Banco de Dados Geográficos Valéria Gonçalves Soares Professora DIMAp/UFRN Conteúdo Bancos de Dados Geográficos 1. Conceitos e Definições Características Gerais 2. Modelos de Dados Geográficos Modelos de Representação e Modelos Conceituais Padrões de Metadados Espaciais O Consorcio OpenGIS 3. Arquiteturas para Bancos de Dados Geográficos 4. Linguagens de Consultas Espaciais Relações Topológicas entre Objetos Espaciais Modelo 4-Intersection Modelo 9-Intersection Extensões SQL Processamento de Transações e Consultas 5. O Banco de Dados Oracle 9i - Spatial Cartridge Modelagem e implementação no Oracle 9i 1
1. Sistemas de Informação Geográfica Sistemas de Informação Geográfica - SIG - são usados para armazenar, analisar e manipular dados geográficos. São sistemas automatizados que comportam diferentes tipos de dados e aplicações, em várias áreas de conhecimento. São utilizados para otimização de tráfego, controles cadastrais, gerenciamento de serviços de utilidade pública, levantamento demográfico, sistema de cartografia digital, administração de recursos naturais, monitoramento costeiro, controle de epidemias, planejamento urbano, entre outras aplicações. Características do Dado Espacial O termo dado espacial denota qualquer tipo de dado que descreva fenômenos aos quais esteja associada alguma dimensão espacial como, por exemplo, estruturas moleculares de um composto químico. Quando esta dimensão espacial é a superfície terrestre, tem-se um tipo especial de dados espaciais: os dados geo-referenciados ou dados geográficos. 2
Características do Dado Geográfico Os dados geográficos são caracterizados por apresentarem quatro componentes fundamentais: característica não-espacial; característica espacial; característica temporal e característica gráfica. A sua característica não-espacial representa os atributos textuais do fenômeno, ou seja, nome e atributos específicos do mesmo. Em relação à característica espacial temos seu georeferenciamento. As características temporais dos dados geográficos são importantes, pelo fato dos mesmos serem variantes com o tempo, As características gráficas são as representações pictóricas dos dados. Referências Geográficas SIG armazenam informações sobre o mundo real como um conjunto de camadas que podem ser utilizadas juntas. Informações geográficas podem conter tanto uma referência geográfica explícita, tal como latitude e longitude, como também uma referência implícita, tal como um endereço, código postal, identificador de floresta, nome de uma estrada, etc. Um processo de geo-codificação é usado para criar referências geográficas explícitas a partir de referências implícitas. 3
Referências Geográficas Arquitetura de SIG SIG possibilitam a integração, numa única base de dados, de informações geográficas provenientes de fontes diversas tais como dados cartográficos, dados de censo ou imagens de satélites. Pode-se considerar que um SIG tem os seguintes componentes: interface com o usuário, entrada e integração de dados, funções de processamento, visualização e plotagem, e armazenamento e recuperação de dados. 4
Interface Entrada e Integração dos Dados Funções de Processamento Visualização Plotagem Armazenamento Armazenamento ee Recuperação Recuperação Banco de Dados Geográficos A evolução dos SIG 1ª geração (1980-1990) 2ª geração (1990-1997) 3ª geração (1997 -?) tecnologia CAD, cartografia BD, imagens sistemas distribuídos uso principal desenho de mapas análise espacial centro de dados ambientes projetos isolados cliente-servidor multi-servidores sistemas pacotes separados sistema integrado interoperabilidade 5
Características dos SIG Uma das principais características de SIG é sua capacidade de manipular dados espaciais e nãoespaciais, ou descritivos, de forma integrada provendo uma forma consistente para análise e consulta. É possível, desta forma, ter acesso às informações descritivas de uma entidade geográfica a partir de sua localização geográfica, e vice-versa. Entidade Geográfica é qualquer fenômeno ou objeto do mundo real que possua atributos associados à sua localização sobre a superfície da Terra, num certo instante ou intervalo de tempo. Tipos de Representação Os SIG trabalham com dois tipos diferentes de representação gráfica, a representação matricial e a representação vetorial. O tipo de representação mais simples e mais freqüentemente usado é constituído por entidades espaciais básicas, especificadas por atributos e localização geográfica, que é a representação vetorial. Nesta representação, informações sobre pontos, linhas e polígonos são codificadas e armazenadas como uma coleção de coordenadas x, y. 6
Tipos de Representação A representação matricial é utilizada para descrever características ou fenômenos que variam continuamente com o tempo. Uma representação matricial consiste de uma coleção de células de uma malha regular, como um mapa digitalizado ou uma figura. Também chamado de tesselações, a representação matricial consiste de superfícies contínuas que podem ser representadas por conjuntos de unidades básicas, tais como células quadradas, triangulares ou hexagonais, ou ainda polígonos irregulares. Superfícies geométricas 2D podem ser divididas em células quadradas, conhecidas como pixels, cujo tamanho é determinado pela resolução que é requerida para representar a variação de um atributo para um dado propósito. Representação Matricial e Vetorial 7
Principais Classes de Dados Geográficos Mapas Temáticos Mapas Temáticos são mapas que mostram uma região geográfica particionada em polígonos segundo os valores relativos a um tema. Um mapa temático também pode ser armazenado no formato matricial, onde a área do mapa é dividida em células de tamanho fixo. Em Mapas temáticos, os polígonos apresentados são resultado de funções de análise e classificação de dados e não correspondem a elementos identificáveis do mundo real. Principais Classes de Dados Geográficos Mapas Cadastrais Mapas cadastrais apresentam objetos identificáveis (por exemplo, lotes de terreno). Os lotes de uma cidade, por exemplo, são elementos do espaço geográfico que possuem atributos (proprietário, valor venal, IPTU devido). Em geral, os dados são armazenados usando uma representação topológica. 8
Principais Classes de Dados Geográficos Redes O conceito de rede em geoprocessamento denota as informações associadas a serviços de utilidade pública, como água, luz e telefone, redes de bacias hidrográficas e rodovias. As informações espaciais são em geram armazenadas em forma de grafo. Operações típicas sobre rede são cálculo de caminho ótimo e crítico. Principais Classes de Dados Geográficos Modelos Numéricos de Terreno O modelo numérico de terreno é utilizado para denotar a representação de uma grandeza que varia continuamente no espaço. Entre os modelos numéricos de terreno cita-se: Armazenamento de dados de altimetria; Análise de corte-aterro para projeto de estradas; Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas; Apresentação tridimensional. 9
Principais Classes de Dados Geográficos Imagens Além de utilizarem mapas como forma básica de construção dos bancos de dados geográficos, com o desenvolvimento das áreas de sensoriamento remoto e processamento digital de imagens, estas passaram a ser usadas em conjunto com os mapas dentro dos SIG. O processamento digital de imagens corresponde a um conjunto de operações que permitem manipulações numéricas sobre imagens digitais. A manipulação de imagens também pode dar origem a imagens temáticas. Referências Desta Aula... What is GIS. Acessado em Setembro 2004. http://www.gis.com/whatisgis/index.html G. Câmara, M. Casanova, A. Hemerly, G. Magalhães, e C. Medeiros. Anatomia de Sistemas de Informação Geográfica. Décima Escola de Computação, Julho, 1996. R. H. Güting. Spatial Database Systems - Tutorial Notes. Acessado em 2004. http://www.informatik.fernunihagen.de/import/pi4/gueting/home.html 10