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UNIVERSIDADE FEDERAL DOS ESPÍRITO SANTO – UFES CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS - CCHN DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA - DPGEO LABORATÓRIO DE GEOMÁTICA.

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2 UNIVERSIDADE FEDERAL DOS ESPÍRITO SANTO – UFES CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS - CCHN DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA - DPGEO LABORATÓRIO DE GEOMÁTICA DA UFES - LGU PROF. ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS Engenheiro Agrônomo - UFES Mestrado em Meteorologia Agrícola – UFV Doutorado em Engenharia Agrícola - UFV Capítulo 1

3 Fundamentos Teóricos O final do século XX, sem sombra de dúvidas, está consagrado como a era do gerenciamento disciplinado de informações 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 Sistemas de informações geográficas - SIGs

4 1.1 DADOS ESPACIAIS Os fenõmenos relacionados ao mundo real podem ser descritos de três maneiras: ESPACIALTEMPORALTEMÁTICA Quando a variação muda de lugar para lugar (declividade, altitude, profundidade do solo) Quando a variação muda com o tempo (densidade demográfica, ocupação do solo) Quando as variações são detectadas através de mudanças de características (geologia, cobertura vegetal) Logo, estas três maneiras de se observar os fenômenos que ocorrem na superfície da terra são, coletivamente, denominadas dados espaciais (SINTON, 1978)

5 As descrições dos fenômenos relacionados ao mundo real podem ser arquivadas ora como dados, ora como informações DADOS INFORMAÇÃO Conjunto de valores numéricos ou não que corresponde à descrição de fatos do mundo real Conjunto de dados que possui um determinado significado para um uso ou aplicação em particular, ou seja, foi agregado ao dado um componente adicional, a interpretação

6 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

7 Os objetos ou condições do mundo real podem ser representados, discretamente, por: PONTOS NÓS LINHAS OU ARCOS CADEIAS POLÍGONOS São áreas definidas por uma seqüência de linhas que não se cruzam e se encontram em um nó, como, por exemplo, uma unidade litológica ou uma área de ocorrência de determinado tipo de solo Correspondem ao início ou fim de uma linha, ou à representação do cruzamento de duas ou mais linhas, como, por exemplo, foz de rios ou cruzamento de estradas É um dado espacial formado por uma seqüência de pontos conectados, por exemplo, estradas e rios Representam um tipo especial de linhas que correspondem aos segmentos lineares que definem os limites entre polígonos, ou seja, uma linha que é compartilhada por dois polígonos, como por exemplo, limites entre municípios ou fazendas É um dado espacial que não possui área, é representado por um único par de coordenadas e pode representar uma determinada árvore, uma fonte ou temperatura

8 CONCEITOS IMPORTANTES ESCALA: Ex: Qual o significado escala de 1:50.000? 1cm no mapa = cm, 500 m ou 0,5 km na superfície da terra RESOLUÇÃO ESPACIAL: Razão entre o comprimento ou área apresentada no mapa e o verdadeiro comprimento ou área existente na superfície da terra. Conteúdo do domínio geométrico dividido pelo número de observações, normalizadas pela dimensão espacial. O domínio geométrico representa a área coberta pelas observações. Ex 1 : Se a área do Brasil é de, aproximadamente, 8,5 milhões de km 2 e existem 26 Estados, a resolução de um mapa que represente os Estados será de: Ex 2 : Se levarmos em consideração o número de municípios, no caso brasileiro nós temos (dados de 1996), a resolução média de um mapa que represente os municípios será de:

9 Os dados espaciais, em diferentes ESCALAS e RESOLUÇÕES, podem ser codificados em: Representações Digitais Disposição das entidades espaciais em papel Representações Analógicas Codificação das entidades espaciais em linguagem binária, portanto em formato adequado para serem armazenadas em computadores

10 Os processos envolvidos na transformação de dados analógicos em dados digitais são, coletivamente, conhecidos como: CAPTURA DE DADOS ESCANERIZAÇÃO DIGITAÇÃO MANUAL OBS 1 : a digitação manual é ainda amplamente usada, pelo fato, da escanerização depender da qualidade dos mapas originais entre outros fatores. OBS 2 :Como os dados espaciais correspondem sempre a uma generalização ou aproximação da realidade, eles contêm INCERTEZAS e IMPRECISÕES

11 As fontes de dados espaciais podem ser consideradas como: PRIMÁRIAS Correspondem àquelas medidas diretamente no campo SECUNDÁRIAS Correspondem àquelas derivadas de mapas e banco de dados persistente

12 Representação VETORIAL e representação RASTER ou MATRICIAL

13 QUAL A DIFERENÇA ENTRE TECNOLOGIA E GEOTECNOLOGIA ???? TECNOLOGIAGEOTECNOLOGIA 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 OBS Fazem parte da geotecnologia o Processamento Digital de Imagens (PDI), a Geoestatística e os SIGs

14 ALGUNS PARADIGMAS DA GEOGRAFIA (BUZAI & DURAN, 1997) Fim do séc. XIXInício do séc. XX1939 Fim do séc. XIXInício do séc. XX GEOGRAFIA COMO CIÊNCIA HUMANA (Ratzel) GEOGRAFIA REGIONAL (P. V. de la Blache) ATUALIZAÇÃO DA GEOGRAFIA REGIONAL (Hartsthone) GEOGRAFIA QUANTITATIVA (Bunge) GEOGRAFIA RADICIAL (Vertente humanista) (Tuan) GEOGRAFIA RADICIAL (Harvey) GEOTECNOLOGIA

15 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 GEODÉSIAFOTOGRAMETRIATOPOGRAFIA PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS GEOGRAFIA

16 Complexidade do uso Complexidade do software software hardware TEMPO COMPLEXIDADE CUSTO EVOLUÇÃO DAS RELAÇÕES DE CUSTO, TEMPO E COMPLEXIDADE ENTRE SOFTWARE E HARDWARE

17 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

18 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 : de solos, de rochas etc., que possuem características determinadas. O tema pode ser: São mapas específicos, como mapas de QualitativoQuantitativo Classes de solo Profundidade do lençol freático, espessura de solos etc. MAPAS POLITEMÁTICOS Mostram informações qualitativas e quantitativas sobre mapas, por exemplos, mapas de solo mostrando o resultado da produção agrícola.

19 DEFINIÇÕES IMPORTANTES GEODÉSIA FOTOGRAMETRIA TOPOGRAFIA SENSORIAMENTO REMOTO Observa e mede a forma e o tamanho do planeta Terra ou parte dele e determina a exata localização dos pontos sobre a superfície. É a ciência que produz medidas confiáveis através da Fotografia, normalmente aérea, sendo utilizadas em Mapeamentos e levantamentos. Fornece técnicas para determinar a área de qualquer porção da superfície terrestre, além de comprimento e direção de linhas e o contorno de superfície. Tecnologia que obtém medidas de objeto sem tocá-lo fisicamente e oferece um vasto arsenal de produtos caracterizados por imagens de diferentes resoluções espaciais e espectrais.

20 ALGUMAS APLICAÇÕES DOS SIGs Planejamento urbano Engenharia civil Governo Segurança Infra-estrutura Vigilância sanitária Detalhes da aplicação Planejadores urbanos necessitam de informações detalhadas sobre a distribuição da terra e recursos nas cidades Planejamento urbano Os engenheiros civis necessitam planejar estradas, canais e barragens e estimar o custo de remoção de terra Engenharia civil Os governos precisam saber a distribuição espacial dos hospitais, das escolas, da segurança Governo O departamento de polícia precisa saber os níveis de segurança das cidades Segurança A enorme quantidade de infra- estrutura, como água, gás, eletricidade telefonia, esgoto e lixo, Necessita ser registrada e gerenciada. Infra-estrutura A vigilância sanitária pode ser gerenciada através do uso de geografia em processos epidemiológicos, como foi utilizada na Inglaterra no século XIX. Vigilância sanitária OUTRAS APLICAÇÕES

21 DEFINIÇÕES IMPORTANTES SISTEMA INFORMAÇÕES SISTEMA DE INFORMAÇÕES 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. Correspondem à derivação da interpretação de dados, os quais são representações simbólicas de certas características (BENYON, 1990) 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)

22 1.3. Definição de SIG Ducker (1979) Ozemoy, Smith e Sicherman (1981) Burrough (1981) Devine e Field (1981) Opershaw (1987) DOE (1979) Smith et al.(1987) Parker (1988) Cowen (1988) FICC (1988) Parent (1988) Hanigan (1988) Aronoff (1989) Carter (1989) Koshkariov, Tikunov e Trokimov (1989) Star e Estes (1990) Goodchild (1991) DEFINIÇÃO COMPLETA Ducker (1979) Um caso especial de sistemas de informações, no qual o banco de dados consiste em informações sobre características distribuídas espacialmente, atividades e eventos, os quais são definidos no espaço como pontos, linhas ou áreas. Ozemoy, Smith e Sicherman (1981) Um elenco de funções automáticas que fornece aos profissionais, com avançada capacidade, o armazenamento, recuperação, manipulação e exibição de dados geograficamente definidos. DEFINIÇÃO COMPLETA Os SIGs necessitam usar o meio digital, portanto o uso intensivo da informática é imprescindível; deve existir uma base de dados integrada, estes dados precisam estar geo-referenciados e com controle de erro; devem conter funções de análises destes dados que variem de álgebra cumulativa (operações tipo soma, subtração, multiplicação, divisão etc) até álgebra não cumulativa (operações lógicas)

23 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

24 SMDE SR CADD SGBD SIG Inter-relações entre as tecnologias SGBD, SMDE, SR, CADD e SIG

25 Os elementos básicos de um SIG são: Os equipamentos HARDWARE Os aplicativos SOFTWARE O pessoal especializado PEOPLEWARE O banco de dados DATAWARE Obs: 70% do custo de implementação de um SIG refere-se à montagem de uma base de dados

26 Os aplicativos tem sido gerados a partir de três vertentes Processamento de arquivos: Modelo híbrido: Os dados não espaciais são armazenados em Um sistema de gerenciamento de banco de dados e, em sepaado, Um programa é acionado para analisar os dados geográficos. Ex: Arc/INFO, ArcMap e o REGIS. ArcMap Expansão gráfica: Tanto os dados geográficos quanto os dados não espaciais são armazenados em SGBD, o qual é estendido para fornecer apropriadas funções analíticas. Ex: TIGRIS e SYSTEM9. Cada elenco de dados e funções é armazenado como um arquivo separado, e todos são ligados durante operações analíticas. Ex: GRASS e IDRISI. Idrisi32

27 LOCALIZAÇÃO CONDIÇÃO TENDÊNCIA ROTA PADRÃO SIMULAÇÃO MODELAMENTO O que está em...? Onde está...? O que mudou...? Qual o melhor caminho...? Qual a melhor variável...? Ocorrendo um evento... Se ocorrer... Questões básicas a serem respondidas por um SIG (modificado de RHIND, 1990)

28 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

29 Os principais tipos de saídas de um SIG são: TEXTOS GRÁFICOS DADOS DIGITAIS OUTROS Tabelas, listas, números frases em resposta a determinadas perguntas Mapas, imagens no monitor Dados para serem transmitidos via rede ou serem armazenados em determinados meios magnéticos ou óticos Sons e imagens em 2,5-D

30 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/nãoaberto/fechadoligado/desligadofalso/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 OBS 1 : Atualmente, os computadores pessoais (personal computer – PC) usam 8, 16, 32 e 64 bits. OBS 2 : Um grupo de 8 bits é chamado de byte, que é a unidade padrão de medida de dados nos computadores.

31 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 e , respectivamente. EXEMPLO PRÁTICO Qual o significado dos dígitos binários ? =75 10 Ou =75 10

32 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 Unidade central de processamento - CPU A CPU recebe as instruções e as executa processando os dados conforme foi estabelecido por um programa em particular e é o elemento fundamental de um computador. Unidades de armazenamento As principais uniidades de armazenamento são discos magnéticos e discos óticos: Disquetes: 1,4 Mb Fitas de áudio digital (DAT) de 4 mm e 8 mm: 2 a 8 Gb Fitas streamers: 60 a 150 Mb. Disco Rígido (HD): 100 Mb a 100 Gb Clique aqui para ver Figuras

33 DISCOS MICROPROCESSADOR DISPOSITIVOS DE ENTRADA

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35 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

36 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

37 LIXO Se os dados originais forem imprecisos, o produto final será um lixo organizado.

38 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

39 Planejamento Arquitetura Gerenciamento Territorial Engenharia Florestal Planejamento Militar Gerenciamento de Infra-Estrutura Gerenciamento de Recursos Hídricos Geologia e Geofísica Análise Ambiental Seleção de locais para Empreendimen- tos NÚCLEO DO SIG Geração de informação Gerenciamento Análise Ambiental Estruturação de Dados Aquisição e armaz. de Dados


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