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23/03/2010

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Sistemas de Informações Geográficas

Aula 3

Assuntos:

# Revisão em geodésia

# Georreferenciamento

# Representação do mundo real no computador

# Formatos vetorial e matricial

# Modelo conceitual de banco de dados no aplicativo Spring

# Planos de informação

1. Revisão em geodésia

• É de fundamental importância no georreferenciamento dos dados o conhecimento dosgeorreferenciamento dos dados o conhecimento dos seguintes parâmetros:

– Datum– Projeção


• Datum: uma superfície de referência, calculada a partirde um elipsóide e de um ponto de referência.de um elipsóide e de um ponto de referência.

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• Projeção: função matemática que converte a Terra daforma esférica para a forma plana


forma esférica para a forma plana.

++

+Amostras

Rios

2. Georreferenciamento de dados

++

Mapas de solos

Grade de referência

Longitude

2. Georreferenciamento de dadosEtapas do georreferenciamento:

– Obtenção de base cartográfica para extração de pontos de controle

– Obtenção de informações de projeção e datum da base cartográfica

– Seleção dos pontos de controle

– Seleção do polinômio de transformação

– Análise do erro

Etapas complementares:

– Importação para a base de dados

– Seleção do interpolador dos níveis de cinza

– Análise do georreferenciamento

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Base cartográfica: • cartas topográficas• base de pontos

georreferenciados


Obtenção das informações de projeção e datum2. Georreferenciamento de dados

2. Georreferenciamento de dadosInserir as informações no SIG

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Coordenadas geográficas x coordenadas planas

• Coordenadas geográficas: graus, minutos, segundos.• Adequadas para representações em forma de esfera

• Coordenadas planas metros sendo


• Coordenadas planas: metros, sendo

a origem da medida definida pelo

sistema de projeção utilizado.• Adequadas para representações planas



Os SIGs aceitam coordenadas dos pontos de controle tanto em metros (planas) quanto em graus

(geográficas).

Devem ser observados os formatos de entrada de cada tipo de dado.

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Inserir valores de x e y de acordo com a origem, definida pelo sistema de projeção utilizado.Lembrando que:q

x

y

MER

IDIA

NO

S


Inserir valores de x e y de acordo com a origem, definida pelo sistema de projeção utilizado.Lembrando que:q

x

yPARALELOS

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Seleção dos pontos de controle:

aula prática 7: georreferenciamento de imagem de satélite.aula prática 7: georreferenciamento de imagem de satélite.

Mas,

o que são pontos de controle?


O que são pontos de controle?

Pontos com coordenadas conhecidas, facilmenteidentificáveis na base topográfica e no dado a seridentificáveis na base topográfica e no dado a ser georreferenciado.

Cuidados na aquisição dos pontos de controle:- Precisão do posicionamento e na digitação das coordenadas- Bem distribuídos em toda o dado a ser georreferenciado

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Seleção do polinômio de transformação





* operações raramente necessárias

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Qual o polinômio adequado?

Deve ser selecionado o polinômio de acordo com a

http://equipe.nce.ufrj.br/thome/p_grad/nn_img/transp/c3_tratam2_v3b.pdf

ptransformação necessária para o dado.

Exemplo: Uma imagem já orientada para o norte (carta-imagem) necessita apenas de uma operação de translação!

2. Georreferenciamento de dadosAnálise do erro

2. Georreferenciamento de dadosAnálise do erro

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• Etapas complementares:– Importação para a base de dados

– Seleção do interpolador dos níveis de cinza

A áli d f i t– Análise do georreferenciamento

aula prática 7

3. Tipos de dados integrados em um SIG

• Imagens de satélite• Mapas temáticos• Mapas cadastrais• Dados alfanuméricos (atributos)• Modelos numéricos do terreno• Redes

3. Tipos de dados integrados em um SIG

• Imagens de satélite• Mapas temáticos

• Mapas cadastrais

• Dados alfanuméricos (atributos)

• Modelos numéricos do terreno

• Redes

Todos os dados são inseridos em um SIG de forma individual, formando planos de informação (ou layers).

Um plano de informação é uma camada de dados com informações georreferenciadas sobre um único tema.

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Banda 1 Banda 2 Banda 3

3.1. Imagens de satélitesExemplo: Imagens do satélite Landsat 7, sensor ETM+

Banda 4 Banda 5 Banda 7

3.2. Mapas temáticos e cadastrais

• Os mapas temáticos e cadastrais são formados por PONTOS, LINHAS ou POLÍGONOS.

• Cada feição possui um identificador (ID), suas coordenadasgeográficas e suas relações topológicas com os demaisl t d ( l d i f ãelementos do mesmo mapa (plano de informação.

• Nos mapas temáticos cada polígono tem além do identificador uma ÚNICA classe temática.

• Nos mapas cadastrais é possível associar a cada polígonovárias informações (atributos), organizados de forma tabular (TABELA DE ATRIBUTOS).

3.2.1. Mapas temáticos

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3.2.1. Mapas temáticos

www.mundoeducacao.com.br

Exemplo: Distritos censitários

3.2.2. Mapas cadastrais e tabela de atributos

Id PopT. Domicilios

305 20.838 5.934

306 74.293 21.893

... ... ...

305

304

302

Representação Vetorial Representação Tabular

Id Tipo

156 Traumatologia

157 Pronto Socorro

... ...

154 156

157

160

155

158159

Exemplo: Hospitais

306304

303

3.2.2. Mapas cadastrais e tabela de atributos

http://www.dge.uem.br/geonotas/vol7-1/figura11.jpg

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3.3. Modelo Numérico de Terreno (MNT)

• Estruturas de representação computacional:

(a) pontos cotados

(b) isolinhas

(a) pontual (b) isolinhas

(c) grade triangular

(d) grade retangular

Em cada ponto cotado ou das grades estão associados um valor da variável representada.

As isolinhas unem pontos de mesmo valor.

(c) grade triangular (d) grade retangular

3.3. Modelo numérico do terreno (MNT)

3.4. Redes

Na estrutura de representação de redes cada ponto e cada linha tem um identificador único, conforme a sua posição e função que representa na rede.

Exemplo de representação de rede elétrica

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4. Representação dos dados em um SIG

Como representar o mundo real no computador?

Algumas considerações:

• O mundo é extramente complexo!U b d d d i i SIG t• Uma base de dados espaciais em um SIG apresenta umalimitada visão da realidade, ou seja:“uma base de dados espaciais é um modelo darealidade”.

• O usuário “vê” o mundo real através dos dados que estãorepresentados (ou armazenados) na base de dados.

• Uma base de dados pode incluir:– Versão digital dos objetos reais

• ex: casas, estradas, florestas

– Versão digital dos objetos fictícios (inventados)



Versão digital dos objetos fictícios (inventados)• ex: divisões políticas

– Medições e quantificações • ex: precipitação pluvial, população

– Descrições • ex: nome dos municípios

• Algumas feições são discretas, definindo claramente entidades, facilmente representáveis (ex: casas, estradas).



• Outras feições existem em todo o lugar e possuem variação contínua (ex: temperatura).

• Este tipo de feição necessita ter sua representação aproximada, usando representação discreta, já que representações contínuas no computador não são possíveis

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Floresta



Não-Floresta

realidade representação no SIG

Algumas vezes a distinção entre discreta e contínua não está bem clara, sendo necessárias simplificações para representar o dado na base de dados.

Objetos versus Campos

• Objetos“espaços vazios” separam um objeto do



p ç p joutro, ou estes compartilham uma mesma fronteira. Ex: malha municipal

• Camposos valores são definidos para cada posição do espaço. Ex: temperatura da superfície do mar


Os objetos (ou feições) podem ser representados em formato vetorial ou matricial (raster).

C B

Pontos Linhas Polígonos

BA

C AB

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Nó

pontos linhas áreas

4.1 Representação vetorial dos objetos

x

Vérticey

4.1. Representação vetorial dos objetos

Os elementos são representadas considerando as coordenadas dos pontos dos vértices em um sistema cartesiano de coordenadas planas. (X, Y)

4.1.1.Relações topológicas no modelo vetorial de armazenamento de objetos.


4.1. Representação vetorial dos objetos

Diferenças entre um SIG e um CAD

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Modelo “Spaghetti” (CAD)

ã d d

4.1.1.Relações topológicas no modelovetorial de armazenamento de objetos.

• Pontos são armazenados como um par de coordenadas x,y

• Linhas são uma série de coordenadas x,y

• Áreas são uma série de coordenadas x,y, com a primeira e última coordendas idênticas

Área CoordenadasA (1,4), (1,6), (6,6), (6,4), (4,4), (1,4)B (1,4), (4,4), (4,1), (1,1), (1,4)C (4,4), (6,4), (6,1), (4,1), (4,4)

5

6

A Modelo “Spaghetti”

1

1

4

3

2

2 3 4 5 6

B CPontos e linhas podem ser armazenados da mesma maneira;Não há relacionamento entrepontos, llinhas e polígonos

p g

Modelo Topológico (SIG)

• São armazenadas as coordendas x/y e

4.1.1.Relações topológicas no modelovetorial de armazenamento de objetos.

codificadas as relações espaciais entre as feições.

• Também chamada arco‐nó‐poligono.• arco = linha• nó = ponto do final de uma linha ou onde duas ou mais linhas se conectam

• polígono = área, definida por um arco fechado

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Nó X YI 1 4II 4 4III 6 4IV 4 1

Linha De Para Dir. Esq.1 I III O A2 I IV B O3 III IV O C4 I II A B5 II III A C6 II IV C B

1O = “fora do polígono

Polígono LinhasA 1,4,5B 2,4,6C 3,5,6

1

1

5

4

3

2

6

2 3 4 5 6

A

B C

2 3

4 5

6

I II III

IV Modelo Topológico

4.2.Representação matricial dos objetos

Linhas

Colunas

1,1 1,8

Colunas

8,88,1

5,8

4,3


Representação matricial dos objetos (ou feições)

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O elemento de resolução é chamado de célula ou pixel. Possui dimensão única para todos os elementos da matriz, definida na criação da matriz, que corresponde a altura e largura das células


O atributo de cada uma das células é definido pelo seu valor digital. Os atributos são armazenados no mesmo plano de informação.

4. Representação dos dados em um SIGOs campos podem ser representados em formato vetorial ou matricial (raster).

200240

260

180200

270

170 220

250130

Grade Matricial Grade de pontos regulares

Pontos amostrais Isolinhas

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4.3.Representação matricial dos campos



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4.4.Representação vetorial dos campos(X, Y, Z)

pontos isolinhas

z1

z3z1 z2 z3

x

yz2

z3

z4

z6

z5

z1

z1

z1

z2

z2

z2

z3

z3

z3

4.5. Armazenamento de atributos

• Atributos são dados qualitativos, relacionados às feições do mundo real armazenadas na base de dados (objetos vetoriais).

• Os atributos são armazenados separadamente dos


dados espaciais, em tabelas de um banco de dados relacional.

• A ligação entre os objetos e as tabelas de atributos são feitas por identificadores únicos de cada objeto.

• Podem receber atributos os pontos, as linhas e/ou os polígonos.


1 2id área cultivo ver. cultivo inv.

Tabela de atributosRepresentação vetorial

1 2

3

1

2

3

297

607

806

milho

soja

sorgo

trigo

aveia

aveia

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• Os atributos são armazenados em tabelas em um banco de dados relacional.

• No aplicativo Spring a seleção do banco de dados relacional é a primeira etapa na criação de uma base de dados espaciais.



• Uma boa organização dos atributos é essencial.

• O ideal é não incluir redundâncias na base de atributos, b d d d i fi ipara uma base de dados mais eficiente.

• Em estudos socioeconômicos utilizando SIG a base de dados de atributos é geralmente muito maior que a base de dados vetorial.

Id Province District P_Pop D_Pop101 Merida Palma 214084 89763102 Merida S. Maria 214084 45938103 Merida Veralo 214084 78383104 La Paz Bolo 397881 98302105 La Paz Jose 397881 67352106 La Paz Malabo 397881 102839107 La Paz Chilabo 397881 129388


107 La Paz Chilabo 397881 129388… … … … …

Armazenar a província e o distrito na mesma tabela insere redundâncias na base, porque algumas informações precisam ser repetidas em várias linhas.

101102

103

104105

107106

Redundância:

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Id District D_Pop Province101 Palma 89763 Merida102 S. Maria 45938 Merida103 Veralo 78383 Merida104 Bolo 98302 La Paz105 Jose 67352 La Paz106 Malabo 102839 La Paz107 Chilabo 129388 La Paz


107 Chilabo 129388 La Paz… … … …

101102

103

P_Pop Province397881 La Paz214084 Merida

… …104

105107

106

Solução: Armazenar em tabelas separadas, já que todas estão na mesma base de dados.


4.6.Representação Vetorial versus Representação Matricial

Tipo de dados Pontos, Linhas e Polígonos Células

Visual na tela Os dados são visualizados como em um mapa

Os dados são visualizados como uma imagem

Unidade de medida dos dados Pontos – sem dimensão

Linhas – comprimentoP lí á

Cada célula tem um tamanho. O tamanho das feições é d t i d l ú d

Vetorial Matricial

Polígonos – área determinado pelo número de células que a feição ocupa.

Representação no espaço

Somente as feições vetorizadas são representadas

Todo o espaço é representado

Representação das feições

As feições são objetos vetorizados os quais são reconhecidos pelo computador (orientado a objetos).

As feições são grupos de células com o mesmo identificador.

Armazenamento dos atributos

Em uma tabela relacionada com os objetos vetorizados

O plano de informação armazena a posição espacial e o atributo das células (valor z).

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Link entre as feições e os atributos

Cada feição possui um identificador (ID) que permite o relacionar as feições com a tabela de atributos.

As células contém os atributos.

Tipo de atributos Números ou caracteres Somente números

Espaço para armazenamento

Menor espaçoÈ necessário armazenar as

Maior espaçoQuanto maior for a resolução

Vetorial Matricial


armazenamento È necessário armazenar as coordenadas dos pontos, a topologia e os identificadores. Os atributos são armazenados na forma tabular.

Quanto maior for a resolução espacial da matriz maior o espaço para o armazenamento.Mesmo que uma matriz 100 x 100 tenha um único valor para todas as células este valor precisa ser armazenado 10.000 vezes

Representação de um fenômeno.

Melhor para distinguir objetos que possuem limites bem definidos.Adequado para objetos com grande quantidade de atributos.

Melhor para superfícies continuas, tais como modelos de elevação, temperatura e também para imagens de satélite.

Geometria das relações espaciais

Complexa: O conhecimento dos vizinhos ou do contexto de um conjunto de feições em relação a outras feições é um calculo complexo, função da topologia dos elementos.

A sobreposição de planos de

Simples: Todos os valores estão organizados sobre uma grade uniforme. Cada elemento tem sua posição facilmente determinada.

A sobreposição de planos de informação pode ser

Vetorial Matricial


A sobreposição de planos de informações depende de ajustes na escala dos diferentes planos

informação pode ser facilmente feita pixel a pixel.

Melhores aplicações Construção de banco de dados de inventários, cadastro municipal ou estadual, análise ambiental, produção de culturas agrícolas.

Processamento de imagens, análise espacial, modelos espaço-temporais, construção de cenários.

5. Estrutura de armazenamento de dados no aplicativo Spring

Os dados georreferenciados dentro do aplicativo Spring necessitam estar inseridos na seguinte estrutura:

• Banco de dados

• Projeto

• Categoria

• Plano de informação

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• Banco de dados

• Projeto

• Categoria


Definições para a criação de um banco de dados

Local de armazenamento

Nome do banco de dados

Gerenciador dos dados

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Operações com banco de dados (após a criação)



• Banco de dados

• Projeto

• Categoria


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Nome do projeto

Projeção e datum

Definições para a criação de um projeto

Projeção e datum(não pode ser modificado)

Definições para a criação de um projeto

Retângulo envolvente(coordenadas de canto)

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• Os dados georreferenciados dentro do aplicativo Spring necessitam estar inseridos na seguinte estrutura:

• Banco de dados

• Projeto

• Categoria (modelo de dados) • Plano de informação

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• Banco de dados

• Projeto

• Categoria


Definições para a formação dos planos de informação

Categoria(previamente criada)

Nome do PI


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Resolução e escala (dos dados originais que foram

importados para o SIG)

Visualização dos planos de informação: é necessário selecionar uma representação para visualizar na tela!

Exemplo 1 Exemplo 2 Exemplo 3

Exemplo 1

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Exemplo 2

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