Sum

1
Sumário

• 1 Introdução Aplicações Não-Convencionais
• 2 BD Orientado a Objetos e Objeto-Relacional
• 3 BD Temporal
• 4 BD Geográfico
• 5 XML e Banco de Dados

2
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

3
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

4
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação
BDG
5
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• 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, ...)

Armazenamento e Recuperação
BDG
6
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• baseia-se em mapas obtidos via
• técnicas de sensoriamento remoto
• - técnicas para registro de características
• do terreno sem haver contato entre o
• sensor e os objetos do terreno
• - exemplos
• sensores em satélites
• - captação baseada na quantidade e
• freqüência da luz
• fotografias aéreas (fotogrametria)
• - fotos seqüenciais do terreno

Armazenamento e Recuperação
BDG
7
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• quatro formas principais de
• entrada de dados
• - caderneta de campo
• - digitalização em mesa
• - digitalização ótica
• - leitura de dados

Armazenamento e Recuperação
BDG
8
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• caderneta de campo
• - levantamento (por escrito) de dados
• do terreno (topografia, tipo de solo, ...)
• - inserção manual no BDG
• - uso de GPS garante maior precisão
• da localização dos dados

Armazenamento e Recuperação
BDG
9
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• GPS
• - Global Positioning System
• - sistema baseado em satélites para
• medição de coordenadas e altura
• em qualquer ponto da Terra
• - 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
• visualização de mapas
• inclusão de objetos . . .

Armazenamento e Recuperação
BDG
10
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• digitalização em mesa
• - uso de uma mesa digitalizadora
• trabalha sobre um mapa impresso
• - processo custoso e demorado
• digitalização de linhas, ajuste de
• nós, identificação de atributos
• do terreno, ...

Armazenamento e Recuperação
BDG
11
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• digitalização ótica
• - uso de scanners
• - processo semi-automático
• utiliza algoritmos de conversão
• para o formato vetorial
• pode requerer correção manual

Armazenamento e Recuperação
BDG
12
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• leitura de dados
• - importação e/ou integração de
• grandes volumes de dados coletados
• e cadastrados por instituições
• INPE, centros de cartografia
• do Exército, ...

Armazenamento e Recuperação
BDG
13
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação

• 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, ...

BDG
14
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem

• componente responsável por
• apresentações gráficas
• - controla a visualização de imagens
• de mapas 2D/3D e/ou vetorial
• - resultados analíticos (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
• explicativos e medidas

Armazenamento e Recuperação
BDG
15
Arquitetura de um SIG
Interface com o Usuário
Entrada e Integração de Dados
Funções de Processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e Recuperação

• BDG
• - definição,
• armazenamento e
• manipulação de
• dados geográficos

BDG
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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 425 tipo praça nome XV de
novembro descrição . . .
18
Dado Geográfico - Componentes

• Componente espacial
• propriedades de localização geo-espacial

forma poligonoFechado localização L1
(78,53),(86,73), . . . L6 (88,46),
(78,53) fronteiras (Lg 426, L6), (Lg
067, L1, L2) ...
L2
L3
L4
L1
L5
L6
19
Dado Geográfico - Componentes

• Componente pictórico
• propriedades gráficas (imagens)

imagem FpolisCentro.jpg tamanho
520K referência P1 (27o35 S, 45o50 W) P2
(27o18 S, 45o01 W)
20
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
21
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

22
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
23
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

24
Modelo de Campo - Células
relevo planalto altitude 370m vegetação
floresta
relevo planície altitude 15m vegetação duna
relevo planalto altitude 300m vegetação
floresta
25
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

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Modelo de Objeto - Vetorial

• Exemplo
• mapa urbano

mercado público
rua dos ilhéus
clube 12 de agosto
peixaria Guimarães
27
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, ...

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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
uso do solo
milho
café
29
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
30
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
0
370
300
350
mapa topográfico em isolinhas
10
15
0
22 60 51
82 67 88 40
77 74 33 71
49 64 98 59 22 20 69
74 97 98 85 52 22 27 79 69
41 57 86 87 58 25 31 78 63
11 37 48 73 31 37 67 42 11
23 69 34 63 69 70 23
47 68 75 71 59 65 54
23 57 17 49 58 50
mapa demográfico em grade retangular
32
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

33
Operações em um BDG

• Análise geo-espacial
• Atualização de dados
• Consulta a dados
• Visualização de dados

34
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

35
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

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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

37
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

38
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
Vegetação
campo
cerrado
overlay de localização
floresta
campo com 500m
cerrado com 500m
cerrado com 700m
overlay do tema Vegetação
floresta com 500m
500m
700m
campo altitude média 500m
cerrado altitude média 600m
Altitude
floresta altitude média 500m
40
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

41
Operações Topológicas

• Operações sobre objetos geométricos
• definidos a partir das noções de fronteira e
  interior

A
B
A
B
A
B
A disjunto B ?
A
A
B
A
B
A
B
B
A adjacente (toca) B ?
A
A
A
B
A
B
B
B
B
A
A sobrepõe B ?
42
Operações Topológicas - Exemplos
A
A
A
B
B
B
B está contido em / cobre A ?
A
A
B
B
B cruza A ?
A
A
B
A
B
A
B
B
B acima (N) / abaixo (S) / ao lado (L/O/ Esq /
Dir) de A ?
A
A
A
B
B
B
B sobre / sob A ?
43
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

44
Operações Métricas - Exemplos
A
A
B
B
A
distância A-B
B
A
A
comprimento/perímetro A
A
área/volume A
A
A
raio de alcance
r
C
B
caminho ótimo A ?B
B
A
A
B
45
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
SE
S
CE
região
Imóvel lt 1000 lt 2500 lt 5000
Próprio 1544 3456 6898
Alugado 5876 3780 2099
ocorrências de crimes
46
Operações em um BDG

• Análise geo-espacial
• Atualização de dados
• Consulta a dados
• Visualização de dados

47
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

48
Operações em um BDG

• Análise geo-espacial
• Atualização de dados
• Consulta a dados
• Visualização de dados

49
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?

50
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)lt 50

51
Linguagens de Consulta Textuais

• Exemplo 2 (GeoSQL)
• critério de seleção espacial e resultado misto
• select TMunicipio m
• from LayerUrbano of MapaSC
• where ((m.população gt 50000)
• and (m.Area() gt 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
52
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 de parâmetros de visualização
indicação de resultado gráfico
53
Operações em um BDG

• Análise geo-espacial
• Atualização de dados
• Consulta a dados
• Visualização de dados

54
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

55
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

56
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
• . . .

57
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