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Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Introdução a SIG Modelagem de Dados Modelagem de Dados.

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1 Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Introdução a SIG Modelagem de Dados Modelagem de Dados

2 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 2Introdução Geoprocessamento representa a área do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para tratar a informação geográfica. Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são as ferramentas computacionais para Geoprocessamento, integrando dados de diversas fontes em bancos de dados geo-referenciados.

3 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 3 Visões de Geoprocessamento Produção de Mapas: geração e visualização de dados espaciais. Banco de Dados: armazenamento e recuperação de informação espacial. Análise Espacial: combinação de informações espaciais.

4 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 4 O que há de especial com dados espaciais? Localização: Onde está...? –Quais as áreas com declividade acima de 20%? Condição: O que está...? –Qual a população desta cidade? Tendência: O que mudou...? –Esta terra era produtiva há cinco anos atrás?

5 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 5 O que há de especial com dados espaciais? Roteamento: Qual o melhor caminho...? –Qual o melhor caminho para a linha do metrô? Padrões: Qual o padrão...? –Qual a distribuição da dengue em Fortaleza? Modelos: O que acontece se...? –O que acontece com o clima se desmatarmos a Amazônia?

6 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 6 O que há de especial com dados espaciais?

7 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 7 O que há de especial com dados espaciais? Dados geográficos - representação dual –localização e atributos Localização –representação da superfície terrestre –processos no espaço geográfico Atributos –descrição do fenômeno –representação num banco de dados

8 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 8 O que há de especial com dados espaciais? Correlação espacial –vizinhos tendem a ser mais semelhantes Correlação entre variáveis –processos de ocupação do espaço Correlação temporal –evolução dos dados espaciais Correlação topológica –relações espaciais entre dados

9 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 9 Sistemas de Informação Geográfica Ambiente computacional para Geoprocessamento –Integrar dados cartográficos, cadastrais, de sensores remotos, redes e modelos numéricos de terreno. –Consultar, recuperar, visualisar, manipular e plotar o conteúdo de um banco de dados geo- referenciado.

10 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 10 Estrutura de um SIG Interface Consulta e Análise Espacial Entrada e Integração de Dados Visualização Plotagem Gerência Dados Espaciais Banco de Dados Geográfico

11 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 11 SIG - definições, conceitos Burrough –Conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real. Cowen –Um sistema de suporte à decisão que integra dados referenciados espacialmente num ambiente de respostas a problemas.

12 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 12 SIG - definições, conceitos Goodchild –O valor potencial maior de sistemas de informação geográfica está em sua capacidade de analisar dados espaciais. Dangermond –Um SIG agrupa, unifica e integra a informação. Torna-a disponível de uma forma a qual ninguém teve acesso anteriormente e coloca informação antiga num novo contexto.

13 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 13 SIG x CAD CAD –coordenadas de papel –regularidades nos objetos –desenhos sem atributos SIG –projeções cartográficas –topologia do espaço –atributos descritivos Angola África do Sul

14 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 14 Modelagem de dados geográficos Mundo real Universo Conceitual Representação Implementação Universo interface usuário Níveis de abstração mundo real cadastro urbano, vegetação, solos conceitual campos, objetos representação matrizes, vetores implementação R-trees, quad-trees

15 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 15 Universo do Mundo Real Mapas temáticos Mapas cadastrais Modelos numéricos de terreno Redes Imagens de satélite

16 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 16 O que é um mapa? Modelo simplificado da realidade. Uma representação, normalmente em escala, de uma seleção de entidades abstratas relacionadas com a superfície da Terra. Modelo de dados que se interpõe entre a realidade e a base de dados de um SIG.

17 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 17 Tipos de mapa Carta topográfica –representação de superfícies Mapas temáticos –conceitos qualitativos (uso do solo, clima) Mapas cadastrais e redes –localização de objetos do mundo (lotes) Imagens de satélite –informação indireta sobre a realidade

18 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 18 Mapas temáticos Distribuição espacial qualitativa da grandeza em estudo Domínio do atributo –nominal: lista de valores mapa de vegetação {floresta, cerrado, desmatamento} –ordinal: escala de medida mapa de classes de declividade {0-5%, 5-10%, 10%}

19 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 19 Modelos Numéricos de Terreno Distribuição espacial quantitativa da grandeza em estudo Domínio do atributo –intervalo: referência arbitrária altimetria, batimetria temperatura em graus Celsius –razão: referência natural peso, distância temperatura em graus Kelvin

20 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 20 Mapas cadastrais Contém objetos geográficos individuais –mapas de países, lotes, propriedades rurais País PIB (Us$ bn) Pop (milhões) Argentina Brasil Chile 45 14

21 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 21 Mapas de rede Contém objetos com topologia arco-nó –utilizado para redes conectadas

22 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 22 Mapas de rede Objetos endereçados no espaço Exemplo: rede de distribuição elétrica –rede primária –rede secundária –sub-estações, alimentadores –postes, transformadores, chaves –cadastro urbano –cadastro de consumidores

23 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 23 Mapas de rede Ligação forte com banco de dados idlabelcapacidade 22Eng. Dentro3.000 kVA idlabel Transformador Classe 3 Sub-estações Postes

24 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 24Imagens Fontes: satélites, fotografias aéreas Elemento de imagem (pixel) –proporcional à energia eletromagnética refletida ou emitida por área da superfície terrestre

25 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 25 Modelando a natureza O que há num mapa? Linhas no mapa –divisão política –separação entre tipos de solo –isolinhas (cota 1000) E o mapa como modelo de dados?

26 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 26 Universo conceitual Campos (variáveis geográficas contínuas) –mapa temático –modelo numérico do terreno –imagem Objetos (variáveis geográficas discretas) –linhas de transmissão –quadras

27 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 27 Universo conceitual: geo-campo Geo-Campo: ƒ= [ R, A, ], onde: R 2, A = { A 1, A 2,..., A n } é um conjunto de atributos e : R A mapeia pontos de R para valores em A. Representa a distribuição espacial de uma variável que possui valores em todos os pontos pertencentes a R. Contra-domínio da função conjunto enumerável = temático mapa de cobertura vegetal valores contínuos (- a + ) = numérico mapa de aeromagnetometria

28 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 28 Universo conceitual: geo-objetos Dadas as regiões geográficas R 1,R 2,..R n (R i 2 ) e o conjunto de atributos convencionais A 1,...,A n, Geo-Objeto go = [ r 1, r 2,..., r n, a 1, a 2,...,a n ], onde r i R i é uma parte de uma região geográfica R i e ai Ai é um valor particular do atributo A i. É um elemento único que possui atributos não-espaciais e está associado a múltiplas localizações geográficas. País PIB Pop Argentina Brasil Chile 45 14

29 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 29Geo-objetos Um geo-objeto, múltiplas representações idnome Amazonas Xingu idnome Yanomami Waimiri Kayapó 1 2 3

30 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 30 Mapa cadastral Suporte para mapeamento de objetos Lotes geoid donocadastro IPTU 22Guimarães Caetés 768 endereço Mapa Lotes n. 345 Jardim Esplanada 23BevilácquaSão João RibeiroCaetés

31 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 31 Mapas de Rede p tr primária Sub-estação p Hospital secun.cons

32 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 32 Universo de Representação is-mapped-in Dado de Sensoriamento Remoto Geo-objeto Cadastral Plano de Informação Rede Banco de Dados Geográficos Temático Geo-campo Numérico is-a part-of Não-espacial part-of Banco de Dados Geográficos é composto por conjuntos de planos de informação, um conjunto de geo-objetos e um conjunto de objetos não-espaciais

33 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 33 Universo de Representação Plano de Informação Representação Geométrica MatricialVetorial é-um is-represented-by é-um Plano de Informação é a generalização dos conceitos de geo-campo e de objeto cadastral

34 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 34 Estruturas de Dados Vetoriais –arco-nó-polígono –arco-nó –grades triangulares Matriciais –matrizes de inteiros –matrizes de ponto flutuante –matrizes de caracteres (bytes)

35 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 35 Representação Vetorial Componentes –ponto, linha, região –região M={1,2,3,4,5} Topologia –relação espacial entre objetos –Toulouse fica na região M M toulouse

36 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 36Topologia Estrutura topológica do tipo nó-linha-polígono

37 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 37 Representação Matricial Componentes –matriz de células –índice espacial –cada célula, um valor Indica o que ocorre em cada lugar do espaço Le Li Aq Ls

38 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 38 Representações para mapas temáticos Vetorial –preserva relacionamentos topológicos –associa atributos a elementos gráficos –melhor exatidão e eficiência de armazenamento Matricial –fenômenos variantes no espaço –adequado para simulação e modelagem –processamento mais rápido e simples –maior gasto em armazenamento

39 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 39 Representações para MNT Grade regular (matriz de reais) elemento com espaçamento fixo valor estimado da grandeza

40 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 40 Representações para MNT Grade triangular (TIN) conexão entre amostras estrutura topológica arco-nó

41 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 41 Representações para MNT

42 GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOS 42 Representações computacionais para mapas Mapas temáticosArco-nó-polígonoMatriz de inteiros Mapas CadastraisArco-nó-polígono Mapas de RedeArco-nó Modelos numéricos de terreno Grades triangulares ou isolinhas Matriz de reais ImagensMatriz de bytes VetorialMatricial


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