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Sumário
1 Introdução – Aplicações Não-Convencionais2 BD Orientado a Objetos e Objeto-Relacional3 BD Temporal4 BD Geográfico5 XML e Banco de Dados
Banco de Dados Geográfico• BD convencional
– dados possuem atributos alfanuméricos que descrevem as suas características (atributos convencionais)
• BD 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
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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
Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
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3
Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• interface gráfica (menus, ícones, ...)• permitir visualização de mapas e de
atributos associados ao terreno• permitir manipulações de mapas e atributos
- consultas e atualizações- análises espaciais- configurar parâmetros de visualização
(escala, layers, ...)
Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• baseia-se em mapas obtidos viatécnicas de sensoriamento remoto
- técnicas para registro de característicasdo terreno sem haver contato entre osensor e os objetos do terreno
- exemplos: * sensores em satélites
- captação baseada na quantidade e freqüência da luz
* fotografias aéreas (fotogrametria)- fotos seqüenciais do terreno
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Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• quatro formas principais de entrada de dados:
- caderneta de campo- digitalização em mesa- digitalização ótica- leitura de dados
Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• caderneta de campo- levantamento (por escrito) de dadosdo terreno (topografia, tipo de solo, ...)
- inserção manual no BDG- uso de GPS garante maior precisãoda localização dos dados
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Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• GPS- Global Positioning System- sistema baseado em satélites para medição de coordenadas e alturaem qualquer ponto da Terra
- para maior precisão, a localização édeterminada em função de informações obtidas de mais de um satélite
- variam em precisão e funcionalidade:* transformações entre sistemas de
coordenadas* visualização de mapas* inclusão de objetos . . .
Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• digitalização em mesa- uso de uma mesa digitalizadora
* trabalha sobre um mapa impresso- processo custoso e demorado
* digitalização de linhas, ajuste denós, identificação de atributosdo terreno, ...
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6
Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• digitalização ótica- uso de scanners- processo semi-automático
* utiliza algoritmos de conversãopara o formato vetorial
* pode requerer correção manual
Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• leitura de dados- importação e/ou integração de grandes volumes de dados coletadose cadastrados por instituições* INPE, centros de cartografia
do Exército, ...
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Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• análise geo-espacial• processamento digital 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, ...
Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• componente responsável porapresentações gráficas
- controla a visualização de imagens de mapas 2D/3D e/ou vetorial
- resultados analíticos (gráficos de linhas ou de barras, distribuição de umfenômeno – pontos de ocorrência, ...)
- plotagem (impressão)* definição da área a ser impressa* colocação de legendas, textos explicativos e medidas
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Arquitetura de um SIGInterface
com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
• BDG- definição, armazenamento e manipulação de dados geográficos
Dado Geográfico • Dado espacial
– 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
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Dado Geográfico - Componentes• Componente convencional
– propriedades alfanuméricas
código: Lg 425tipo: praçanome: XV de novembrodescrição: . . .
Dado Geográfico - Componentes• Componente espacial
– propriedades de localização geo-espacial
forma: poligonoFechadolocalização: {
L1: (78,53),(86,73),. . .L6: (88,46), (78,53)}
fronteiras: {(Lg 426, L6),(Lg 067, {L1, L2})...
}
L1
L2
L5L6
L3
L4
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Dado Geográfico - Componentes• Componente pictórico
– propriedades gráficas (imagens)
imagem: FpolisCentro.jpg
tamanho: 520K
referência: {P1: (27o35’ S, 45o50’ W)P2: (27o18’ S, 45o01’ W)}
Dado Geográfico - Componentes• Componente temporal
– propriedades relativas à validade do dado
dataColeta: 27/05/03válidoPor: 2 anos
OU
TI: 27/05/03TF: 27/05/05
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Modelos de Dados Geográficos • BDG 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: planíciealtitude: 5mvegetação: arbusto
relevo: planíciealtitude: 15mvegetação: duna
relevo: planaltoaltitude: 350mvegetação: floresta
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Modelo de Campo - Raster
• Célula– 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: planíciealtitude: 15mvegetação: duna
relevo: planaltoaltitude: 300mvegetação: floresta
relevo: planaltoaltitude: 370mvegetação: floresta
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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
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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
• A vizinho B (de células e objetos), A contido em B, A disjunto B, ...
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
uso do solocafé
alface
milho
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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 terminalponto de linhanó 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
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Modelos Numéricos do Terreno
300
0
350370
10
15
mapa topográficoem isolinhas
505849175723
54655971756847
23706963346923
114267373173483711
637831255887865741
697927225285989774
69202259986449
71337477
40886782
516022
mapa demográficoem grade retangular
0
BD Queimadas - INPE • www.dpi.inpe.br/proarco/bdqueimadas• Consultas
– qual o estado brasileiro com o maior número de focos de queimadas no momento (captados pelo satélite NOAA 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 Brasil 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 Aberta 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 Brasil
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Operações em um BDG
• Análise geo-espacial• Atualização de dados• Consulta a dados• Visualização de dados
Análise Geo-Espacial • Conjunto de funções aplicadas sobre um
mapa ou objetos deste mapa– principal diferencial operacional em relação a
outros BDs 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
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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
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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
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Overlaying - Exemplos
floresta
campo
cerrado
Vegetação
Altitude
500m
700m
overlay delocalização
floresta com 500m
campo com 500m
cerrado com 500m
cerrado com 700moverlay do tema
Vegetação
floresta – altitudemédia: 500m
campo – altitudemédia: 500mcerrado – altitudemédia: 600m
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
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Operações Topológicas • Operações sobre objetos geométricos
– definidos a partir das noções de fronteira e interior
A B A BA B
A disjunto B ?
A B A BA B
A adjacente (toca) B ?
BA
A B
A sobrepõe B ?
BA A
ABB A B
Operações Topológicas - Exemplos A A B
A
B
B está contido em / cobre A ?
A
B B cruza A ?B
A
B
AB
B acima (N) / abaixo (S) / ao lado (L/O/ Esq / Dir) de A ?
B
A
A
B A
B
A A BA
B
B sobre / sob A ?
B
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Operações Métricas
• Baseadas na noção de distância sobre um sistema de coordenadas
• Tipos de retorno– valores numéricos
• exemplo: distância
– objetos geográficos• exemplo: raio de alcance
Operações Métricas - Exemplosdistância A-B
A Acomprimento/perímetro A
B
AA B
área/volume A
A B
CB
caminho ótimo A →→B
Ar
A A
raio de alcance
A B
A B
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Operações Estatísticas • Análise 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• análise de distribuição de um fenômeno
em uma região
população
regiãoSE SCE
209937805876Alugado
689834561544Próprio
< 5000< 2500< 1000Imóvel
ocorrências de crimes
Operações em um BDG• Análise geo-espacial• Atualização de dados• Consulta a dados• Visualização de dados
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Atualização de Dados Geográficos
• Modificação de componentes convencionais e temporais– via comandos de atualização do BDG (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 BDG• Análise geo-espacial• Atualização de dados• Consulta a dados• Visualização de dados
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Consulta a Dados Geográficos• Diferenças em relação a BDs 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 100.000 habitantes?
Linguagens de Consulta para BDG• 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.DISTANCE(c1.geometria)< 50
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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.Area() > 1000)
and (m CROSS
select TRio r
from LayerHidrografia of MapaSC
where (r.nome = “Itajaí-Açu”)))
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;
set window
select Via.geometria, Via.nome
from Via, Cidade
where Cidade.nome = “Florianopolis”
and Via.nome like “F*”
and Via.geometria INSIDE Cidade.geometria
configuração deparâmetros devisualização
indicação de resultadográfico
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Operações em um BDG• Análise geo-espacial• Atualização de dados• Consulta a dados• Visualização de dados
Visualização de Dados Geográficos• Gerenciamento da apresentação de dados
– importante função de BDGs
• 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
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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 Apresentações• 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
. . .
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Controles de Zooming• Representação dos dados muda
• Alguns dados tornam-se invisíveis e outros visíveis
• Zoom In / Zoom Out– escopo de objetos passíveis de consulta muda
• exemplo: zoom In Brasil → 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