Banco de Dados Geográficos

Transcrição

1 Universidade do Estado de Santa Catarina Departamento de Engenharia Civil Banco de Dados Geográficos Profa. Adriana Goulart dos Santos

2 Banco de dados geográficos Essencialmente podemos entender um banco de dados geográfico como um repositório de informações que possuem uma componente geográfica Exemplo: um diretório em meu disco rígido onde guardo imagens, shapefiles, DXF s, tabelas DBF etc.

3 Banco de dados geográficos Repositórios de informações podem estar sob o controle de programas específicos chamados Sistemas Gerenciadores de Bancos de Dados SGDB SGDB podem oferecer funcionalidades específicas, tanto em termos de armazenamento quanto de recuperação, para otimizar a manipulação de dados geográficos: SGDB- Geográfico Evolução da tecnologia de SIG pode ser acompanhada de acordo com seu relacionamento com SGDB-Geográficos

4 Evolução da tecnologia 3 Gerações de SIG: 1 Geração: CAD cartográfico 2 Geração: Banco de Dados Geográfico 3 Geração: Bibliotecas Geográficas Digitais

5 1 Geração de SIG: CAD Cartográfico Início em 1980 para sistemas VAX e 1985 para ambientes PC/DOS Sistemas orientados a projetos isolados Ênfase em entrada de dados e geração de mapas Mapeamento básico e temático Suporte em termos de bancos de dados limitado, trabalha mais com arquivos Exemplo: Projeto SOS Mata Atlântica produziu mais de 200 cartas com remanescentes da floresta original Foram produzidas mais de 200 cartas na escala 1: , contendo o levantamento de todos os remanescentes da floresta tropical original, a partir da fotointerpretação de imagens de satélite. Apesar do excelente resultado obtido, não houve o cuidado de consolidar os resultados num banco de dados geográficos.

6 2 Geração de SIG: BD Geográfico Chegou ao mercado no início da década de 90 Inclui a integração a SGBD relacionais, valendo-se de todas as vantagens desse sistema: Possibilidade de utilizar arquiteturas cliente-servidor Acesso concorrente aos dados Controle de transações garantindo assim a integridade dos dados Linguagem para expressão de consultas: SQL Utilização de extensões espaciais, próprias para manipular dados geográficos

7 2 Geração de SIG: BD Geográfico Ambiente multi-plataforma (Unix,Windows) Impõe reorganização institucional, SIG tem acesso as informações de todos os departamentos da empresa Exemplo: Sistema de Gestão Municipal São Sebastião

8 3 geração de SIG: Bibliotecas Geográficas Digitais Grandes bases de dados geográficos distribuídas em empresas e instituições Acesso se dá através de redes de computadores locais e remotas com interface WWW (World Wide Web) Desenvolvimento orientado pela troca de informações entre instituições e para/com a sociedade Exemplo: Dados da SRTM Shuttle Radar Topography Mission da NASA

9 SGBD Geográfico Desafio: adaptação dos SGBD tradicionais para tratar a componente espacial de um dado geográfico Trazendo como benefícios: Acesso Concorrente (muitos usuários acessando o mesmo dado) Segurança (visibilidade dos dados) Integridade Disso derivam modelos de arquiteturas de SIG ligados a bancos de dados Utilização de linguagem de consulta ao SGDB (SQL) Mecanismos de indexação apropriados para recuperação eficiente de dados geográficos

10 MODELAGEM Dados dentro do repositório seguem uma organização O modelo de organização mais adotado na área de bancos de dados é o modelo relacional Exemplo: sistema de gestão municipal Bairros, Logradouros, Setores Censitários, Lotes, Proprietários- Entidades Lotes pertencem a Proprietários, estão dentro de Bairros, que estão divididos em Setores Censitários-Relacionamentos Entidade: qualquer objeto distinguível que deva ser representado no banco de dados. Relacionamentos: regras de associação entre as entidades. Faz parte dos dados tanto quanto as entidades básicas, ou seja, devem ser representados no banco de dados.

11 MODELO RELACIONAL Os dados são percebidos pelos usuários como tabelas Os operadores à disposição dos usuários são operadores que geram novas tabelas a partir de tabelas: Operador de restrição: extrair subconjunto das linhas. Operador de projeção: extrair subconjunto das colunas.

12 MODELO CONCEITUAL As tabelas representam o modelo físico de como a informação está armazenada A ideia do SIG + SGBD é esconder certos detalhes de como os dados são armazenados e mantidos, fornecendo ao usuário uma visão abstrata dos dados, essa visão é o chamado Modelo Conceitual A modelagem de dados mais difundida em Geoprocessamento é a divisão de dados geográficos em campos e objetos: Campos representam a distribuição espacial contínua de uma grandeza sobre uma área da superfície terrestre. Ex. Imagens, grades de altimetria, etc. Objetos representam entidades identificáveis unicamente, localizadas em uma certa posição do espaço. Ex. Quadras, Postes, Estados, Municípios, etc.

13 Organização de dados em SIG Organização por níveis ou planos de informação Cada plano possui um dado específico Cada plano armazena um conjunto de geometrias Atributos descritivos são armazenados em tabelas

14 Modelo Conceitual - SPRING Propõe 5 classes que representam modelos de dados: Imagem, MNT, Temático, Objeto, Rede, Cadastral, Não- Espacial Devem ser criadas Categorias que referem-se a um desses modelos, representando classes de dados particulares da aplicação. Ex. Imagens_Foto e Imagens_TM, MapaQuadras e MapaRuas, etc. Planos de Informação pertencem a essas Categorias Categorias trazem visual de apresentação dos dados espaciais Categorias definem quais funções podem ser executadas sobre planos que a elas pertencem Projetos: definem um retângulo envolvente e uma projeção Banco de Dados: repositório dos dados relativos a um assunto

15 Resumo do modelo de dados - SPRING

16 Tratamento de Dados Descritivos Banco de dados relacional Conjunto de relações (tabelas) Referentes a uma aplicação Gerenciadas em conjunto Exemplo: Tabelas de um banco de dados de empresa Empregado (informações sobre os funcionários) Departamento Clientes Fornecedores Tabela salarial

17 Tratamento de Dados Descritivos Dados descritivos Podem se referir a objetos localizados no espaço Exemplo: Lotes de uma cidade (Cadastro urbano) Cadastro convencional existem apenas tabelas comuns Como inserir a informação espacial?

18 Tratamento de Dados Descritivos Como armazenar linhas, pontos, polígonos, matrizes, imagens? Arquitetura dual ( modelo geo-relacional ) Dados geométricos armazenados fora do banco de dados (em arquivos) Solução mais comum - usada em SIG desktop Arquitetura em camadas ( modelo objeto-relacional ) Dados geométricos armazenados dentro do banco de dados Solução mais recente usada em SIG distribuídos

19 Organização: Arquitetura Dual Atributos descritivos são armazenados em um SGBD relacional Atributos geométricos são armazenados em arquivos

20 Arquitetura Dual Como funciona? Cada elemento geométrico possui um identificador único Cada linha das tabelas descritivas possui um identificador único SIG é responsável por fazer a correspondência entre as linhas das tabelas e as geometrias Problema: O que fazer com os casos em que não há correspondência?

21 Arquitetura Dual Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.

22 Arquitetura Dual - Exemplos SPRING Dados descritivos: SGBD relacional (DBase, Access) Dados geométricos: Arquivos com formato específico ArcView Dados descritivos: SGBD relacional Dados geométricos: shapefiles IDRISI Dados descritivos: SGBD relacional Dados geométricos: matrizes Quem é o gerenciador de dados num sistema como SPRING, ArcView e IDRISI? A própria aplicação Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.

23 Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.

24 Arquitetura Dual Ex.: Arcview

25 Arquitetura Dual Vantagens: Não requer nenhuma capacidade extra do SGDB Problemas: Controle sobre a integridade dos objetos espaciais Fora do gerenciador de banco de dados Não permite ambiente multiusuário

26 Consequências da Arquitetura Dual Apropriada para SIG desktop Cada usuário gerencia seus dados Compartilhamento de dados Exige duplicação dos dados Atualização da informação Requer nova cópia para todos os usuários

27 O problema do usuário corporativo Perfil Típico Prefeitura cadastro urbano Concessionária de serviços públicos gerenciamento Requisitos Ambiente multiusuário Suporte a operação em tempo real Integração a bancos de dados existentes Coleta de Dados em Campo Alternativas TerraLib PostgresSQL/PostGIS GeoTools/mySQL

28 SIG Distribuído Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.

29 Arquitetura integrada (objeto-relacional) Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.

30 Arquitetura integrada (objeto-relacional) Vantagens: Todo o dado geográfico fica sob o controle do SGBD Permite acesso compartilhado ao dado geográfico controlado pelo SGBD Controle de acesso, manutenção, backup do dado geográfico controlado pelo SGBD Ou seja: todas as vantagens do SGBD valem também para o dado geográfico Características: SGBD deve oferecer um suporte a mais: Capacidade de armazenar tipos espaciais: Ponto, Linha, Polígono, Raster e métodos de acesso a eles Exemplos: PostGIS, Oracle Spatial, SpatialLite e outros

31 SIG e SGBD

32 Principais características dos SGBD 1.Licença: Livres de licença (grátis) Proprietários (uso sujeito a compra) 2.Compartilhamento: Permite acesso por vários clientes em um ambiente de rede (cliente-servidor). Permite que vários usuários acessem a mesma base de dados Acesso restrito a um usuário por vez, no computador onde está instalado

33 Principais características dos SGBD 3.Possui extensão espacial: Não. Suporta apenas tipos convencionais: texto, números, datas. Sim. Também é capaz de criar e gerenciar nativamente tipos geográficos: linhas, polígonos, pontos, imagens. Além dos critérios mencionados acima deve-se observar outras restrições particulares de cada SGBD que possam ser de seu interesse. Exemplos: Tem restrições quanto ao volume de dados armazenado? É multiplataforma (Windows, Linux, MacOS)?

34 Exemplos:

35 Modelo de dados

36 Modelagem de dados geográficos Representar as entidades geográficas em um alto nível de abstração através de um conjunto de conceitos formais

37 Modelagem de dados geográficos Pensar no problema a priori: Quais dados serão necessários? Como representá-los? Como esses dados se relacionam? Como gerar novos dados (combinações entre layers)?

38 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)

39 Modelo OMT - Object Modeling Technique Método de projeto orientado a objetos: classes, relacionamentos e operações Conceitos: objeto - entidade do mundo real classe de objetos - representa entidades de mesma característica (atributos, operações) associações - relacionamento entre objetos generalização - hierarquia entre classes agregação - combinação de outras partes

40 Modelo OMT-G representação gráfica

41 Modelo OMT-G

42 Modelo OMT-G: classes de representação

43 Modelo OMT classes de representação CLASSE GEORREFERENCIADA - descreve um conjunto de objetos que possuem representação espacial e estão associados a regiões da superfície da terra representando a visão de campos e de objetos Exemplo: Geo-Campo representam objetos distribuídos continuamente pelo espaço, correspondendo a grandezas como tipo de solo, topografia e teor de minerais Geo-Objeto representam objetos geográficos individualizáveis, que possuem identificação com elementos do mundo real, como lotes, rios e postes. CLASSE CONVENCIONAL - descreve um conjunto de objetos com propriedades, comportamento, relacionamentos, e semântica semelhantes, e que possuem alguma relação com os objetos espaciais, mas que não possuem propriedades geométricas.

44 Modelo OMT-G

45 Modelo OMT-G

46 Modelo OMT-G

47 Modelo OMT G

48 Exemplo Modelo OMT-G: Hospitais

49 Exercício Modelo lógico de BDG e físico com SPRING