esgoto, que indicam a direção do fluxo da rede. Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

48 Modelo OMT-G Representa objetos lineares que começam e terminam em um nó e que são bidirecionados. Cada linha bi-direcionada deve estar conectada a dois nós ou a outra linha bi-direcionada. Exemplo: trechos de uma rede de água, onde a direção do fluxo pode ser nos dois sentidos dependendo do controle estabelecido. Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

49 Modelo OMT-G Representa os objetos pontuais no fim de uma linha, ou os objetos pontuais nos quais as linhas se cruzam (nó do grafo). Possui a propriedade de conectividade, garantindo a conexão com a linha. Exemplo: o posto de visita na rede de esgoto ou o cruzamento na malha viária. Fonte: SER300 / INPE (Gilberto Câmara, Miguel Monteiro e Eymar Lopes)

50 Sugestão de Bibliografia BURROUGH, P. A.; MCDONNELL, R. A. Principles of geographical information systems. New York: Oxford University Press, p. CÂMARA, G; DAVIS, C.; MONTEIRO, A.M. (ed). Introdução à Ciência da Geoinformação. São José dos Campos, INPE, (Disponível online: CASANOVA, Marco (Org.) ; CÂMARA, G. (Org.) ; DAVIS, Clodoveu (Org.) ; VINHAS, Lúbia (Org.) ; QUEIROZ, Gilberto Ribeiro (Org.). Bancos de Dados Geograficos. 1. ed. Curitiba: Editora Mundo Geo, v p. (Disponível online: LONGLEY, P. A., GOODCHILD, M. F., MAGUIRE, D. J., & RHIND, D. W. (2013). Sistemas e ciência da informação geográfica. Bookman.

51 Referências (Aula 8 - Os Universos) (Para os curiosos que querem saber mais sobre como funcionam os algoritmos no SIG) (Aula 12 - Modelagem de Dados Geográficos) (Aula 14 - Arquiteturas de SIG páginas )

52 Obrigada!!!