Modelo O QUE É MODELAR? SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS Prof. Luciene Delazari Aula 2. Modelos de dados e estruturas de dados

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1 SISTEMS DE INFORMÇÕES GEOGRÁFICS Prof. Luciene Delazari ula 2 Modelos de dados e estruturas de dados Modelagem de um SIG Estrutura de dados vetorial Estrutura de dados matricial Comparação entre vetorial e matricial Fontes de dados Organização dos dados Topologia Modelo Descrição de uma realidade com algum propósito O QUE É MODELR? Termo geral para denotar o processo de construir representações do mundo real Um modelo provê um mecanismo para entender a realidade e para obter conclusões e relações entre os dados de entrada e saída 1

2 Mundo Real STRÇÃO MODELO Modelo Um mapa é um modelo gráfico da superfície física Modelo Uma fotografia é um modelo pictorial de feições sobre a superfície 2

3 Modelo Um modelo permite encontrar relações entre feições geográficas para entender e resolver um problema particular Residências airros Ruas Códigos postais Cidades Paises Processo de Representação Computacional Conceitos Modelo Dados Estruturas Dados Código lote Geo-objeto Poligono Tabela Lista de coord. país Geo-campo Pixels Definição de um modelo Compreensão dos objetivos e necessidades dos usuários; Informações necessárias para o fornecimento das respostas que o sistema deverá prover; Quais elementos do universo real geográfico deverão ser coletados; Quais atributos deverão ser inseridos no sistema; forma de representação dos fenômenos geográficos; Precisão; Detalhamento, etc. 3

4 modelagem e a abstração Realização do modelo de dados por meio de uma linguagem de programação Dados contínuos e objetos individuais. Universo CONCEITUL Universo de REPRESENTÇÃO Universo de IMPLEMENTÇÃO ssociação de representação geométrica às entidades do Universo conceitual: Matrizes e vetores Fenômeno a ser representado UNIVERSO CONCEITUL CMPOS OJETOS O espaço geográfico é considerado como uma superfície contínua O espaço geográfico é composto por entidades individualizáveis Distribuição espacial de uma variável que possui valores em todos os pontos de uma Região geográfica Elemento único que possui atributos não-espaciais e está associado a múltiplas localizações geográficas Modelo aseado em Campo 4

5 Modelo aseado em Campo Modelos aseados em Objetos (Entidades) Características região geográfica é vista como uma superfície ocupada por objetos geométricos identificáveis, não necessariamente disjuntos objetos pontuais, lineares, poligonais, ou mesmo uma combinação destes elementos geométricos objetos não estão necessariamente associados a características do terreno ênfase na identificação de objetos no terreno e não na análise de propriedades contínuas no terreno Modelos aseados em Objetos (Entidades) 5

6 Modelos aseados em Objetos (Entidades) Geocampo e geo-objeto (carta topográfica) Universo de Representação No universo de representação, são definidas as possíveis representações geométricas que podem estar associadas às classes do universo conceitual. Inicialmente deve-se considerar as duas grandes classes de representações geométricas: Vetorial e Matricial. 6

7 Universo de Representação ssociar geometria às classes do universo conceitual vetorial matricial aseada em coordenadas (x,y) Cada célula é codificada de acordo com o fenômeno que representa Representação de Dados em SIG Dados espaciais ou geográficos + Dados não espaciais ou alfanuméricos Forma e Posição/ características geográficas Representação Matricial e Vetorial tributos/informação Temática Representados de acordo com uma escala de medição Escala ordinal Escala nominal Escala de razão Escala de intervalo Representação de Dados em SIG Pontos Linhas PV1 PV2 T 1-2 PV5 PV4 PV3 T 4-3 T 2-3 Polígonos Superfície T 5-3 ltimetria do airro Jardim airro Jardim 7

8 Dados espaciais: posição espacial Localização absoluta expressa em coordenadas de algum sistema de referência Exemplo: sistema de coordenadas geográficas, sistema plano/cartesiano, etc. Dados espaciais: posição espacial Localização: L1: (78,53),(86,73),... L6: (88,46), (78,53) L2 L3 L1 L5 L6 L4 Dados espaciais: posição espacial Definem como as entidades se relacionam entre si e entre as demais; Incluem conceitos topológicos (vizinhança, pertinência), métricos (distância) e direcionais ( ao norte de, acima de ). 8

9 Dados espaciais: relações topológicas Topologia: estudo das propriedades geométricas que permanecem invariantes sob deformação; Independem de fatores como escala, projeção, etc. Procedimento matemático para definição explícita de relacionamentos espaciais. Propriedades djacência ( do lado de ) Contingência ( dentro de ) Conexão ( ligado a ) Dados espaciais: relações topológicas disjunto? adjacente (toca)? sobrepõe? Dados espaciais: relações topológicas está contido em / cobre? cruza? acima (N) / abaixo (S) / ao lado (L/O/ Esq / Dir) de? sobre / sob? 9

10 Dados espaciais: relações métricas Distância - Comprimento/Perímetro Área/Volume Raio de alcance r Caminho ótimo Dados espaciais: tempo Pode significar: quando o fenômeno ocorreu; quando o dado foi coletado; Dados espaciais: formas de armazenamento Existem duas grandes classes de representações computacionais de dados espaciais: Vetoriais Matriciais 10

11 vetores clientes ruas lotes matrizes altitudes Uso do solo Mundo real Dados espaciais: representação vetorial Os mapas são abstrações gráficas nas quais pontos, linhas e polígonos são usados para representar de forma simplificada objetos do mundo real; Forma de representação de softwares CD e outros; Dados espaciais: representação vetorial 2005 John Wiley & Sons, Ltd 11

12 Dados espaciais: representação vetorial olstad, 2005 Dados espaciais: representação vetorial 2005 John Wiley & Sons, Ltd Mundo Real Modelo Digital 12

13 Dados espaciais: representação vetorial Label (código) Polígonos áreas fechadas por arcos rcos - segmentos de linha formando limites de polígonos ou feições lineares Vértices: pontos ao longo de arcos Nós pontos no final de arcos Dados espaciais: representação vetorial Formas de armazenamento da estrutura vetorial lista de coordenadas "spaghetti arco/nó Dados espaciais: representação vetorial Lista de coordenadas "spaghetti", 6 (identificador do polígono e número de vértices) 1,3 (coordenadas do primeiro vértice) 1.8, , 3 3.3, 4 3.2, 5.2 1, 5.2 1, 3 (coordenadas do primeiro vértice novamente), 1 (identificador do ponto e número de vértices) 4, 4 C, 4 (identificador da linha e número de vértices) 1, 2 3.5, 2 4.2, ,

14 Dados espaciais: representação vetorial Lista de coordenadas "spaghetti" simples fácil de gerenciar sem topologia duplicação no armazenamento, exigindo muito espaço muito utilizada em CD Dados espaciais: representação vetorial 2005 John Wiley & Sons, Ltd Dados espaciais: representação vetorial 2005 John Wiley & Sons, Ltd 14

15 Dados espaciais: representação vetorial Redes s informações gráficas são armazenadas em coordenadas vetoriais, com topologia arco-nó; Este tipo de dado é muito utilizado em serviços de utilidade pública, como água, luz, telefone, redes de drenagem (bacias hidrográficas) e rodovias. Dados espaciais: representação vetorial Redes: Exemplo Distribuição de água Dados espaciais: representação vetorial Redes Triangulares ou TIN (Triangular Irregular Network) Representa a superfície através de um conjunto de faces triangulares interligadas. Para cada um dos três vértices do triângulo são armazenadas as coordenadas de localização (x,y) e do atributo z. 15

16 p linhas Dados espaciais: representação vetorial Um TIN é uma estrutura de dados que permite gerenciar informação sobre os nós que formam cada triângulo e os vizinhos de cada triângulo Os triângulos sempre têm três nós e normalmente três triângulos vizinhos. Os triângulos na periferia do TIN podem ter somente 1 ou 2 vizinhos John Wiley & Sons, Ltd Dados espaciais: representação matricial representação matricial consiste no uso de uma malha quadriculada regular sobre a qual o elemento é representado pixel a pixel; O espaço é representado por uma matriz P(m,n) composta de m colunas e n linhas, onde cada célula (pixel) possui um número de linha, um número de coluna e um valor correspondente ao atributo estudado, sendo cada célula individualmente acessada pelas suas coordenadas; Dados espaciais: representação matricial d Matriz de atributos d q colunas tributos representados por tons de cores d: Dimensão do pixel = resolução espacial rio rio rio rio rio rio 16

17 Dados espaciais: representação matricial Exemplo: Tipos de solo Dados espaciais: representação matricial Grades Regulares: cada elemento da matriz está associado a um valor numérico; Dados espaciais: representação matricial Imagens: representam formas de captura indireta de informação espacial 17

18 Dados espaciais: Matricial X Vetorial Estrutura Matricial Estrutura Vetorial VETORES X MTRIZES specto Estrutura Vetorial Estrutura Matricial Relações Espacial entre preserva relacionamentos relacionamentos topológicos devem ser Objetos topológicos inferidos Ligação com o anco de Dados associa atributos a elementos gráficos associa atributos apenas às classes do mapa nálise Simulação e Modelagem lgoritmos Representação indireta de fenômenos contínuos Limitações na álgebra de mapas Problemas com erros geométricos Representa melhor os fenômenos contínuos no espaço Simulação e modelagem mais fáceis Processamento rápido e eficiente rmazenamento Por coordenada (mais eficiente) Por matrizes (maior gasto em armazenamento) SISTEMS DE INFORMÇÕES GEOGRÁFICS Prof. Luciene Delazari ula 3 18

19 DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS Dados não espaciais / alfanuméricos / descritivos tributos/informação Temática Representados de acordo com um nivel de medida DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS judam a descrever as características do objeto espacial; Estão ligados aos elementos espaciais através de identificadores; Podem fornecer informações qualitativas ou quantitativas; Uma maneira simples de armazenar atributos é com o uso de tabelas; DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS Para representar dados geográficos no computador, temos de descrever sua variação no espaço e no tempo: qual é o valor deste dado aqui e agora? O processo de medida consiste em associar números ou símbolos a diferentes ocorrências de um mesmo atributo, para que a relação dos números ou símbolos reflita as relações entre as ocorrências mensuradas. 19

20 DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS NIVEIS DE MEDID Temáticos: a cada medida é atribuído um número ou nome associando a observação, a um tema ou classe. Nivel de medida Nominal Nivel de medida Ordinal Numéricos: descrição mais detalhada, que permite comparar intervalo e ordem de grandeza entre eventos (regras de atribuição de valores baseiam-se em uma escala denúmeros reais) Nivel de medida de Razão DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS NIVEIS DE MEDID Nominal Classifica objetos em classes distintas sem ordem inerente, como rótulos que podem ser quaisquer símbolos; Um exemplo é a cobertura do solo, com rótulos como floresta, área urbana e área agrícola ; DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS NIVEIS DE MEDID campeche.inf.furb.br 20

21 DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS NIVEIS DE MEDID Ordinal Caracteriza os objetos em classes distintas que possuem uma ordem natural; Exemplo: 1 ruim, 2 bom, 3 ótimo DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS NIVEIS DE MEDID DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS NIVEIS DE MEDID razão Ponto de referência zero não é arbitrário, mas determinado por alguma condição natural; Distâncias proporcionais entre os intervalos; Exemplos: Peso e Volume de objetos; Variáveis sociais: população, renda, etc. 21

22 DDOS NÃO ESPCIIS - TRIUTOS NIVEIS DE MEDID quisição e conversão para formação da base cartográfica Entrada de dados: Dados preexistentes: mapeamento digital ou papel» través de processos de conversão Dados georreferenciados: através das geotecnologias Sistemas de posicionamento por satélite (GPS) Sensoriamento remoto erofotogrametria Topografia s mais usadas para formação das bases cartográficas para SIG: GPS Sensoriamento remoto 22

23 quisição e conversão para formação da base cartográfica O processo deaquisição dedados espaciais requer: Conhecimento dos dados a serem levantados; Conhecimento dos equipamentos a serem utilizados; Conhecimento das condições disponíveis. Para garantir a qualidade e adequação dos dados: Estipular níveis de acurácia e tolerância para as diversas fases do projeto; Estipular o refinamento ou generalização dos dados geográficos de acordo com as análises pretendidas; Definir processos de verificação da qualidade necessária para cada fase. Como escolher o método de aquisição da informação? resposta deverá considerar o acervo das informações existentes na empresa (o que inclui as questões de confiabilidade e atualidade da informação), o objetivo para a implantação do SIG, e a relação custo benefício. Fonte Formato Utilização Digitalização Vetorial ou matricial Transformação de mapas preexistentes para o formato digital GPS Vetorial ase para o mapeamento digital e atualização de mapas erofotogrametria Vetorial Geração de mapas. Forma mais tradicional. Sensoriamento Remoto Matricial ase para o mapeamento digital e atualização de mapas 23