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Informações Geográficas
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o Dado é um conjunto de símbolos como, por exemplo, textos e números;
o Informação é um significado particular mental, pode ser expressa por meio de dados;
o Desafio é passar a informação desejada à outra pessoa através de dados – a informação convertida a dados pelo interlocutor pode não ser recebida corretamente pelo ouvinte;
Dado x Informação
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o “Caricaturas” de fenômenos observados na superfície da Terra;
o Composto por três componentes:o Espacial – onde está (localização);o Não-espacial – o que é (descrição);o Temporal – quando;
O que é o dado geográfico?
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O tripé da representação do dado geográfico – Espacial – Onde?
o Representa fenômenos sobre a superfície de um modelo da Terra;
o Pode ser representação:o Topográfica escalonada;o Conceitual dentro de um modelo pré-estabelecido
(temático).
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O tripé da representação do dado geográfico – Descrição – O que é?
o Descreve os fenômenos através de textos, números, imagens e etc.;
o Comumente associados a parte espacial (onde) na forma de tabelas e metadados;
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O que são os Metadados?
o Dados sobre os dados;
o Descrevem características, linha de vida, acessibilidade, qualificação e outras informações pertinentes;
o Crucial ao dado ser uma informação útil;
o A Comissão Nacional de Cartografia (CONCAR) recomenda o padrão de metadados ISO-19115;
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O tripé da representação do dado geográfico – Tempo – Quando?
o Refere-se a quando foram medidas as propriedades do objeto ou fenômeno (espacial e descrição);
o Na escala de tempo da vida do homem, há fenômenos praticamente estáticos (ex. relevo e geologia) e dinâmicos (ex. veículo de transporte e área urbana);
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o O ambiente computacional é discreto enquanto a natureza é contínua;
o O computador trabalha com dado, não informação;
o O computador precisa de forte formalismo nas estruturas e representações;
Traduzindo as informações geográficas ao ambiente computacional
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O paradigma dos quatro universos para representação da informação geográfica
o A representação computacional do espaço é um típico problema da Ciência da Geoinformação;
o Para melhor se entender o processo, divide-se o problema em quatro universos: o Universo Real;o Universo Conceitual;o Universo de Representação;o Universo de Implementação.
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Os quatros universos
Real
Conceitual
Representação
Implementação
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Universo Real
o Também chamado de universo do mundo real;
o É matematicamente contínuo (natureza);
o Nele se encontra os fenômenos que queremos representar e medir;
o Representação via medidas e referência espaço-temporal – essas medidas dão origem aos dados;
o As medições podem ser qualitativas ou quantitativas.
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Tipos de superfícies físicas – Universo Real
o Há três tipos de superfícies que os fenômenos geográficos apresentam:o Discreta: facilidade de localizar as bordas (ex: rua,
edificações, poste, rio);o Contínua: dificuldade de localizar ou ausência de
bordas (ex: vegetação, solo, altimetria, temperatura);o Abstrata: Bordas não existem fisicamente, geralmente
definidas descritivamente (ex: município, zona eleitoral, zona de influência).
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O erro faz parte...
Todo o dado geográfico é uma medição de um objeto ou fenômeno no mundo real.
Esta medição é realizada por um instrumento ou método com precisão finita (erro).
Desta forma, as três componentes (o que, quando e onde) são aferidas com erros. Ou seja, todo o dado geográfico tem embutido uma imprecisão.
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Universo Conceitual
o Neste universo são definidos os conceitos do mundo real a representar;
o O mundo real é complexo, tridimensional, contínuo e infinito – ao definir os conceitos do que se quer representar, delimita-se o escopo;
o Modelos conceituais são elaborados nesse processo – quais informações medir e quais os relacionamentos entre estas informações;
o Autores apresentam algumas classificações conceituais das informações geográficas, vejamos a seguir um das mais aplicadas, a OMT-G – Object Modeling Technique for Geographic Applications (referências ao final da apresentação).
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OMT-G – classificação conceitual
Classe
Georreferenciada Não Espacial
Geo-Campo Geo-Objeto
TIN Amostra Polígono Adjacente
Isolinha Tesselação
PontoLinhaPolígonoArco
UnidirecionalArco
BidirecionalNó
Sem Topologia Com Topologia
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OMT-G – classificação conceitual – 1º e 2º nível
o OMT-G é um modelo baseado na orientação à objetos, desta forma, toda a informação geográfica pertence a uma classe – um grupo de informações que representam um mesmo conceito do mundo real;
o As classes são dividas em dois tipos:o Georreferenciada: possui as três componentes: onde,
o que e quando (geoinformações);o Não espacial: possui apenas duas componentes: o que
e quando (informações não geográficas).
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OMT-G – classificação conceitual – 3º nível
o As classes georreferenciadas são dividas em:
o Geo-campo: Representam variáveis contínuas no espaço, em outras palavras, apresentam a distribuição espacial de uma variável contínua. Exemplos: pressão, temperatura, relevo, umidade, teor de minerais no solo, vegetação, solos e geologia.
o Geo-objeto: São entidades do mundo real discretas/individualizáveis, ou seja, que apresentam limites definidos e características próprias. Exemplos: rua, rio, árvore, edificação, município, unidade de conservação e poste.
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OMT-G – classificação conceitual – divisão de geo-campo
o As classes do tipo geo-campo sempre representam a distribuição espacial de uma variável contínua;
o Elas são divididas em:o Amostras: são pontos amostrais da variável contínua
como pontos cotados, medições de estações meteorológicas e amostras de solo;
o Isolinhas: são linhas onde todos os pontos que as compõem possuem o mesmo valor da variável contínua: curvas hipsométricas, isotermas (temperatura) e isoietas (chuva);
o Tesselação: a área é subdivida em células de tamanho igual, em cada célula é realizada uma medição da variável: imagens de satélite e altimetria ou declividade gerada por interpolação;
o TIN (rede triangular irregular): geralmente por meio de isolinhas ou amostras, é gerada uma superfície interpolada composta por triângulos irregulares.
o Polígono Adjacente: divide-se a área de estudo em regiões segundo um critério de classificação: vegetação, geologia, uso do solo e classificação climática.
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OMT-G – classificação conceitual – divisão de geo-objeto
o As classes do tipo geo-objeto podem ser dividas em:
o Com topologia: o objetivo é representar a localização geográfica e conectividade entre os objetos, geralmente expressam sistemas conectados complexos como rede viária, rede de drenagem, rede de esgoto, rede de energia, entre outros.
o Sem topologia: o objetivo é representar a localização geográfica dos seus limites: rio definido pelas margens e fazendas representadas por seus limites.
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OMT-G – classificação conceitual – divisão de geo-objeto sem topologia
o As classes do tipo geo-objeto sem topologia podem ser dividas em:
o Ponto: a localização geográfica do objeto é apresentada de forma adimensional.
o Linha: a localização geográfica do objeto é apresentada de forma unidimensional.
o Polígono: a localização geográfica do objeto é apresentada de forma bidimensional.
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OMT-G – classificação conceitual – divisão de geo-objeto com topologia
o As classes do tipo geo-objeto com topologia podem ser dividas em:
o Arco bidirecional: expressa uma conexão entre dois nós A e B. A conexão pode ser dar de A para B como também de B para A.
o Arco unidirecional: expressa uma conexão entre dois nós A e B. O arco tem um fluxo associado que indica se a conexão se dá de A para B ou B para A.
o Nó: representa os objetos conectados pelos arcos.
o Os arcos são representados por linhas e nós por pontos.
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Várias possibilidades de conceito para uma mesma entidade do mundo real
Um mesmo elemento, objeto ou fenômeno do mundo real pode ser representado por vários conceitos dentro da classificação OMT-G ou outra qualquer.
Por exemplo, relevo é um geo-campo. Podemos representar a distribuição espacial do relevo por pontos cotados (amostras), curvas hipsométricas (isolinhas) e por uma matriz de pixels (tesselação).
Já um rio, que é um geo-objeto, pode ser representado por um polígono delimitando suas margens (sem topologia) ou por um arco representando o seu fluxo numa rede de drenagem (com topologia).
Desta forma, é possível se ter uma mesma informação e várias representações conceituais.
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Universo de Representação
o Neste universo, se escolhe a estratégia de representação da informação no ambiente computacional;
o Um mesmo conceito pode ser representado de maneiras diferentes no computador;
o Há duas formas de representação dos conceitos sobre o mundo real no SIG:o Matricial: divide-se a área em uma grade/matriz de
células regulares;o Vetorial: define-se pontos, linhas e áreas através de
conjuntos finitos de coordenadas;
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Representações sobre o mundo real
Instrumentos de medidas
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Representação Vetorial
o Representa entidades por meio pontos, linhas e polígonos;
o Linhas e polígonos são conjuntos de pontos (coordenadas) ligados em forma de segmento;
o Os objetos vetoriais não preenchem necessariamente todo o espaço;
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Primitivas vetoriais
Ponto - coordenadas x,y ou x,y,z.(x1,y1)
Linha - uma seqüência de pontos conectados por segmentos de retas.
Polígono - um conjunto fechado de linhas.
Nó
Vértice
Feições vetoriais são definidas espacialmente por:
Nó
Vértice
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Características da representação vetorial
o Melhor para expressar topologia;
o Relativamente mais compacto do que a representação matricial;
o Geralmente cada objeto vetorial possui um conjunto de atributos alfanuméricos como, por exemplo, na forma tabular;
o O “átomo” da representação vetorial é o ponto.
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Tabela de atributos comumente associada a representação vetorial
Campos (colunas)
Registros(linhas)
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Representação Matricial
o Toda a área é subdivida em célula (pixels) de tamanho regular;
o Cada célula contém um único valor – possibilidade de conexão relacional com outra tabela;
o A matriz descreve um dado fenômeno – exemplo: temperatura, tipo de solo, altimetria e etc...
o Toda a área tem que estar referenciada;
o O “átomo” desta representação é o pixel ou célula.
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Exemplo de representação matricial
Número de Linhas
Número de Colunas
(X,Y)
Tamanho da célula
NODATA
Definição de uma malha (grid) em um SIG
Célula origem da matriz
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Comparação entre as representações
Matricial
Vetorial
Mundo real
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Comparação entre as representações – primitivas vetoriais x pixel
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Um conceito influencia no tipo de representação...
Observe que amostras (geo-campo), ponto (geo-objeto sem topologia) e nó (geo-objeto com topologia) podem ser representados por pontos vetoriais. Em suma, conceitos diferentes podem possuir a mesma representação.
Entretanto o conceito nos impõe maiores restrições à informação como, por exemplo, isolinhas hipsométricas (geo-campo) não podem se cruzar, mas ruas (geo-objeto linha) podem.
Há conceitos que influenciam na adoção da representação. Por exemplo, a tesselação na sua definição é similar a representação matricial; e representação de geo-objeto com topologia nos aponta para representação vetorial, a matricial seria quase impraticável.
Todavia, existem conceitos que admitem bem as duas representações como, por exemplo, os polígonos adjacentes (geo-campo).
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Universo de Implementação
o Um vez escolhida a representação da informação geográfica, precisamos definir como ela será implementada no computador;
o Formatos de arquivo, estrutura de dados, algoritmos e afins pertencem a este universo;
o Há grande variedade de implementações de representações vetorias (shp, dwg, dxf, dwg, gpx, kml, svg) e matriciais (tiff, img, jpeg, png, bmp);
o A escolha da implementação é importante, não necessariamente todo o formato de arquivo tem a capacidade de representação necessária.
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Ligando os universos...
Exemplos:1)Curvas de nível - um arquivo shapefile implementa a representação vetorial do conceito de isolinhas do relevo do mundo real.
2)Imagem de satélite: um arquivo TIFF implementa a representação matricial do conceito de tesselação sobre a reflexão da radiação eletromagnética (REM) na superfície do mundo real.
3)Rede de drenagem: um arquivo dwg implementa a representação vetorial do conceito de arco unidirecional sobre rios de uma bacia hidrográfica no mundo real.
Podemos converter o DWG do item 3 para shapefile (SHP) que não vamos alterar a representação, o conceito e nem o que estamos representando sobre o mundo real.
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RELEXÃO FINAL
Qual a representação apresenta mais precisão posicional geográfica, a matricial ou a vetorial
(ponto ou célula)?
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Leitura complementar
o Capítulo 2 do livro Introdução à Ciência da Geoinformação, que consta no DVD do curso ou na página:
http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/introd/cap2-conceitos.pdf
o Capítulo 3 - Modelagem conceitual de dados geográficos o livro Banco de Dados Geográficos, que consta no DVD do curso ou na página:
http://www.dpi.inpe.br/livros/bdados/cap3.pdf
o Capítulo 3 do livro Anatomia de Sistemas de Informação Geográfica, disponível na página:
http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/anatomia.pdf