Sistemas de Informações GeográficasPeríodo 2009.1

UFCG/CEEI/DSCBach. em Ciência da Computação

Professsor: Cláudio Baptistahttp://www.dsc.ufcg.edu.br/~baptista/cursos/SIG

Geoprocessamento DefiniçãoConjunto de ferramentas usadas para

coleta e tratamento de informações espaciais Armazenamento de informações geográficas

em formato digital Geração de saídas na forma de mapas,

relatórios. Manipulação de dados para geração de novas

informações

Geoprocessamento: A visão de ciência"Geoprocessamento é o conjunto de

tecnologias que utilizam representações computacionais do espaço geográfico para modelar e analisar fenômenos espaço-temporais".

Conceitos básicos representação computacional espaço geográfico

Representação Computacional

Computadores instrumentos de representação do conhecimento capturam modelos formais da realidade exigem quantificação (visão reduzida) - medidas

O que representar? Aproximações de entidades realmente existentes (e.g.

rio) Conceitos abstratos (tipos de solo, exclusão social)

Aplicações do GeoprocessamentoPrefeitura: Análise do crescimento urbano numa

cidadeBiologia: Análise de migração de espéciesEmergência: alagamentos, ameaças de bombas,

erupções de vulcões, terremotosGeoMarketing: onde implantar uma nova agência

do banco Impacto Ambiental: qual o impacto ambiental da

construção da nova usina hidrelétrica?Petróleo: onde fazer as novas perfurações de poços?

Uma Nova Sociedade

O Mundo precisa de Desenvolvimento Sustentado

Para implantá-lo de forma planejada, Geoprocessamento é uma das técnicas imprescindíveis a serem adotadas.

Exemplo: Monitoramento El-Nino

Problema espacia e temporal

SIG possui 3 fases:

Coleta e Preparação de dadosAnáliseApresentação dos dados

SIG: Coleta e Preparação de dadosInstalação de bóias para monitoramento da

temperatura no mar para projeto El Nino

SIG: Coleta e Preparação de dados

Posicionamento das bóias de medição:

SIG: Análise dos Dados

Extrato da tabela com medições em dezembro/1997

SIG: Apresentação dos Dados

SIGSistema computacional cujos objetivos são:

Inserir e integrar, numa única base de dados, informações espaciais provenientes de dados cartográficos, dados censitários e cadastro urbano e rural, imagens de satélite, redes e modelos numéricos de terreno;

Oferecer mecanismos para combinar as várias informações, através de algoritmos de manipulação e análise, bem como para consultar, recuperar, visualizar e imprimir o conteúdo da base de dados georeferenciados.

SIG - DefiniçõesBurrough “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”

Smith “Um banco de dados indexados espacialmente, sobre o qual opera um conjunto de procedimentos para responder a consultas sobre entidades espaciais”

SIG - DefiniçõesOppenshaw “Sistema com um conjunto de

métodos analíticos que permite o acesso a atributos e localização dos objetos geográficos em estudo”.

Goodchild “O valor potencial maior de sistemas de informação geográfica está em sua capacidade de analisar dados espaciais. “

Dangerramond “Um SIG agrupa, unifica e integra a informação. Torna-a disponível de uma forma que ninguém teve acesso anteriormente, e coloca informação antiga num novo contexto.”

Informação Geográfica

Informação sobre locais na superfície da terra Conhecimento acerca de:

onde algo está? o que está em determinado local?

Exemplos: posição dos prédios de uma cidade árvores de uma floresta clima de uma região densidade populacional de um país

Informação Espacial versus Informação geográfica geográfica é um subconjunto de espacial geográfica se refere à locais sobre a terra (2-D, 3-D) espacial não necessariamente (e.g. desenhos CAD)

Camadas de Informação

Geoprocessamento x Cartografia

A Cartografia tem um compromisso básico com a exatidão.

O Geoprocessamento busca representações da incerteza.

A Cartografia se preocupa em representar as feições da Terra para representar distâncias, ângulos e áreas.

O Geoprocessamento se preocupa em representar os objetos e fenômenos geográficos em suas interrelações, agregações e singularidades.

Geoprocessamento x Cartografia

Um produto cartográfico deve conter indicações sobre precisão de suas mensurações, inclusive aspectos específicos como datum.

Uma parcela das aplicações de Geoprocessamento prescinde do datum correto e produz os resultados desejados independente dos dados estarem em SAD 69, NAD 27, ou COA.

A Cartografia existe sem o computador, e seus problemas teóricos básicos datam de séculos.

O Geoprocessamento só começa a existir com as tecnologias de informação, e seus problemas teóricos básicos ainda estão sendo formulados.

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

Características de SIG Integração de Informação

permite unificar dados dispersos coloca informação antiga num novo contexto gerar novas informações com operações de

análise e consulta espacialTomada de Decisões

visualização dos problemas no espaço geração de cenários

Componentes de um SIG

Interface com o usuário Entrada e integração de dadosFunções de processamentoVisualização e PlotagemArmazenamento e recuperação de dados

Componentes de um SIGComponentes de um SIG

Database

Computer Hardware & Software

Organizational Structure & People

Feições Geográficas

Feições geográficas são representadas por 2 tipos de dados.

SPATIAL DATA ATTRIBUTE DATA

Street NameAddress range on leftAddress range on rightLength to travelDirections to travel

O Banco de Dados Geográfico

Dados espaciais e attributos estão numa mesma tupla.

Desafios em Geoprocessamento

Geoprocessamento: tecnologia complexa Aquisição de hardware e software Formação de pessoal Coleta e conversão de dados Procedimentos de análise e tomada de decisão

Dificuldades: Alto custo de implantação Risco de fracasso e desmotivação

Processo de Implantação de um SIG

Levantamento dos requisitosModelagem Conceitual e projeto do BD

espacial coleta de dados correção dos dados geo-referenciamento dos dados

Operação (implementação das funcionalidades desejadas)

História dos SIG

35.000 anos atrás: Figuras de animais de caça + trilhas de migração

História dos SIG

Hoje biologistas usam colares transmissores com satélites paraMonitorar a migração de várias espécies

História dos SIG

1950: UK e USA desenvolvem os primeiros sistemas para automação de mapas permitindo redução de custos (produção e atualização de mapas)

1960: Primeiros SIG surgem no Canadá através de incentivos do governo para melhor planejar recursos naturais e uso do solo

História dos SIG

Problemas iniciais Não existiam monitores gráficos de alta

resolução computadores eram excessivamente caros Não existiam soluções comerciais prontas para

uso Cada interessado precisava desenvolver seus

próprios programas

História dos SIG

Década de 70: Desenvolvimento de algoritmos para análise espaciais,

SIG’s em mainframes Hardware viabilizou o desenvolvimento de sistemas

comerciais Criada a expressão Geographic Information System(GIS) CAD comerciais usados para sistemas de cartografia

automática. Desenvolvidos os fundamentos matemáticos voltados para

a cartografia Tecnologia acessível somente a grandes corporações

História dos SIG

Década de 80: Proliferação de SIG em PC’s e estações de

trabalho, popularizando o uso dos SIG Período de acelerado crescimento A criação do NCGIA (National Centre for

Geographical Information and Analysis) estabelece Geoprocesamento como disciplina científica independente.

Grande difusão do uso de GIS A incorporação de funções de análise espacial amplia

leque de aplicações de GIS

História dos SIG

Atualmente: grande crescimento e penetração do GIS nas

organizações surgimento de alternativas de menor custo para a

construção de bases de dados geográficas SGBD´s com suporte espacial (Oracle 10G, IBM DB2,

SQL Server 2005, MySQL, Postgresql) GIS na Internet (Alov, MapServer, iGIS, Geoserver,

Mappy, etc) GIS em plataformas móveis (iGIS Mobile, etc).

História dos SIG

Geração 1(1980-1990)

Geração II(1990-1997)

Geração III(1997-?)

Tecnologiaprincipal

CAD,Cartografia

BD, Imagem Sistemasdistribuídos

Usoprincipal

Desenho demapas

Análiseespacial

Centro dedados

Ambiente Projetosisolados

Cliente-servidor

Múltiplosservidores

Sistemas Pacotesseparados

Sistemaintegrado

Interoperabilidade

História dos SIG no Brasil UFRJ – Dep. de Geografia - SAGA (Sistema de Análise Geo-Ambiental) MaxiDATA - Empresa de Aerolevantamento AeroSul

1980 - sistema para automatização de processos cartográficos. Virou empresa MaxiDATA e lançou MaxiCAD

CPqD/TELEBRÁS – 1990 SAGRE (SistemaAutomatizado de Gerência da Rede Externa)

Aplicação de Geoprocessamento no setor de telefonia. INPE

1984 a 1990 - SITIM e o SGI A partir de 1991 – SPRING De 2000 até hoje: Terralib

UFCG/DSC/LSI 2002 até hoje: iGIS (Internet Geographic Framework) O primeiro framework para GIS na Internet no Brasil Desenvolvido em três camadas com tecnologias: J2EE, Javascript,

XML, SVG Suporta vários SGBDs Espaciais: Oracle, DB2, Postgresql Hoje utiliza tecnologia FLEX

Nossos Projetos de SIGCNPQ: iGIS (desde 2002)Governo da PB – Secretaria da Educação:

Mapa da EducaçãoGoverno da PB – AESA: Previsão do tempo,

Outorga, Chuvas, Volume de AçudesFINEP: HIDROGIS (2006-2008)Governo do Maranhão: IMESC (2008-2009)CHESF: SmartView (2008-2001)

Questões que um SIG Questões que um SIG responde:responde:

Localização: O que há aqui?

Neste caso, procura-se por o que existe num local particular.

Um local pode ser descrito de diferentes formas:

Nome do lugar, CEP, coordenadas de latitude e longitude, etc.

Ex. Localização em SIG

Quem é o dono do terreno da Rua das Flores, 23?

Identifier: 565-88-221Area: 108,900,245Owner: John MorrisAddress: 3233 Texas St.Zoned land use: IndustrialAssessment: $950,000

Condição: Onde tem isto?

Ao invés de identificar o que há num local, pode-se querer encontrar um determinado local com certas

condições satisfeitas. Por exemplo, encontrar uma casa com 4 quartos, de madeira, cujo preço de venda

seja em torno de $200.000,00

Resultado da consulta anterior

Onde têm casas que posso comprar?

Casa Residencial

Preço $200.000

4 quartos

Material: madeira

Tendências: O que tem mudado desde ...?

Descobre as diferenças ocorridas num determinado local ao longo

dos anos.

Exemplo de SIG: Tendências

Quanto das terras rurais se tornaram urbanas desde 1970?

Smallville em 1970 Smallville em 2005

Padrões: Quais padrões existem?

Descobre que tipos de padrões podem ocorrer com os novos dados inseridos

que não eram visíveis antes. Por exemplo, deseja-se saber onde

acidentes de carros ocorrem com mais frequência e em que tempo?

Exemplo SIG- padrões

Quais padrões ecistem para acidentes de carros?Onde eles ocorrem e a que horas?

Modelos What-If

Determinam o que acontece se algo for mudado numa determinada área

Por exemplo uma nova adição de um novo empreendimento.

Exemplo SIG - modelos

Onde colocar um novo empreendimento?

Escola

Livraria

Hospital

Restaurante

?

??

?

SIG...SIG...

...é uma ferramenta de análise,

...relaciona dados espaciais com não-espaciais,

...pode computar novas informações,

... auxilia no processo de tomada de decisão.

Um SIG não é apenas software que permite fazer mapas de forma mais bonita, mas

Aplicações de um SIGPrimeira Aplicação de SIG

Londres 1854 – vibrião do Cólera,

Dados Geo-EspaciaisExemplos:Exemplos:

Imagens de Satélite

Mapas

MDT

Aerial photos

Ënorme quantidade de dados espaciais disponíveisËnorme quantidade de dados espaciais disponíveis ex. NASA’s Earth Observation System gera 1 terabyte of ex. NASA’s Earth Observation System gera 1 terabyte of

dados todo diadados todo dia

80% dos dados disponíveis têm um componente espacial80% dos dados disponíveis têm um componente espacial recentemente o interesse em explorar este componente espacial vem recentemente o interesse em explorar este componente espacial vem

crescendo; precisa-se integrar a manipulação desta informação crescendo; precisa-se integrar a manipulação desta informação numa variedade de contextosnuma variedade de contextos

““Explosão de dados espaciaisExplosão de dados espaciais

Aplicações de SIG

Aplicações de SIG• Marketing• Transportes• Cadastros urbanos• Epidemiologia• Demografia• Planejamento de serviços de emergência• Ciências humanas e sociais• Gerenciamento de recursos naturais• Ecologia,• climatologia• Navegação• Agricultura

Aplicações de SIG

Aplicações de SIGMunicipal

Cadastro de lotes e equipamentos urbanos Atualização do cálculo de IPTU Planejamento de Transportes, Saúde e Educação Democratização da Gestão Municipal

• Ambiental Zoneamento e apoio ao desenvolvimento sustentado Análise e simulação de impactos ambientais Monitoramento de processos de ocupação

(e.g.desmatamento da Amazônia)

Aplicações de SIGNegócios

Localização de novos empreendimentos Atendimento a clientes Fluxos de mercadorias e roteamento

Redes (Água, Energia, Telefonia) Planejamento do crescimento Manutenção de instalações (apoio de campo) Otimização da configuração atual

Aplicações de SIG

Procura de Locais Uma empresa no UK precisa descobrir onde

poderá encontrar um lugar desejável para lixo atômico.

Critérios a serem analisados• Hidrologia• Distribuição da população• Acesso• Meio ambiente

Aplicações de SIGMudança de endereço:

Rural versus Urbano Acesso Segurança Saúde Escola Lazer Supermercados Custo de moradia

Exemplos de aplicações Setor Público:

NASA http://www.nasa.gov/multimedia/highlights/index.html IBGE (http://www.ibge.gov.br) ANA Governo do Estado

• Minas: http://www.mg.gov.br/geominas/index.html • Pb: iGIS

Prefeituras Municipais• Campina Grande,• Betim http://www.betim.mg.gov.br/orgaos/geo/mapviewer.html

Tribunal de Justiça da Bahia (http://www.tj.ba.gov.br/) Secretaria de Educação da PB

Empresa de Água

Aplicações Avançadas

Bibliotecas Digitais: Freebie (DSC/UFCG) :

http://buchada.dsc.ufcg.edu.br/bibliotecadigital/ Jotle.com

Mobile GIS Mobile GIS

http://www.cdmatech.com/products/gpsone.jsp

Exemplos de aplicações

Setor Privado: Indústria de Petróleo MapLink, Apontador Mappy, Mapquest Google Earth, Google Maps, Google Local Vivo Celular AutoTrack

Indústria de SIG

ESRI – ARC GISMAPINFOIntergraph – GeoMediaAutoCAD - Mapdesk

Alguns Temas de Pesquisa em SIG Sistema de Apoio à Decisão: Spatial BI e Spatial

Datawarehousing Spatial Data Mining Mobile GIS SIG 3D Distributed GIS Location-based services Spatial Search Engines e Geographic Information Retrieval Linguagens de Consulta Visuais Location Privacy and Security Web-Based GIS