SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS. Prof. Wellington D. Guimarães

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1 SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS Prof. Wellington D. Guimarães

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3 Há um provérbio chinês que diz: Quando você ouve algo, você vai se esquecer. Quando você vê algo, você vai se lembrar, mas só quando tiver feito alguma coisa, você vai compreendê-la.

4 Considerações iniciais Quem utiliza SIG? Técnico em Geomática Técnico em Transportes Tecnólogo em Saneamento Ambiental... Quais são as áreas de aplicação? Segurança Pública Biologia Saúde Pública... Multiplicidade de usos e visões

5 Multiplicidade de usos e visões

6 Definições de SIG Sistemas computacionais que permitem a captura, modelagem, manipulação, recuperação, análise e apresentação de dados referenciados geograficamente (ou dados georreferenciados) (Worboys, 1995).

7 Dados Georreferenciados Dados que descrevem fenômenos geográficos cuja localização está associada a uma posição sobre/sob a superfície terrestre (Lisboa Filho, 2000)

8 Dados Georreferenciados Domínio Geográfico Dados Geográficos SIG Geometria Posição Banco de Dados Não Espaciais Atributos de Visualização Espacial Banco de Dados Espaciais Topologia Espacial

9 Dados Georreferenciados Aspectos que caracterizam um dado georreferenciado: a descrição do fenômeno geográfico; sua posição (ou localização) geográfica; relacionamentos espaciais com outros fenômenos geográficos; instante ou intervalo de tempo em que o fenômeno existe ou é válido; [OOI 90]

10 Tipos de Dados em SIG Dados CONVENCIONAIS Dados DESCRITIVOS Dados TEMPORAIS Dados ESPACIAIS Localização e Geometria Relacionamentos Espaciais

11 Componentes da informação geográfica Quando? O quê? Onde?

12 Dados Convencionais Relatório do SISCAD

13 Definições de SIG Um conjunto manual ou computacional de procedimentos utilizados para armazenar e manipular dados georreferenciados (Aronoff, 1989) Um banco de dados indexados espacialmente sobre o qual opera um conjunto de procedimentos para responder a consultas sobre entidades espaciais (Smith et al., 1987)

14 Definições de SIG Conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real (Burrough, 1986) Um sistema de suporte à decisão que integra dados referenciados espacialmente num ambiente de respostas a problemas (Cowen, 1988)

15 Definições de SIG Coleção organizada de hardware, software, dados geográficos e pessoal envolvido no trabalho, projetado para, eficientemente, capturar, armazenar atualizar, manipular, analisar e apresentar todas as formas de informações referenciadas geograficamente (CALIJURI E RÖHM, 1995)

16 Definições de SIG Um sistema de computadores e periféricos, programas, dados, pessoas, organizações e instituições com o propósito de coltar, armazenar, analisar e disseminar informações sobre áreas da Terra (CHRISMAN, 1997).

17 Diferenças entre CAD e SIG CADD (Computer Aided Design and Drafting): sistema especializado no desenho de objetos em ambiente gráfico, ou ainda, modelador geométrico de objetos. realização de análises espaciais com os dados geográficos. manipulação de sistemas de projeção.

18 Diferenças entre CAD e SIG facilidade de manuseio de atributos descritivos. tipos de atributos armazenados normalmente. capacidade de armazenar/calcular os relacionamentos espaciais (ou topológicos) entre fenômenos geográficos.

19 Definição de Geoprocessamento SIG x Geoprocessamento Campo de atividades que, utilizando uma abordagem sistêmica, integra todos os meios empregados na aquisição e gerenciamento de dados espaciais usados em aplicações científicas, administrativas, legais e técnicas, envolvidas no processo de produção e gerenciamento de informação espacial (Definição de Geoprocessamento segundo o Instituto Canadense de Geomática, 1995)

20 Definição de Geoprocessamento Engloba todos os sistemas computacionais capazes de processar dados georreferenciados, tais como os sistemas de cartografia automatizada (CAC), sistemas de processamento de imagens, sistemas de gerenciamento de redes de infra-estrutura, sistemas de apoio a projeto (CAD) e, principalmente, os SIG (Ramirez, 1994)

21 Geoprocessamento

22 Características de um SIG Possui a capacidade de manipular dados gráficos (cartográficos) e não-gráficos (descritivos) de forma integrada (Lisboa Filho, 2001)

23 Integração de dados espaciais e descritivos

24 Integração de dados espaciais e descritivos Atributos Espaciais Localização das outorgas Atributos descritivos

25 Características de um SIG Fornece operações para a recuperação de informações com base em critérios de natureza espacial e não-espacial [CHR 97]

26 Seleção de feições por atributo

27 Seleção de feições com base em critérios de ordem espacial

28 Características de um SIG Permite correlacionar fenômenos diferentes com base em relacionamentos espaciais (Lisboa Filho, 2001)

29 Correlação de fenômenos

30 Correlação de fenômenos

31 Correlação de fenômenos Casos de Cólera e Localização das Bombas d água. Londres, meados do século XIX

32 Características de um SIG Integração de dados com formato e origem distintos

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34 Características de um SIG Perspectiva interdisciplinar de utilização

35 Finalidades de um SIG Ferramenta para produção de mapas Suporte para análise espacial de fenômenos empresa de Topografia x Secretaria de Saúde mapeamento de indicadores básicos de saúde temperatura = f(altitude) Sistema de informações servidor de arquivos SGBD corporativo

36 Finalidades de um SIG Suporte para análise espacial de fenômenos A espacialização de informações é extremamente útil para formular hipóteses e indagações sobre associações entre os eventos estudados

37 Produção de mapas - Transportes

38 Produção de mapas - Transportes

39 Produção de mapas - Transportes

40 Produção de mapas - Transportes

41 Produção de mapas - Transportes

42 Produção de mapas - Transportes

43 Produção de mapas - Transportes

44 Produção de mapas - Transportes

45 Produção de mapas - Transportes

46 Produção de mapas - Transportes

47 Produção de mapas - Transportes

48 Produção de mapas - Transportes

49 Produção de mapas - Transportes

50 Produção de mapas - Transportes

51 Produção de mapas - Transportes

52 Produção de mapas - Transportes

53 Produção de mapas - Transportes

54 Análise Espacial Identificação de Padrões Condição A Condição B Condição C

55 Análise Espacial

56 Sistema de Informações

57 Sistema de Informações

58 Sistema de Informações

59 Organização de dados em um SIG Organização por níveis (planos) de informação cada nível = dado específico Atributos de objetos armazenados em tabelas divisão política elevação rios

60 Organização de dados em um SIG Tipos de solo (polígono) Talhões (polígono) Sistema Viário (linha) Bacias Hidrográficas (polígono)

61 Organização de dados em um SIG Conjunto de planos de informação (temas, layers) geograficamente compatíveis entre si. Uso da terra (polígono) Tipos de Solo (polígono) Estações fluviométricas (ponto) Rios (linha) Bacias Hidrográficas (polígono)

62 Arquitetura Dual Organização dados geométricos - sistema de arquivos tabelas de atributos - SGBD relacional comercial id label população 22 Maine 3,5 M 34 N.Mexico 1,2 M

63 Arquitetura Dual Formato ShapeFile - ArcView arquivo.shp arquivo.shx arquivo.dbf

64 Arquitetura Geral de um SIG Interface Entrada e Integração de dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem Armazenamento e Recuperação BD Geográfico [CAM 96]

65 Interfaces de um SIG A Interface de um software possui uma função primordial no processo de interação entre a máquina e o ser humano, pois é ela que realiza a comunicação entre eles. [Lima 2001] uma interface é um dispositivo que serve de limite comum a duas entidades comunicantes, que se exprimem numa linguagem específica. (Coutaz, 1990)

66 Interfaces de um SIG Linha de comando Menus hierárquicos Sistemas de janelas

67 Interfaces de um SIG

68 Entrada e integração de dados Fontes de dados espaciais Aerofotogrametria Sensoriamento Remoto Topografia GPS Formato dos dados Analógico Digital

69 Entrada e integração de dados Entrada: conversão de dados da sua forma existente para aquela que pode ser usada pelo SIG em questão Conversão entre formatos de arquivos digitais Leitura ótica (scanner) Digitalização de mapas (em mesas digitalizadoras ou em tela)

70 Entrada e integração de dados Leitura de dados provenientes de fontes de armazenamento secundário (fita magnética, disco ótico) Digitação em teclado

71 Entrada e integração de dados Integração associação entre objetos espaciais e atributos descritivos correção e padronização dos dados com relação a projeções, escalas e sistemas de coordenadas

72 Topografia

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74 GPS - Sistema de Posicionamento Global Constelação GPS

75 GPS

76 Receptor GPS

77 Sensoriamento Remoto

78 Sensoriamento Remoto

79 Composição colorida de imagens do Landsat-TM

80 Imagem do satélite CBERS-2, CCD, com 20m de resolução espacial.

81 Imagem do satélite CEBERS, CCD, com 20m de resolução espacial. Vitória/Vila Velha - ES

82 Imagem do satélite IKONOS, 1m de resolução espacial, de Curitiba - PR.

83 Armazenamento de Dados Espaciais Estrutura Vetorial (Vector) Estrutura Matricial (Raster) TIN (Grade Irregular Triangular)

84 Armazenamento de Dados Espaciais

85 Representação de Dados Espaciais Modo discreto - Geo-Objetos: SIG vetorial Modo contínuo - Geo-campos: SIG matricial

86 Representação de Dados Espaciais Matricial Vetorial Mundo real

87 Fontes de dados matriciais

88 Dados matriciais (raster) e vetoriais São estruturas de dados para armazenamento de dados georreferenciados [COU 92] Influenciam diretamente no tipo de análise que poderá ser feita problemas de roteamento em áreas urbanas

89 Estrutura Matricial (raster) Princípio Resolução Camadas, layers ou planos de informação Imagens não classificadas Os atributos dos fenômenos geográficos estão associados a grupos de células de mesmo valor Em geral, empregada para representar geo-campos As camadas são preenchidas totalmente Dados provenientes de scanners

90 Estrutura Matricial (raster) A B C A A A A A B B A A A A A B B A A A A B B B A A A A B B B A A A A B B B A A A B B B B C C C C C B B C C C C C C C C C C C C C C

91 Fontes de dados matriciais Sensores orbitais Scanners Câmeras digitais

92 Vantagens dos dados matriciais Utiliza estrutura mais simples Operações de overlay são implementadas mais eficientemente Representação eficiente de áreas com alta variação espacial Custo a maioria dos SIG s matriciais são de baixo custo

93 Desvantagens dos dados matriciais Estruturas de dados são menos compactas. Armazenam uma maior quantidade de dados, independente da utilização de métodos de compactação. Desempenho comprometido em aplicações que demandem resoluções elevadas. Saída gráfica com menor resolução

94 Estrutura Vetorial (Vector) Primitiva principal Ponto

95 Estrutura Vetorial (Vector) Representação depende da escala Cada fenômeno geográfico é representado por um objeto com: identificação própria e representação espacial do tipo ponto, linha ou polígono. Ex.: lote, rio, estrada, poços de água, acidentes de trânsito, assassinatos O espaço não é totalmente preenchido

96 Estrutura Vetorial (Vector) Construtores básicos Ponto Linha Polígono

97 Vantagens dos dados vetoriais Utiliza uma estrutura de dados mais compacta do que o formato matricial. Suporta o armazenamento de topologia. Permite a realização de cálculos de medidas espaciais mais precisos. Gera saídas gráficas de melhor qualidade. Boa representação de linhas e polígonos

98 Vantagens dos dados vetoriais Capacidade de alta resolução e precisão Reduz redundância devido ao uso de coordenadas

99 Desvantagens dos dados vetoriais As estruturas de dados são mais complexas que no formato matricial. Operações de overlay são mais difíceis de serem implementadas. A representação de áreas com alta variação espacial é ineficiente. É inadequado para manipulação de imagens geradas por satélites.

100 O que é um Banco de Dados? Conjunto de arquivos estruturados de forma a facilitar o acesso a conjuntos de informações que descrevem determinadas entidades do mundo. (Medeiros & Pires, 1998) Componente de um SIG responsável por estruturar e armazenar os dados de forma a possibilitar a realização das operações de análise envolvendo dados espaciais. (Lisboa Filho, 2000)

101 Componente de armazenamento (BDG) Banco de dados baseado em Sistema de Arquivos Banco de dados baseados em SGBD comerciais (Oracle, DB2, SQL Server, PostgreSQL...)

102 Processamento a) Com Arquivo Programa b) Com SGBD Programa SGBD Sistema Operacional Arquivo Sistema Operacional Banco de Dados

103 Estrutura Vetorial (Vector) Banco de dados Topológico Banco de dados Cartográfico

104 BD Cartográfico Os objetos são vistos e manipulados de forma independente [LAU 92]

105 Desvantagens de um BD Cartográfico As linhas entre polígonos adjacentes tem de ser digitalizadas e armazenadas duas vezes, o que aumenta a possibilidade de ocorrência de erros Não existe informação sobre os polígonos vizinhos.

106 Desvantagens de um BD Cartográfico Não há uma maneira fácil de checar se a topologia está correta ou incompleta ou mesmo se foram criadas situações topologicamente inadmissíveis.

107 Topologia Conceito: caracteriza as propriedades que não se alteram quando o mapa sofre uma transformação (escala, rotação, etc...) É atribuído aos relacionamentos espaciais MANTIDOS no banco de dados. BD Topológico: armazena a topologia dos objetos

108 Topologia Nó Vértice Ponto que define o início ou o fim de um arco; Interseção entre dois arcos. Pontos intermediários que formam um arco. Arco Série contínua de pares de coordenadas x,y, começando em determinado ponto (nó inicial) e terminando em outro (nó final)

109 Topologia Polígono Figura que representa uma área em um mapa. A representação através da união dos arcos que compõem o contorno do elemento.

110 Construção da topologia polígonos a) rotular os nós; b) rotular as arestas; c) rotular os polígonos; d) construir as tabelas.

111 Construção da topologia [NCG 90]

112 Construção da topologia Arco A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 Topologia de Arco Nó inicial Nó final N1 N2 N2 N3 N3 N1 N4 N1 N3 N2 N5 N5 N6 N6 Arco A1 Dados das Coordenadas dos Arcos Inicio X,Y Meio X,y Fim X, Y 40,60 70,60 70,50 A2 A3 70,50 10,25 70,10-10,10 10,60 10,25 40,60 A4 40,60 30,50 30,40 A5 10,25 20,27-30,30-50,32 70,50 A6 A7 30,20 55,27 55,15-40,15-45,27 30,20 55,27

113 Construção da topologia Topologia de Polígono Polígono Arco A a1, a5, a3 B a2, a5, 0, a6, 0, a7 C a7 D a6 E Área fora da cobertura do mapa Topologia de Nó Nós Arcos N1 a1, a3, a4 N2 a1, a2, a5 N3 a2, a3, a5 N4 a4 N5 a6 N6 a7

114 Funções de Processamento, Análise e de Apresentação Não existe um padrão para os nomes de funções de análise e manipulação, sendo comum a existência de funções com comportamento idêntico porém com nomes distintos [NCG90]

115 Funções de Processamento, Análise e de Apresentação Classificação segundo Aronoff (1989): Manutenção de dados espaciais Manutenção e Análise de Atributos Descritivos; Análise Integrada de Dados Espaciais e Descritivos; e Formatação de saída

116 Funções de Processamento, Análise e de Apresentação Manutenção de dados espaciais em geral utilizadas na fase de préprocessamento e atualização dos dados espaciais, ou seja, funções usadas na preparação ou reorganização dos dados para que possam ser utilizados em operações de análise e consulta

117 Funções de manutenção de dados espaciais transformações de formato transformações geométricas transformações entre projeções geométricas casamento de borda edição de elementos gráficos redução de coordenadas (simplificação)

118 Generalização Cartográfica

119 Funções de Manutenção e Análise de Dados Descritivos Criação de campos Adição de linhas Operações matemáticas sobre campos Estatísticas de campos

120 Funções de Análise Integrada de Dados Espaciais e Descritivos Análise de redes Recuperação de dados Funções de medidas Funções de sobreposição de camadas (overlay) Funções de interpolação Criação de isolinhas Funções de proximidade

121 Análise de Redes

122 Funções de sobreposição de camadas (overlay)

123 Funções de proximidade Buffer - zona de largura especificada ao redor de pontos, linhas ou áreas.

124 Funções de Formatação de Saída Anotações em mapas - elementos marginais Posicionamento de rótulos Padrões de textura e estilos de linhas Símbolos gráficos

125 SIG

126 Manipulação de Dados 3D

127 Manipulação de Dados 3D

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134 Planejamento Gerenciamento Territorial Engenharia Florestal Arquitetura Aquisição e armaz. Estruturação de Dados de Dados Seleção de locais para Empreendimentos Geração NÚCLEO Análise de informação DO SIG Ambiental Planejamento Militar Gerenciamento de Infra-Estrutura Análise Ambiental Gerenciamento Gerenciamento de Recursos Hídricos Geologia e Geofísica

135 Áreas potenciais de utilização planejamento mapas temáticos de dados sócio-econômicos identificação de zonas geradoras de demanda (escola, postos de saúde, pontos de ônibus, áreas públicas de lazer) reposicionamento de mobiliário urbano cadastro técnico municipal e tributação criação e manutenção de cadastro técnico cálculo de IPTU controle de contribuinte e de arrecadação

136 Áreas potenciais de utilização meio-ambiente mapeamento de zonas de mananciais mapeamento de reservas naturais zoneamento de parques estudo de migração e hábitos de espécies animais, para fins de desenvolvimento de planos para proteção trânsito mapas viários do município mapas de sinalização cadastro de acidentes e multas estatísticas de acidentes, multas e de volume de trânsito planejamento de localização de pontos de ônibus estudos de roteamento de linhas de ônibus

137 Áreas potenciais de utilização obras localização de obras planejamento de obra com base em análises espaciais da região afetada educação identificação de regiões atendidas por escolas identificação de infra-estrutura para acesso às escolas (linhas de ônibus, trens, etc) aplicação de critérios geográficos para aceitação de matrículas escolares) estatísticas geo-espaciais de aproveitamento escolar

138 Áreas potenciais de utilização saúde mapeamento das condições de saneamento básico, através do cruzamento de informações sobre córregos abertos, vias não asfaltadas, disponibilidade de água tratada e esgoto estatísticas geo-espaciais de sobre saúde identificação e localização de hospitais e postos de saúde águas e saneamento emergências turismo e cultura informações ao público

139 Áreas de aplicação segundo [RAM 94] Ocupação urbana: redes de infra-estrutura, planejamento e supervisão de limpeza urbana, cadastramento territorial urbano, mapeamento eleitoral, rede hospitalar, rede de ensino, controle epidemiológico, roteamento de veículos, sistemas de informações turísticas, controle de tráfego aéreo; sistemas de cartografia náutica; serviços de atendimentos emergenciais.

140 Áreas de aplicação segundo [RAM 94] Uso da terra: planejamento agropecuário; estocagem e escoamento da produção agrícola; classificação de solos; gerenciamento de bacias hidrográficas; planejamento de barragens; cadastramento de propriedades rurais; levantamento topográfico e planimétrico; mapeamento do uso da terra.

141 Áreas de aplicação segundo [RAM 94] Uso de recursos naturais: controle do extrativismo vegetal e mineral; classificação de poços petrolíferos; planejamento de gasodutos e oleodutos; distribuição de energia elétrica; identificação de mananciais; gerenciamento costeiro e marítimo.

142 Áreas de aplicação segundo [RAM 94] Meio ambiente: controle de queimadas; estudos de modificações climáticas; acompanhamento de emissão e ação de poluentes; gerenciamento florestal de desmatamento e reflorestamento.

143 Áreas de aplicação segundo [RAM 94] Atividades econômicas: planejamento de marketing; pesquisas sócio-econômicas; distribuição de produtos e serviços; transporte de matéria-prima.

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