Consulta, manipulação e apresentação de dados geográficos Linguagem espacial para geoprocessamento algébrico (LEGAL)

Linguagens de Consulta Espacial Ferramentas para interação entre usuário e SGBD Propriedades da linguagem Capacidade de expressar uma consulta com componentes espaciais e não-espaciais Simplicidade de expressão para permitir uso amplo

Linguagens de Consulta Espacial Consultas Básicas Seleção Espacial Ache todos os rios em uma área especificada Ache todas as cidades a 100 km de São Paulo Junção Espacial Ache todas as cidades a 10km de distância de qualquer rio Linguagens de Consulta Extensões de SQL (SQL/OpenGIS, Spatial SQL)

Formalização de operações id seleção projeção prod. cartesiano união e diferença nome CPF SELECT nome FROM tabela WHERE “CPF = 21” tabelas álgebra relacional linguagem SQL operações s/ campos e geo-objetos ? dados geográficos álgebra geográfica linguagem para SIG 4

Propriedades de Álgebra Geográfica Extensibilidade permitir especializações de tipos básicos Quais tipos de dados ? tipo único x varios tipos Operações sobre objetos complexos tipos atômicos (polígonos) e compostos (mapas) Completeza existe critério formal para operadores geográficos ? 6

Estendendo SQL para dados espaciais Motivação SQL tem tipos de dados atômicos simples, como inteiros, datas e string. Não são apropriados para dados e consultas espaciais Dados espaciais (ex.: polígonos) são complexos Operações espaciais: topológicas, euclideanas Tipos de dados espaciais e operações podem ser adicionados ao SQL3 Open GIS Consortium (OGIS) Vários tipos de dados espaciais e operações espaciais Suportado pela maioria dos grandes vendedores: ESRI, Intergraph, Oracle, IBM,...

Modelo de dados espaciais OGIS Consiste de uma classe geométrica base e quatro subclasses: Point, Curve, Surface and GeometryCollection As operações dividem-se em três categorias Aplicacadas para todos os tipos geométricos SpatialReference, Envelope, Export,IsSimple, Boundary Predicados para relacionamentos topológicos Equal, Disjoint, Intersect, Touch, Cross, Within, Contains Análise de dados espaciais Distance,Buffer,Union, Intersection, ConvexHull, SymDiff

Consultas espaciais com SQL/OGIS SQL/OGIS – Informações gerais Ambos padrões são adotados por vários empresas vendedoras A escolha de tipos de dados e operações são similares entre os vendedores empresas A sintaxe difere de vendedor para vendedor Leitores podem precisar alterar consultas SQL/OGIS dadas em um texto para fazê-las rodar em um produto comercial específico Usando OGIS com SQL Tipos de dados espaciais podem ser usados em DML para tipos de colunas Operações espaciais podem ser usadas em DML

Lista de exemplos de consultas espaciais Operações de análises espaciais Operador unário: Area Operador binário: Distance Operadores boleanos espaciais de operações topológicas – Cláusula WHERE Touch Cross Usando analises espaciais e operações topológicas Buffer, overlap (Q4) Exemplos de SQL complexos Consultas SQL agregadas Consultas aninhadas

Extensão do SQL em OpenGIS Utiliza a cláusula WHERE Visão ideal SELECT parcel.name FROM parcels WHERE parcels.value < 100.000 AND parcels.geometry INTERSECT “Pampulha” Implementação OpenGIS SELECT Parcel.Name, Parcel.Id FROM Parcels WHERE Intersects (Parcels.Location, PolygonFromWKB(:wkb, : srid)) = 1 Em muitas aplicações Extensão espacial do SQL acaba ficando “escondido”

Extensão do SQL no OpenGIS Consulta: Encontre todos os vizinhos de Belo Horizonte SELECT c1.name FROM Município M1,Município M2 WHERE Touch(M1.location,M2.location)=1 AND M2.Name =‘Belo Horizonte ’ Este tipo de consulta implica na existência de um atributo indexador e único (nome do objeto)

Extensão do SQL no OpenGIS Query: Encontre todos os postos de saúde que estão dentro de favelas em Belo Horizonte SELECT postos.name FROM postos WHERE Inside (postos.location, (SELECT bairros.location FROM bairros WHERE bairro.tipo == “favela”)) = 1 Problema Resultado = lista de postos de saúde Desejado = lista de pares (postos, favelas)

Consulta e Apresentação de Geo-objetos Combinação de resultados de consulta Controle dos objetos apresentados Apresentação do contexto espacial e.g. “vizinhos do Equador” com contexto sem contexto

Linguagem de Consulta Espacial Orientada a Objetos Princípio do OQL (Object Query Language) Definir uma coleção como resposta de consulta COLLECTION postos_favela postos_favela = SELECT postos.location, favela.location FROM postos, favelas WHERE postos.location INSIDE favela.location

Linguagem de Apresentação Combinação de resultados de consulta SET MODE <NEW | UNION | INTERSECT | REMOVE> Controle do tipo de apresentação SHOW < colecao de objetos | valores > AS < SHADING | SYMBOL | CARTOGRAM | CHART > WHERE <parametros> GROUP BY <HALFS | THIRDS | QUARTILES >

Linguagem de Apresentação SET MODE OVERLAY; regioes = (SELECT regioes FROM regioes IN REGIOES_BRASIL); SHOW regioes.miseria AS CARTOGRAM WHERE CARTOGRAM_COLOUR= “Yellow” AND CARTOGRAM_SCALE = LINEAR;

Geo-campos: Ponderação Transforma temático em numérico ex.: mapa de solos classe peso LE 0.35 Aq 0.6 outros 0.2 Atribuição de pesos reflete importância relativa do tema LA LV Aq LE 0.35 0.20 0.60 10

Álgebra de campos Fatiamento: a cada valor, um tema (inverso da ponderação) ex. mapa de declividade (em graus) decliv. tema 0-9.0 Baixa 10.0-19.0 Média 20.0- acima Alta 5.0 8.0 3.0 20.0 10.0 15.0 12.0 baixa média alta 11

Álgebra de campos: operações Média ponderada ex. combinar declividade e solo (ponderado) adequação = [ 2* solo_ponderado + 5*(1/declividade)] /5 Funções matemáticas equação universal de perda de solo P = (erosividade) * (erodibilidade) *(declividade) *(comp. encosta) * (cobertura solo) *(índice proteção) 0.35 0.20 0.60 5.0 8.0 3.0 20.0 10.0 15.0 12.0 13

Campos  Objetos Campos  Atributos de Objetos Objetos  Campos Operador “Atualize” valor de atributo calculado a partir de temático, numérico ou imagem Objetos  Campos Operador “Espacialize” Mapa temático ou numérico gerado a partir de atributo de objeto

Linguagem espacial para geoprocessamento algébrico (LEGAL) Padrão SQL para o acesso ao atributos dos dados Extensão do SQL: operadores que expressam relações espaciais Principais características de LEGAL: Orientada a objetos Definida de forma semelhante ao padrão ODMG – sintaxe baseada em SQL Operações de consulta espacial e operações de manipulação Operações sobre campos, operações combinadas campos-objetos e a linguagem de apresentação implementadas por operadores do mesmo nível semântico da linguagem SQL

Cada dado em LEGAL pertence a uma das seguintes classes: GEOOBJECT, NOSSPATIAL, NETWORK, CADASTRAL, THEMATIC, IMAGE (instâncias de dados sensor remoto), DTM (modelo numérico de terreno) Classes auxiliares: PROJECT: com os atributos básicos PROJECTION (projeção cartográfica) TABLE: para as tabelas de transformação entre geo-campos MASK: máscaras aplicáveis a filtros RECTANGLE E CIRCLE: para definir vizinhanças Conjunto de objetos recuperados do banco: COLLECTION: agrupamento de objetos de classes diferentes Tipos de dados tradicionais e de multimídia

Definição de dados em LEGAL A parte de definição de dados em LEGAL inclui: Criar e definir bancos de dados geográficos Definir os esquema de banco de dados Criar instâncias das classes deste esquema Sintaxe: CREATE <ESPECIALIZAÇÃO> (<ATRIBUTOS GERAIS>) IS_A <CLASSE BÁSICA> | <ESPECIALIZAÇÃO> (ATRIBUTOS ESPECÍFICOS> Exemplo: Criar uma classes “Uso_do_Solo”, especialização de mapa temático, com os temas “Floresta Primária”, “Cerrado” e “Floresta Secundária”, e com os atributos área e anos de regeneração:

Criação de geo-objetos e planos de informação A criação explícita de instâncias de cada classe é obtida pelo comando NEW. É preciso indicar qual a representação associada (matricial ou vetorial) e os parâmetros associados a cada representação. Exemplo: Criar uma instância da classe Uso_do_Solo denotada por ação antrópica_1990, cuja representação matricial será uma grade de 100 x 100 metros de resolução na escala 1:250.000

Consulta espacial em LEGAL É aplicável a geo-objetos e a geocampos Para geo-objetos: oferece mecanismos para recuperação baseada em atributos e em restrições espaciais Para geo-campos ou geo-objetos complexos (objetos cadastrais e rede): os operadores em LEGAL permitem apenas a recuperação baseada em atributos Expressão de busca A cláusula SELECT pode assumir a recuperação de instâncias de classes em LEGAL e de valores de atributos destas instâncias

A cláusula FROM contém a indicação das classes de objetos sobre os quais se realiza a consulta e do objeto cadastral (ou de rede) sobre o qual será computada a restrição espacial. Este objeto cadastral será indicado pelo qualificativo ON MAP, que pode ser omitido, no caso de haver apenas uma geometria presente para o geo-objeto. A cláusula WHERE pode conter as restrições topológicas INSIDE, TOUCH, CROSS, OVERLAP, DISJOINT e restrição métrica DISTANCE.

Formulação geral de busca em LEGAL: SELECT <VALOR> | <OBJETO> | <LISTA DE OBJETOS E VALORES> FROM <OBJETO> IN <CLASSE> ON MAP <CADASTRAL> | <REDE> WHERE <WHERE_CLAUSE> Exemplo: Selecione todas as regiões da França a menos de 50 km da cidade de Toulouse:

Resposta de consulta Recuperação de geo-objetos e geo-campos, e não tabelas. Mecanismo orientado a objetos como modelo de resposta. Baseado nos conceitos do ODMG e contempla a idéia de coleções. Serão utilizadas instâncias da classe COLLECTION para armazenar (de forma não-persistente) as respostas de uma consulta com sintaxe: COLLECTION <COLECAO> OF <CLASSES_OBJETOS | CLASSES_ATRIBUTOS> A resposta da consulta pode devolver uma coleção de geo-objetos e de valores.

Exemplos de consultas espaciais em Legal: Exemplo 1: Selecione todas as fazendas da família Magalães cruzadas pela Linha Verde que liga Salvador a Aracaju, adjacentes a estas ou a menos de 5 km dela”. Suporemos a existência das classes Fazenda, Estrada, Redes_Estradas, Cadastro_Fazendas.

Exemplo 2: Selecione todas as fazendas cadastradas pelo INCRA na região do Pontal do Paranapanema, com mais de 1000 há, e cujos proprietários pagam mais de 10000reais de ITR Caso de uma ligação entre duas tabelas A consulta deve combinar os objetos da classe FAZENDAS com o objeto não-espacial cadastro da classe CADASTRO_INCRA, onde está arrolado o cadastro alfanumérico de propriedades. A chave de ligação entre as duas relações é o número do cadastro INCRA (chave primária da segunda relação). Observemos a figura a seguir:

Operações de junção espacial Compara dois conjuntos de geo-objetos, computando um predicado espacial sobre suas representações em mapas de objetos. Sua sintaxe é análoga à junção convencional Exemplo: Mostre os aeroportos que estão dentro das reservas indígenas da Amazônia ou a menos de 50 km de uma reserva. Suporemos a existência das classes Aeroporto, Reserva, Mapa_Reserva e Mapa_Aerportos.

Referências [1] Livro de cartografia [2] Site com imagem de latitude [3] Site com imagem de longitude [4] Site sobre cartografia [5] Outro site sobre cartografia [6] Referência base [7] FILHO, Jugurta Lisbôa; IOCHPE, Cirano. Introdução a Sistemas de Informação Geográfica com ênfase em Banco de dados. [8] SILVA, Rosângela. Banco de dados geográficos: uma análise da arquitetura dual (SPRING) e integrada (Oracle Spatial).