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Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Banco de Dados Geográficos Geográficos.

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1 Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Banco de Dados Geográficos Geográficos

2 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2 1 a geração de SIG: CAD cartográfico 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

3 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3 2 a 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

4 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4 Requisitos para SGBDG Definição de esquema conceitual Identidade de objetos Acesso aos dados Gerência de transações Modelagem de processos Arquitetura multi-nível Extensibilidade

5 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 5 Banco de dados de grande porte Metodologia consistente Identidade de objetos Suporte a múltiplas escalas e projeções Browsing

6 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 6 Definição de esquema conceitual Relações de especialização e agregação Hospital INSS Hospital privado Rede elétrica PosteSub-estação is-apart-of

7 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 7 Metodologia consistente Definição única dos atributos R-I R-IIR-III R-IV R-V SoloPhVisual Cambissolo vermelho verde

8 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 8 Identidade de objetos Mapas: recortes arbitrários do espaço Objetos: identidade única –rio Amarelo –rio Yang-tsé –rio Azul

9 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 9 Acesso aos dados: browsing Seleção baseada em apontamento Propriedades –visão geral –seleção de região Desafios –rapidez de resposta –interatividade

10 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 10 Acesso aos dados: consultas espaciais 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

11 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 11 Acesso aos dados: consultas espaciais Controle de apresentação –combinação de resultados de consulta –controle dos objetos apresentados –apresentação do contexto espacial Vizinhos do Equador sem contextocom contexto

12 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 12 Otimização 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

13 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 13 Gerência 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]

14 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 14 Bancos de dados multi-nível Ambiente distribuído Hierarquia de servidores de dados Estação local (1~10 Gb) Servidor (10~50 Gb) Back-end (50Gb~1Tb)

15 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 15 Arquitetura 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

16 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 16 Arquitetura Dual

17 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 17 Arquitetura Dual Vantagens –acesso externo aos atributos (SQL) –conexão a dados existentes –ferramentas (gerador de formulários) Problemas –controle dos objetos espaciais –esquema mono-usuário

18 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 18 Ligação SIG - banco de dados idlabelárea 22Caraíbas3000 Fazendas numcad 2345 SELECT id FROM fazendas WHERE area > 2500

19 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 19 Ligação SIG - banco de dados idlabelárea 22Caraíbas3000 numcadITRProdução Fazendas Cadastro numcad 2345 SELECT id FROM fazendas, cadastro WHERE fazendas.numcad = cadastro.numcad AND ITR > 4500

20 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 20 Ambientes distribuídos Componentes –clientes –servidores ITESP –sede –regionais clientes ambiente corporativo anúncio serviços comunic. servidores

21 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 21 Ambientes 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

22 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 22 3 a 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

23 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 23 Evolução da geotecnologia 1 a geração de SIG (~ ) –ambientes centralizados (UNIX): grande número de funções, complexidade e falta de suporte; –ambientes PC (DOS): facilidade de uso, capacidade limitada. 2 a geração de SIG (~ ) –ambientes distribuídos (Windows): interfaces amigáveis, funções simplificadas. 3 a geração de SIG (~2000) –uso da internet.

24 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 24 Evolução da geotecnologia SIG Individual BD Geográfico Institucional Centro de Dados Global

25 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 25 Evolução da geotecnologia Servidor WWW Geograf. Navegador +plug-ins Geração Dados Exemplo: (queimadas na Amazônia)

26 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 26 Geoprocessamento 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

27 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 27 Organização de dados em um SIG Organização por níveis (planos) de informação –cada nível = dado específico Atributos de mapas –armazenados em tabelas elevação rios divisão política

28 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 28 Modelo de dados geo-relacional Ambiente dual –dados gráficos - sistemas de arquivos –tabelas de atributos - SGBD relacional idlabelpopulação 22Maine3,5 M 34N.Mexico1,2 M

29 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 29 Aplicações do modelo geo-relacional 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

30 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 30 Definição de esquema: cadastro rural TemáticoMNTImagem Geo-objeto Mapa Cadastral Solos Altimetria Dados TM Mapa de Propriedades Fazendas Geo-campo

31 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 31 Modelos 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)

32 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 32 Modelagem de Dados Definição do problema Indicação de entidades (classes de objetos) e relacionamentos Definição dos atributos de cada entidade Projeto do modelo num SIG

33 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 33 Modelagem 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

34 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 34 Modelagem de Dados - SPRING campos temáticonuméricoimagem objetos solos topografiadeclividade TMpropriedades mapa de propriedades cadastral atributos

35 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 35 MGE - 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

36 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 36 MGE - Modelo Conceitual Mundo Real Universo Conceitual Universo Representação Mapa Solos Campo (temático) Classe de Feições TopografiaCampo (numérico) Grade, TIN LotesGeo-objetoClasse de Feições

37 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 37 MGE - Modelo Conceitual classe de feição categoria propriedades cadastro rural latossolo solos cambissolo solos meio físico tabela (tipo de solo)

38 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 38 MGE - Modelo Conceitual TINgradeimagem topografia declividadeLandsat Uso da Terra Ação Antrópica tabela fazenda UsoTerras APA

39 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 39 ARC/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

40 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 40 ARC/INFO - Modelo Conceitual cobertura tabela gradeTIN tabela

41 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 41 ARC/INFO - Modelo Conceitual cobertura tabela lotes tabela solos tabela

42 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 42 ARC/INFO - Modelo Conceitual Mundo Real Universo Conceitual Universo Representação Mapa Solos Campo (temático) Coverage (tabela) Grade (tabela) TopografiaCampo (numérico) Grade, TIN LotesGeo-objetoCoverage (tabela)

43 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 43 IDRISI - Modelo Conceitual Imagem –representação matricial –campos temáticos, imagens, MNT –bancos de dados Vetor –representação para desenho

44 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 44 IDRISI - Modelo Conceitual Mundo Real Universo Conceitual Universo Representação Mapa Solos Campo (temático) Imagem (legenda) TopografiaCampo (numérico) Imagem (legenda) LotesGeo-objetoImagem + Vetor (desenho)


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