Resolução de problemas espaciais 4 Resolução de problemas espaciais ○ modelação cartográfica - o processo de resolução de problemas espaciais - notação diagramática ○ uma taxionomia de operações espaciais Graça Abrantes Graça Abrantes

Modelação cartográfica Graça Abrantes

Documentação do processo O processo utilizado na resolução de um dado problema deve ser descrito de uma forma pormenorizada e completa por diversos motivos: porque a descrição do processo utilizado permite uma melhor compreensão e interpretação da solução encontrada porque pode vir a ser necessário repetir esse processo sobre novos conjuntos de dados e a reutilização de um processo que já foi anteriormente criado, testado e aperfeiçoado é geralmente mais eficaz do que conceber uma nova solução Graça Abrantes

Concepção do processo Existindo vários processos que permitem atingir uma mesma solução para um dado problema, a escolha do melhor processo é um aspecto importante pois contribui para o aumento da eficácia dos SIG Quando se compara dois processos que produzem um mesmo resultado, considera-se o melhor processo aquele que tem menor custo O custo pode ser medido de várias formas: custo computacional (tempo ou memória), custo de obtenção dos dados necessários, ... Graça Abrantes

Concepção do processo Deve-se iniciar a resolução de um problema pela concepção do processo a utilizar e só depois executar esse processo. Na fase de concepção é frequentemente possível comparar e escolher a melhor de várias alternativas sem perder tempo executando operações no SIG que mais tarde se verifica serem desnecessárias ou poderem ser subsituídas por outras mais eficazes. Graça Abrantes

Modelo cartográfico A descrição de um processo, quer com o objectivo de o documentar quer com o objectivo de o conceber, pode ser feita recorrendo a linguagens diagramáticas que permitem expressar a maior parte da descrição dos processos de uma forma sucinta e não ambígua. Os pormenores do processo que não é possível representar no diagrama devem ser sempre descritos em linguagem natural e acompanhar o diagrama. Dado que a maioria dos dados utilizados nestes processos são temas cartográficos, estes diagramas são usualmente designados modelos cartográficos. Graça Abrantes

Dados de entrada e de saída Operações Dados intermédios Dados de entrada Dados de saída Graça Abrantes

Operações São definidas por parâmetros Podem ser: Comutativas – Exemplo: intersecção, união Não comutativas – Exemplo: corte, recorte Operação Parâmetros Graça Abrantes

Notação Tema cartográfico – conjunto de dados (de entrada, de saída ou intermédios) Nota: A notação aqui utilizada é uma das alternativas para criar diagramas de descrição de processos. Não é uma notação normalizada e também não é exaustiva, embora englobe a maioria das operações usualmente aplicadas. tema […] # tema raster tema vectorial de pontos tema vectorial de linhas tema vectorial de polígonos tema TIN domínio se o tema é raster ou atributo(s) se o tema é vectorial Graça Abrantes

Notação para dados Exemplos: Nota. Para representar num modelo uma tabela de dados convencional (isto é, sem atributos geográficos) pode utilizar-se uma simbologia semelhante mas omitindo o símbolo relativo ao tipo de entidade geográfica: altitude [0 ; 9999] # sedeConc [nome] rio [comp] relevo conc [área] nome [atrib1] [atrib2] Graça Abrantes

Notação para operações Operação e linhas conectoras Uma operação está sempre ligada por linhas conectoras aos conjuntos de dados de entrada e de saída dessa operação; relativamente ao processo que o diagrama representa estes dados podem ser apenas dados intermédios ou de entrada ou de saída. A direcção das linhas conectoras indica quais os dados de entrada e de saída da operação. Mesmo que um tema cartográfico seja utilizado em mais do que uma operação, a representação desse tema no diagrama do processo não deve ser repetida. temaEntrada1 […] operação temaEntrada2 temaSaída indica que estes dados têm prioridade no processo; o significado da prioridade de um conjunto de dados depende da operação que é utilizada Graça Abrantes

Observações 1. Presentemente, cada aplicação informática para suporte de SIG possui a sua forma própria de definir e agrupar as diversas operações espaciais que disponibiliza aos utilizadores. Graça Abrantes

Observações 2. Modelos cartográficos baseados nas operações próprias de uma determinada aplicação não são adequados na maior parte das situações A compreensão destes modelos fica restringida apenas aos conhecedores dessa aplicação. As operações disponibilizadas pelas aplicações podem mudar de nome ou de definição de umas versões para outras, ficando assim os modelos dependentes não apenas de uma aplicação mas ainda da versão dessa aplicação a que as operações se referem. A lógica subjacente à definição das operações de uma versão de uma dada aplicação e à forma como elas se encontram agrupadas (em comandos ou menus) nem sempre é racional do ponto de vista pa concepção do processo. Graça Abrantes

Observações 3. Na medida do possível, a descrição do processo com operações espaciais genéricas deve ser completa quando se considerar necessário, para uma mais detalhada documentação do processo, pode completar-se o modelo com os nomes das operações espaciais da aplicação utilizada na implementação do processo sendo, nesse caso, necessário referir qual a aplicação que é utilizada e a respectiva versão. Graça Abrantes

Exemplo

Taxionomia de operações espaciais Graça Abrantes

Operações espaciais Não existe por enquanto nenhuma teoria ou mesmo regra que seja generalizadamente adoptada para distinguir operações espaciais básicas, isto é, operações elementares (porque não podem ser descritas a partir de sequências de outras operações) e a partir das quais todas as outras operações podem ser definidas. É no entanto possível utilizar alguns critérios gerais para sistematizar as operações espaciais que mais frequentemente são utilizadas. As operações espaciais podem ser classificadas em 3 grandes grupos: operações para entrada de dados, operações para manipulação dos dados, operações para saída de resultados. Graça Abrantes

Operações para entrada de dados Compilação de dados codificação de dados geográficos de uma forma conveniente para o sistema; incluem a digitalização, scanning, registo de atributos, etiquetagem de objectos, codificação de documentos recolhidos em trabalho de campo, construção de topologias e acertos entre folhas de mapas Georreferenciação de dados desde a referenciação espacial de conjuntos de dados (por exemplo, provenientes de scanning, digitalização ou detecção remota) até à conversão de coordenadas entre diferentes sistemas de referência espacial Graça Abrantes

Operações para entrada de dados Restruturação dos dados modificação da estrutura de dados importados de modo a poderem ser suportados pelo sistema; estas operações podem ir da simples reformatação dos dados, passando pela conversão entre variantes de um mesmo tipo de estrutura de dados, até à conversão entre diferentes estruturas de dados (por exemplo, entre raster e vectorial) Edição para detectar e resolver inconsistências não espaciais, espaciais ou topológicas Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Selecção – utilizam condições sobre características não‑espaciais e espaciais e operações da lógica booleana para definir um subconjunto dos dados de entrada por atributos utilizam condições envolvendo os valores de atributos não-espaciais por relações espaciais utilizam condições envolvendo relações espaciais baseadas nos conceitos de contiguidade (A é adjacente a B), conectividade (existe um caminho de A para B, ...), inclusão (A contém B – A tem prioridade no processo),... Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Descrição – cálculo de índices relacionados com as propriedades geométricas dos objectos sobre a dimensão – medida de linhas, curvas, perímetros, caminho mais curto, áreas de polígonos planos ou não, volumes sobre ângulos – azimute, orientação e posição sobre a forma – medidas numéricas de convexidade de polígonos, de dimensão fractal, etc. Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Transformação – o conjunto de dados geográ-ficos de saída contém os mesmos objectos espaciais existentes no(s) conjunto(s) de dados geográficos de entrada geométricas – transformação de características espaciais projecção – utilizadas para possibilitar a representação da superfície da Terra numa superfície plana transformação linear – definidas por funções de transformação geométricas lineares; por exemplo, alteração da escala, rotação ou translação transformação não-linear – definidas pelos utilizadores para ajuste de pontos com coordenadas geográficas conhecidas (também designadas stretching) Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Transformação (continuação) aritméticas e de categoria – transformação dos valores de um atributo operação aritmética – aplicação de uma função matemática elementar aos dados por definição de categorias – modificação do domínio de valores de um atributo classificação – conversão de atributos quantitativos contínuos em discretos ou nominais (utilizadas, por exemplo, na classificação de dados obtidos por detecção remota) reclassificação – conversão de categorias nominais noutras do mesmo tipo ou de tipo numérico Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Transformação (continuação) sobreposição matricial – o valor de cada célula é calculado a partir dos valores das células correspondentes dos dados de entrada. por operações aritméticas e/ou funções matemáticas – o domínio dos valores dos dados de entrada é numérico por operações booleanas – o domínio dos valores dos dados de entrada é booleano Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Transformação (continuação) Cruzamento de tabelas – os objectos do conjunto de saída adquirem os atributos existentes numa tabela de dados; esta operação exige que esta tabela de dados tenha um atributo que seja chave primária e que os valores desta chave ocorram num dos atributos (como chave estrangeira) do conjunto de dados geográficos de entrada; os valores dos novos atributos do conjunto de saída são aqueles que na tabela correspondem ao valor do atributo comum; quando um valor ocorre na chave estrangeira mas não na chave primária da tabela, os valores dos novos atributos é null Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Derivação – o conjunto de dados de saída contem novos objectos espaciais criados a partir de um ou mais conjuntos de dados de entrada generalização – simplificam objectos capturando apenas as suas características espaciais mais salientes simplificação de linhas – redução do número de pontos utilizados na sua definição atenuação de linhas – alteração de ângulos mediante recurso a funções de Bezier, splines ou outras generalizações complexas – podem incluir mudança do tipo do objecto (por exemplo, polígonos podem ser reduzidos a centróides) e da sua forma (por exemplo, polígonos podem ser reduzidos a esqueletos ou a rectângulos), agregações de polígonos, etc. Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Derivação (continuação) geração de buffers – criam polígonos cujos pontos se encontram a uma distância de outros objectos (pontos, linhas ou polígonos) inferior ou igual a um dado valor; assim, os buffers de pontos são círculos sobreposição topológica – os novos objectos espaciais resultam da intersecção de todos os objectos espaciais existentes nos conjuntos de entrada União intersecção Recorte Corte Dissolução – obtêm-se novos objectos espaciais por remoção das fronteiras adjacentes dos objectos que têm o mesmo valor de um dado atributo Graça Abrantes

Operações para manipulação dos dados Operações 2.5D derivação interpolação cálculo de altitudes filtragem acentuar ou atenuar as formas determinação do declive de vertentes, determinação da orientação de vertentes, determinação de redes de drenagem determinação de superfícies visíveis ou iluminadas manipulação de imagens rotação alteração do ponto de visão Graça Abrantes

Operações para saída de resultados Desenho gráfico para construção de símbolos, uso de cores, padrões e anotações de modo a facilitar a composição de mapas e respectivas legendas Visualização para representar a informação geográfica graficamente em periféricos (terminais gráficos, impressoras, etc.) Restruturação permitem a exportação de dados para outros sistemas Resumo da informação sob a forma de índices (descritivos, de inferência estatística, da estatística multi-variada, ou outros) de modo a serem apresentados em relatórios Graça Abrantes