Graça Abrantes

Resolução de problemas espaciais○ modelação cartográfica

- o processo de resolução de problemas

espaciais- notação diagramática

○ uma taxionomia de operações espaciais

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Modelação cartográfica

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Documentação do processo

O processo utilizado na resolução de um dado problema deve ser descrito de uma forma pormenorizada e completa por diversos motivos: porque a descrição do processo utilizado permite

uma melhor compreensão e interpretação da solução encontrada

porque pode vir a ser necessário repetir esse processo sobre novos conjuntos de dados e a reutilização de um processo que já foi anteriormente criado, testado e aperfeiçoado é geralmente mais eficaz do que conceber uma nova solução

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Concepção do processo

Existindo vários processos que permitem atingir uma mesma solução para um dado problema, a escolha do melhor processo é um aspecto importante pois contribui para o aumento da eficácia dos SIG

Quando se compara dois processos que produzem um mesmo resultado, considera-se o melhor processo aquele que tem menor custo

O custo pode ser medido de várias formas: custo computacional (tempo ou memória), custo de obtenção dos dados necessários, ...

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Concepção do processo

Deve-se iniciar a resolução de um problema pela concepção do processo a utilizar e só depois executar esse processo.

Na fase de concepção é frequentemente possível comparar e escolher a melhor de várias alternativas sem perder tempo executando operações no SIG que mais tarde se verifica serem desnecessárias ou poderem ser subsituídas por outras mais eficazes.

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Modelo cartográfico

A descrição de um processo, quer com o objectivo de o documentar quer com o objectivo de o conceber, pode ser feita recorrendo a linguagens diagramáticas que permitem expressar a maior parte da descrição dos processos de uma forma sucinta e não ambígua.

Os pormenores do processo que não é possível representar no diagrama devem ser sempre descritos em linguagem natural e acompanhar o diagrama.

Dado que a maioria dos dados utilizados nestes processos são temas cartográficos, estes diagramas são usualmente designados modelos cartográficos.

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Dados de entrada e de saída

Dados de entradaOperações

Dados intermédios Dados de saída

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Operações

São definidas por parâmetros Podem ser:

Comutativas – Exemplo: intersecção, união

Não comutativas – Exemplo: corte, recorte

Operação

Parâmetros

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Notação

Tema cartográfico – conjunto de dados (de entrada, de saída ou intermédios)

Nota: A notação aqui utilizada é uma das alternativas para criar diagramas de descrição de processos. Não é uma notação normalizada e também não é exaustiva, embora englobe a maioria das operações usualmente aplicadas.

tema

[…]

# tema raster tema vectorial de pontos tema vectorial de linhas tema vectorial de polígonos tema TIN

domínio se o tema é rasterouatributo(s) se o tema é vectorial

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Notação para dados

Exemplos:

Nota. Para representar num modelo uma tabela de dados convencional (isto é, sem atributos geográficos) pode utilizar-se uma simbologia semelhante mas omitindo o símbolo relativo ao tipo de entidade geográfica:

altitude

[0 ; 9999]

#sedeConc

[nome]

rio

[nome]

[comp]

relevo

conc

[nome]

[área]

nome

[atrib1][atrib2]

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Notação para operações Operação e linhas conectoras

Uma operação está sempre ligada por linhas conectoras aos conjuntos de dados de entrada e de saída dessa operação;

• relativamente ao processo que o diagrama representa estes dados podem ser apenas dados intermédios ou de entrada ou de saída.

A direcção das linhas conectoras indica quais os dados de entrada e de saída da operação.

Mesmo que um tema cartográfico seja utilizado em mais do que uma operação, a representação desse tema no diagrama do processo não deve ser repetida.

temaEntrada1

[…]

operação

temaEntrada2

[…]

temaSaída

[…]

indica que estes dados têm prioridade no processo; o significado da prioridade de um conjunto de dados depende da operação que é utilizada

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Observações

1. Presentemente, cada aplicação informática para suporte de SIG possui a sua forma própria de definir e agrupar as diversas operações espaciais que disponibiliza aos utilizadores.

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Observações

2. Modelos cartográficos baseados nas operações próprias de uma determinada aplicação não são adequados na maior parte das situações A compreensão destes modelos fica restringida apenas aos

conhecedores dessa aplicação. As operações disponibilizadas pelas aplicações podem

mudar de nome ou de definição de umas versões para outras, ficando assim os modelos dependentes não apenas de uma aplicação mas ainda da versão dessa aplicação a que as operações se referem.

A lógica subjacente à definição das operações de uma versão de uma dada aplicação e à forma como elas se encontram agrupadas (em comandos ou menus) nem sempre é racional do ponto de vista pa concepção do processo.

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Observações

3. Na medida do possível, a descrição do processo com operações espaciais genéricas deve ser completa quando se considerar necessário, para uma

mais detalhada documentação do processo, pode completar-se o modelo com os nomes das operações espaciais da aplicação utilizada na implementação do processo sendo, nesse caso, necessário referir qual a aplicação que é utilizada e a respectiva versão.

Exemplo

UsoDoSolo Selecção

Designa <> "Área de Porto Industrial" AND Designa <> "Areeiros ou pedreiras" AND Designa <> "Grandes equipamentos" AND Designa <> "Habitação plurifamiliar" AND Designa <> "Habitação unifamiliar" AND Designa <> "Instalações militares" AND Designa <> "Loteamentos" AND Designa <> "Plano de águas marinhas e salinas" AND Designa <> "Praia, costa rochosa e formações rochosas costeiras" ANDDesigna <> "Zonas urbanas consolidadas"

UsoAdeq

[Designa] [Designa]

Solo

Selecção

Layer <> "Alta produtividade"

SoloAdeq[Layer]

[Layer]

Declives Selecção

Gridcode = 1

Decliv5

[Gridcode] [Gridcode]

Rede_viária

Geraçãode buffers

distância = Buffer

ProtRedeViária

[Buffer]

Intersecção UsoSolo

Intersecção

UsoSoloDeclCorte

RegAdeq

L_água

[Ordem]

Selecção

Ordem > 0

água1e2

[Ordem]

Selecção

intersecta

RegFinal

Descrição

área

Selecção

área>=300000

Final

[Designa][Layer]

[Designa][Layer][Gridcode]

[Buffer]

[Designa][Layer][Gridcode]

[Gridcode][área]

[Gridcode][área]

RegDiss Dissolução

[Gridcode][Gridcode]

Produtividade_Solos

Cruzamento

Solo.tipo = Produtividade_Solos.tipo

Buffer_Estradas

Cruzamento

Rede_viária.classe = Buffer_Estradas.classe

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Taxionomia de operações espaciais

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Operações espaciais Não existe por enquanto nenhuma teoria ou mesmo regra

que seja generalizadamente adoptada para distinguir operações espaciais básicas, isto é, operações elementares (porque não podem ser descritas a partir de sequências de outras operações) e a partir das quais todas as outras operações podem ser definidas.

É no entanto possível utilizar alguns critérios gerais para sistematizar as operações espaciais que mais frequentemente são utilizadas.

As operações espaciais podem ser classificadas em 3 grandes grupos: operações para entrada de dados, operações para manipulação dos dados, operações para saída de resultados.

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Operações para entrada de dados Compilação de dados

• codificação de dados geográficos de uma forma conveniente para o sistema;

• incluem a digitalização, scanning, registo de atributos, etiquetagem de objectos, codificação de documentos recolhidos em trabalho de campo, construção de topologias e acertos entre folhas de mapas

Georreferenciação de dados• desde a referenciação espacial de conjuntos de

dados (por exemplo, provenientes de scanning, digitalização ou detecção remota) até à conversão de coordenadas entre diferentes sistemas de referência espacial

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Operações para entrada de dados Restruturação dos dados

• modificação da estrutura de dados importados de modo a poderem ser suportados pelo sistema;

• estas operações podem ir da simples reformatação dos dados, passando pela conversão entre variantes de um mesmo tipo de estrutura de dados, até à conversão entre diferentes estruturas de dados (por exemplo, entre raster e vectorial)

Edição• para detectar e resolver inconsistências não

espaciais, espaciais ou topológicas

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Operações para manipulação dos dados

Selecção – utilizam condições sobre características não‑espaciais e espaciais e operações da lógica booleana para definir um subconjunto dos dados de entrada por atributos utilizam condições envolvendo os valores

de atributos não-espaciais por relações espaciais utilizam condições envolvendo

relações espaciais baseadas nos conceitos de contiguidade (A é adjacente a B), conectividade (existe um caminho de A para B, ...), inclusão (A contém B – A tem prioridade no processo),...

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Operações para manipulação dos dados

Descrição – cálculo de índices relacionados com as propriedades geométricas dos objectos sobre a dimensão – medida de linhas, curvas,

perímetros, caminho mais curto, áreas de polígonos planos ou não, volumes

sobre ângulos – azimute, orientação e posição sobre a forma – medidas numéricas de convexidade de

polígonos, de dimensão fractal, etc.

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Operações para manipulação dos dados

Transformação – o conjunto de dados geográ-ficos de saída contém os mesmos objectos espaciais existentes no(s) conjunto(s) de dados geográficos de entrada geométricas – transformação de características espaciais

• projecção – utilizadas para possibilitar a representação da superfície da Terra numa superfície plana

• transformação linear – definidas por funções de transformação geométricas lineares; por exemplo, alteração da escala, rotação ou translação

• transformação não-linear – definidas pelos utilizadores para ajuste de pontos com coordenadas geográficas conhecidas (também designadas stretching)

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Operações para manipulação dos dados

Transformação (continuação) aritméticas e de categoria – transformação dos valores

de um atributo• operação aritmética – aplicação de uma função

matemática elementar aos dados • por definição de categorias – modificação do domínio

de valores de um atributo• classificação – conversão de atributos quantitativos

contínuos em discretos ou nominais (utilizadas, por exemplo, na classificação de dados obtidos por detecção remota)

• reclassificação – conversão de categorias nominais noutras do mesmo tipo ou de tipo numérico

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Operações para manipulação dos dados

Transformação (continuação) sobreposição matricial – o valor de cada célula é

calculado a partir dos valores das células correspondentes dos dados de entrada.

• por operações aritméticas e/ou funções matemáticas – o domínio dos valores dos dados de entrada é numérico

• por operações booleanas – o domínio dos valores dos dados de entrada é booleano

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Operações para manipulação dos dados

Transformação (continuação) Cruzamento de tabelas – os objectos do conjunto de

saída adquirem os atributos existentes numa tabela de dados; esta operação exige que esta tabela de dados tenha um atributo que seja chave primária e que os valores desta chave ocorram num dos atributos (como chave estrangeira) do conjunto de dados geográficos de entrada; os valores dos novos atributos do conjunto de saída são aqueles que na tabela correspondem ao valor do atributo comum; quando um valor ocorre na chave estrangeira mas não na chave primária da tabela, os valores dos novos atributos é null

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Operações para manipulação dos dados

Derivação – o conjunto de dados de saída contem novos objectos espaciais criados a partir de um ou mais conjuntos de dados de entrada generalização – simplificam objectos capturando apenas as

suas características espaciais mais salientes• simplificação de linhas – redução do número de pontos utilizados

na sua definição• atenuação de linhas – alteração de ângulos mediante recurso a

funções de Bezier, splines ou outras• generalizações complexas – podem incluir mudança do tipo do

objecto (por exemplo, polígonos podem ser reduzidos a centróides) e da sua forma (por exemplo, polígonos podem ser reduzidos a esqueletos ou a rectângulos), agregações de polígonos, etc.

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Operações para manipulação dos dados

Derivação (continuação) geração de buffers – criam polígonos cujos pontos se

encontram a uma distância de outros objectos (pontos, linhas ou polígonos) inferior ou igual a um dado valor; assim, os buffers de pontos são círculos

sobreposição topológica – os novos objectos espaciais resultam da intersecção de todos os objectos espaciais existentes nos conjuntos de entrada

• União• intersecção• Recorte• Corte

Dissolução – obtêm-se novos objectos espaciais por remoção das fronteiras adjacentes dos objectos que têm o mesmo valor de um dado atributo

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Operações para manipulação dos dados

Operações 2.5D derivação

• interpolação

• cálculo de altitudes• filtragem

• acentuar ou atenuar as formas• determinação do declive de vertentes, • determinação da orientação de vertentes, • determinação de redes de drenagem• determinação de superfícies visíveis ou iluminadas

manipulação de imagens• rotação• alteração do ponto de visão

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Operações para saída de resultados

Desenho gráfico• para construção de símbolos, uso de cores, padrões e

anotações de modo a facilitar a composição de mapas e respectivas legendas

Visualização• para representar a informação geográfica graficamente em

periféricos (terminais gráficos, impressoras, etc.)

Restruturação• permitem a exportação de dados para outros sistemas

Resumo da informação• sob a forma de índices (descritivos, de inferência estatística, da

estatística multi-variada, ou outros) de modo a serem apresentados em relatórios