Unidade 3: Representação de Objetos
Espaciais
Prof. Cláudio Baptista
2010.1
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

Modelos de dados espaciais (Entidade X
Campo)
Tipos de Dados Espaciais
Modos de Representação
Estrutura de dados espaciais

Uma cientista social deseja entender e
quantificar o fenômeno da exclusão social
numa grande cidade brasileira, através de
mapas de exclusão/inclusão social, gerados a
partir de dados censitários (Sposati, 1996).

Uma ecóloga pretende estudar os
remanescentes florestais da Mata Atlântica,
através de estudos de fragmentação obtidos a
partir de interpretação de imagens de satélite
(Pardini et al., 2005).

Uma pedóloga pretende determinar a
distribuição de propriedades do solo numa
área de estudo, a partir de um conjunto de
amostras de campo (Bönisch et al., 2004).


O que há de comum nesses casos anteriores?
A especialista lida com conceitos de sua
disciplina:





exclusão social,
fragmentos,
distribuição de propriedades do solo
Ela precisa de representações que traduzam
estes conceitos para o computador.
Após esta tradução, ela poderá compartilhar os
dados de seu estudo, inclusive com
pesquisadores de outras disciplinas.

Etapas cruciais em implementação de GIS


Conceituação do espaço geográfico
Transferência da conceituação do espaço
geográfico para o computador

modelos usados p/ representar o mundo real.

simplificam o mundo definindo somente aspectos
importantes para a aplicação




1.Realidade: o fenômeno como existe realmente,
incluindo todos os aspectos que podem ou não serem
percebidos pelos indivíduos
2.Modelo de Dados: uma abstração do mundo real que
incorpora somente as propriedades relevantes para a
aplicação, em geral uma conceituação humana da
realidade
3.Estrutura de Dados: uma representação dos modelos
de dados em geral expressos em termos de diagramas,
listas e vetores, projetados para refletir o tratamento
computacional dos dados em uma linguagem de
programação.
4.Estrutura de Arquivos: representação dos dados no
hardware de armazenamento.





mundo real: as entidades da realidade a serem
modeladas; (realidade)
matemático (conceitual): que inclui uma definição
matemática (formal) das entidades representadas;
(Modelo Conceitual
de Dados)
representação: onde as diversas entidades formais são
mapeadas para representações geométricas e
alfanuméricas no computador (Lógico);
implementação:onde as estruturas de dados e algoritmos
são escolhidos, baseados em desempenho, capacidade
do equipamento e volume de dados. Nível da
codificação (Estrutura de Dados e Arquivos)
Espaço Absoluto
Espaço Relativo (só o Grafo)
“Espaço absoluto, também chamado cartesiano, é
um container de coisas eeventos, uma estrutura
para localizar pontos, trajetórias e objetos.
Espaço relativo, ou leibnitziano, é o espaço
constituído pelas relações espaciais entre
coisas” (Couclelis, 1997).


Modelo de Campo (Geo-Campo)
Modelo de Entidades (GeoObjeto)

Modelo de Campo
Enxerga o mundo como uma superfície contínua,
sobre a qual os fenômenos geográficos variam
segundo diferentes distribuições
 É formalizado como uma função matemática
 Cada ponto no espaço é associado um ou vários
valores de atributos como uma função contínua em x
ey
 Ex. temperatura, poluição, precipitação
pluviométrica.


Modelo de Entidades




Também conhecido como modelo de objetos ou
features
Representa o mundo como uma superfície ocupada
por objetos identificáveis, com geometria e
características próprias
Objetos podem ocupar a mesma posição geográfica
Exemplos: estradas, edificações

Tipos de Dados Espaciais:
1. Temáticos
2. Cadastrais
3. Rede
4. Modelos Numéricos de terreno
5. Imagens
Descrevem a distribuição espacial de uma
grandeza geográfica
Ex.: pedologia e aptidão agrícola
 Obtidos a partir de levantamento decampo
 Inseridos por digitalização por classificação de
imagens.


Exemplo: Mapa de vegetação

cada elemento é um objeto geográfico que possui
atributos e pode estar associado a várias
representações gráficas.
Ex: lotes de uma cidade
 atributos: dono, localização, valor venal, IPTU devido
 representações gráficas diferentes em mapas de
escalas distintas.

Exemplo

Exemplo

Informações associadas a:
 Serviços de utilidade pública, como água, luz e
telefone;
 Redes de drenagem (bacias hidrográficas);
 Rodovias.

Cada objeto geográfico possui uma
localização geográfica exata e está sempre
associado a atributos


Baseado na Teoria dos Grafos
Histórico: Em 1736, o matemático Leonard
Euler vivia na cidade de Königsberg (na época
parte da Prússia; hoje chamada Kaliningrad
epertencente à Rússia) onde havia duas ilhas
próximas no meio da cidade, cruzadas por sete
pontes (ver próximo slide). Euler se perguntou
se havia uma maneira de fazer um circuito
fechado (sair e voltar para um mesmo lugar),
cruzando cada uma das pontes apenas uma
vez.
O clássico problema das sete pontes de Euler
Informações representadas em um grafo topologia arco-nó (informações sobre custo de
caminho, fluxo, velocidade, tipo de
pavimento, etc)
 Topologia armazena informações sobre
recursos que fluem entre localizações
geográficas distintas.

Ex:
Mapa
de metrô

Topologia:
– (estudo de) propriedades espacialmente invariantes
de
linhas e áreas tais como adjacência, contiguidade e
conectividade
– (estudo de) propriedades das formas geométricas que
se mantém invariante sobre certas transformações
– EX: um retângulo e um losango são topologicamente
similares
Topologia
Adjacência e containment descrevem os
relacionamentos geométricos que existem em
feições de área.
Áreas são adjacentes quando compartilham um
contorno em comum
Containment representa objetos que estão
contido num outro. (ex. ilha e lago)
Conectividade descreve as ligações entre
feições lineares (Ex. conexão de ruas)
4. Modelos Numéricos de
Terreno
Representação quantitativa de uma grandeza
que varia continuamente no espaço.
 Usos:

representação de altimetria (mapas topográficos);
 análises corte-aterro para projeto de estradas e
barragens;
 geração de mapas de declividade e exposição
(geomorfologia e erodibilidade);
 Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas;
 Apresentação tridimensional (em combinação com
outras variáveis).

4. Modelos Numéricos de
Terreno

Qualidade do ar representada em superfície
4. Modelos Numéricos de
Terreno
5. Modelos Numéricos de
Terreno - TIN

Forma de captura indireta de informação
espacial.



cada pixel tem valor proporcional à energia
eletromagnética refletida ou emitida pela área da
superfície terrestre correspondente
técnicas de fotointerpretação e de classificação para
individualizar objetos geográficos.
Características :




resolução espectral
resolução espacial
resolução radiométrica
resolução temporal.


Imagem com
pseudo coloração
Bandas:




3 (Azul)
4 (Verde)
5 (Vermelha)
TM-Landsat,
região de Manaus
(AM).

Manaus
CBERS

Imagem IKONOS
http://www.spaceimaging.com/gallery/hurricanes
2005/katrina/newOrleansViewer.htm
Imagem QuickBird (DigitalGlobe)
http://www.digitalglobe.com/tsunami_gallery.html



Vetorial (Vector Model)
Matricial (Raster Model)
Representação de Dados
Raster X Vector
Representação Raster
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Mundo Real
RepresentaçãoVector
R T
R
R
R
H
T
ponto
linha
R R
R
R
R
R
R
T T
T T
H
polígono



localização referenciada por coordenadas x,y, que
podem ser ligadas para formar linhas e polígonos
atributos referenciados através de um ID único nas
tabelas
Melhor para feições do modelo de objetos (discreto)
 Linhas de utilitários (telefone, água, eletricidade)
 Limites políticos
 Transportes
Conceito fundamental de vector GIS é que todas as
features geográficas do mundo real podem ser
representadas como:
•Pontos (nodos): árvores, postes, hidrômetro,aeroportos,
•Linhas (arcos): rios, avenidas, ferrovias,
•Áreas (polígonos): terrenos, cidades, estados, floresas
O que é usado depende de escala, dentre outras coisas:
aeroporto pode ser um ponto ou polígono
Como representação depende do formato, ArcView
referencia a estes arquivos como shapefiles
Representação de Dados - Vector
ponto (nodo): dimensão-0


Único par de coordenadas x,y
Área zero
line (arc): dimensão-1

2
1
y=2
.
x=7
1
7
2 (ou mais) coordenadas x,y
Ponto: 7,2
8
2
polígono : dimensão-2



quatro ou mais coordenadas x,y
ordenadas e conectadas
primeiro e último x,y são os
mesmos
Fecha uma área
Linha: 7,2 8,1
1
7
8
2
Polígono: 7,2 8,1 7,1 7,2
1
7
8
Representando Dados usando Vector:
implementação em GIS
•Feições no tema (coverage) têm ID
único--point ID, polygon ID, arc ID, etc
Y
1
5
4
2
3
X
Point
1
2
3
4
5
Coordinates Table
ID
x
y
1
3
2
1
4
1
1
2
3
2
Point
1
2
3
4
5
Attributes Table
ID
model
a
b
b
a
c
year
90
90
80
70
70




mostra, localiza, e armazena dados gráficos
usando uma matriz ou grid de células
(retangulares)
Atributo é representado por um valor de célula
Maioria dos dados vêm na forma de imagem
de satélite, mapas escaneados, dados de
elevação
É melhor para modelo de campo (contínuo)

Temperatura, elevação, tipo de solo, pressão
Representação de Dados usando Raster Model
milho
trigo
feijão
área é coberta por um grid com células de tamanhos iguais
localização de cada célula é calculada da origem do grid:
(normalmente upper left, mas lower left em ARCVIEW)
células são chamadas de pixels; dados raster são chamados dados
de imagem
attributos são gravados atribuindo cada célula um único valor
baseado na feature majoritária (atributo) na célula, tais como uso
da terra.
Fácil para fazer overlays/análises, apenas combina-se os valores
de células correspondentes: “produção= chuva + fertilizante”
Estrutura de dados simples:
 diretamente armazena cada layer como um único objeto
ffruta
fruit
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
2
1
1
1
1
1
2
2
2
4
4
3
1
1
1
1
1
2
2
2
4
4
4
1
1
1
1
1
2
2
2
2
2
5
4
4
4
4
4
2
2
2
2
2
6
4
4
4
4
4
2
2
2
2
2
7
5
5
5
5
5
3
3
3
3
3
8
5
5
5
5
5
3
3
3
3
3
9
5
5
5
5
5
3
3
3
3
3
À esquerda, grade regular com valores de temperatura em graus
Celsius e, à direita, matriz temática com dados classificados
(1 = “15-20 graus”,2 = “20-25 graus”, 3 = “25-35 graus”).


Mosaico: composição de várias imagens, com
propósito de apresentação de áreas maiores.
Tesselation: quebra uma imagem em vários
tiles menores, com propósito de escala na
exibição da imagem

Imagens Pancromátricas:




o termo pancromátrico refere-se ao sensor da câmera usada no
satélite. Este sensor grava informação ao longo do espectro
visível mas armazena a imagem em preto-e-branco (na verdade
em escala de cinza).
São mais baratos.
Típica imagem em grayscale usa 1 byte (8-bit image) para
armazenar 256 nívels de cinza por pixel.
Imagens Multiespectrais:




Uma câmera multispectral possui mais de 1 sensor, ex. RGB
bands. Agora tem 3 bytes de informação para cada pixel, um
para cada cor
A combinação das 3 faixas de valores de 256 n;iveis, leva a
16.777.216 cores únicas.
São chamadas de natural colored pictures quando usa o espectro
visível
Quando não usa o espectro visível (ex. Infravermelho) é
chamada de false-color image




Imagem gerada por computador de uma aerial
photo na qual o desajuste causado pelas
imperfeições do terreno abordado e movimento
e posicionamento de câmera são corrigidos.
Ortoretificação é um tipo de correção
geométrica de alta precisão
Vem do grego Orthogonal: ângulo correto.
Com a imagem georretificada pode-se fazer,
por exemplo, um overlay de vector em raster
com alta precisão, como também um mosaico
de imagens sem misregistration.
Método Vantagens
Desvantagens
Raster
- estrutura de dados simples
- Compatível com dados de
sensoriamento remoto ou
escaneados
- procedimentos de análise
simplificados
- Requer mais espaço
- Dependendo do tamanho do
pixel, pode comprometer o output
- Mais difícil para representar
relacionamentos topológicos
Vector
-Requer menos espaço
- Relacionamentos
topológicos são mantidos
- Saída gráfica melhor se
aproximando de mapas
manuais
- Estrutura mais complexa
- Não muito compatível com
dados de sensoriamento remoto
- Mais caros
- Algumas análises espaciais
difíceis de processar


Dados num modelo podem ser transformados
para um outro.
Pode-se inclusive combinar as duas
representações (ex. overlay de vector e raster –
ver próximo slide)
http://maps.google.com/maps?q=20500&ll=38.897524,-77.036734&spn=0.003541,0.005515&t=k&hl=en


• Rasterização
• Vetorização



perde informação topológica
diminui precisão de posicionamento dos objetos
depende do tamanho das células


contorno dos objetos ficam serrilhados
topologia é criada

“Os limites desenhados em mapas temáticos
(como solo, vegetação, ou geologia) raramente
são precisos e desenha-los como linhas finas
muitas vezes não representa adequadamente
seu caráter. Assim, talvez não nos devamos
preocupar tanto com localizações exatas e
representações gráficas elegantes. Se pudermos
aceitar que limites precisos entre padrões de
vegetação e solo raramente ocorrem, nós
estaríamos livres dos problemas de erros
topológicos associados como superposição e
interseção de mapas”(Burrough, 1986).

http://www.globalsecurity.org/military/worl
d/afghanistan/darunta.htm