Fundamentos de Fundamentos de GeoprocessamentoGeoprocessamento
INPE - Divisão de Processamento de INPE - Divisão de Processamento de ImagensImagens
Banco de Dados Banco de Dados
GeográficosGeográficos
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 22
11aa geração de SIG: CAD geração de SIG: CAD cartográficocartográfico
• 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 33
22aa geração de SIG: BD geográfico 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 44
Requisitos para SGBDGRequisitos para SGBDG
• Definição de esquema conceitual
• Identidade de objetos
• Acesso aos dados
• Gerência de transações
• Modelagem de processos
• Arquitetura multi-nível
• Extensibilidade
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 55
Banco de dados de grande porteBanco de dados de grande porte
Metodologia consistente
Identidade de objetos
Suporte a múltiplas escalase projeções
“Browsing”
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Definição de esquema conceitualDefinição de esquema conceitual
• Relações de especialização e agregação
Hospital
HospitalINSS
Hospitalprivado
Rede elétrica
Poste Sub-estação
is-a part-of
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 77
Metodologia consistenteMetodologia consistente
• Definição única dos atributos
R-I R-II R-III
R-IV R-V
Solo Ph Visual
6.5
8.5
Cambissolo
vermelho
verde
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 88
Identidade de objetosIdentidade de objetos
• Mapas: recortes arbitrários do espaço
• Objetos: identidade única– rio Amarelo
– rio Yang-tsé
– rio Azul
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 99
Acesso aos dados: “browsing”Acesso aos dados: “browsing”
• Seleção baseada em apontamento
• Propriedades– visão geral
– seleção de região
• Desafios– rapidez de resposta
– interatividade
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1010
Acesso aos dados: consultas Acesso aos dados: consultas espaciaisespaciais
• 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1111
Acesso aos dados: consultas Acesso aos dados: consultas espaciaisespaciais
• Controle de apresentação– combinação de resultados de consulta
– controle dos objetos apresentados
– apresentação do contexto espacial
Vizinhos do Equador
sem contexto com contexto
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1212
Otimização da consulta espacialOtimização 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1313
Gerência de transaçõesGerência de transações
• Transação– longa: associada a uma sessão
– particionada: atualização contínua
• “Check out”– controle de acesso para extração de
região
• “Check in”– substituição de área extraída ou
geração de nova versão
[transação]
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1414
Bancos de dados multi-nívelBancos de dados multi-nível
• Ambiente distribuído
• Hierarquia de servidores de dados
Estação local(1~10 Gb)
Servidor (10~50 Gb)
“Back-end”(50Gb~1Tb)
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1515
Arquitetura DualArquitetura Dual
• Atributos convencionais– SGBD convencional
• Imagens e gráficos– sistema de arquivos
• Vantagem– uso de SGBD de mercado
• Problemas– otimização de consultas– integridade
SGBD relacional
França
arquivos
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1616
Arquitetura DualArquitetura Dual
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1717
Arquitetura DualArquitetura Dual
• Vantagens– acesso externo aos atributos (SQL)
– conexão a dados existentes
– ferramentas (gerador de formulários)
• Problemas– controle dos objetos espaciais
– esquema mono-usuário
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1818
Ligação SIG - banco de dadosLigação SIG - banco de dados
id label área
22 Caraíbas 3000
Fazendas
numcad
2345
SELECT idFROM fazendasWHERE area > 2500
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1919
Ligação SIG - banco de dadosLigação SIG - banco de dados
id label área
22 Caraíbas 3000
numcad ITR Produção
2345 5000 4000
Fazendas
Cadastro
numcad
2345
SELECT idFROM fazendas, cadastroWHERE fazendas.numcad =
cadastro.numcadAND ITR > 4500
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2020
Ambientes distribuídosAmbientes distribuídos
• Componentes– clientes– servidores
• ITESP– sede– regionais
clientes
ambiente corporativo
anúncio
serviços
comunic.
servidores
servidores
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2121
Ambientes distribuídosAmbientes 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2222
33aa geração de SIG: BD espacial 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2323
Evolução da geotecnologiaEvolução 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.
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2424
Evolução da geotecnologiaEvolução da geotecnologia
SIG Individual
BD Geográfico Institucional
Centro de Dados Global
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2525
Evolução da geotecnologiaEvolução da geotecnologia
ServidorWWWGeograf.
Navegador+plug-ins
GeraçãoDados
Exemplo: www.dpi.inpe.br/proarco (queimadas na Amazônia)
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2626
Geoprocessamento e InternetGeoprocessamento 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2727
Organização de dados em um Organização de dados em um SIGSIG
• Organização por níveis (planos) de informação– cada nível = dado
específico
• Atributos de mapas– armazenados em tabelas
elevação
rios
divisãopolítica
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2828
Modelo de dados geo-Modelo de dados geo-relacionalrelacional
• 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2929
Aplicações do modelo geo-Aplicações do modelo geo-relacionalrelacional
• Interfaces amigáveis e poderosas– usuário opera no nível conceitual
• Definição do esquema do BDG– estender a hierarquia de especialização de
geo-campos e geo-objetos
– estabelecer restrições de integridade para as
novas classes
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3030
Definição de esquema: cadastro Definição de esquema: cadastro ruralrural
Temático MNT Imagem
Geo-objeto
MapaCadastral
Solos Altimetria Dados TM Mapa de Propriedades
Fazendas
Geo-campo
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3131
Modelos de DadosModelos 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)
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3232
Modelagem de DadosModelagem de Dados
• Definição do problema
• Indicação de entidades (classes de
objetos) e relacionamentos
• Definição dos atributos de cada
entidade
• Projeto do modelo num SIG
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3333
Modelagem de DadosModelagem 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3434
Modelagem de Dados - SPRINGModelagem de Dados - SPRING
campos
temático numérico imagem
objetos
solos
topografia declividade
TM propriedades mapa de propriedades
cadastral
atributos
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3535
MGE - Modelo ConceitualMGE - 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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3636
MGE - Modelo ConceitualMGE - Modelo Conceitual
MundoReal
UniversoConceitual
UniversoRepresentação
MapaSolos
Campo(temático)
Classe deFeições
TopografiaCampo(numérico)
Grade,TIN
Lotes Geo-objeto Classe deFeições
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3737
MGE - Modelo ConceitualMGE - Modelo Conceitual
classe de feição
categoria
propriedades
cadastro rural
latossolo
solos
cambissolo solos
meio físico
tabela(tipo de solo)
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3838
MGE - Modelo ConceitualMGE - Modelo Conceitual
TINgrade imagem
topografiadeclividade Landsat
Uso da Terra
Ação Antrópica
tabela
fazenda
UsoTerras
APA
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3939
ARC/INFO - Modelo ConceitualARC/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
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4040
ARC/INFO - Modelo ConceitualARC/INFO - Modelo Conceitual
cobertura
tabela
grade TIN
tabela
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4141
ARC/INFO - Modelo ConceitualARC/INFO - Modelo Conceitual
cobertura
tabela
lotes
tabela
solos
tabela
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4242
ARC/INFO - Modelo ConceitualARC/INFO - Modelo Conceitual
MundoReal
UniversoConceitual
UniversoRepresentação
MapaSolos
Campo(temático)
Coverage (tabela)Grade (tabela)
TopografiaCampo(numérico)
Grade,TIN
Lotes Geo-objeto Coverage (tabela)
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4343
IDRISI - Modelo ConceitualIDRISI - Modelo Conceitual
• Imagem– representação matricial
– campos temáticos, imagens, MNT
– bancos de dados
• Vetor– representação para desenho
GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4444
IDRISI - Modelo ConceitualIDRISI - Modelo Conceitual
MundoReal
UniversoConceitual
UniversoRepresentação
MapaSolos
Campo(temático)
Imagem (legenda)
TopografiaCampo(numérico)
Imagem (legenda)
Lotes Geo-objeto Imagem + Vetor (desenho)
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