Modelos Conceituais Geográficos na Literatura... MGeo + Valéria Times e Flávio Pimentel Ana Carolina Salgado UFPE

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1 Modelos Conceituais Geográficos na Literatura... MGeo + Valéria Times e Flávio Pimentel Ana Carolina Salgado UFPE 1

2 Modelo MGeo + O modelo MGeo + é um modelo conceitual orientado a objetos para aplicações geográficas. Consiste de uma hierarquia de classes que foi desenvolvida a partir da representação gráfica do modelo de objetos OMT e é capaz de representar um grande conjunto de requisitos normalmente presentes em aplicações geográficas. Características básicas do Modelo MGeo + : Representação das camadas temáticas; Definição de um grande número de operações espaciais; Elevado nível de abstração; Integração de ambas as representações gráficas: raster e vetorial; Dados geográficos com características descritivas, geométricas e gráficas. Modelo MGeo + O modelo permite a concepção de um banco de dados geográfico a partir de uma visão topdown, onde uma instância da classe BD-GEO é criada para agregar todas as informações de um determinado projeto. Principais Classes do Modelo: No topo da hierarquia, a classe BD_GEO representa a estrutura mais genérica do modelo. A esta classe estão associados vários modelos de representação. 2

3 Modelo MGeo + - Principais Classes A classe Modelo de Representação tem a função de definir qual a região onde seus planos de informação estão delimitados e estabelecer qual o tipo de projeção adotada. Os atributos, escala e região espacial do plano de informação, são definidos livremente. A classe Plano de Informação é um conjunto de características referentes a um determinado tema do mundo real. Determina uma região qualquer do espaço, desde que dentro do modelo de representação e na escala na qual as informações estão armazenadas. A classe Entidade Geográfica representa a organização de diversas informações geo-referenciadas e interrelacionadas por características comuns. Propriedades são características específicas de uma entidade geográfica, como altimetria, ou pedregosidade. Modelo MGeo + - Principais Classes A classe Representação Espacial apresenta a estrutura responsável pela distribuição espacial das informações geo-referenciadas, ou seja, a forma como o espaço é visualizado, utilizando elementos contínuos e discretos. Um Elemento Espacial pode ser contínuo ou discreto. Um Elemento Contínuo corresponde à generalização dos elementos que preenchem todo o espaço, seja através de células ou de tesselações. Uma célula representa a menor unidade de informação da parte que representa os elementos contínuos do modelo. Uma Tesselação, por sua vez, representa a visualização do agrupamento de elementos mínimos de informação contínua que correspondem às células. Um Elemento Discreto corresponde aos objetos espaciais cuja estrutura está baseada em pontos, linhas e polígonos. 3

4 BD_GEO Modelo de Representação Acoplar Plano de Informação Propriedades Informações Espaciais Descritivas Entidade Geográfica Contexto Espacial Representação Representação Representação Descritiva Espacial 1+ Simbólica Informação Elementar Elemento 1+ Espacial Símbolo Elementos Contínuos Elementos Discretos Texto Símbolo Pictórico Tesselações Célula 1+ Região Com Extensão Linha Ponto Nó Aberta Fechada Mista Segmento Linha Orientada Contorno Segmento Orientado Contorno Orientado GMOD Fátima Pires Cláudia Bauzer Unicamp 4

5 Modelo GMOD O Modelo GMOD tem como características principais: Ser independente de qualquer modelo de dados utilizado pelos SIG comerciais, permitindo um nível mais alto de abstração; Ser extensível, permitindo ao usuário derivar classes a partir de classes pré-definidas; Permitir a especificação de processos e de aplicações; Permitir representar relacionamentos temporais; Permitir a especificação de regras que retratam a dinâmica do mundo real. O GMOD está baseado em três conceitos principais: classes, relacionamentos e restrições. Classes e relacionamentos podem ser temporais ou atemporais, e restrições podem realizar a modelagem dinâmica. Modelo GMOD Uma aplicação geográfica compreende uma seqüência de execução de atividades de coleta, tratamento, processamento e análise de dados, segundo um conjunto de algoritmos e processos definidos a priori. O GMOD contém basicamente três grupos de classes que são utilizadas para a modelagem estática, dinâmica e funcional. O modelo de objetos abstrai a estrutura de dados das entidades geográficas sendo modeladas. O modelo dinâmico abstrai o comportamento temporal do sistema com relação a seus objetos. O modelo de processos abstrai como os valores são computados independentemente de ordem, decisões ou estrutura de dados. 5

6 Documento Projeto Relacionamentos: Área do Projeto Especialização Agregação Causa Associação Camada de Informação V Versionamento Classe Convencional Geo-Classe Geo-Região Geo-Objeto Geo-Campo Tempo Modelo GMOD O GMOD assume que um objeto é uma instância de uma classe e o mesmo é representado pelo seu estado, ou conjunto dos valores de seus atributos, e o seu comportamento ou conjunto de operações e métodos que podem ser aplicados ao objeto. No nível conceitual existem duas classes básicas: Geo-classe cujas instâncias são objetos com algum componente espacial, e Classe Convencional que descreve entidades do mundo real que não estão necessariamente geo-referenciadas. Esta distinção entre Geo-classes e classes Convencionais possibilita que diferentes aplicações compartilhem dados não espaciais e auxilia no projeto de aplicações e reuso de dados. 6

7 GeoOOA Kösters e Pagel Universidade de Hagen Alemanha GeoOOA É uma extensão do método de analise orientada a objetos (OOA), de Coad/Yourdon. Suportam as seguintes abstrações: Tipos de classes espaciais; Estruturas topológicas todo-parte ; Estruturas de rede. Distingue entidades com e sem representação espacial e suporta um conjunto fixo de tipos geométricos utilizando pictogramas que distinguem, dentro da classe georeferenciada (geoclass) classes do tipo ponto, linha, polígono e raster. As classes sem propriedades gráficas são mdoeladas como uma classe convencional. 7

8 GeoClasses do Modelo GeoOOA Classe Convencional Classe Ponto Classe Linha Classe Região Classe Matricial GeoOOA Devido à necessidade de representar as relações topológicas de conectividade existentes entre os elementos da rede, apresenta primitivas para representar a classe nó, a classe ligação e a classe que representa a rede como um todo. Distingue classes temporais e nãotemporais, e representa relacionamentos temporais entre classes. 8

9 Geo OMT Karla Borges Alberto Laender UFMG Modelo Geo-OMT Apresenta-se como uma extensão do modelo OMT, agrupando de forma unificada as primitivas geográficas propostas por outros autores além de introduzir outras, como por exemplo, a representação de múltiplas visões das entidades geográficas. Características básicas do modelo Geo-OMT: Segue o paradigma de orientação a objetos; Representa e diferencia diversos tipos de dados geográficos utilizando uma representação simbólica do mesmo, facilitando a percepção da natureza do dado; Fornece uma visão integrada do espaço modelado; Caracteriza as classes em contínuas e discretas; É de fácil visualização e entendimento. 9

10 Modelo Geo-OMT Classes Básicas O modelo trabalha com dois tipos principais de classes: Classes geo-referenciadas e Classes convencionais. Tanto as classes geo-referenciadas como as classes convencionais podem ser especializadas. O modelo formaliza a especialização da classe geo-referenciada em Geo-campo e Geo-objeto. Na classe Geo-campo representa-se objetos distribuídos continuamente pelo espaço, correspondendo a grandezas como tipo de solo, topografia e teor de minerais. As classes tipo Geo-objeto são usadas para representar objetos individualizáveis, ou seja, que possuem identificação própria com o mundo real, como rios, lotes de terrenos, e cidades. Estes objetos podem ou não ter atributos nãoespaciais, e podem estar associados a mais de uma representação geométrica, dependendo da escala. Modelo Geo-OMT Classes Básicas Todas as classes geo-referenciadas possuem representações simbólicas, construindo, assim, um sistema semântico onde cada símbolo possui significado próprio incorporando a sua natureza e a sua geometria. Utilizando este tipo de abordagem elimina-se pelo menos um relacionamento por classe gráfica e elimina-se a necessidade de modelar a estrutura de dados geométrica que descreve a classe, a qual vai depender da técnica de implementação de cada SIG. Utilizam-se pictogramas para representar os objetos clássicos, onde o ponto representa um símbolo geográfico, como uma árvore, ou um poste, a linha representa segmentos de reta como um trecho de uma rua, e um polígono representa uma área como um lote. 10

11 Modelo Geo-OMT Classes Básicas Classes do tipo Geo-objeto com geometria e Geoobjeto com geometria e topologia, também possuem representações simbólicas. Uma classe do tipo Geo-objeto com geometria representa objetos que possuem apenas propriedades geométricas e se especializa em classes do tipo, Ponto, Linha e Polígono. Uma classe do tipo Geo-objeto com geometria e topologia representa os objetos que possuem além das propriedades geométricas, propriedades topológicas de conectividade. Modelo Geo-OMT - Relacionamentos Geo-OMT considera a modelagem de relacionamentos entre fenômenos do mundo real. O Geo-OMT representa os seguintes tipos de relacionamentos entre duas classes: associações simples, relações topológicas de rede e relações espaciais. O modelo considera as seguintes relações espaciais entre as classes geo-referenciadas: disjunto, contém, dentro-de, toca (encontra), cobre, coberto por, sobrepõe, adjacente, perto de, acima, abaixo, sobre, sob, entre, coincide, cruza, atravessa, em frente a, à esquerda, à direita. 11

12 Classe GeoOMT Classe GeoReferenciada Classe Convencional Geo-Campo Geo-Objeto Rede Triangular Regular Polígonos Adjacentes Tesselação Amostragem Isolinhas Geo-Objeto com Geometria Geo-Objeto com Geometria e Topologia Polígono Ponto Linha Nó Linha Unidirecionada Linha Bi- Direcionada Geo-OMT Todas as classes georeferenciadas apresentam uma representação simbólica, construindo assim um sistema semântico onde cada símbolo possui significado próprio que incorpora a sua natureza e a sua geometria. O uso deste tipo de abstração elimina pelo menos um tipo de relacionamento por classe gráfica. 12

13 Restrições Espaciais Restrições Espaciais Relacionamentos topológicos precisam ser explicitamente representados no banco de dados. A consistência espacial deve ser mantida. Sem considerar restrições comuns de projeto de bancos de dados, como de cardinalidade ou de chaves, nem restrições impostas na manipulação de geometrias, em [Bor97] definiu-se algumas restrições espaciais que devem ser levadas em consideração: 13

14 Restrições Espaciais Regras de Dependência Espacial Regras de Continência Regras de Generalização Espacial Regras de Disjunção Regras de Conectividade Regras de Associação Espacial Regras de Geo-Campo Dependência Espacial (Agregação) O objeto da classe primitiva deve dar origem a pelo menos dois objetos de classe derivada; Qualquer porção do espaço contido dentro do objeto primitivo dever conter um e somente um objeto derivado; Os limites geográficos dos objetos derivados devem estar totalmente contidos no limite geográfico do objeto primitivo; A alteração do limite geográfico do objeto primitivo implica na alteração nos limites geográficos dos objetos derivados; A alteração do limite geográfico de um dos objetos derivados implicará na alteração do limite dos outros objetos derivados; A exclusão de um objeto primitivo implicará na exclusão de todos os objetos pertencentes à classe derivada. Exemplo: Quadra e Lotes. 14

15 União Espacial A origem de um objeto derivado depende da união de pelo menos dois objetos disjuntos pertencentes à classe primitiva; O limite geográfico do objeto derivado deve coincidir com o limite geográfico externo formado pela união da geometria dos objetos pertencentes à classe primitiva; A alteração do limite geográfico do objeto derivado só poderá ser feita através da alteração dos limites dos objetos primitivos; A exclusão de um dos objetos primitivos implica na alteração do limites do objeto derivado; A exclusão de todos os objetos primitivos que originaram o objeto derivado implica na exclusão do objeto derivado. Continência A geometria do objeto que contém deve conter a geometria dos objetos contidos; Os limites do objeto contido não pode extrapolar o limite do objeto que o contém; Qualquer objeto contido só deve pertencer a uma única instância dentro de determinada classe. Exemplo: Bairro contém Quadra 15

16 Generalização Espacial Total A geometria que descreve uma superclasse é herdada pelas subclasses, porém cada subclasse deve atribuir gráficos diferentes, como tipo de traço, cor, ou simbologia. Todas as instâncias da superclasse tem que ser instância de uma e somente uma subclasse. Parcial A geometria que descreve uma superclasse é herdada pelas subclasses, mas podem existir instâncias da superclasse que não pertencem a nenhuma subclasse. As instâncias da superclasse podem ou não eprtencer a uma subclasse. Disjunção interseção entre as geometrias dos objetos pertencentes às classes disjuntas deverá ser vazia. A É uma importante regra na definição do modelo de dados. Por exemplo, a classe Avenida deve ser sempre disjunta da classe Residência. Isto implica dizer que não pode existir uma avenida que cruze uma residência. 16

17 Regras Relativas ao GeoCampo Isolinhas Uma isolinha não pode interceptar outra isolinha Uma isolinha deve ser contínua Regras Relativas ao GeoCampo Tesselação Qualquer ponto do espaço geográfico deve pertencer a uma e somente uma célula de cada classe do tipo tesselação. 17

18 Regras Relativas ao GeoCampo Polígonos Adjacentes Qualquer ponto do espaço geográfico deve pertencer a uma e somente uma instância de uma classe do tipo polígono adjacente. As instâncias desta classe devem ser todas adjacentes, não devendo existir nenhuma espaço vazio. Regras Relativas ao GeoCampo Rede Triangular Irregular Qualquer ponto do espaço geográfico deve pertencer a um triângulo da rede de triangulação. Não existe sobreposição de instâncias destas classes. Cada objeto ocupa uma única posição no espaço, não havendo sobreposição. 18

19 Regras Relativas ao GeoCampo Amostragem Não existe sobreposição de instâncias de uma mesma classe do tipo amostragem. Associação Espacial Proximidade As relações de proximidade são consideradas relações fuzzy, ou seja, devem ter parãmetros que forneçam o que é deve ser considerado perto ou longe. Dentro de A instância que contém deve ser uma área ou uma linha. 19

20 Conectividade Estrutura grafo-nó Todo nó deverá estar conectado a pelo menos um segmento orientado. Todo segmento orientado intermediário estará conectado a dois nós. Os segmentos orientados inicial e final começam e terminam em um nó. Estrutura grafo-grafo Todo segmento orientado intermediário estará conectado a dois outros segmentos orientados de uma mesma classe, um posterior e um anterior. Os segmentos orientados inicial e final devem estar conectados a um segmento orientado posterior e um anterior, respectivamente. Exemplo de Rede Espacialmente Conectada 20