Sumário. Banco de Dados Geográfico

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1 Sumário 1 Introdução plicações Não-Convencionais 2 D Orientado a Objetos e Objeto-Relacional 3 D Temporal 4 D Geográfico 5 XML e anco de Dados anco de Dados Geográfico D convencional dados possuem atributos alfanuméricos que descrevem as suas características (atributos convencionais) D geográfico dados possuem atributos convencionais atributos que descrevem a sua forma, indicam a sua localização na Terra (sobre/sob) e a sua validade repositório de fenômenos do mundo real que são geo-referenciados é componente de um SIG (Sistema de Informação Geográfica) ou GIS 1

2 SIG Sistema utilizado para armazenar, analisar e manipular dados geográficos Diversos enfoques sistema de processamento de transações ênfase na manipulação de dados exemplo: cadastro urbano sistema de suporte à decisão ênfase em análises complexas, simulações e tendências exemplo: gestão de tráfego sistema de monitoração análise de variáveis em áreas geográficas exemplo: nível dos rios, poluição do ar rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem rmazenamento e Recuperação DG 2

3 rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Visualização e Processamento interface gráfica (menus, Plotagem ícones,...) permitir visualização de mapas e de atributos associados ao terreno permitir manipulações de mapas e atributos rmazenamento - consultas e atualizações e Recuperação - análises espaciais - configurar parâmetros de visualização (escala, layers,...) DG rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Visualização e Processamento Plotagem baseia-se em mapas obtidos via técnicas de sensoriamento remoto - técnicas para registro de características do terreno sem haver contato entre o rmazenamento sensor e os objetos do terreno e Recuperação - exemplos: * sensores em satélites - captação baseada na quantidade e freqüência da luz * fotografias aéreas (fotogrametria) - fotos seqüenciais do terreno DG 3

4 rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Visualização e Processamento Plotagem quatro formas principais de entrada de dados: - caderneta de campo - digitalização em mesa rmazenamento - digitalização ótica e Recuperação - leitura de dados DG rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Visualização e Processamento Plotagem caderneta de campo - levantamento (por escrito) de dados do terreno (topografia, tipo de solo,...) - inserção manual no DG rmazenamento - uso de GPS garante maior precisão e Recuperação da localização dos dados DG 4

5 rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Visualização e Processamento GPS Plotagem - Global Positioning System - sistema baseado em satélites para medição de coordenadas e altura rmazenamento em qualquer ponto da Terra e Recuperação - para maior precisão, a localização é determinada em função de informações obtidas de mais de um satélite - variam em precisão e funcionalidade: * transformações entre sistemas de coordenadas DG* visualização de mapas * inclusão de objetos... rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Visualização e Processamento Plotagem digitalização em mesa - uso de uma mesa digitalizadora * trabalha sobre um mapa impresso - processo custoso e demorado rmazenamento * digitalização de linhas, ajuste de e Recuperação nós, identificação de atributos do terreno,... DG 5

6 rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Visualização e Processamento digitalização ótica Plotagem - uso de scanners - processo semi-automático * utiliza algoritmos de conversão rmazenamento para o formato vetorial e Recuperação * pode requerer correção manual DG rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Visualização e Processamento Plotagem leitura de dados - importação e/ou integração de grandes volumes de dados coletados e cadastrados por instituições rmazenamento * INPE, centros de cartografia e Recuperação do Exército,... DG 6

7 rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem análise geo-espacial rmazenamento processamento e digital Recuperação de imagens - operações de contraste, realce de cores,... modelagem numérica do terreno - geração de mapas de declividade, cálculo de volumes,... operações sobre redes - caminhos ótimos, inclusão de nós,... DG rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento componente responsável por apresentações gráficas - controla a visualização de imagens rmazenamento de mapas 2D/3D e/ou vetorial - resultados analíticos e Recuperação (gráficos de linhas ou de barras, distribuição de um fenômeno pontos de ocorrência,...) - plotagem (impressão) * definição da área a ser impressa * colocação de legendas, textos DG explicativos e medidas Visualização e Plotagem 7

8 rquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem rmazenamento e Recuperação DG DG - definição, armazenamento e manipulação de dados geográficos Dado espacial Dado Geográfico possui uma dimensão espacial 2D: linear, poligonal,... 3D: sólido exemplos: estrutura atômica, peça mecânica,... Dado geográfico é um dado espacial geo-referenciado possui uma localização sobre a superfície terrestre em um certo instante ou intervalo de tempo exemplos: área urbana 2D, área de relevo 3D,... componentes convencional, espacial, pictórico e temporal 8

9 Dado Geográfico - Componentes Componente convencional propriedades alfanuméricas código: Lg 425 tipo: praça nome: XV de novembro descrição:... Dado Geográfico - Componentes Componente espacial propriedades de localização geo-espacial L1 L2 L6 L5 L3 L4 forma: poligonofechado localização: { L1: (78,53),(86,73),... L6: (88,46), (78,53) } fronteiras: { (Lg 426, L6), (Lg 067, {L1, L2})... } 9

10 Dado Geográfico - Componentes Componente pictórico propriedades gráficas (imagens) imagem: FpolisCentro.jpg tamanho: 520K referência: { P1: (27 o 35 S, 45 o 50 W) P2: (27 o 18 S, 45 o 01 W) } Dado Geográfico - Componentes Componente temporal propriedades relativas à validade do dado datacoleta: 27/05/03 válidopor: 2 anos OU TI: 27/05/03 TF: 27/05/05 10

11 Modelos de Dados Geográficos DG suporta dois modelos complementares modelo de campo modelo de objeto Modelo de campo (modelo raster) região geográfica é vista como uma superfície contínua cada ponto da região descreve uma ou mais propriedades do terreno ênfase na análise de características do terreno e não na identificação de objetos neste terreno representação de layers Modelo de Campo - Raster Exemplo modelagem de layers relevo e vegetação relevo: planície altitude: 5m vegetação: arbusto relevo: planície altitude: 15m vegetação: duna relevo: planalto altitude: 350m vegetação: floresta 11

12 Célula Modelo de Campo - Raster conjunto de um ou mais pixels define uma área na qual todos os pontos do terreno possuem as mesmas propriedades permite a modelagem de áreas relevantes da região geográfica abstração de características comuns de vários pontos do terreno em um único conceito (célula) células em geral são homogêneas possuem a mesma forma, área e são contíguas facilita a determinação dos seus limites Modelo de Campo - Células relevo: planalto altitude: 370m vegetação: floresta relevo: planície altitude: 15m vegetação: duna relevo: planalto altitude: 300m vegetação: floresta 12

13 Modelo de Objeto Também chamado de modelo vetorial 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 Modelo de Objeto - Vetorial Exemplo mapa urbano mercado público rua dos ilhéus clube 12 de agosto peixaria Guimarães 13

14 Campos e Objetos Podem ter múltiplas representações depende de fatores de escala ou visões desejadas por diferentes aplicações exemplo: célula ou polígono transforma-se em ponto problemas modelagem mais complexa, comportamentos diferentes em função da representação Possuem relacionamentos topológicos exemplos vizinho (de células e objetos), contido em, disjunto,... Mapa Temático (Layer) Ênfase na análise contínua de um tema exemplos: vegetação, uso do solo,... Região geográfica pode estar particionada em polígonos (vetorial) cada polígono engloba um valor dentro do tema pode ser uma imagem raster variações no tema: cor, intensidade de brilho,... do pixel alface café milho uso do solo 14

15 Redes Ênfase na identificação de recursos que fluem na região geográfica redes de utilidade pública (água, luz, telefone,...) representação na forma de grafo noção de arco (pode ser orientado) e nó (ligação) rede telefônica caixa terminal ponto de linha nó na rede Modelos Numéricos do Terreno Ênfase na análise numérica de uma característica que varia continuamente exemplos: mapas topográficos e demográficos Formas de representação isolinhas linhas rotuladas com o valor da característica valores de pontos fora das linhas são estimados grades áreas com um valor estimado da característica formas retangulares ou triangulares 15

16 Modelos Numéricos do Terreno mapa topográfico em isolinhas mapa demográfico em grade retangular D Queimadas - INPE Consultas qual o estado brasileiro com o maior número de focos de queimadas no momento (captados pelo satélite NO 12 Noite) e a quantidade de focos? (visualize também os focos graficamente) qual o município do Maranhão com maior número de focos? qual é o satélite que consegue captar mais focos no rasil inteiro? qual o tipo de vegetação que apresentou o maior número de focos na segunda quinzena de outubro? qual é o estado brasileiro com maior número de focos ocorrendo em vegetação Ombrofila berta e o município campeão em número de focos neste estado? qual o total de focos por semana no mês de novembro de 2003 no estado do Pará? visualize as áreas de desmatamento nos anos de 2000 e 2001 nos municípios que são capitais de estados da região Norte do rasil 16

17 Operações em um DG nálise geo-espacial tualização de dados Consulta a dados Visualização de dados nálise Geo-Espacial Conjunto de funções aplicadas sobre um mapa ou objetos deste mapa principal diferencial operacional em relação a outros Ds não-convencionais Finalidades das operações de análise validação da entrada de dados transformação do mapa ou de seus objetos existência de relacionamentos topológicos busca de informação geométrica e/ou estatística visualização de mapas 17

18 Classificação de Operações Captura validam um processo de digitalização e vetorização de um mapa Transformação produzem novos mapas como resultado Topológicas analisam a existência de relacionamentos topológicos Métricas realizam processamentos baseados no conceito de distância Estatísticas produzem valorações (analisam tendências) baseadas em propriedades convencionais, espaciais e/ou temporais Captura - Exemplos Detecção de erros validação de um processo de vetorização arcos sem conexão, polígonos não-fechados,... Combinação de mapas ajuste (da topologia) de bordas de mapas que representam regiões vizinhas Junção definição de objetos complexos a partir de objetos mais simples exemplo: polígono formado por pontos ou linhas 18

19 Transformação Exemplo 1 Mudança de escala dados vetoriais técnicas de generalização substituição de pares de pontos vizinhos pelo ponto médio dados raster técnicas de agregação geração de células a partir da junção de células menores Transformação Exemplo 2 Overlaying (cobertura) sobreposição de um ou mais temas deseja-se uma análise de correlações, tendências,... dados raster overlay centrado na localização valor da célula resultante é uma função dos valores das células dos temas combinados overlay centrado no tema mantém-se as células definidas para um certo tema, sendo os valores dos demais temas estimados no contexto destas células 19

20 Overlaying - Exemplos Vegetação campo cerrado floresta 500m 700m ltitude overlay de localização overlay do tema Vegetação campo altitude média: 500m cerrado altitude média: 600m floresta altitude média: 500m campo com 500m cerrado com 500m cerrado com 700m floresta com 500m Operações Topológicas Importante categoria analítica base para várias consultas geográficas verificação de relacionamentos espaciais Topologia estudo das propriedades geométricas que permanecem invariantes sob deformação independem de fatores como escala, projeção, etc projeção: representação da superfície terrestre sobre uma superfície plana» produz deformação 20

21 Operações Topológicas Operações sobre objetos geométricos definidos a partir das noções de fronteira e interior disjunto? adjacente (toca)? sobrepõe? Operações Topológicas - Exemplos está contido em / cobre? cruza? acima (N) / abaixo (S) / ao lado (L/O/ Esq / Dir) de? sobre / sob? 21

22 Operações Métricas aseadas na noção de distância sobre um sistema de coordenadas Tipos de retorno valores numéricos exemplo: distância objetos geográficos exemplo: raio de alcance Operações Métricas - Exemplos distância - comprimento/perímetro área/volume raio de alcance r C caminho ótimo 22

23 Operações Estatísticas nálise de propriedades convencionais associadas a uma região geográfica Exemplos contagem de freqüência e histograma distribuição de valores análise de correlação comparação de propriedades em uma região análise de dispersão Imóvel Próprio lugado < análise de distribuição de um fenômeno em uma região ocorrências de crimes população SE CE S < região < Operações em um DG nálise geo-espacial tualização de dados Consulta a dados Visualização de dados 23

24 tualização de Dados Geográficos Modificação de componentes convencionais e temporais via comandos de atualização do DG (DML) Modificação de componentes espaciais e pictóricos cargas periódicas de mapas e identificação de instâncias de campos e objetos em alguns casos, é possível a atualização da geometria de instâncias via comandos DML exemplo: inclusão de um hospital no mapa de Fpolis, definindo também o polígono que o delimita no terreno Operações em um DG nálise geo-espacial tualização de dados Consulta a dados Visualização de dados 24

25 Consulta a Dados Geográficos Diferenças em relação a Ds convencionais critérios de seleção espacial uso de funções de análise geo-espacial uso de linguagens textuais estendidas seleção baseada em apontamento manipulação direta de mapas para fins de consulta uso de interfaces gráficas e linguagens visuais resultados textuais, gráficos ou mistos propriedades convencionais associadas ao seu posicionamento geográfico certas consultas só tem sentido se o resultado for misto» exemplo: onde ficam as cidades de SC com mais de habitantes? Linguagens de Consulta para DG Extensões do SQL, em geral várias propostas SQL/MM, GeoSQL, Spatial SQL, SF-SQL,... permitem todos os tipos de resultados Exemplo 1 (SF-SQL) critério de seleção espacial e resultado textual select c1.nome from c1 Cidade, c Cidade where c.nome = Florianópolis and c.geometria.distnce(c1.geometria)< 50 25

26 Linguagens de Consulta Textuais Exemplo 2 (GeoSQL) critério de seleção espacial e resultado misto select TMunicipio m from LayerUrbano of MapaSC where ((m.população >= 50000) and (m.rea() > 1000) and (m CROSS select TRio r from LayerHidrografia of MapaSC where (r.nome = Itajaí-çu ))) indicação do mapa no qual deve ser exibido o resultado Linguagens de Consulta Textuais Exemplo 3 (Spatial SQL) critério de seleção espacial e resultado misto set legend color black pattern dashed for select geometria from Via; configuração de parâmetros de visualização set window indicação de resultado select Via.geometria, Via.nome gráfico from Via, Cidade where Cidade.nome = Florianopolis and Via.nome like F* and Via.geometria INSIDE Cidade.geometria 26

27 Operações em um DG nálise geo-espacial tualização de dados Consulta a dados Visualização de dados Visualização de Dados Geográficos Gerenciamento da apresentação de dados importante função de DGs Objetivo desta classe de operações apresentação de resultados de consultas manipulação de objetos na tela facilitar a visualização de dados, pesquisa exploratória (browsing) e a construção de novas consultas 27

28 Visualização de Dados Geográficos Funcionalidades principais visualização 2D e 3D formulação iterativa de consultas combinação de resultados de consultas customização de apresentações de mapas visualização simultânea de várias regiões geográficas operações especiais zooming, panning (translação), rotação,... apresentação de resultados estatísticos exemplo: análise de densidade demográfica visualização através de análise de dispersão ou mapa de isolinhas Customização de presentações Exemplo: mapa de Florianópolis tema default: logradouros objetos default: mercado público, IEE,... legendas default: nome e tipo dos logradouros metáforas visuais: avenidas -linha dupla -cor marrom praças -interior com cor verde... 28

29 Controles de Zooming Representação dos dados muda lguns dados tornam-se invisíveis e outros visíveis Zoom In / Zoom Out escopo de objetos passíveis de consulta muda exemplo: zoom In rasil SC consulta apenas a objetos geográficos em SC Zoom Out aplicação de técnicas de omissão de detalhes generalização filtragem de objetos e legendas evitar excesso e/ou sobreposição de informações no mapa 29