UNIVERSIDADE FEDERAL DOS ESPÍRITO SANTO – UFES CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS DA UFES – CCA-UFES DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA RURAL - ERU Capítulo 1 PROF. ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS Engenheiro Agrônomo - UFES Mestrado em Meteorologia Agrícola – UFV Doutorado em Engenharia Agrícola - UFV Fundamentos Teóricos O final do século XX, sem sombra de dúvidas, está consagrado como a era do gerenciamento disciplinado de informações Sistemas de informações geográficas - SIGs Tecnologia SIG x Microscópio e Computadores Por que os dados originais a serem usados nos SIGs devem ser precisos? Se o conjunto de dados, originalmente, for constituído de “lixo”, o produto derivado de operações realizadas em ambiente SIG será um “lixo” organizado, portanto sem utilidade. CLIQUE AQUI PARA VER FIGURA 1.1 DADOS ESPACIAIS Os fenõmenos relacionados ao mundo real podem ser descritos de três maneiras: ESPACIAL TEMPORAL TEMÁTICA Logo, estas três maneiras de se observar os fenômenos que ocorrem Quando as variações são detectadas através de Quando a variação muda de lugar lugar Quando a variação muda com o para tempo na terra são,do mudanças desuperfície características (geologia, cobertura (declividade, altitude,da profundidade do solo) (densidade demográfica, ocupação solo) coletivamente, vegetal) denominadas dados espaciais (SINTON, 1978) As descrições dos fenômenos relacionados ao mundo real podem ser arquivadas ora como dados, ora como informações DADOS INFORMAÇÃO Conjuntode dedados valores não que Conjunto quenuméricos possui um ou determinado significado paraàum uso ou aplicação corresponde descrição de fatos em do particular, ou seja, foi agregado ao dado um mundo real componente adicional, a interpretação FATORES QUE DISTINGEM OS DADOS ESPACIAIS DOS DEMAIS DADOS São relacionados a superfícies contíguas (Ex: superfície topográfica, variação da temperatura, pressão, etc.) Cada ponto contém coordenadas X, Y, Z, podendo ter precisão ilimitada Dependência espacial, ou seja, a tendência da vizinhança influenciar uma determinada localização e possuir atributos similares Os dados espaciais estão distribuídos sobre a superfície curva da Terra Os objetos ou condições do mundo real podem ser representados, discretamente, por: PONTOS NÓS LINHAS OU ARCOS POLÍGONOS CADEIAS É um dado espacial que não possui área, é representado Correspondem ao início ou fim de uma linha,que ou não à São áreas definidas por uma seqüência de linhas É umum dado espacial formado pordeuma seqüência demais pontos por único par de coordenadas e pode representar uma Representam um tipo especial linhas que correspondem representação do cruzamento de duas ou se cruzam e se encontram em um nó,ou como, por exemplo, conectados, por exemplo, estradas e rios determinada árvore, uma fonte temperatura aos segmentos lineares definem limites entre linhas,litológica como, por exemplo, rios ou uma unidade ouque uma áreafoz deosde ocorrência de polígonos, oudeterminado seja, uma linha é compartilhada cruzamento de que estradas tipo de solo por dois polígonos, como por exemplo, limites entre municípios ou fazendas CONCEITOS IMPORTANTES ESCALA: Razão entre o comprimento ou área apresentada no mapa e o verdadeiro comprimento ou área existente na superfície da terra. Ex: Qual o significado escala de 1:50.000? 1cm no mapa = 50.000 cm, 500 m ou 0,5 km na superfície da terra RESOLUÇÃO ESPACIAL: Conteúdo do domínio geométrico dividido pelo número de observações, normalizadas pela dimensão espacial. O domínio geométrico representa a área coberta pelas observações. a área do em Brasil é de, aproximadamente, 8,5 milhõesnode Ex21: Se levarmos consideração o número de municípios, 2 e existem km Estados, resolução de umamapa que caso brasileiro nós26 temos 5.022a(dados de 1996), resolução represente os Estados será de: será de: média de um mapa que represente os municípios área área RR númerode deobservaçõe observaçõe número ss 8,5 106 km2 572 41 km R km 5.26 022 Os dados espaciais, em diferentes ESCALAS e RESOLUÇÕES, podem ser codificados em: Representações Analógicas Representações Digitais Codificação entidades espaciais em Disposição das das entidades espaciais em papel linguagem binária, portanto em formato adequado para serem armazenadas em computadores Os processos envolvidos na transformação de dados analógicos em dados digitais são, coletivamente, conhecidos como: CAPTURA DE DADOS ESCANERIZAÇÃO DIGITAÇÃO MANUAL OBS os dados espaciais correspondem uma OBS manual é ainda amplamentesempre usada,apelo 2:Como 1: a digitação generalização ou aproximação da realidade, elesdos contêm fato, da escanerização depender da qualidade mapas INCERTEZAS IMPRECISÕES originais entree outros fatores. As fontes de dados espaciais podem ser consideradas como: PRIMÁRIAS SECUNDÁRIAS Correspondem àquelas medidas diretamente no campo Correspondem àquelas derivadas de mapas e banco de dados persistente Representação VETORIAL e representação RASTER ou MATRICIAL QUAL A DIFERENÇA ENTRE TECNOLOGIA E GEOTECNOLOGIA ???? TECNOLOGIA GEOTECNOLOGIA OBS É a ciência dos meios (SCRUTON, 1982) É a arte e a técnica de estudar a superfície da terra e adaptar as informações às necessidades dos meios físicos, químicos e biológicos Fazem parte da geotecnologia o Processamento Digital de Imagens (PDI), a Geoestatística e os SIGs 1.2. OS SUPORTES DOS SIGs Por que os SIGs é considerado uma ciência MULTIDISCIPLINAR ??? Por que para atenderem às expectativas dos usuários e à demanda da sociedade, necessitam de apoio de vários campos do conhecimento humano, sendo eles: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO GERENCIAMENTO DAS INFORMAÇÕES CARTOGRAFIA GEODÉSIA FOTOGRAMETRIA TOPOGRAFIA PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS DEMAIS CAMPOS DO CONHECIMENTO... CUSTO COMPLEXIDADE EVOLUÇÃO DAS RELAÇÕES DE CUSTO, TEMPO E COMPLEXIDADE ENTRE SOFTWARE E HARDWARE TEMPO TEMPO CARTOGRAFIA: Conjunto de operações científicas, artísticas e técnicas produzidas a partir de resultados de observações diretas ou de explorações de documentação, tendo em vista a elaboração de cartas e plantas. MAPA: Segundo a ABNT, mapa é a “representação gráfica em, geral, em superfície plana, numa determinada escala, com a Representação de acidentes físicos e culturais da superfície da Terra, de um planeta ou de um satélite”. QUAL O MAPA MAIS ANTIGO QUE SE TEM NOTÍCIA?? É o mapa de Ga-Sur, feito na Babilônia. Era um tablete de argila cozida com tamanho de 7 cm x 8 cm, datado aproximadamente de 2400 a 2200 a.C. Representava um vale, presumivelmente o do rio Eufrates, e foi concebido para resolver problemas militares CARTAS: “Representação dos aspectos naturais e artificiais da Terra, destinadas a fins práticos da atividade humana, permitindo a avaliação precisa de distâncias, direções e localizações. MAPAS TEMÁTICOS: São mapas específicos, como mapas de de solos, de rochas etc., que possuem características determinadas. O tema pode ser: Qualitativo Quantitativo MAPAS Profundidade do lençol freático, Classes de solo POLITEMÁTICOS espessura de solos etc. Mostram informações qualitativas e quantitativas sobre mapas, por exemplos, mapas de solo mostrando o resultado da produção agrícola. DEFINIÇÕES IMPORTANTES GEODÉSIA Observa e mede a forma e o tamanho do planeta Terra ou parte dele e determina a exata localização dos pontos sobre a superfície. FOTOGRAMETRIA É a ciência que produz medidas confiáveis através da Fotografia, normalmente aérea, sendo utilizadas em Mapeamentos e levantamentos. TOPOGRAFIA Fornece técnicas para determinar a área de qualquer porção da superfície terrestre, além de comprimento e direção de linhas e o contorno de superfície. SENSORIAMENTO Tecnologia que obtém medidas de objeto sem tocá-lo fisicamente e oferece um vasto arsenal de produtos REMOTO caracterizados por imagens de diferentes resoluções espaciais e espectrais. ALGUMAS APLICAÇÕES DOS SIGs Planejamento urbano Engenharia civil Governo Segurança Infra-estrutura Vigilância sanitária Detalhes da aplicação Os engenheiros civis necessitam AAenorme quantidade de infravigilância sanitária pode ser Planejadores urbanos necessitam planejar canais ede estrutura,estradas, como gás, gerenciada através do uso O departamento de água, polícia precisa deOs informações detalhadas sobre governos precisam saber barragens etelefonia, estimar oesgoto custo a eletricidade geografia em processos saber os níveis de segurança a distribuição da terra e recursos distribuição espacial dos hospitais, de remoção de terra e lixo, Necessita ser como registrada epidemiológicos, foi das cidades nas cidades das escolas, da segurança e gerenciada. utilizada na Inglaterra no século XIX. OUTRAS APLICAÇÕES DEFINIÇÕES IMPORTANTES SISTEMA É o conjunto de elementos entre os quais haja alguma relação. Um exemplo é o ônibus, pois todos os componentes atuam juntos para proporcionar um meio de transporte ágil e seguro. INFORMAÇÕES Correspondem à derivação da interpretação de dados, os quais são representações simbólicas de certas características (BENYON, 1990) SISTEMA DE INFORMAÇÕES É uma cadeia de operações que nos remete a planejar a observação e a coleção de dados, para armazená-los, analisá-los e usar as informações derivadas em algum processo de tomada de decisão (CALKINS & TOMLINSON, 1977) 1.3. Definição de SIG Ducker (1979) DOE (1979) Hanigan (1988) Ozemoy, Smith e Sicherman (1981) Smith et al.(1987) Aronoff (1989) Burrough (1981) Parker (1988) Carter (1989) Goodchild (1991) Devine e Field (1981) Cowen (1988) FICC (1988) Koshkariov, Tikunov e Trokimov (1989) Opershaw (1987) Parent (1988) Star e Estes (1990) DEFINIÇÃO COMPLETA Os SIGs necessitam usar o meio digital, portanto o uso intensivo da informática é imprescindível; deve existir uma no base de o dados Um caso especial de sistemas de informações, qual banco de Um integrada, elenco deestes funções automáticas quegeo-referenciados fornece aos profissionais, dados precisam estar e com dados consiste em informaçõeso sobre características distribuídas com avançada armazenamento, recuperação, controle de erro; capacidade, devem conter funções de análises destes dados espacialmente, atividades e eventos, osde quais definidos no manipulação e exibição dados que variem de álgebra cumulativa (operações tipo são soma, subtração, espaço como pontos, linhas ou áreas. (operações geograficamente definidos. multiplicação, divisão etc) até álgebra não cumulativa lógicas) 1.4. Inter-relações entre SIG, CADD, SGBD, SMDE e SR CADD: O CADD (Projetos de desenhos assistidos por computador) foi concebido para desenhar objetos e possui ligações rudimentares com banco de dados (NEWELL & THERIAULT, 1990). Estes sistemas possuem poucas informações sobre topologia. SGBD: O SGBD (Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados) são aplicativos otimizados para armazenar e recuperar dados não gráficos. SR: O SR (Sensoriamento Remoto) é definido como um conjunto de técnicas que tem como objetivo específico medir características físicas de um objeto sem tocá-lo. SMDE: O SMDE (Sistemas de Modelos Digital de Elevação) representam os dados espaciais de forma contínua em um espaço geográfico determinado. TODOS ESSES SISTEMAS SÃO PRECUSORES DOS SIGs E SÃO, DE CERTA FORMA, INTER-RELACIONADOS VEJA FIGURA SGBD SMDE SIG CADD SR Inter-relações entre as tecnologias SGBD, SMDE, SR, CADD e SIG Os elementos básicos de um SIG são: Os equipamentos HARDWARE Os aplicativos SOFTWARE O pessoal especializado O banco de dados PEOPLEWARE DATAWARE Obs: 70% do custo de implementação de um SIG refere-se à montagem de uma base de dados Componentes Básicos do SIG Coleção de Dados Tomada de decisão Mundo Real Fonte de Dados CICLO SIG Usuários Gerenciamento de Dados Análises Análise e Envio de dados Componentes de Informática Os componentes gerais de necessários para um SIG são: 1. Equipamentos de Entrada - Facilitar a entrada dos dados no SIG informática Componentes de Informática Os componentes gerais de necessários para um SIG são: 2. Processamento - Computadores e Microcomputadores informática Componentes de Informática Os componentes gerais de necessários para um SIG são: informática 3. Saída -Decodificam os dados em informação que pode ser entendida pelo usuário. Plotters e impressoras Módulos de Programa de Aplicação Um SIG é dividido em quatro subsistemas: 1) Entrada veja 2) Gerencia de dados 3) Análise 4) Saída veja veja veja Entrada Coletar e obtenção dados espaciais e não espaciais Montagem do banco de dados voltar Gerência de Dados Organizar a base de dados de modo a permitir sua recuperação, atualização e edição Uma dimensão Duas dimensões Sem dimensão voltar Análise Usa o potencial dos computadores para medir, comparar e descrever o conteúdo do banco de dados. Podem ser divididas em: Geração de OPERAÇÕES DISPONÍVEIS Modelagem Consulta ao novos banco FERRAMENTAS – Operadores Consultade Álgebra a–base mapa de Vizinhança distância de dados mapas -de O dados banco deas dados não • Combinar Refere-se A distância especialista mapas euclidiana perguntas cria de novas acordo e sobre informações as informações espaciais -distância Permite a combinação decombinações componentes representa Selecionam-se apenas oduas ambiente, deseleciovariáarmazenadas. com Geração uma custo equação de modelos sãodiversas matemánuméricos de terrenos nados do análise banco de dados paraEM produzir novos mas veis para éTIPO seu modelo em escala e QUE tica principais filtro digital formas DE SOLO de análise EXISTE TAL LOCAL?? mapas -A ÁREA Não Entender acrescenta-se o mundo de novas É DE QUE TIPO DEinformações LATOSSOLO ??? -ASEX: Mapa de distancia fluvial a partir de um com maneira mais simplicista ÁREAS DE LATOSSOLO ENCONTRAM-SE rede hidrográfica A MENOS DE 100 M DOS CORPOS D’ÁGUA?? voltar Saída Como dos dados são apresentados aos usuários Mostrar toda a base de dados ou parte dela em forma de tabela, gráfico ou mapas Próximo Módulos de Programa de Aplicação Interface É o principal meio de comunicação entre o usuário e o sistema Torna atividades complexas em procedimentos especializados (menu) Interface gráfica SPRING Recursos Humanos Responsável por definir projetos, implementar, usar e prestar assistências ao SIG Exige pessoas treinadas e conhecedoras das funcionalidades do sistema Garbage In, Garbage Out Entra lixo Sai lixo organizado Recursos Humanos Níveis de interação das pessoas com o sistema: Proprietários do Sistema: Usuários: Operadores: Instituição financiadora •• São Operações pessoas diárias treinadas do sistema em SIG Departamento universitário • Digitalização Colocação do sistema em funcionamento caso Empresa ou privada haja Checagem alguma pública interrupção de erros • Análise Devem acreditar potencial do SIG Realizam dos o treinamento dadosnobrutos dos usuários • Saída Geralmente final da começaram análise suas atividades como usuários Recursos Humanos Colaboradores externos ao SIG Analista de SIG: Fornecedores Desenvolvedores do sistema: de aplicação: •Fornecedores Assistência São Definição programadores dos de aoobjetivos dados: clientetreinados e do atualizações SIGcom na empresa capacidade no sistema Ajustes •de Oferecem Empresas intermediar necessários cursos públicas, com usuários preparatórios privadas para tornar e desenvolver ou ousuários sistemaaplicamais • Maior ções eficiente Competição (Macrolinguagem) fornecedor entrede fornecedores dados do Brasil: IBGE • Desenvolvem Geralmente asaplicações empresas com públicas umacolocam ou mais os fundadosnoa sistema ções disposição dos usuários Questões básicas a serem respondidas por um SIG (modificado de RHIND, 1990) LOCALIZAÇÃO O que está em...? CONDIÇÃO Onde está...? TENDÊNCIA O que mudou...? ROTA Qual o melhor caminho...? PADRÃO Qual a melhor variável...? SIMULAÇÃO Ocorrendo um evento... MODELAMENTO Se ocorrer... Objetivos suplementares de um SIG: Produzir mapas de maneira muito mais rápida Baratear o custo de produção de mapas Facilitar a utilização de mapas Produzir mapas mais elaborados Possibilitar a automação da atualização e revisão Revolucionar a análise quantitativa de dados espaciais Os principais tipos de saídas de um SIG são: TEXTOS GRÁFICOS DADOS DIGITAIS OUTROS Dados para serem transmitidos via rede Tabelas, listas, números frases em ou serem armazenados em Sons e imagens em 2,5-D Mapas, imagens no monitor resposta a meios determinadas perguntas determinados magnéticos ou óticos 1.5. Introdução aos computadores Os dados no ambiente dos computadores são codificados, manipulados e armazenados para serem usados sob duas condições, por exemplo: sim/não aberto/fechado ligado/desligado falso/verdadeiro Na terminologia dos computadores, as duas condições são representadas por notações binárias através do uso de 1 (um) e 0 (zero) Cada dígito binário é chamado de bit e a complexidade dos circuitos dos computadores é sempre descrita em termos de número de bits que pode ser transmitido simultaneamente OBS21: Um grupo deos 8 bits é chamado de byte, que é a unidade padrão de Atualmente, computadores pessoais (personal computer – PC) medida nosbits. computadores. usam 8,de 16,dados 32 e 64 Para a notação binária, os 8 bits são numerados de 0 até 7 a partir da direita, assim o número 255 e 0 são representados por 111111111 e 00000000, respectivamente. EXEMPLO PRÁTICO Qual o significado dos dígitos binários 01001011? 27 0 26 1 25 0 24 0 23 1 22 0 21 1 20 1 =7510 Ou " não 128" , " sim 64" , " não 32" , " não 16" , " sim 8" , " não 4" , " sim 2" , " sim 1" 64 8 2 1 =7510 Definições importantes Hardware: Refere-se a qualquer dispositivo físico como parte de um sistema computacional. Compõem-se essencialmente de: Unidade central de processamento - CPU Unidades de armazenamento Monitores Plotters Impressoras Scanners Exemplos As principais uniidades de armazenamento A CPU recebe as instruções e as executa são discos magnéticos e discos óticos: processando dados conforme foi Disquetes: 1,4 Mb os Clique aqui para ver por umdeprograma em Fitasestabelecido de áudio digital (DAT) 4 mm e 8 mm: Figuras 2 particular a 8 Gb e é o elemento fundamental Fitas streamers: 60 a computador. 150 Mb. de um Disco Rígido (HD): 100 Mb a 100 Gb DISCOS MICROPROCESSADOR DISPOSITIVOS DE ENTRADA Os SIGs são usualmente aceitos como sendo uma tecnologia que possui o ferramental necessário para realizar análises com dados espaciais e, portanto, oferece, ao ser implementada, alternativas para o entendimento da ocupação e utilização do meio físico, compondo o chamado universo da GEOTECNOLOGIA, ao lado do Processamento Digital de Imagens (PDI) e da Geoestatística A TECNOLOGIA SIG está para as análises geográficas, assim como o MICROSCÓPIO, o TELESCÓPIO e os COMPUTADORES estão para outras ciências (Geologia, Astronomia, Geofísica, Administração, entre outras LIXO LIXO Se os dados originais forem imprecisos, o produto final será um “lixo” organizado. A definição apropriada para dados espaciais é que são elementos definidos pelas variáveis X, Y e Z, possuem localização no espaço e estão relacionados a determinados Sistemas de Coordenadas, como, por exemplo, a projeção de Mercator, longitude-latitude, e que a eles podem estar associadas infinitas características ou atributos. Assim, a um determinado dado espacial podem estar relacionado, por exemplo, temperatura, tipo de rocha, solo, vegetação, porosidade, profundidade, ou seja, um número infinito de variáveis Planejamento Gerenciamento Territorial Engenharia Florestal Arquitetura Aquisição Estruturação e armaz. de Dados de Dados Seleção de locais para Empreendimentos Geração NÚCLEO Análise de DO SIG Ambiental informação Planejamento Militar Gerenciamento de Infra-Estrutura Análise Ambiental Gerenciamento Gerenciamento de Recursos Hídricos Geologia e Geofísica