Informações Geográficas

Dado x Informação Dado é um conjunto de símbolos como, por exemplo, textos e números; Informação é um significado particular mental, pode ser expressa por meio de dados; Desafio é passar a informação desejada à outra pessoa através de dados – a informação convertida a dados pelo interlocutor pode não ser recebida corretamente pelo ouvinte;

O que é o dado geográfico? “Caricaturas” de fenômenos observados na superfície da Terra; Composto por três componentes: Espacial – onde está (localização); Não-espacial – o que é (descrição); Temporal – quando;

O tripé da representação do dado geográfico – Espacial – Onde? Representa fenômenos sobre a superfície de um modelo da Terra; Pode ser representação: Topográfica escalonada; Conceitual dentro de um modelo pré-estabelecido (temático).

O tripé da representação do dado geográfico – Descrição – O que é? Descreve os fenômenos através de textos, números, imagens e etc.; Comumente associados a parte espacial (onde) na forma de tabelas e metadados;

Crucial ao dado ser uma informação útil; O que são os Metadados? Dados sobre os dados; Descrevem características, linha de vida, acessibilidade, qualificação e outras informações pertinentes; Crucial ao dado ser uma informação útil; A Comissão Nacional de Cartografia (CONCAR) recomenda o padrão de metadados ISO-19115;

O tripé da representação do dado geográfico – Tempo – Quando? Refere-se a quando foram medidas as propriedades do objeto ou fenômeno (espacial e descrição); Na escala de tempo da vida do homem, há fenômenos praticamente estáticos (ex. relevo e geologia) e dinâmicos (ex. veículo de transporte e área urbana);

Traduzindo as informações geográficas ao ambiente computacional O ambiente computacional é discreto enquanto a natureza é contínua; O computador trabalha com dado, não informação; O computador precisa de forte formalismo nas estruturas e representações;

O paradigma dos quatro universos para representação da informação geográfica A representação computacional do espaço é um típico problema da Ciência da Geoinformação; Para melhor se entender o processo, divide-se o problema em quatro universos: Universo Real; Universo Conceitual; Universo de Representação; Universo de Implementação.

Os quatros universos Real Conceitual Representação Implementação

Também chamado de universo do mundo real; Universo Real Também chamado de universo do mundo real; É matematicamente contínuo (natureza); Nele se encontra os fenômenos que queremos representar e medir; Representação via medidas e referência espaço-temporal – essas medidas dão origem aos dados; As medições podem ser qualitativas ou quantitativas.

Tipos de superfícies físicas – Universo Real Há três tipos de superfícies que os fenômenos geográficos apresentam: Discreta: facilidade de localizar as bordas (ex: rua, edificações, poste, rio); Contínua: dificuldade de localizar ou ausência de bordas (ex: vegetação, solo, altimetria, temperatura); Abstrata: Bordas não existem fisicamente, geralmente definidas descritivamente (ex: município, zona eleitoral, zona de influência).

O erro faz parte... Todo o dado geográfico é uma medição de um objeto ou fenômeno no mundo real. Esta medição é realizada por um instrumento ou método com precisão finita (erro). Desta forma, as três componentes (o que, quando e onde) são aferidas com erros. Ou seja, todo o dado geográfico tem embutido uma imprecisão.

Neste universo são definidos os conceitos do mundo real a representar; Universo Conceitual Neste universo são definidos os conceitos do mundo real a representar; O mundo real é complexo, tridimensional, contínuo e infinito – ao definir os conceitos do que se quer representar, delimita-se o escopo; Modelos conceituais são elaborados nesse processo – quais informações medir e quais os relacionamentos entre estas informações; Autores apresentam algumas classificações conceituais das informações geográficas, vejamos a seguir um das mais aplicadas, a OMT-G – Object Modeling Technique for Geographic Applications (referências ao final da apresentação).

OMT-G – classificação conceitual

OMT-G – classificação conceitual – 1º e 2º nível OMT-G é um modelo baseado na orientação à objetos, desta forma, toda a informação geográfica pertence a uma classe – um grupo de informações que representam um mesmo conceito do mundo real; As classes são dividas em dois tipos: Georreferenciada: possui as três componentes: onde, o que e quando (geoinformações); Não espacial: possui apenas duas componentes: o que e quando (informações não geográficas).

OMT-G – classificação conceitual – 3º nível As classes georreferenciadas são dividas em: Geo-campo: Representam variáveis contínuas no espaço, em outras palavras, apresentam a distribuição espacial de uma variável contínua. Exemplos: pressão, temperatura, relevo, umidade, teor de minerais no solo, vegetação, solos e geologia. Geo-objeto: São entidades do mundo real discretas/individualizáveis, ou seja, que apresentam limites definidos e características próprias. Exemplos: rua, rio, árvore, edificação, município, unidade de conservação e poste.

OMT-G – classificação conceitual – divisão de geo-campo As classes do tipo geo-campo sempre representam a distribuição espacial de uma variável contínua; Elas são divididas em: Amostras: são pontos amostrais da variável contínua como pontos cotados, medições de estações meteorológicas e amostras de solo; Isolinhas: são linhas onde todos os pontos que as compõem possuem o mesmo valor da variável contínua: curvas hipsométricas, isotermas (temperatura) e isoietas (chuva); Tesselação: a área é subdivida em células de tamanho igual, em cada célula é realizada uma medição da variável: imagens de satélite e altimetria ou declividade gerada por interpolação; TIN (rede triangular irregular): geralmente por meio de isolinhas ou amostras, é gerada uma superfície interpolada composta por triângulos irregulares. Polígono Adjacente: divide-se a área de estudo em regiões segundo um critério de classificação: vegetação, geologia, uso do solo e classificação climática.

OMT-G – classificação conceitual – divisão de geo-objeto As classes do tipo geo-objeto podem ser dividas em: Com topologia: o objetivo é representar a localização geográfica e conectividade entre os objetos, geralmente expressam sistemas conectados complexos como rede viária, rede de drenagem, rede de esgoto, rede de energia, entre outros. Sem topologia: o objetivo é representar a localização geográfica dos seus limites: rio definido pelas margens e fazendas representadas por seus limites.

OMT-G – classificação conceitual – divisão de geo-objeto sem topologia As classes do tipo geo-objeto sem topologia podem ser dividas em: Ponto: a localização geográfica do objeto é apresentada de forma adimensional. Linha: a localização geográfica do objeto é apresentada de forma unidimensional. Polígono: a localização geográfica do objeto é apresentada de forma bidimensional.

OMT-G – classificação conceitual – divisão de geo-objeto com topologia As classes do tipo geo-objeto com topologia podem ser dividas em: Arco bidirecional: expressa uma conexão entre dois nós A e B. A conexão pode ser dar de A para B como também de B para A. Arco unidirecional: expressa uma conexão entre dois nós A e B. O arco tem um fluxo associado que indica se a conexão se dá de A para B ou B para A. Nó: representa os objetos conectados pelos arcos. Os arcos são representados por linhas e nós por pontos.

Várias possibilidades de conceito para uma mesma entidade do mundo real Um mesmo elemento, objeto ou fenômeno do mundo real pode ser representado por vários conceitos dentro da classificação OMT-G ou outra qualquer. Por exemplo, relevo é um geo-campo. Podemos representar a distribuição espacial do relevo por pontos cotados (amostras), curvas hipsométricas (isolinhas) e por uma matriz de pixels (tesselação). Já um rio, que é um geo-objeto, pode ser representado por um polígono delimitando suas margens (sem topologia) ou por um arco representando o seu fluxo numa rede de drenagem (com topologia). Desta forma, é possível se ter uma mesma informação e várias representações conceituais.

Universo de Representação Neste universo, se escolhe a estratégia de representação da informação no ambiente computacional; Um mesmo conceito pode ser representado de maneiras diferentes no computador; Há duas formas de representação dos conceitos sobre o mundo real no SIG: Matricial: divide-se a área em uma grade/matriz de células regulares; Vetorial: define-se pontos, linhas e áreas através de conjuntos finitos de coordenadas;

Representações sobre o mundo real Instrumentos de medidas

Representação Vetorial Representa entidades por meio pontos, linhas e polígonos; Linhas e polígonos são conjuntos de pontos (coordenadas) ligados em forma de segmento; Os objetos vetoriais não preenchem necessariamente todo o espaço;

Primitivas vetoriais Feições vetoriais são definidas espacialmente por: (x1,y1) Ponto - coordenadas x,y ou x,y,z. Vértice Nó Linha - uma seqüência de pontos conectados por segmentos de retas. Nó Vértice Polígono - um conjunto fechado de linhas.

Características da representação vetorial Melhor para expressar topologia; Relativamente mais compacto do que a representação matricial; Geralmente cada objeto vetorial possui um conjunto de atributos alfanuméricos como, por exemplo, na forma tabular; O “átomo” da representação vetorial é o ponto.

Tabela de atributos comumente associada a representação vetorial Campos (colunas) Registros (linhas)

Representação Matricial Toda a área é subdivida em célula (pixels) de tamanho regular; Cada célula contém um único valor – possibilidade de conexão relacional com outra tabela; A matriz descreve um dado fenômeno – exemplo: temperatura, tipo de solo, altimetria e etc... Toda a área tem que estar referenciada; O “átomo” desta representação é o pixel ou célula.

Exemplo de representação matricial Célula origem da matriz Tamanho da célula Número de Linhas NODATA (X,Y) Número de Colunas Definição de uma malha (grid) em um SIG

Comparação entre as representações Matricial Vetorial Mundo real

Comparação entre as representações – primitivas vetoriais x pixel

Um conceito influencia no tipo de representação... Observe que amostras (geo-campo), ponto (geo-objeto sem topologia) e nó (geo-objeto com topologia) podem ser representados por pontos vetoriais. Em suma, conceitos diferentes podem possuir a mesma representação. Entretanto o conceito nos impõe maiores restrições à informação como, por exemplo, isolinhas hipsométricas (geo-campo) não podem se cruzar, mas ruas (geo-objeto linha) podem. Há conceitos que influenciam na adoção da representação. Por exemplo, a tesselação na sua definição é similar a representação matricial; e representação de geo-objeto com topologia nos aponta para representação vetorial, a matricial seria quase impraticável. Todavia, existem conceitos que admitem bem as duas representações como, por exemplo, os polígonos adjacentes (geo-campo).

Universo de Implementação Um vez escolhida a representação da informação geográfica, precisamos definir como ela será implementada no computador; Formatos de arquivo, estrutura de dados, algoritmos e afins pertencem a este universo; Há grande variedade de implementações de representações vetorias (shp, dwg, dxf, dwg, gpx, kml, svg) e matriciais (tiff, img, jpeg, png, bmp); A escolha da implementação é importante, não necessariamente todo o formato de arquivo tem a capacidade de representação necessária.

Ligando os universos... Exemplos: Curvas de nível - um arquivo shapefile implementa a representação vetorial do conceito de isolinhas do relevo do mundo real. Imagem de satélite: um arquivo TIFF implementa a representação matricial do conceito de tesselação sobre a reflexão da radiação eletromagnética (REM) na superfície do mundo real. Rede de drenagem: um arquivo dwg implementa a representação vetorial do conceito de arco unidirecional sobre rios de uma bacia hidrográfica no mundo real. Podemos converter o DWG do item 3 para shapefile (SHP) que não vamos alterar a representação, o conceito e nem o que estamos representando sobre o mundo real.

RELEXÃO FINAL Qual a representação apresenta mais precisão posicional geográfica, a matricial ou a vetorial (ponto ou célula)?

Leitura complementar Capítulo 2 do livro Introdução à Ciência da Geoinformação, que consta no DVD do curso ou na página: http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/introd/cap2-conceitos.pdf Capítulo 3 - Modelagem conceitual de dados geográficos o livro Banco de Dados Geográficos, que consta no DVD do curso ou na página: http://www.dpi.inpe.br/livros/bdados/cap3.pdf Capítulo 3 do livro Anatomia de Sistemas de Informação Geográfica, disponível na página: http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/anatomia.pdf

Obrigado José Augusto Sapienza Ramos sapienza@labgis.uerj.br