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Introdução aos SIG

1. Conceitos relativos a sistemas de informação

2. Modelação geográfica i. Natureza da entidade

ii. Modo de observação

iii. Classificação funcional

3. SIG i. História do desenvolvimento dos SIG

ii. SIG/CIG – Domínios de aplicação

4. Modelos de dados i. Características mais comuns

Sistemas de informação

• Universo de Discurso (UoD) - É o fragmento do mundo real sobre o qual incide a tarefa de modelação e sobre o qual se foca a construção do sistema. A identificação do UoD pressupõe a identificação da fronteira do sistema e das entidades do mundo real (EMR).

• Estrutura de Conceitos - Conjunto de abstracções básicas que permitem identificar e caracterizar as EMR.

• Modelo - Interpretação de um dado UoD segundo uma determinada estrutura de conceitos.

• Linguagem de Modelação - É a estruturação e especificação da estrutura de conceitos segundo uma ou mais linguagens. Ex: UML

• Esquema - é a especificação de um modelo usando uma determinada linguagem, a qual pode ser formal ou informal (ex. linguagem natural); textual, gráfica, etc. Quando a representação do esquema é gráfica designa-se usualmente por diagrama.

Mundo Real

[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]

fenómeno é tudo o que é

objecto de experiência

possível, isto é, tudo o que

aparece no tempo ou no

espaço (Kant)

Mundo Real (ou hipotético...)

[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]

Casa Casa

Casa

Casa

Sinal

Rua

UoD

Vista do mundo real ou hipotético

que inclui os aspectos de interesse

parte da realidade que

nos interessa

Zona

Comercial

Mundo Real

UoD

Domínio do Problema

Zona

Habitacional

Limite de Freguesia

[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]

A forma como se discorre sobre o

UoD depende do domínio do

problema, isto é, da forma como

um dado cliente ou utilizador

descreve aquilo que pretende de

um sistema.

Mundo Real

UoD

Domínio do Problema

Zona

Habitacional

Domínio da Solução

Um determinado problema pode

ser resolvido de várias formas:

não existe uma forma única de

modelar um sistema.

O domínio da solução é apenas

um de entre os possíveis.

2

Mundo Real

UoD

Domínio do Problema

Zona

Habitacional

Domínio da Solução

Uma determinada solução pode ser

implementada em plataformas diferentes

(e.g. diferentes SIG comerciais).

O domínio da realização é condicionado

pelas estruturas de dados e as operações

suportadas por cada tipo de plataforma.

Domínio da

Realização

Informação geográfica

Informação Geográfica - Todo e qualquer tipo de informação

georreferenciada, ou seja, associada a uma localização sobre a

Terra através de um sistema de referenciação espacial. A

referenciação espacial, ou georreferenciação, pode ser feita

através de um sistema de coordenadas (referenciação directa)

ou através de um endereço geográfico (referenciação indirecta

ou por geocódigo).

Na maioria das análises, a informação com natureza geográfica

(ortofotos, altimetria, ocupação e uso do solo, censos, etc.) tem

de ser integrada com outro tipo de informação que pode não

ser espacialmente desagregada (projecções económicas,

demográficas, cenários de crescimento, etc.) ou, ainda, não

estar espacialmente materializada (regulamentação sobre

domínio hídrico, sobre servidões e condicionantes de utilidade

pública).

Informação geográfica

Dados Geográficos - Forma de estruturação e "empacotamento"

da informação geográfica, de acordo com um determinado

modelo de dados geográfico.

Conjunto de Dados Geográficos (CDG) - Colecção de dados

geográficos, tipicamente realizada em função de uma lógica

temática ou de um propósito de transferência de dados. Deve

distinguir-se entre o modelo de dados geográfico que presidiu à

estruturação dos dados, e o formato de dados: o primeiro é um

esquema conceptual, abstracto (ex.: vector, rede, grafo

topológico, matriz, relação); o segundo é uma especificação,

tipicamente comercial, para o armazenamento dos dados num

determinado software SIG ou para transferência de dados entre

programas diferentes (ex.: DXF, VPF, STDS).

Modelação da informação

geográfica

A modelação geográfica tem um domínio de aplicação obviamente

muito vasto; há componentes dessa modelação que são

próprias de cada aplicação específica e há aspectos que são

genéricos a qualquer modelação geográfica.

A evolução tecnológica teve consequências no modo de pensar a

modelação geográfica, não veio simplesmente permitir que se

fizesse o mesmo com mais facilidade.

A utilização competente de informação geográfica requer o

entendimento das características geográficas do problema

em causa e uma visão abrangente e sólida das formas de

abordagem geográfica

Natureza da entidade

• ATÓMICO OU “PLENUM” Dicotomia referente à partição do

universo em entidades atómicas (compatível com fronteiras

definidas e estrutura vectorial) ou num “plenum” (compatível com

a não utilização de fronteiras e estrutura matricial). A subdivisão

de uma casa não é uma casa mas a subdivisão de uma porção de

mar continua a ser mar.

• HOMOGÉNEO OU HETEROGÉNEO Característica associada

a entidades extensivas compostas por outras com fronteiras bem

definidas. Um bosque é composto por árvores, uma árvore tem

fronteira bem definida mas não é um pequeno bosque (uma

analogia semelhante pode ser construída para uma casa e uma

cidade).

Natureza da entidade

• DESCONTÍNUO OU CONTÍNUO –

Característica associada à conti-

nuidade na transição de uma entidade

para outra. A um edifício pode ser

associada uma transição abrupta

entre ser ou não edifício enquanto

uma descrição de distribuição de

pluviosidade terá uma transição

contínua.

• CONTÍGUO OU DISPERSO –

Característica referente ao facto de

uma entidade poder não ter unicidade

espacial. Um exemplo é o de povoação

comportando-se como uma entidade e

podendo no entanto estar dispersa.

3

Natureza da entidade

• BIDIMENSIONAL OU TRIDIMENSIONAL – Em geral a

representação bidimensional é satisfatória porque a altitude é

negligenciável relativamente às dimensões horizontais e também

porque os objectos em geral estão contidos na representação da

sua base. Para fenómenos geológicos ou atmosféricos em que o

desenvolvimento tridimensional é significativo as representações

bidimensionais com fronteiras definidas poderão ser impossíveis.

• ACTUAL OU NÃO-ACTUAL – A representação de uma entidade

está necessariamente associada a um período no tempo.

Poderão ser representadas entidades que já existiram ou que se

prevê virem a existir numa época posterior à representação.

Natureza da entidade

• PERMANENTE OU VARIÁVEL – Característica associada à

variabilidade das fronteiras de uma entidade, podendo

inclusivamente essa variabilidade alternar entre a existência e a

não existência da entidade. Como exemplo pode citar-se a

delimitação de zona de cultivo afectada por uma doença.

• FIXA OU MÓVEL – Esta característica é de algum modo

semelhante à anterior, associando-se mais à classificação de

entidades naturalmente em movimento (uma manada, um

conjunto de veículos, …).

Natureza da entidade

• CONVENCIONAL OU AUTO-DEFINÍVEL – Característica

associada a entidades cuja delimitação não está naturalmente

associada a objectos físicos cuja fronteira é identificável.

Exemplos típicos ocorrem nas classificações sócio-económicas.

• SÓLIDO OU FLUIDO – Característica referente às características

físicas do objecto que afectam a sua descrição geográfica; um

fluído, seja a atmosfera, um rio ou um oceano não tem fronteira

definida enquanto um objecto sólido a terá.

Imagem LANDSAT 89

Imagem LANDSAT 99

Variação no tempo

Natureza da entidade

Desenho de margens

Subjectividade ou impossibilidade de definição rigorosa

Natureza da entidade Modo de observação

• “ESCALA” A escala de observação, como sinónimo de nível de

generalização, é uma das principais responsáveis não só pelo

tipo de objectos como pelas suas fronteiras.

•«No que concerne à descrição do pormenor e dos objectos a representar,

constata-se que o uso e a habituação ao modo tradicional de operar com

cartografia [impressa] preservam na [informação geográfica] digital alguma da

antiga sistematização. Utiliza-se actualmente o conceito de escala como

referência a um nível de pormenor, sendo este estabelecido por analogia à

cartografia impressa similar e não pelo pormenor necessário para que um dado

modelo se adeqúe a uma dada finalidade. A continuidade da utilização do

conceito de carta topográfica como base de propósito genérico, limitada a um

leque restrito de escalas convencionais, é responsável por alguns equívocos

quando transposto para fora do seu domínio legítimo, o da cartografia

impressa.» [Matos, 1998, pp. 4-5]

4

Modo de observação

• RESOLUÇÃO A resolução identifica a menor dimensão a considerar; sublinhe-se que quanto maior a resolução mais complexas e difusas serão as fronteiras.

• PERSPECTIVA A caracterização geométrica do modo de observação; as fronteiras bidimensionais são indissociáveis do modo como o objecto é projectado, sendo as projecções cartográficas geradoras de infinitas possibilidades de fronteira bidimensional.

Modo de observação

• TEMPO A representação de uma entidade está associada a

uma época, para a qual é definida uma delimitação que poderá

sofrer alterações no tempo.

• ERRO Erro com que se determina a delimitação de uma

entidade.

• TEORIA Os objectos são definidos à luz de uma ontologia,

podendo ser resultado de construções teóricas.

Simulação da determinação da posição de um ponto

através de uma amostra de 1000 medições.

Ainda que se utilize sempre a mesma metodologia, a determinação duma posição no

espaço (ponto vermelho na figura) originará forçosamente valores distintos a cada

medição. Esta variação só não é detectada pelos utilizadores se a precisão do

instrumento de medida for muito baixa. Caso não haja enviesamento na medida,

obteremos uma nuvem de pontos (a cinzento na figura), que, de acordo com a teoria

do erro, seguirá uma distribuição normal.

Modo de observ. Classificação

funcional Duas formas de representação abstracta de

vias. À esquerda, rede de eixos médios; à

direita, linha correspondente aos lancis dos

passeios.

Representação do percurso viário mais

curto entre dois pontos em Lisboa

(http://geo.sapo.pt).

Os requisitos da IG são definidos em função das operações que o sistema deve

suportar.Os objectivos condicionarão a selecção dos objectos geográficos a

incorporar no sistema, determinarão o nível de detalhe geométrico, o levantamento

dos atributos necessários, e a selecção do modelo geográfico a utilizar.

No exemplo, as linhas a vermelho serão adequadas para representação cartográfica de

ruas a escalas grandes, e têm maior detalhe geométrico do que a representação a azul.

Contudo, não permitem a realização de análises de rede.

Se o objectivo envolver determinar caminhos óptimos, análise de acessibilidades

rodoviárias, etc., é mais eficiente optar por uma representação de vias geometricamente

mais abstracta e fazer um levantamento dos eixos médios.

Classificação funcional

• INFORMAÇÃO DE CONTEXTO - Utilizada com fim descritivo

• INFORMAÇÃO ESTRUTURANTE - Garante a coerência espacial de todos os outros temas

• INFORMAÇÃO DE INVENTÁRIO - Compreende as entidades

que deverão ser representadas exaustivamente

• INFORMAÇÃO DE SUPORTE - É objecto de opção e condiciona os resultados

• INFORMAÇÃO DERIVADA - Provém de operações de análise

Os elementos gráficos do tema deverão ser

sempre utilizados para construção de fronteiras

noutros temas ?

O tema deverá incluir todas as entidades

(sem omissão) ?

O tema será utilizado para operações de análise

(automáticas ou não) e é objecto de opções de

construção que afectarão os resultados ?

O tema resulta de operações de análise

(automáticas ou não) ?

Os elementos gráficos não serão utilizados

para a construção de outro tema ?

NÃO

ESTRUTURANTE

NÃO

NÃO

NÃO

INVENTÁRIO

SUPORTE

DERIVADA

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SIM

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SIM

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EXEMPLO DE INFORMAÇÃO DE CONTEXTO EXEMPLO DE INFORMAÇÃO DE INVENTÁRIO

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INVENTÁRIO x SUPORTE

SEM INFORMAÇÃO

ESTRUTURANTE

50 0 50 100 Meters

COM INFORMAÇÃO

ESTRUTURANTE

SIG

Um sistema de informação aplicado à

modelação geográfica de fenómenos

História do desenvolvimento dos

SIG

IAS Computer, 1951-52

Alguns dos primeiros computadores:

Colossus, 1943-45

6

1967

Dual Independent Map

Encoding (DIME)

US Bureau of Census

“address matching”

Experimental Cartography

Unit (ECU)

Royal College of Art

Londres

1966

Synagraphic Mapping System

(SYMAP)

1965

The Harvard Lab for Computer

Graphics and Spatial Analysis

Urban and Regional Information

Systems Association Canada Geographic

Information System (CGIS)

1963

1959 MIMO

(Waldo Tobler)

SGBD

hierárquico - IMS

1968

Primórdios do AM/FM

PSCo - CINS

1ºScanner Cartográfico

SYMAP

1974

1ª conferência

AUTOCARTO

1973

Maryland Automatic

Geographic Information

(MAGI)

Geographical Information

Retrieval and Analysis

System (GIRAS)

1972

Lançado o satélite

LANDSAT

(ERTS-1)

1969

M&S Computing Inc.

(hoje )

Environmental Systems

Research Institue (ESRI)

início do SQL

(norma em 1986)

Impressora de agulhas

ARPANET Base de Dados Relacional

Minnesota Land Management

Information System

(MLMIS)

1976

1979

ODISSEY GIS

Harvard Lab 1981

1983

Digital Map

Company

1985

Global Positioning System

(GPS) operacional (in. 1978)

Geographic Resources

Analysis Support System

(GRASS)

1975 Impressora laser

Internet Autodesk

VISICalc

“640 kB serão

suficientes

para qualquer um”

Bill Gates

Tandy - Radio Shack TRS-80, 1977

4 kBytes

IBM PC 5150, 1981-1987

Memória: 16 a 640 kBytes

7

1987

Publicado o 1º número do

International Journal of

Geographic Information

Systems

Clark University

1986

Lançado o 1º satélite

SPOT

1988

National Centre for

Geographic Information and

Analysis

Topolocically Integrated

Encoding and Referencing

(TIGER) do USCB

SCE adquirem sistema de

cartografia digital

Fundada a Association of

Geographic Information

Modular GIS Environment

(MGE) -Intergraph

1989

1991

1996 Arc/Info para Windows NT

1990

1995

Mestrado em SIG

1º ESIG

1994 PROSIG

Laser Scanning ( ? )

LANDSAT TM 7

GEODatabase

1997

1999

2000

MAPQUEST

adquirida pela AOL

MAPQUEST

fornece 130 milhões

de mapas

Ikonos

1998

>20 empresas de

serviços SIG em Portugal

TC211

ESPECIALIZAÇÃO NA OE

CT134

8

2003

2006

2007

INSPIRE

2005

2004

2002

2001

Fusão do CNIG no IGP

SRTM

CAOP

ESA GlobCover

Earth View (Keyhole,

Inc.)

2008

2009

OpenSource GIS

Domínios de Aplicação Paisagismo

Recursos naturais

Ordenamento Ambiente

Infra-estruturas

Censos

Cartografia

Cadastro Predial

CIÊNCIA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA

Transportes

Navegação

Investigação Operacional

Sistemas de Informação

Modelação Estatística

Sensores

Posicionamento

Domínios Científicos e Tecnológicos

Modelos de dados

• Vectorial

• Matricial

• Orientado a objectos

• Difuso

• Temporal

• 3D

9

Modelo vectorial relacional

ID

ID

INFORMAÇÃO ESPACIAL

TABELA DE ATRIBUTOS

OUTRAS TABELAS

(topológico ou não topológico)

Modelo vectorial relacional

MODELO RELACIONAL ESTENDIDO

Modelo matricial Modelo orientado a objectos

SIT

-(E

DIN

FO

R)

Modelo difuso Modelo temporal

MANCHAS DE MONTADO (SOBREIRO E AZINHEIRA)

DENSIDADE – 1943 -1985

EXTENSÃO – 1943 -1985

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Modelo 3D Características mais comuns

LIGAÇÃO OBJECTO-REGISTO

Características mais comuns

CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DE CARTOGRAMAS

(ALTERAÇÃO DA SIMBOLOGIA)

Características mais comuns

CAPACIDADE DE INTERROGAÇÃO

Características mais comuns

ANÁLISE ESPACIAL

Questões

• Qual o impacto da massificação de SIG, por exemplo com o Google Earth, no desenvolvimento histórico de SIG ?

• Porque razão começa a haver uma utilização efectiva na segunda metade da década de 90 ?

• O que antevê como evolução futura para os sistemas de informação geográfica ?

• Porque razão o termo SIG é parcialmente substituído por Ciência de Informação Geográfica e por Tecnologias de Informação Geográfica ?

http://www.gisdevelopment.net/history/links/index.htm

http://snig.igeo.pt/