Spatiotemporal Data, Temporal GIS and Applications. Karine Reis Ferreira

Transcrição

1 Spatiotemporal Data, Temporal GIS ad Applicatios Karie Reis Ferreira Juho de 2017

2 Geographic Iformatio System (GIS)

3 Geographic Iformatio System (GIS) Sistemas de Iformações Geográficas (SIG) Computatioal system able to store, process ad hadle geographical data (Worboys ad Duckham, 2004) GIS fuctios (Rigaux et al, 2002): Data iput ad verificatio; Data storage ad maagemet; Data output ad presetatio; Data trasformatio; Iteractio with ed users;

4 GIS: Data Sets are orgaized i Layers Layer (ível, camada, plao de iformação): Cotais iformatio associated to a specific theme. Spatial extet Examples: Divisão política Elevação Rios divisão política elevação rios

5 Geographic Iformatio System (GIS) Users Presetatio, Script Laguages ad Graphical User Iterface Modelig Aalysis Processig Storage ad Retrieval Files Spatial Database Systems. Sources of Geographical Data Spatial Data Server

6 Examples of GISs SPRING Quatum GIS TerraView ArcGIS GRASS

7 Examples of GISs SPRING Free Quatum GIS TerraView ArcGIS Commercial Free ad Ope Source GRASS

8 Geographic Iformatio System (GIS) Sistemas de Iformações Geográficas (SIG) Computatioal system able to store, process ad hadle geographical data (Worboys ad Duckham, 2004) GIS fuctios (Rigaux et al, 2002): Data iput ad verificatio; Data storage ad maagemet; Data output ad presetatio; Data trasformatio; Iteractio with ed users;

9 Represetatio of Geographical Data Coceptual Models Computatioal Represetatio (1) Object-based models (etity- or feature-based models) Vector Model (2) Field-based models (space- or coverage-based models) Tessellatio Model célula

10 Geographical Objects (Etities, features, ) A object has two compoets: (a) a descriptio ad (2) a spatial compoet (spatial extet) Well-defied boudary Idetity Iteral homogeeity Nome = Brasil Pop = 159 milhões Nome = Argetia Pop = 34 milhões Nome = Chile Pop = 14 milhões 10

11 Fields (Coverages, surfaces, ) Each poit i space is associated oe or several attribute values, defied as cotiuous fuctios i x ad y. Cotiuous pheomea collected as attribute values varyig with the locatio i the plae. Example: precipitatio, temperature, ad pollutio. IDH Imagem satélite Altimetria Geologia 11

12 GIS: Typical Operatios Theme selectio: Example: Name ad populatio of coutries of 50 millio ihabitats or more. Metric operatios: area, perimeter, legth, distace, Example: What is the distace betwee Paris ad Berli? Topological operatios: related to the (topological) relatioships existig amog data. Example: What are the coutries adjacet to Belgium? What cities ca I reach by trai from Berli without ay stop?

13 GIS: Typical Operatios Operatio that creates ew geometries: Buffer, cetroid, covex hull, etc. Set operatios: Itersectio, uio, differece, etc.

14 Spatial Joi Give two sets of geographical objects D 1 ad D 2 ad a spatial predicate θ, determie all pairs (d 1, d 2 ) D 1 X D 2 whose geometries satisfy θ. Example: For each street, returs the schools that are less tha 1000 meters from it. Fote: Karie Ferreira (2006)

15 Spatial Idex Spatial Access Methods (SAMs) Most of them are based o a simple approximatio of the geometry (miimal boudig box - mbb) Aproximação pelo Retâgulo Evolvete Míimo (REM ou Boudig Box ou MBR)

16 SIGs e SGBDs SIG SGBD Dados alfauméricos + Dados espaciais Os SGBDs objeto-relacioais são estedidos para tratar dados geográficos! País Brasil Uruguai PIB

17 SIGs e SGBDs Os Sistemas de Iformações Geográficas (SIG) estão evoluido para utilizar Sistemas Gereciadores de Bacos de Dados (SGBD) para armazear e gereciar dados geográficos: A resposabilidade de gereciameto dos dados geográficos passa a ser dos SGBDs e ão dos SIGs. SGBDs tradicioais são estedidos para suportar dados espaciais.

18 Extesão Espacial SGBD-OR são estedidos para suportar: Tipos de dados espaciais: polígoo, poto, liha, raster, etc; Operadores e fuções utilizados a SQL para maipular dados espaciais (cosultas e jução) Métodos eficietes de acesso aos dados espaciais Extesões existetes (seguem padrão OGC): Comerciais Oracle Spatial IBM DB2 Spatial Exteder Livres PostGIS Extesão espacial para MySQL

19 SGBD Objeto-Relacioal Exemplo: Oracle CREATE TYPE SDO_GEOMETRY AS OBJECT ( SDO_GTYPE NUMBER, SDO_SRID NUMBER, SDO_POINT SDO_POINT_TYPE, SDO_ELEM_INFO SDO_ELEM_INFO_ARRAY, SDO_ORDINATES SDO_ORDINATE_ARRAY); CREATE TABLE Estados ( SIGLA VARCHAR(2) Estados POP NUMBER(10,10) GEOM SDO_GEOMETRY) SIGLA POP GEOM MG RJ SP

20 Ope Geospatial Cosortium OGC Cosórcio formado por empresas, uiversidades e agêcias goverametais. Promover o desevolvimeto de padrões que facilitem a iteroperabilidade etre sistemas evolvedo iformação geo-espacial. Os produtos do trabalho do OGC são apresetados sob a forma de especificações de iterfaces e padrões de itercâmbio.

21 Ope Geospatial Cosortium OGC Algumas especificações OGC: SFS-SQL (Simple Feature Specificatio For SQL): especificações sobre o armazeameto e recuperação de dados espaciais vetoriais em sistemas de bacos de dados. GML (Geography Markup Laguage): itercâmbio de dados. OWS (OGC Web Services): especificações de serviços WEB WFS: Web Feature Service WMS: Web Map Server

22 SFS: Modelo Geométrico Fote da Figura: OGC

23 SFS: Modelo Geométrico Tipos de geometrias vetoriais - exemplos: Criar uma tabela para armazear os muicípios de São Paulo: CREATE TABLE muicipiossp (cod INTEGER, omemuicp populacao REAL geometria POLYGON); VARCHAR(255) NULL, Criar uma tabela para armazear os rios de São Paulo: CREATE TABLE dreagemsp ( cod INTEGER, omerio VARCHAR(255) NULL, geometria LINESTRING);

24 Predicados topológicos: Matriz 9-Iterseções A B A B A B A B A A A - B B B - disjoit A A A - B B B - B B B - B B B - A A A A A - A - meet cotais covers A A A - A B B B B B - B B B - A A A - equal overlap A B A A A - B A B B B - B B B - A A A - iside covered by B A Fote: Adaptado de Egehofer e Herrig (1991)

25 SFS: Outros Operadores Outros operadores: distace, buffer, covexhull, itersectio, uio, differece, area, cetroid e poitosurface...

26 SFS-SQL Spatial SQL - Exemplos: Ecotre todos os muicípios de SP que são vizihos do muicípio de São Paulo: SELECT d2.omemuicp FROM muicipiossp d1, muicipiossp d2 WHERE TOUCHES(d1.geometria, d2.geometria) AND (d2.omemuicp <> 'SAO PAULO') AND (d1.omemuicp = 'SAO PAULO');

27 SFS-SQL Spatial SQL - Exemplos: Ecotre todos os muicípios de SP que estão um raio de 3Km do rio X: SELECT omemuicp FROM muicipiossp, dreagemsp WHERE INTERSECTS (BUFFER(dreagemsp.geometria, 3000), muicipiossp.geometria) AND dreagemsp.omerio = X ;

28 Extesão espacial - PostGIS Extesão do SGBD PostgreSQL (SFS-SQL): Tipos de dados geométricos. Operadores espaciais: Através da biblioteca GEOS Métodos de Acesso Espacial: R-Tree sobre GiST GEOMETRY POINT GEOMETRYCOLLECTION LINESTRING MULTIPOINT POLYGON MULTILINESTRING MULTIPOLYGON

29 Extesão espacial - Oracle Spatial Extesão do SGBD Oracle (SFS-SQL): Tipos de dados geométricos. Operadores e fuções espaciais: Métodos de Acesso Espacial: R-Tree e QuadTree Plao CREATE TYPE SDO_GEOMETRY AS OBJECT ( SDO_GTYPE NUMBER, SDO_SRID NUMBER, SDO_POINT SDO_POINT_TYPE, SDO_ELEM_INFO SDO_ELEM_INFO_ARRAY, SDO_ORDINATES SDO_ORDINATE_ARRAY); Geometria Elemeto Fote: Karie Ferreira (2006)