Universidade Federal de Campina Grande Centro de Tecnologia e Recursos Humanos Unidade Acadêmica de Engenharia Civil DADOS EM GEOPROCESSAMENTO Prof. Mauro Normando M. Barros Filho
: dois grandes grupos Dados não espaciais ou alfanuméricos ou descritivos + Dados espaciais ou gráficos ou geográficos Atributos/informação Temática Representados de acordo com uma escala de medição Forma e Posição/ características geográficas Representação Matricial e Vetorial
Classificação: espaciais e não espaciais Dados não espaciais Escala ordinal Escala nominal Escala de razão Escala de intervalo Tipo de uso do solo urbano Dados Espaciais Representação Vetorial Representação Matricial lazer residencial industrial vias
Representação de dados em Geoprocessamento Pontos PV1 PV2 Linhas T 1-2 PV5 PV4 PV3 T 4-3 T 2-3 Polígonos Superfície T 5-3 Altimetria do Bairro Universitário Bairro Universitário Exemplo: Sistema de Esgotamento Sanitário
Representação de dados em Geoprocessamento Modelo do mundo real: Sistema de esgotamento sanitário
Representação de dados em Geoprocessamento Dados espaciais (modelo do mundo real) + Dados não-espaciais (informações do modelo) Trecho Extensão (m) Cota montante (m) Cota jusante (m) T 1-2 40 540 531 T 2-3 80 490 483 T 4-3 50 470 459 T5-3 35 385 372
Dados espaciais: algumas considerações Posição Espacial Relações Espaciais Tempo Forma de armazenamento
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 L6 L5 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 ).
Dados espaciais: relações topológicas Topologia: estudo das propriedades geométricas que permanecem invariantes sob deformação; Independem de fatores como escala, projeção, etc.
Dados espaciais: relações topológicas A B A B A disjunto B? A B A B A B A B A B A adjacente (toca) B? A B B A A B A B A B A sobrepõe B?
Dados espaciais: relações topológicas A A B B B está contido em / cobre A? A B A A A B B cruza A? B B A A A B B B B acima (N) / abaixo (S) / ao lado (L/O/ Esq / Dir) de A? A A B B B sobre / sob A? A B
Dados espaciais: relações métricas Distância A-B A B A A B Comprimento/Perímetro A B A A Área/Volume A Raio de alcance A A r A B C Caminho ótimo A B A B A B
Dados espaciais: tempo Pode significar: quando o fenômeno ocorreu; quando o dado foi coletado; 1989 2000
Dados espaciais: modelagem Teoria dos 4 universos 1. Universo do Mundo Real 2. Universo Conceitual 3. Universo de Representação 4. Universo de Implementação
Universo do Mundo Real
Universo Conceitual Alguns fenômenos manifestam em qualquer lugar de uma área de estudo. Outros apenas em certos locais. Modelo Discreto Modelo Contínuo
Modelo Discreto Espaço geográfico como um conjunto de objetos nitidamente distintos Variações espaciais ocorrem abruptamente Ex: Redes de infra-estrutura, unidades político-administrativas, equipamentos urbanos
Modelo Contínuo Espaço como uma superfície contínua Variações espaciais ocorrem gradativamente e podem ser observadas ou estimadas em qualquer lugar Exemplos: Variações de temperatura, relevo, tipos de solo, pressão atmosférica, etc.
Universo de representação Existem 2 grandes classes de representações computacionais de dados espaciais: Vetoriais Matriciais
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 CAD e outros;
Lembram do exemplo anterior?? Pontos Linhas PV1 PV2 T 1-2 PV5 PV4 PV3 T 4-3 T 2-3 Polígonos Superfície T 5-3 Altimetria do Bairro Universitário Bairro Universitário Dados vetoriais representando variáveis para um projeto de Sistema de Esgotamento Sanitário
Dados espaciais: representação vetorial mercado público rua dos ilhéus clube 12 de agosto peixaria Guimarães
Dados espaciais: representação vetorial Ponto: abrange todas as entidades que podem ser representadas por um único par de coordenadas; Linhas, arcos ou elementos lineares: são um conjunto de pontos conectados; Áreas ou polígonos: são representados por um conjunto de linhas que a compõem com repetição do primeiro ponto.
Dados espaciais: representação vetorial pontos linhas polígonos
Dados espaciais: representação vetorial Redes As 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 Dados Cadastrais: Cada um de seus elementos é um objeto geográfico, que possui atributos e pode estar associado a várias representações gráficas (pontos, linhas ou polígonos); Os atributos estão armazenados num sistema gerenciador de banco de dados.
Dados espaciais: representação vetorial Redes: Exemplo Distribuição de água Trecho Diâmetros Nominais (mm) Comprimento (m) Material 1 200 350 FoFo 2 150 150 PVC 3 300 80 Aço
Dados espaciais: representação vetorial Grades 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.
Dados espaciais: representação vetorial Grades Triangulares ou TIN: Exemplo
Dados espaciais: representação matricial 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;
p linhas Dados espaciais: representação matricial Matriz de atributos 1 2 2 2 3 3 1 2 3 3 3 1 2 2 3 4 1 2 3 3 Atributos representados por cores d: Dimensão do pixel = resolução espacial d 4 4 1 3 2 d q colunas rio rio rio rio rio rio
Exemplo de representação matricial em modelo contínuo
Exemplo de representação matricial em modelo discreto
Dados espaciais: representação matricial Exemplo: Tipos de solo
Dados espaciais: representação matricial Grades Regulares: cada elemento da matriz está associado a um valor numérico;
B R - 2 3 0 Dados espaciais: representação matricial Grades Regulares: exemplos O C E A N O O C E A N O A T L Â N T I C O A T L Â N T I C O B R - 2 3 0 Declividades: (metros) 0-0.5 0.5-1 1-2 2-3 3-4 4-5 6-8 8-10 acima de 10 Cotas Altimétricas: (metros) 0 a 0,5 0,5 a 1 1 a 2 2 a 3 3 a 4 4 a 5 5 a 7 acima de 7
Dados espaciais: representação matricial Imagens: representam formas de captura indireta de informação espacial
Dados espaciais: representação matricial 1976 1998 1976 1998
Dados espaciais: Matricial X Vetorial Formato Matricial Formato Vetorial
Dados espaciais: Matricial X Vetorial Aspecto Relações Espacial entre Objetos Formato Vetorial preserva relacionamentos topológicos Formato Matricial relacionamentos topológicos devem ser inferidos Ligação com o Banco de Dados associa atributos a elementos gráficos associa atributos apenas às classes do mapa Análise Simulação e Modelagem Algoritmos 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 Armazenamento Por coordenada (mais eficiente) Por matrizes (maior gasto em armazenamento)
Dados não espaciais/atributos Ajudam a descrever as características do objeto espacial; Estão ligados aos elementos espaciais através de identificadores (geocódigos); Podem fornecer informações qualitativas ou quantitativas; Uma maneira simples de armazenar atributos é com o uso de tabelas;
Dados não espaciais/atributos código: Lg 425 tipo: praça nome: XV de novembro descrição: área verde de domínio público
Dados não espaciais/atributos 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. Edifícios em uma cidade (1984) (1998) (2008)
Dados não espaciais/atributos: escalas de representação Temáticas: a cada medida é atribuído um número ou nome associando a observação, a um tema ou classe. Escala Nominal Escala Ordinal Numéricas: descrição mais detalhada, que permite comparar intervalo e ordem de grandeza entre eventos (regras de atribuição de valores baseiam-se em uma escala de números reais) Escala por Razão Escala por Intervalo
Dados não espaciais/atributos: escala nominal Escalas Temáticas: 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 ; Relações entre os valores: Identidade (a = b) Dessemelhança (a # b)
Dados não espaciais/atributos: escala nominal Legenda florestas pastos áreas urbanas solo exposto sem informação Exemplo: Uso do solo
Dados não espaciais/atributos: escala ordinal Escalas Temáticas: Ordinal Caracteriza os objetos em classes distintas que possuem uma ordem natural; Exemplo: 1 ruim, 2 bom, 3 ótimo ou 0-10%, 11-20%, mais que 20% ; Relações entre os valores (para todo a e b): a < b, a > b ou a = b são possíveis.
Dados não espaciais/atributos: escala ordinal Exemplo: Precipitação
Dados não espaciais/atributos: escala por razão Escalas Numéricas: por razão Ponto de referência zero não é arbitrário, mas determinado por alguma condição natural; Distâncias proporcionais entre os intervalos; Faixa de valores limitada entre [0, ]; Exemplos: Peso e Volume de objetos; Variáveis sociais: população, renda, etc.
Dados não espaciais/atributos: escala por razão Exemplo: População residente
Dados não espaciais/atributos: escala por intervalo Escalas Numéricas: por intervalo possui um ponto zero arbitrário (não implica em ausência de atributo); uma distância proporcional entre os intervalos; uma faixa de medidas entre [-, + ]; Exemplos: Temperatura em o C medida por intervalo; Localização em latitude/longitude;
Dados não espaciais/atributos: escala por intervalo Legenda 25-27 28-31 32-34 35-37 Exemplo: Distribuição da temperatura em ºC
Exercício 1. Identifique os diferentes tipos de dados em geoprocessamento através de exemplos de aplicações. 2. Descreva as diferenças existentes entre dados vetoriais e matriciais. 3. Um engenheiro (usuário de SIG) precisa projetar novas zonas residenciais em uma área urbana. Existe um banco de dados espacial disponível para suas análises: uso do solo urbano atual; altimetria; vias de acesso; rede de água, esgoto e elétrica existente; distâncias a hospitais, supermercados, etc.). Dentre os dados citados ou outros que na sua opinião sejam necessários para o projeto, quais podem ser vetoriais ou matriciais?