Fundamentos de Geoprocessamento

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Fundamentos de Geoprocessamento
Introdução a SIG Modelagem de Dados
INPE - Divisão de Processamento de Imagens
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Introdução

• Geoprocessamento representa a área do
  conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e
  computacionais para tratar a informação
  geográfica.
• Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são as
  ferramentas computacionais para Geoprocessamento,
  integrando dados de diversas fontes em bancos de
  dados geo-referenciados.

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Visões de Geoprocessamento

• Produção de Mapas geração e visualização de
  dados espaciais.
• Banco de Dados armazenamento e recuperação de
  informação espacial.
• Análise Espacial combinação de informações
  espaciais.

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O que há de especial com dados espaciais?

• Localização Onde está...?
• Quais as áreas com declividade acima de 20?
• Condição O que está...?
• Qual a população desta cidade?
• Tendência O que mudou...?
• Esta terra era produtiva há cinco anos atrás?

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O que há de especial com dados espaciais?

• Roteamento Qual o melhor caminho...?
• Qual o melhor caminho para a linha do metrô?
• Padrões Qual o padrão...?
• Qual a distribuição da dengue em Fortaleza?
• Modelos O que acontece se...?
• O que acontece com o clima se desmatarmos a
  Amazônia?

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O que há de especial com dados espaciais?

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O que há de especial com dados espaciais?

• Dados geográficos - representação dual
• localização e atributos
• Localização
• representação da superfície terrestre
• processos no espaço geográfico
• Atributos
• descrição do fenômeno
• representação num banco de dados

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O que há de especial com dados espaciais?

• Correlação espacial
• vizinhos tendem a ser mais semelhantes
• Correlação entre variáveis
• processos de ocupação do espaço
• Correlação temporal
• evolução dos dados espaciais
• Correlação topológica
• relações espaciais entre dados

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Sistemas de Informação Geográfica

• Ambiente computacional para Geoprocessamento
• Integrar dados cartográficos, cadastrais, de
  sensores remotos, redes e modelos numéricos de
  terreno.
• Consultar, recuperar, visualisar, manipular e
  plotar o conteúdo de um banco de dados
  geo-referenciado.

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Estrutura de um SIG
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SIG - definições, conceitos

• Burrough
• Conjunto poderoso de ferramentas para coletar,
  armazenar, recuperar, transformar e visualizar
  dados sobre o mundo real.
• Cowen
• Um sistema de suporte à decisão que integra dados
  referenciados espacialmente num ambiente de
  respostas a problemas.

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SIG - definições, conceitos

• Goodchild
• O valor potencial maior de sistemas de informação
  geográfica está em sua capacidade de analisar
  dados espaciais.
• Dangermond
• Um SIG agrupa, unifica e integra a informação.
  Torna-a disponível de uma forma a qual ninguém
  teve acesso anteriormente e coloca informação
  antiga num novo contexto.

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SIG x CAD

• CAD
• coordenadas de papel
• regularidades nos objetos
• desenhos sem atributos
• SIG
• projeções cartográficas
• topologia do espaço
• atributos descritivos

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Modelagem de dados geográficos

• Níveis de abstração
• mundo real ? cadastro urbano, vegetação, solos
• conceitual ? campos, objetos
• representação ? matrizes, vetores
• implementação ? R-trees, quad-trees

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Universo do Mundo Real

• Mapas temáticos
• Mapas cadastrais
• Modelos numéricos de terreno
• Redes
• Imagens de satélite

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O que é um mapa?

• Modelo simplificado da realidade.
• Uma representação, normalmente em escala, de uma
  seleção de entidades abstratas relacionadas com a
  superfície da Terra.
• Modelo de dados que se interpõe entre a realidade
  e a base de dados de um SIG.

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Tipos de mapa

• Carta topográfica
• representação de superfícies
• Mapas temáticos
• conceitos qualitativos (uso do solo, clima)
• Mapas cadastrais e redes
• localização de objetos do mundo (lotes)
• Imagens de satélite
• informação indireta sobre a realidade

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Mapas temáticos

• Distribuição espacial qualitativa da grandeza em
  estudo
• Domínio do atributo
• nominal lista de valores
• mapa de vegetação
• floresta, cerrado, desmatamento
• ordinal escala de medida
• mapa de classes de declividade
• 0-5, 5-10, ?10

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Modelos Numéricos de Terreno

• Distribuição espacial quantitativa da grandeza em
  estudo
• Domínio do atributo
• intervalo referência arbitrária
• altimetria, batimetria
• temperatura em graus Celsius
• razão referência natural
• peso, distância
• temperatura em graus Kelvin

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Mapas cadastrais

• Contém objetos geográficos individuais
• mapas de países, lotes, propriedades rurais

PIB (Us bn)
Pop (milhões)
País
Brasil
350
159
295
34
Argentina
14
45
Chile
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Mapas de rede

• Contém objetos com topologia arco-nó
• utilizado para redes conectadas

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Mapas de rede

• Objetos endereçados no espaço
• Exemplo rede de distribuição elétrica
• rede primária
• rede secundária
• sub-estações, alimentadores
• postes, transformadores, chaves
• cadastro urbano
• cadastro de consumidores

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Mapas de rede

• Ligação forte com banco de dados

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Imagens

• Fontes satélites, fotografias aéreas
• Elemento de imagem (pixel)
• proporcional à energia eletromagnética refletida
  ou emitida por área da superfície terrestre

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Modelando a natureza

• O que há num mapa?
• Linhas no mapa
• divisão política
• separação entre tipos de solo
• isolinhas (cota 1000)
• E o mapa como modelo de dados?

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Universo conceitual

• Campos (variáveis geográficas contínuas)
• mapa temático
• modelo numérico do terreno
• imagem
• Objetos (variáveis geográficas discretas)
• linhas de transmissão
• quadras

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Universo conceitual geo-campo
Geo-Campo ƒ R, A, ? , onde R ? ?2, A
A1, A2, ..., An é um conjunto de atributos e ?
R?A mapeia pontos de R para valores em A.
Representa a distribuição espacial de uma
variável que possui valores em todos os pontos
pertencentes a R.

Contra-domínio da função conjunto enumerável
temático mapa de cobertura vegetal valores
contínuos (-? a ?) numérico mapa de
aeromagnetometria
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Universo conceitual geo-objetos
Dadas as regiões geográficas R1,R2,..Rn (Ri??2) e
o conjunto de atributos convencionais
A1,...,An, Geo-Objeto go r1, r2, ..., rn,
a1, a2,...,an, onde ri ? Ri é uma parte de uma
região geográfica Ri e ai ? Ai é um valor
particular do atributo Ai. É um elemento único
que possui atributos não-espaciais e está
associado a múltiplas localizações geográficas.

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Geo-objetos

• Um geo-objeto, múltiplas representações

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Mapa cadastral

• Suporte para mapeamento de objetos

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Mapas de Rede
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Universo de Representação
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Universo de Representação
Plano de Informação é a generalização dos
conceitos de geo-campo e de objeto cadastral
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Estruturas de Dados

• Vetoriais
• arco-nó-polígono
• arco-nó
• grades triangulares
• Matriciais
• matrizes de inteiros
• matrizes de ponto flutuante
• matrizes de caracteres (bytes)

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Representação Vetorial

• Componentes
• ponto, linha, região
• região M1,2,3,4,5
• Topologia
• relação espacial entre objetos
• Toulouse fica na região M

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Topologia
Estrutura topológica do tipo nó-linha-polígono
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Representação Matricial

• Componentes
• matriz de células
• índice espacial
• cada célula, um valor
• Indica o que ocorre em cada lugar do espaço

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Representações para mapas temáticos

• Vetorial
• preserva relacionamentos topológicos
• associa atributos a elementos gráficos
• melhor exatidão e eficiência de armazenamento
• Matricial
• fenômenos variantes no espaço
• adequado para simulação e modelagem
• processamento mais rápido e simples
• maior gasto em armazenamento

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Representações para MNT

• Grade regular (matriz de reais)
• elemento com espaçamento fixo
• valor estimado da grandeza

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Representações para MNT

• Grade triangular (TIN)
• conexão entre amostras
• estrutura topológica arco-nó

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Representações para MNT
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Representações computacionais para mapas