Sistemas de informação Introdução aos SIG · Sistemas de informação ... • Estrutura de...
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Introdução aos SIG
1. Conceitos relativos a sistemas de informação
2. Modelação geográfica i. Natureza da entidade
ii. Modo de observação
iii. Classificação funcional
3. SIG i. História do desenvolvimento dos SIG
ii. SIG/CIG – Domínios de aplicação
4. Modelos de dados i. Características mais comuns
Sistemas de informação
• Universo de Discurso (UoD) - É o fragmento do mundo real sobre o qual incide a tarefa de modelação e sobre o qual se foca a construção do sistema. A identificação do UoD pressupõe a identificação da fronteira do sistema e das entidades do mundo real (EMR).
• Estrutura de Conceitos - Conjunto de abstracções básicas que permitem identificar e caracterizar as EMR.
• Modelo - Interpretação de um dado UoD segundo uma determinada estrutura de conceitos.
• Linguagem de Modelação - É a estruturação e especificação da estrutura de conceitos segundo uma ou mais linguagens. Ex: UML
• Esquema - é a especificação de um modelo usando uma determinada linguagem, a qual pode ser formal ou informal (ex. linguagem natural); textual, gráfica, etc. Quando a representação do esquema é gráfica designa-se usualmente por diagrama.
Mundo Real
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
fenómeno é tudo o que é
objecto de experiência
possível, isto é, tudo o que
aparece no tempo ou no
espaço (Kant)
Mundo Real (ou hipotético...)
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
Casa Casa
Casa
Casa
Sinal
Rua
UoD
Vista do mundo real ou hipotético
que inclui os aspectos de interesse
parte da realidade que
nos interessa
Zona
Comercial
Mundo Real
UoD
Domínio do Problema
Zona
Habitacional
Limite de Freguesia
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
A forma como se discorre sobre o
UoD depende do domínio do
problema, isto é, da forma como
um dado cliente ou utilizador
descreve aquilo que pretende de
um sistema.
Mundo Real
UoD
Domínio do Problema
Zona
Habitacional
Domínio da Solução
Um determinado problema pode
ser resolvido de várias formas:
não existe uma forma única de
modelar um sistema.
O domínio da solução é apenas
um de entre os possíveis.
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Mundo Real
UoD
Domínio do Problema
Zona
Habitacional
Domínio da Solução
Uma determinada solução pode ser
implementada em plataformas diferentes
(e.g. diferentes SIG comerciais).
O domínio da realização é condicionado
pelas estruturas de dados e as operações
suportadas por cada tipo de plataforma.
Domínio da
Realização
Informação geográfica
Informação Geográfica - Todo e qualquer tipo de informação
georreferenciada, ou seja, associada a uma localização sobre a
Terra através de um sistema de referenciação espacial. A
referenciação espacial, ou georreferenciação, pode ser feita
através de um sistema de coordenadas (referenciação directa)
ou através de um endereço geográfico (referenciação indirecta
ou por geocódigo).
Na maioria das análises, a informação com natureza geográfica
(ortofotos, altimetria, ocupação e uso do solo, censos, etc.) tem
de ser integrada com outro tipo de informação que pode não
ser espacialmente desagregada (projecções económicas,
demográficas, cenários de crescimento, etc.) ou, ainda, não
estar espacialmente materializada (regulamentação sobre
domínio hídrico, sobre servidões e condicionantes de utilidade
pública).
Informação geográfica
Dados Geográficos - Forma de estruturação e "empacotamento"
da informação geográfica, de acordo com um determinado
modelo de dados geográfico.
Conjunto de Dados Geográficos (CDG) - Colecção de dados
geográficos, tipicamente realizada em função de uma lógica
temática ou de um propósito de transferência de dados. Deve
distinguir-se entre o modelo de dados geográfico que presidiu à
estruturação dos dados, e o formato de dados: o primeiro é um
esquema conceptual, abstracto (ex.: vector, rede, grafo
topológico, matriz, relação); o segundo é uma especificação,
tipicamente comercial, para o armazenamento dos dados num
determinado software SIG ou para transferência de dados entre
programas diferentes (ex.: DXF, VPF, STDS).
Modelação da informação
geográfica
A modelação geográfica tem um domínio de aplicação obviamente
muito vasto; há componentes dessa modelação que são
próprias de cada aplicação específica e há aspectos que são
genéricos a qualquer modelação geográfica.
A evolução tecnológica teve consequências no modo de pensar a
modelação geográfica, não veio simplesmente permitir que se
fizesse o mesmo com mais facilidade.
A utilização competente de informação geográfica requer o
entendimento das características geográficas do problema
em causa e uma visão abrangente e sólida das formas de
abordagem geográfica
Natureza da entidade
• ATÓMICO OU “PLENUM” Dicotomia referente à partição do
universo em entidades atómicas (compatível com fronteiras
definidas e estrutura vectorial) ou num “plenum” (compatível com
a não utilização de fronteiras e estrutura matricial). A subdivisão
de uma casa não é uma casa mas a subdivisão de uma porção de
mar continua a ser mar.
• HOMOGÉNEO OU HETEROGÉNEO Característica associada
a entidades extensivas compostas por outras com fronteiras bem
definidas. Um bosque é composto por árvores, uma árvore tem
fronteira bem definida mas não é um pequeno bosque (uma
analogia semelhante pode ser construída para uma casa e uma
cidade).
Natureza da entidade
• DESCONTÍNUO OU CONTÍNUO –
Característica associada à conti-
nuidade na transição de uma entidade
para outra. A um edifício pode ser
associada uma transição abrupta
entre ser ou não edifício enquanto
uma descrição de distribuição de
pluviosidade terá uma transição
contínua.
• CONTÍGUO OU DISPERSO –
Característica referente ao facto de
uma entidade poder não ter unicidade
espacial. Um exemplo é o de povoação
comportando-se como uma entidade e
podendo no entanto estar dispersa.
3
Natureza da entidade
• BIDIMENSIONAL OU TRIDIMENSIONAL – Em geral a
representação bidimensional é satisfatória porque a altitude é
negligenciável relativamente às dimensões horizontais e também
porque os objectos em geral estão contidos na representação da
sua base. Para fenómenos geológicos ou atmosféricos em que o
desenvolvimento tridimensional é significativo as representações
bidimensionais com fronteiras definidas poderão ser impossíveis.
• ACTUAL OU NÃO-ACTUAL – A representação de uma entidade
está necessariamente associada a um período no tempo.
Poderão ser representadas entidades que já existiram ou que se
prevê virem a existir numa época posterior à representação.
Natureza da entidade
• PERMANENTE OU VARIÁVEL – Característica associada à
variabilidade das fronteiras de uma entidade, podendo
inclusivamente essa variabilidade alternar entre a existência e a
não existência da entidade. Como exemplo pode citar-se a
delimitação de zona de cultivo afectada por uma doença.
• FIXA OU MÓVEL – Esta característica é de algum modo
semelhante à anterior, associando-se mais à classificação de
entidades naturalmente em movimento (uma manada, um
conjunto de veículos, …).
Natureza da entidade
• CONVENCIONAL OU AUTO-DEFINÍVEL – Característica
associada a entidades cuja delimitação não está naturalmente
associada a objectos físicos cuja fronteira é identificável.
Exemplos típicos ocorrem nas classificações sócio-económicas.
• SÓLIDO OU FLUIDO – Característica referente às características
físicas do objecto que afectam a sua descrição geográfica; um
fluído, seja a atmosfera, um rio ou um oceano não tem fronteira
definida enquanto um objecto sólido a terá.
Imagem LANDSAT 89
Imagem LANDSAT 99
Variação no tempo
Natureza da entidade
Desenho de margens
Subjectividade ou impossibilidade de definição rigorosa
Natureza da entidade Modo de observação
• “ESCALA” A escala de observação, como sinónimo de nível de
generalização, é uma das principais responsáveis não só pelo
tipo de objectos como pelas suas fronteiras.
•«No que concerne à descrição do pormenor e dos objectos a representar,
constata-se que o uso e a habituação ao modo tradicional de operar com
cartografia [impressa] preservam na [informação geográfica] digital alguma da
antiga sistematização. Utiliza-se actualmente o conceito de escala como
referência a um nível de pormenor, sendo este estabelecido por analogia à
cartografia impressa similar e não pelo pormenor necessário para que um dado
modelo se adeqúe a uma dada finalidade. A continuidade da utilização do
conceito de carta topográfica como base de propósito genérico, limitada a um
leque restrito de escalas convencionais, é responsável por alguns equívocos
quando transposto para fora do seu domínio legítimo, o da cartografia
impressa.» [Matos, 1998, pp. 4-5]
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Modo de observação
• RESOLUÇÃO A resolução identifica a menor dimensão a considerar; sublinhe-se que quanto maior a resolução mais complexas e difusas serão as fronteiras.
• PERSPECTIVA A caracterização geométrica do modo de observação; as fronteiras bidimensionais são indissociáveis do modo como o objecto é projectado, sendo as projecções cartográficas geradoras de infinitas possibilidades de fronteira bidimensional.
Modo de observação
• TEMPO A representação de uma entidade está associada a
uma época, para a qual é definida uma delimitação que poderá
sofrer alterações no tempo.
• ERRO Erro com que se determina a delimitação de uma
entidade.
• TEORIA Os objectos são definidos à luz de uma ontologia,
podendo ser resultado de construções teóricas.
Simulação da determinação da posição de um ponto
através de uma amostra de 1000 medições.
Ainda que se utilize sempre a mesma metodologia, a determinação duma posição no
espaço (ponto vermelho na figura) originará forçosamente valores distintos a cada
medição. Esta variação só não é detectada pelos utilizadores se a precisão do
instrumento de medida for muito baixa. Caso não haja enviesamento na medida,
obteremos uma nuvem de pontos (a cinzento na figura), que, de acordo com a teoria
do erro, seguirá uma distribuição normal.
Modo de observ. Classificação
funcional Duas formas de representação abstracta de
vias. À esquerda, rede de eixos médios; à
direita, linha correspondente aos lancis dos
passeios.
Representação do percurso viário mais
curto entre dois pontos em Lisboa
(http://geo.sapo.pt).
Os requisitos da IG são definidos em função das operações que o sistema deve
suportar.Os objectivos condicionarão a selecção dos objectos geográficos a
incorporar no sistema, determinarão o nível de detalhe geométrico, o levantamento
dos atributos necessários, e a selecção do modelo geográfico a utilizar.
No exemplo, as linhas a vermelho serão adequadas para representação cartográfica de
ruas a escalas grandes, e têm maior detalhe geométrico do que a representação a azul.
Contudo, não permitem a realização de análises de rede.
Se o objectivo envolver determinar caminhos óptimos, análise de acessibilidades
rodoviárias, etc., é mais eficiente optar por uma representação de vias geometricamente
mais abstracta e fazer um levantamento dos eixos médios.
Classificação funcional
• INFORMAÇÃO DE CONTEXTO - Utilizada com fim descritivo
• INFORMAÇÃO ESTRUTURANTE - Garante a coerência espacial de todos os outros temas
• INFORMAÇÃO DE INVENTÁRIO - Compreende as entidades
que deverão ser representadas exaustivamente
• INFORMAÇÃO DE SUPORTE - É objecto de opção e condiciona os resultados
• INFORMAÇÃO DERIVADA - Provém de operações de análise
Os elementos gráficos do tema deverão ser
sempre utilizados para construção de fronteiras
noutros temas ?
O tema deverá incluir todas as entidades
(sem omissão) ?
O tema será utilizado para operações de análise
(automáticas ou não) e é objecto de opções de
construção que afectarão os resultados ?
O tema resulta de operações de análise
(automáticas ou não) ?
Os elementos gráficos não serão utilizados
para a construção de outro tema ?
NÃO
ESTRUTURANTE
NÃO
NÃO
NÃO
INVENTÁRIO
SUPORTE
DERIVADA
CONTEXTO
SIM
SIM
SIM
SIM
SIM
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EXEMPLO DE INFORMAÇÃO DE CONTEXTO EXEMPLO DE INFORMAÇÃO DE INVENTÁRIO
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e
4a
4d
1a
3b
1
3a 2b
2a
INVENTÁRIO x SUPORTE
SEM INFORMAÇÃO
ESTRUTURANTE
50 0 50 100 Meters
COM INFORMAÇÃO
ESTRUTURANTE
SIG
Um sistema de informação aplicado à
modelação geográfica de fenómenos
História do desenvolvimento dos
SIG
IAS Computer, 1951-52
Alguns dos primeiros computadores:
Colossus, 1943-45
6
1967
Dual Independent Map
Encoding (DIME)
US Bureau of Census
“address matching”
Experimental Cartography
Unit (ECU)
Royal College of Art
Londres
1966
Synagraphic Mapping System
(SYMAP)
1965
The Harvard Lab for Computer
Graphics and Spatial Analysis
Urban and Regional Information
Systems Association Canada Geographic
Information System (CGIS)
1963
1959 MIMO
(Waldo Tobler)
SGBD
hierárquico - IMS
1968
Primórdios do AM/FM
PSCo - CINS
1ºScanner Cartográfico
SYMAP
1974
1ª conferência
AUTOCARTO
1973
Maryland Automatic
Geographic Information
(MAGI)
Geographical Information
Retrieval and Analysis
System (GIRAS)
1972
Lançado o satélite
LANDSAT
(ERTS-1)
1969
M&S Computing Inc.
(hoje )
Environmental Systems
Research Institue (ESRI)
início do SQL
(norma em 1986)
Impressora de agulhas
ARPANET Base de Dados Relacional
Minnesota Land Management
Information System
(MLMIS)
1976
1979
ODISSEY GIS
Harvard Lab 1981
1983
Digital Map
Company
1985
Global Positioning System
(GPS) operacional (in. 1978)
Geographic Resources
Analysis Support System
(GRASS)
1975 Impressora laser
Internet Autodesk
VISICalc
“640 kB serão
suficientes
para qualquer um”
Bill Gates
Tandy - Radio Shack TRS-80, 1977
4 kBytes
IBM PC 5150, 1981-1987
Memória: 16 a 640 kBytes
7
1987
Publicado o 1º número do
International Journal of
Geographic Information
Systems
Clark University
1986
Lançado o 1º satélite
SPOT
1988
National Centre for
Geographic Information and
Analysis
Topolocically Integrated
Encoding and Referencing
(TIGER) do USCB
SCE adquirem sistema de
cartografia digital
Fundada a Association of
Geographic Information
Modular GIS Environment
(MGE) -Intergraph
1989
1991
1996 Arc/Info para Windows NT
1990
1995
Mestrado em SIG
1º ESIG
1994 PROSIG
Laser Scanning ( ? )
LANDSAT TM 7
GEODatabase
1997
1999
2000
MAPQUEST
adquirida pela AOL
MAPQUEST
fornece 130 milhões
de mapas
Ikonos
1998
>20 empresas de
serviços SIG em Portugal
TC211
ESPECIALIZAÇÃO NA OE
CT134
8
2003
2006
2007
INSPIRE
2005
2004
2002
2001
Fusão do CNIG no IGP
SRTM
CAOP
ESA GlobCover
Earth View (Keyhole,
Inc.)
2008
2009
OpenSource GIS
Domínios de Aplicação Paisagismo
Recursos naturais
Ordenamento Ambiente
Infra-estruturas
Censos
Cartografia
Cadastro Predial
CIÊNCIA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA
Transportes
Navegação
Investigação Operacional
Sistemas de Informação
Modelação Estatística
Sensores
Posicionamento
Domínios Científicos e Tecnológicos
Modelos de dados
• Vectorial
• Matricial
• Orientado a objectos
• Difuso
• Temporal
• 3D
9
Modelo vectorial relacional
ID
ID
INFORMAÇÃO ESPACIAL
TABELA DE ATRIBUTOS
OUTRAS TABELAS
(topológico ou não topológico)
Modelo vectorial relacional
MODELO RELACIONAL ESTENDIDO
Modelo matricial Modelo orientado a objectos
SIT
-(E
DIN
FO
R)
Modelo difuso Modelo temporal
MANCHAS DE MONTADO (SOBREIRO E AZINHEIRA)
DENSIDADE – 1943 -1985
EXTENSÃO – 1943 -1985
10
Modelo 3D Características mais comuns
LIGAÇÃO OBJECTO-REGISTO
Características mais comuns
CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DE CARTOGRAMAS
(ALTERAÇÃO DA SIMBOLOGIA)
Características mais comuns
CAPACIDADE DE INTERROGAÇÃO
Características mais comuns
ANÁLISE ESPACIAL
Questões
• Qual o impacto da massificação de SIG, por exemplo com o Google Earth, no desenvolvimento histórico de SIG ?
• Porque razão começa a haver uma utilização efectiva na segunda metade da década de 90 ?
• O que antevê como evolução futura para os sistemas de informação geográfica ?
• Porque razão o termo SIG é parcialmente substituído por Ciência de Informação Geográfica e por Tecnologias de Informação Geográfica ?
http://www.gisdevelopment.net/history/links/index.htm
http://snig.igeo.pt/