Operações espaciais Modelação Cartográfica. Análise espacial em SIG No contexto dos SIG a...

Operações espaciaisOperações espaciaisModelação CartográficaModelação Cartográfica

Análise espacial em SIG

• No contexto dos SIG a resolução de problemas exige frequentemente o recurso a diversas operações de manipulação dos dados existentes, produzindo-se desta forma novos dados que podem voltar a ser processados até ser obtida a solução final do problema.

• Aos dados existentes no momento em que se inicia a resolução de um problema dá-se o nome de dados de entrada. Os dados de entrada podem ser de dois tipos: temas cartográficos (como cartas de temperaturas, de precipitações, de relevo, etc.) ou valores (ás vezes também designados parâmetros e que podem ser numéricos, alfanuméricos ou booleanos).

• A solução de qualquer problema é sempre um conjunto de novos dados, a estes dados dá-se o nome de dados de saída. Tal como sucede com os dados de entrada, também os dados de saída podem ser de dois tipos: temas cartográficos e/ou valores.

• Os dados produzidos durante o processamento e que não são considerados nem de entrada nem de saída, designam-se dados intermédios (podendo também ser temas cartográficos ou valores).

Operações espaciais

• Nos SIG é possível recorrer a numerosas e diversas operações de processamento de dados, não existindo uma forma única de as classificar e definir.

• No entanto, é consensual a sua classificação em dois grandes grupos: operações não espaciais e operações espaciais. – Considera-se uma operação não espacial toda a operação que envolve

apenas dados convencionais, geralmente designados atributos (por exemplo, o cálculo da soma de todos os valores de um dado atributo).

– Considera-se uma operação espacial toda a operação que envolve características geográficas, isto é dados relativos a localizações na superfície terrestre (por exemplo, a determinação do centróide de um polígono ou o cálculo da distância entre dois pontos); uma operação espacial pode também envolver dados convencionais.

Processo

• O conjunto de operações que permite resolver um problema, isto é obter os dados de saída a partir de um conjunto de dados de entrada, pode denominar-se um processo.

• Geralmente, as operações que constituem um processo têm que ser executadas por uma determinada sequência. A ordem pela qual devem ser executadas as operações constitui a sequência do processo.

• Algumas operações só fazem sentido ser executadas após a execução de outras porque têm que ser executadas sobre dados intermédios, isto é sobre dados que não existiam inicialmente e que já resultam da execução de outra ou outras operações.

• A alteração da ordem de execução das operações pode produzir resultados diferentes, não sendo portanto arbitrária a ordem pela qual essas operações devem ser executadas. Assim, um processo só se encontra completamente definido quando se conhece a sua sequência.

• Nem todas as operações efectuadas sobre 2 ou mais conjuntos de dados são comutativas. Assim, a definição completa de um processo exige ainda que para algumas operações seja estabelecida a prioridade no processo de cada um dos conjuntos de dados envolvidos.

Documentação do processo

• O processo utilizado na resolução de um dado problema deve ser descrito de uma forma pormenorizada e completa por diversos motivos: – porque a descrição do processo utilizado permite uma melhor

compreensão e interpretação da solução encontrada – porque pode vir a ser necessário repetir esse processo sobre novos

conjuntos de dados e a reutilização de um processo que já foi anteriormente criado, testado e aperfeiçoado é geralmente mais eficaz do que conceber uma nova solução

• a reutilização de um processo é sempre mais fácil do que a concepção de um novo processo, podendo assim ser executada por pessoas com menos formação e experiência na área dos SIG.

Fase de concepção do processo• Existindo vários processos que permitem atingir uma mesma solução para um

dado problema, a escolha do melhor processo é um aspecto importante pois contribui para o aumento da eficácia dos SIG.

• Quando se comparam dois processos que produzem um mesmo resultado, considera-se o melhor processo aquele que é mais rápido e que envolve menos custos. – A quantificação destes dois valores (tempo e custo) nem sempre é simples e

objectiva; – quando ainda é necessário decidir se deve ser privilegiado o tempo ou o custo (nem

sempre a solução com menos custo é a mais rápida) o problema de decidir qual é o melhor processo é ainda mais difícil.

• Apesar destas condicionantes, é um bom princípio iniciar a resolução de um problema pela concepção do processo a utilizar e só depois executar esse processo. – Na fase de concepção é frequentemente possível comparar e escolher a melhor de

várias alternativas sem perder tempo executando operações no SIG que mais tarde se verifica serem desnecessárias ou poderem ser subsituídas por outras mais eficazes.

– Durante a execução do processo é ainda admissível (e mesmo provável) que sejam introduzidas algumas alterações que o melhorem.

Modelo cartográfico

• A descrição de um processo, quer com o objectivo de o documentar quer com o objectivo de o conceber, pode ser feita recorrendo apenas à linguagem natural.

• No entanto, existem já algumas linguagens diagramáticas que permitem expressar a maior parte da descrição dos processos de uma forma mais sucinta e menos ambígua.

• Os pormenores do processo que não é possível representar no diagrama devem ser sempre descritos em linguagem natural e acompanhar o diagrama.

• A notação que vai aqui ser utilizada é uma das várias a que é possível recorrer para criar diagramas de descrição de processos. Dado que a maioria dos dados utilizados nestes processos são temas cartográficos, estes diagramas são usualmente designados modelos cartográficos.

Notação• Tema cartográfico – conjunto de dados (de entrada, de saída ou intermédios)

Exemplos:

• Nota:Para representar num modelo uma tabela de dadosconvencional (isto é, sem atributos geográficos)pode utilizar-se uma simbologia semelhante masomitindo o símbolo relativo ao tipo de entidade geográfica:

tema

[…]

# tema raster tema vectorial de pontos tema vectorial de linhas tema vectorial de polígonos tema TIN

domínio se o tema é rasterouatributo(s) se o tema é vectorial

altitude

[0 ; 9999]

#sedeConc

[nome]

rio

[nome]

[comp]

relevo

conc

[nome]

[área]

nome

[atrib1][atrib2]

Notação

• Operação e linhas conectoras– Uma operação está sempre ligada por linhas conectoras aos conjuntos de

dados de entrada e de saída dessa operação; • relativamente ao processo que o diagrama representa estes dados podem ser

apenas dados intermédios ou de entrada ou de saída. – A direcção das linhas conectoras indica quais os dados de entrada e de

saída da operação. – Mesmo que um tema cartográfico seja utilizado em mais do que uma

operação, a representação desse tema no diagrama do processo não deve ser repetida.

temaEntrada1

[…]

operação

temaEntrada2

[…]

temaSaída

[…]

indica que estes dados têm prioridade no processo; o significado da prioridade de um conjunto de dados depende da operação que é utilizada

Notação

• Informação complementar• A descrição completa de algumas operações necessita de informação

complementar (parâmetros, condições, ...).

Operações espaciais

• Não existe por enquanto nenhuma teoria ou mesmo regra que seja generalizadamente adoptada para distinguir operações espaciais básicas, isto é, operações elementares (porque não podem ser descritas a partir de sequências de outras operações) e a partir das quais todas as outras operações podem ser definidas.

• É no entanto possível utilizar alguns critérios gerais para sistematizar as operações espaciais que mais frequentemente são utilizadas.

• As operações espaciais podem ser classificadas em 3 grandes grupos:– operações para entrada de dados, – operações para manipulação dos dados, – operações para saída de resultados.

Observações• Presentemente, cada aplicação informática para suporte de SIG possui a sua

forma própria de definir e agrupar as diversas operações espaciais que disponibiliza aos utilizadores.

• A criação de modelos cartográficos baseados nas operações próprias de uma determinada aplicação é possível mas pouco recomendável.

– A compreensão destes modelos fica restringida apenas aos conhecedores dessa aplicação.

– As operações disponibilizadas pelas aplicações podem mudar de nome ou de definição de umas versões para outras,

• ficando assim os modelos dependentes não apenas de uma aplicação mas ainda da versão dessa aplicação a que as operações se referem.

– A lógica subjacente à definição das operações de uma versão de uma dada aplicação e à forma como elas se encontram agrupadas (em comandos ou menus) nem sempre é a mais fácil de compreender.

• É mais vantajoso descrever um processo recorrendo a operações espaciais genéricas

– quando se considerar necessário, para uma mais detalhada documentação do processo, descrever as operações espaciais mais complexas recorrendo às operações espaciais da aplicação utilizada na implementação do processo

• não esquecendo, neste caso, de referir qual a aplicação que é utilizada e a respectiva versão.

Operações para entrada de dados

Operações que permitem a criação de um mapa a partir de dados provenientes de fontes externas ao SIG (analógicas ou digitais).– Compilação de dados

• codificação de dados geográficos de uma forma conveniente para o sistema; • incluem a digitalização, scanning, registo de atributos, etiquetagem de objectos,

codificação de documentos recolhidos em trabalho de campo, construção de topologias e acertos entre folhas de mapas

– Georreferenciação de dados• desde a referenciação espacial de conjuntos de dados (por exemplo, provenientes de

scanning, digitalização ou detecção remota) até à conversão de coordenadas entre diferentes sistemas de referência espacial

– Restruturação dos dados• modificação da estrutura de dados importados de modo a poderem ser suportados pelo

sistema; • estas operações podem ir da simples reformatação dos dados, passando pela conversão

entre variantes de um mesmo tipo de estrutura de dados, até à conversão entre diferentes estruturas de dados (por exemplo, entre raster e vectorial)

– Edição• para detectar e resolver inconsistências não espaciais, espaciais ou topológicas

Operações para manipulação dos dados

• Selecção – utilizam condições sobre características não‑espaciais e espaciais e operações da lógica booleana para definir um subconjunto dos dados de entrada– sobre atributos utilizam condições envolvendo os valores de atributos

não-espaciais– sobre características espaciais utilizam condições envolvendo relações

espaciais baseadas nos conceitos de contiguidade (A é adjacente a B), conectividade (existe um caminho de A para B, ...) e inclusão (A contém B – A tem prioridade no processo)

• Descrição – cálculo de índices relacionados com as propriedades geométricas dos objectos– sobre a dimensão – medida de linhas, curvas, perímetros, caminho mais

curto, áreas de polígonos planos ou não, volumes– sobre ângulos – azimute, orientação e posição– sobre a forma – medidas numéricas de convexidade de polígonos, de

dimensão fractal, etc.


• Transformação – o conjunto de dados geográficos de saída contém os mesmos objectos espaciais existentes no(s) conjunto(s) de dados geográficos de entrada; quando a operação é efectuada sobre mais do que uma camada de entrada apenas é aplicável quando estas camadas contêm exactamente os mesmos objectos espaciais.

– geométricas – transformação de características espaciais• projecções – utilizadas para possibilitar a representação da superfície da Terra numa

superfície plana• lineares – definidas por funções de transformação geométricas lineares; por exemplo,

alteração da escala, rotação ou translação• não-lineares – definidas pelos utilizadores para ajuste de pontos com coordenadas

geográficas conhecidas (também designadas stretching)– aritméticas e de categoria – transformação dos valores de um atributo

• por operações aritméticas – aplicação de uma constante através de uma operação elementar ou de uma função trigonométrica, logarítmica ou outra

• por definição de categorias – modificação do domínio de valores de um atributo– classificação – conversão de atributos quantitativos contínuos em discretos ou nominais

(utilizadas, por exemplo, na classificação de dados obtidos por detecção remota)– reclassificação – conversão de categorias nominais noutras do mesmo tipo ou de tipo numérico


• Transformação (cont.)– sobreposição matricial (overlay) – o valor de cada célula é calculado a

partir dos valores das células correspondentes dos dados de entrada• por operações aritméticas e/ou funções matemáticas – o domínio dos

valores dos dados de entrada é numérico• por operações booleanas – o domínio dos valores dos dados de entrada é

booleano– junção (join) – os objectos do conjunto de saída adquirem os atributos

existentes numa tabela de dados; esta operação exige que esta tabela de dados tenha um atributo que seja chave primária e que os valores desta chave ocorram num dos atributos (como chave estrangeira) do conjunto de dados geográficos de entrada; os valores dos novos atributos do conjunto de saída são aqueles que na tabela correspondem ao valor do atributo comum; quando um valor ocorre na chave estrangeira mas não na chave primária da tabela, os valores dos novos atributos é null


• Derivação – o conjunto de dados de saída poder conter novos objectos espaciais criados a partir de um ou mais conjuntos de dados de entrada (pressupõe-se que os objectos de cada um dos conjuntos de entrada não se sobrepõem e são elementares: ponto, linha ou polígono)– generalização – simplificam objectos capturando apenas as suas

características espaciais mais salientes• simplificação de linhas – redução do número de pontos utilizado na sua

definição• atenuação de linhas – alteração de ângulos mediante recurso a funções de

Bezier, splines ou outras• generalizações complexas – podem incluir mudança do tipo do objecto (por

exemplo, polígonos podem ser reduzidos a centróides) e da sua forma (por exemplo, polígonos podem ser reduzidos a esqueletos ou a rectângulos), agregações de polígonos, etc.

– geração de buffers – criam polígonos cujos pontos se encontram a uma distância de outros objectos (pontos, linhas ou polígonos) inferior ou igual a um dado valor; assim, os buffers de pontos são círculos


• Derivação (cont.)– sobreposição topológica (overlay) – os novos objectos espaciais resultam

da intersecção de todos os objectos espaciais existentes nos conjuntos de entrada

A

3

2

1

B

32

1

A sobreposição B

1371

10

8

2 34

5

6 9

1112


• Derivação (cont.)– sobreposição topológica (overlay)

• recorte (clip)– aplica-se a dois conjuntos de dados: um conjunto A que é recortado (de tipo ponto,

linha ou polígono) e um conjunto B de recorte (obrigatoriamente de polígonos); – o conjunto de saída inclui apenas os objectos espaciais que estão contidos em

objectos de A e no(s) polígono(s) de B; – esta operação não é comutativa e convenciona-se que o conjunto A é aquele que

tem prioridade no processo; – os atributos do conjunto de saída são os mesmos de A; – os valores dos atributos de cada objecto do conjunto de saída são os mesmos do

objecto de A em que está contido

A sobreposição B

1371

10

82 3

4

5

6

91112

B recorta A

1 2 3

A recorta B

1 2 3



• corte (erase)– aplica-se a dois conjuntos de dados: um conjunto A que é cortado (de tipo ponto,

linha ou polígono) e um conjunto B de corte (obrigatoriamente de polígonos); – o conjunto de saída inclui apenas os objectos espaciais que estão contidos em

objectos de A e que não estão contidos no(s) polígono(s) de B; – esta operação não é comutativa e convenciona-se que o conjunto A é aquele que

tem prioridade no processo; – os atributos do conjunto de saída são os mesmos de A; – os valores dos atributos de cada objecto do conjunto de saída são os mesmos do

objecto de A em que está contido

A sobreposição B

1371

10

82 3

4

5

6

91112

A é cortado por B

1 2 3

4 5 6

B é cortado por A

12



• união– aplica-se a dois conjuntos de dados: um conjunto A e um conjunto B; – o conjunto de saída inclui todos os objectos espaciais que estão contidos nos

objectos de A ou de B; – os atributos do conjunto de saída são os de A e de B; – os valores dos atributos de cada objecto do conjunto de saída são os mesmos dos

objectos de A e de B em que está contido, sendo null o valor dos atributos de A (ou de B) quando o objecto não está contido em nenhum objecto de A (ou de B)

A união com B

1371

10

82 3

4

5

6

91112

A sobreposição B

1371

10

82 3

4

5

6

91112



• intersecção– aplica-se a dois conjuntos de dados: um conjunto A e um conjunto B; – o conjunto de saída inclui apenas os objectos espaciais que estão contidos nos

objectos de A e de B; – os atributos do conjunto de saída são os de A e de B; – os valores dos atributos de cada objecto do conjunto de saída são os mesmos dos

objectos de A e de B em que está contido

A intersecta B

1 2 3 4 5

A sobreposição B

1371

10

82 3

4

5

6

91112


• Derivação (cont.)– dissolução (dissolve) – obtêm-se novos objectos espaciais por remoção

das fronteiras adjacentes dos objectos que têm o mesmo valor de um dado atributo

• aplica-se a um conjunto de dados; • o atributo do conjunto de saída é apenas aquele que foi utilizado na operação

de dissolução; • o valor do atributo de cada objecto do conjunto de saída é o mesmo do objecto

do conjunto de entrada que está contido.

1

23

4

5

6 7

8

9

12

3

id atrib1 atrib2 1 A z 2 B z 3 A y 4 A z 5 B x 6 A y 7 B z 8 A y 9 B z

dissolução

atrib1

id atrib1 1 A 2 B 3 A


• Operações 2.5D– derivação

• interpolação– cálculo de altitudes

• filtragem– acentuar ou atenuar as formas

• determinação do declive de vertentes, • determinação da orientação de vertentes, • determinação de redes de drenagem• determinação de superfícies visíveis ou iluminadas

– manipulação de imagens• rotação• alteração do ponto de visão

Operações para saída de resultados

• Desenho gráfico– para construção de símbolos, uso de cores, padrões e anotações de modo a

facilitar a composição de mapas e respectivas legendas• Visualização

– para representar a informação geográfica graficamente em periféricos (terminais gráficos, impressoras, etc.)

• Restruturação– permitem a exportação de dados para outros sistemas

• Resumo da informação– sob a forma de índices (descritivos, de inferência estatística, da estatística

multi-variada, ou outros) de modo a serem apresentados em relatórios

Operações espaciais Modelação Cartográfica. Análise espacial em SIG No contexto dos SIG a...

Documents

Transcript of Operações espaciais Modelação Cartográfica. Análise espacial em SIG No contexto dos SIG a...