Fundamentos de Geoprocessamento
Banco de Dados
Geográficos
INPE - Divisão de Processamento de Imagens
1a geração de SIG: CAD cartográfico
• Tecnologia
– sistemas orientados a projetos
– ênfase em entrada e geração de mapas
• Utilização
– mapeamento básico e temático
– entrada de dados sem ligação com banco de
dados
– inacessibilidade dos dados
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2a geração de SIG: BD geográfico
• Tecnologia
– integração com SGDB relacionais
– linguagem de consulta: SQL + extensões
– controle de transações
• Utilização
– impõe reorganização institucional
– SIG faz gerência de informações da empresa
– BD corporativo integrado ao SIG
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Requisitos para SGBDG
• Definição de esquema conceitual
• Identidade de objetos
• Acesso aos dados
• Gerência de transações
• Modelagem de processos
• Arquitetura multi-nível
• Extensibilidade
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Banco de dados de grande porte
Metodologia consistente
Identidade de objetos
Suporte a múltiplas escalas
e projeções
“Browsing”
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Definição de esquema conceitual
• Relações de especialização e agregação
Rede
elétrica
Hospital
part-of
is-a
Hospital
INSS
Hospital
privado
Poste
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Sub-estação
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Metodologia consistente
• Definição única dos atributos
R-II
Solo
Ph
8.5
Cambissolo
6.5
Visual
R-III
R-I
R-IV
vermelho
verde
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R-V
Identidade de objetos
• Mapas: recortes arbitrários do
espaço
• Objetos: identidade única
– rio Amarelo
– rio Yang-tsé
– rio Azul
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Acesso aos dados: “browsing”
• Seleção baseada em apontamento
• Propriedades
– visão geral
– seleção de região
• Desafios
– rapidez de resposta
– interatividade
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Acesso aos dados: consultas espaciais
• Mecanismos de seleção
– atributos descritivos
• dê-me todos os países da AL com mais
de 50 milhões de habitantes
– restrições espaciais
• dê-me todos os países da AL vizinhos
ao Equador
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Acesso aos dados: consultas espaciais
• Controle de apresentação
– combinação de resultados de consulta
– controle dos objetos apresentados
– apresentação do contexto espacial
Vizinhos do Equador
sem contexto
com contexto
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Otimização da consulta espacial
• Métodos de acesso espacial (x convencional)
– capacidade de filtragem mais limitada
– custo computacional maior
• Otimizador
– entrada: consulta espacial
– saída: coleção de objetos
• Requisitos
– operadores baseados em semântica
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Gerência de transações
• Transação
– longa: associada a uma sessão
– particionada: atualização contínua
• “Check out”
– controle de acesso para extração de
região
• “Check in”
[transação]
– substituição de área extraída ou geração
de nova versão
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Bancos de dados multi-nível
• Ambiente distribuído
• Hierarquia de servidores de dados
Estação local
(1~10 Gb)
Servidor
(10~50 Gb)
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“Back-end”
(50Gb~1Tb)
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Arquitetura Dual
• Atributos convencionais
– SGBD convencional
• Imagens e gráficos
– sistema de arquivos
• Vantagem
SGBD
relacional
França
– uso de SGBD de mercado
• Problemas
– otimização de consultas
– integridade
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arquivos
Arquitetura Dual
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Arquitetura Dual
• Vantagens
– acesso externo aos atributos (SQL)
– conexão a dados existentes
– ferramentas (gerador de formulários)
• Problemas
– controle dos objetos espaciais
– esquema mono-usuário
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Ligação SIG - banco de dados
Fazendas
id
22
label
área
numcad
Caraíbas
3000
2345
SELECT id
FROM fazendas
WHERE area > 2500
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Ligação SIG - banco de dados
Fazendas
id
22
label
área
numcad
Caraíbas
3000
2345
Cadastro
SELECT id
FROM fazendas, cadastro
WHERE fazendas.numcad =
cadastro.numcad
AND ITR > 4500
numcad
2345
ITR
Produção
5000
4000
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Ambientes distribuídos
• Componentes
– clientes
– servidores
• ITESP
clientes
anúncio
serviços
ambiente corporativo
– sede
– regionais
comunic.
servidores
servidores
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Ambientes distribuídos
• Ambiente único centralizado
– implantação de arquitetura em camadas
– problemas de gerenciamento
• Ambiente distribuído
– cada servidor produz seu conjunto de dados
– BD corporativo alimentado “off-line”
– problemas de duplicação de dados
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3a geração de SIG: BD espacial
• Desafios do Geoprocessamento
– integração de informação
– grandes bases de dados espaciais
• Iniciativas de pesquisa
– EOS (Earth Observation System)
– digital library technology (NASA)
– GEOTEC (CNPq)
• INPE, UNICAMP, IBM, UFPe, PUC/RJ, UFRJ, UFG,
PETROBRÁS, EMBRAPA, TELEBRÁS
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Evolução da geotecnologia
• 1a geração de SIG (~1985 - 1995)
– ambientes centralizados (UNIX): grande número
de funções, complexidade e falta de suporte;
– ambientes PC (DOS): facilidade de uso,
capacidade limitada.
• 2a geração de SIG (~1995 - 2000)
– ambientes distribuídos (Windows): interfaces
amigáveis, funções simplificadas.
• 3a geração de SIG (~2000)
– uso da internet.
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Evolução da geotecnologia
Centro de Dados
Global
BD Geográfico
Institucional
SIG
Individual
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Evolução da geotecnologia
Navegador
+plug-ins
Servidor
WWW
Geograf.
Geração
Dados
Exemplo: www.dpi.inpe.br/proarco (queimadas na Amazônia)
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Geoprocessamento e Internet
• Transmissão de arquivos matriciais (GIF, JPEG)
– acessos sucessivos ao servidor
– ESRI web server
• Transmissão de arquivos vetoriais (dedicados)
– uso de “plug-ins”
– acesso único ao servidor
– Intergraph, AutoDesk
• Tecnologia JAVA
– programa aplicativo
– dados manipulados pelo usuário
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Organização de dados em um SIG
• Organização por níveis
(planos) de informação
– cada nível = dado específico
divisão
política
• Atributos de mapas
elevação
– armazenados em tabelas
rios
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Modelo de dados geo-relacional
• Ambiente dual
– dados gráficos - sistemas de arquivos
– tabelas de atributos - SGBD relacional
id
label
população
22
Maine
3,5 M
34
N.Mexico
1,2 M
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Aplicações do modelo geo-relacional
• Interfaces amigáveis e poderosas
– usuário opera no nível conceitual
• Definição do esquema do BDG
– estender a hierarquia de especialização de geocampos e geo-objetos
– estabelecer restrições de integridade para as
novas classes
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Definição de esquema: cadastro rural
Geo-campo
Temático
MNT
Geo-objeto
Imagem
Mapa
Cadastral
Fazendas
Solos
Altimetria
Dados TM
Mapa de
Propriedades
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Modelos de Dados
• Sistemas comerciais
– diversidade de modelos semânticos
– implementação parcial dos conceitos de
“campos” e “objetos”
• Modelos de dados
– SPRING, MGE, ARC/INFO, ARC/VIEW, IDRISI
– conversão entre modelos
– padrão OpenGIS (www.opengis.org)
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Modelagem de Dados
• Definição do problema
• Indicação de entidades (classes de
objetos) e relacionamentos
• Definição dos atributos de cada entidade
• Projeto do modelo num SIG
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Modelagem de Dados
• Problema: Reforma Agrária
• Objetivo: seleção de áreas para
desapropriação e reparticionamento
• Critérios de escolha
– áreas improdutivas: imagens de satélite
multitemporais
– seleção de terras: topografia e solos
– legislação: áreas de proteção ambiental
– cadastro de novas propriedades
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Modelagem de Dados - SPRING
objetos
campos
temático
numérico
imagem
TM
solos
topografia
cadastral
declividade
propriedades
mapa de
propriedades
atributos
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MGE - Modelo Conceitual
• Modelo de feições (objetos)
– hierarquia de classes
– associação com representação vetorial
• Modelo de campos
– associação com representação matricial
– separação entre grades regulares, grades
triangulares (TIN) e imagens
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MGE - Modelo Conceitual
Mundo
Real
Universo
Conceitual
Universo
Representação
Mapa
Solos
Campo
(temático)
Classe de
Feições
Topografia Campo
(numérico)
Grade,
TIN
Lotes
Classe de
Feições
Geo-objeto
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MGE - Modelo Conceitual
categoria
cadastro rural
classe de feição
propriedades
solos
latossolo
meio físico
cambissolo
solos
tabela
(tipo de solo)
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MGE - Modelo Conceitual
grade
TIN
declividade
Landsat
topografia
UsoTerras
fazenda
imagem
Ação Antrópica
APA
Uso da Terra
tabela
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ARC/INFO - Modelo Conceitual
• Associado às representações
• Cobertura
– dado vetorial associado a uma tabela
– mapas cadastrais, campos temáticos (vetoriais)
• Grade regular
– dado matricial associado a uma tabela
– campos temáticos (matriciais), campos numéricos
• Grade triangular
– campos numéricos
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ARC/INFO - Modelo Conceitual
cobertura
grade
tabela
tabela
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TIN
40
ARC/INFO - Modelo Conceitual
cobertura
lotes
solos
tabela
tabela
tabela
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ARC/INFO - Modelo Conceitual
Mundo
Real
Universo
Conceitual
Universo
Representação
Mapa
Solos
Campo
(temático)
Coverage (tabela)
Grade (tabela)
Topografia Campo
(numérico)
Grade,
TIN
Lotes
Coverage (tabela)
Geo-objeto
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IDRISI - Modelo Conceitual
• Imagem
– representação matricial
– campos temáticos, imagens, MNT
– bancos de dados
• Vetor
– representação para desenho
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IDRISI - Modelo Conceitual
Mundo
Real
Universo
Conceitual
Universo
Representação
Mapa
Solos
Campo
(temático)
Imagem (legenda)
Topografia Campo
(numérico)
Imagem (legenda)
Lotes
Imagem + Vetor
(desenho)
Geo-objeto
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