Sumário 1 Introdução – Aplicações Não-Convencionais 2 BD Orientado a Objetos e Objeto-Relacional 3 BD Temporal 4 BD Geográfico 5 XML e Banco de Dados

Banco de Dados Geográfico BD convencional dados possuem atributos alfanuméricos que descrevem as suas características (atributos convencionais) BD geográfico dados possuem atributos convencionais atributos que descrevem a sua forma, indicam a sua localização na Terra (sobre/sob) e a sua validade repositório de fenômenos do mundo real que são geo-referenciados é componente de um SIG (Sistema de Informação Geográfica) – ou GIS

SIG Sistema utilizado para armazenar, analisar e manipular dados geográficos Diversos enfoques sistema de processamento de transações ênfase na manipulação de dados exemplo: cadastro urbano sistema de suporte à decisão ênfase em análises complexas, simulações e tendências exemplo: gestão de tráfego sistema de monitoração análise de variáveis em áreas geográficas exemplo: nível dos rios, poluição do ar

Arquitetura de um SIG BDG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem Armazenamento e Recuperação BDG

Arquitetura de um SIG BDG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem interface gráfica (menus, ícones, ...) permitir visualização de mapas e de atributos associados ao terreno permitir manipulações de mapas e atributos - consultas e atualizações - análises espaciais - configurar parâmetros de visualização (escala, layers, ...) Armazenamento e Recuperação BDG

Entrada e Integração de Dados Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem baseia-se em mapas obtidos via técnicas de sensoriamento remoto - técnicas para registro de características do terreno sem haver contato entre o sensor e os objetos do terreno - exemplos: * sensores em satélites - captação baseada na quantidade e freqüência da luz * fotografias aéreas (fotogrametria) - fotos seqüenciais do terreno Armazenamento e Recuperação BDG

Entrada e Integração de Dados Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem quatro formas principais de entrada de dados: - caderneta de campo - digitalização em mesa - digitalização ótica - leitura de dados Armazenamento e Recuperação BDG

Entrada e Integração de Dados Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem caderneta de campo - levantamento (por escrito) de dados do terreno (topografia, tipo de solo, ...) - inserção manual no BDG - uso de GPS garante maior precisão da localização dos dados Armazenamento e Recuperação BDG

Entrada e Integração de Dados Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem GPS - Global Positioning System - sistema baseado em satélites para medição de coordenadas e altura em qualquer ponto da Terra - para maior precisão, a localização é determinada em função de informações obtidas de mais de um satélite - variam em precisão e funcionalidade: * transformações entre sistemas de coordenadas * visualização de mapas * inclusão de objetos . . . Armazenamento e Recuperação BDG

Entrada e Integração de Dados Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem digitalização em mesa - uso de uma mesa digitalizadora * trabalha sobre um mapa impresso - processo custoso e demorado * digitalização de linhas, ajuste de nós, identificação de atributos do terreno, ... Armazenamento e Recuperação BDG

Entrada e Integração de Dados Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem digitalização ótica - uso de scanners - processo semi-automático * utiliza algoritmos de conversão para o formato vetorial * pode requerer correção manual Armazenamento e Recuperação BDG

Entrada e Integração de Dados Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem leitura de dados - importação e/ou integração de grandes volumes de dados coletados e cadastrados por instituições * INPE, centros de cartografia do Exército, ... Armazenamento e Recuperação BDG

Funções de Processamento Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem Armazenamento e Recuperação análise geo-espacial processamento digital de imagens - operações de contraste, realce de cores, ... modelagem numérica do terreno - geração de mapas de declividade, cálculo de volumes, ... operações sobre redes - caminhos ótimos, inclusão de nós, ... BDG

Visualização e Plotagem Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem componente responsável por apresentações gráficas - controla a visualização de imagens de mapas 2D/3D e/ou vetorial - resultados analíticos (gráficos de linhas ou de barras, distribuição de um fenômeno – pontos de ocorrência, ...) - plotagem (impressão) * definição da área a ser impressa * colocação de legendas, textos explicativos e medidas Armazenamento e Recuperação BDG

Armazenamento e Recuperação Arquitetura de um SIG Interface com o Usuário Entrada e Integração de Dados Funções de Processamento Visualização e Plotagem Armazenamento e Recuperação BDG - definição, armazenamento e manipulação de dados geográficos BDG

Dado Geográfico Dado espacial Dado geográfico possui uma dimensão espacial 2D: linear, poligonal, ... 3D: sólido exemplos: estrutura atômica, peça mecânica, ... Dado geográfico é um dado espacial geo-referenciado possui uma localização sobre a superfície terrestre em um certo instante ou intervalo de tempo exemplos: área urbana 2D, área de relevo 3D, ... componentes convencional, espacial, pictórico e temporal

Dado Geográfico - Componentes Componente convencional propriedades alfanuméricas código: Lg 425 tipo: praça nome: XV de novembro descrição: . . .

Dado Geográfico - Componentes Componente espacial propriedades de localização geo-espacial forma: poligonoFechado localização: { L1: (78,53),(86,73), . . . L6: (88,46), (78,53) } fronteiras: { (Lg 426, L6), (Lg 067, {L1, L2}) ... L2 L3 L4 L1 L5 L6

Dado Geográfico - Componentes Componente pictórico propriedades gráficas (imagens) imagem: FpolisCentro.jpg tamanho: 520K referência: { P1: (27o35’ S, 45o50’ W) P2: (27o18’ S, 45o01’ W) }

Dado Geográfico - Componentes Componente temporal propriedades relativas à validade do dado dataColeta: 27/05/03 válidoPor: 2 anos OU TI: 27/05/03 TF: 27/05/05

Modelos de Dados Geográficos BDG suporta dois modelos complementares modelo de campo modelo de objeto Modelo de campo (modelo raster) região geográfica é vista como uma superfície contínua cada ponto da região descreve uma ou mais propriedades do terreno ênfase na análise de características do terreno e não na identificação de objetos neste terreno representação de layers

Modelo de Campo - Raster Exemplo modelagem de layers relevo e vegetação relevo: planície altitude: 5m vegetação: arbusto relevo: planície altitude: 15m vegetação: duna relevo: planalto altitude: 350m vegetação: floresta

Modelo de Campo - Raster Célula conjunto de um ou mais pixels define uma área na qual todos os pontos do terreno possuem as mesmas propriedades permite a modelagem de áreas relevantes da região geográfica abstração de características comuns de vários pontos do terreno em um único conceito (célula) células em geral são homogêneas possuem a mesma forma, área e são contíguas facilita a determinação dos seus limites

Modelo de Campo - Células relevo: planalto altitude: 370m vegetação: floresta relevo: planície altitude: 15m vegetação: duna relevo: planalto altitude: 300m vegetação: floresta

Modelo de Objeto Também chamado de modelo vetorial Características região geográfica é vista como uma superfície ocupada por objetos geométricos identificáveis, não necessariamente disjuntos objetos pontuais, lineares, poligonais, ou mesmo uma combinação destes elementos geométricos objetos não estão necessariamente associados a características do terreno ênfase na identificação de objetos no terreno e não na análise de propriedades contínuas no terreno

Modelo de Objeto - Vetorial Exemplo mapa urbano mercado público rua dos ilhéus clube 12 de agosto peixaria Guimarães

Campos e Objetos Podem ter múltiplas representações depende de fatores de escala ou visões desejadas por diferentes aplicações exemplo: célula ou polígono transforma-se em ponto problemas modelagem mais complexa, comportamentos diferentes em função da representação Possuem relacionamentos topológicos exemplos A vizinho B (de células e objetos), A contido em B, A disjunto B, ...

Mapa Temático (Layer) Ênfase na análise contínua de um tema exemplos: vegetação, uso do solo, ... Região geográfica pode estar particionada em polígonos (vetorial) cada polígono engloba um valor dentro do tema pode ser uma imagem raster variações no tema: cor, intensidade de brilho, ... do pixel alface uso do solo milho café

Redes Ênfase na identificação de recursos que fluem na região geográfica redes de utilidade pública (água, luz, telefone, ...) representação na forma de grafo noção de arco (pode ser orientado) e nó (ligação) rede telefônica caixa terminal ponto de linha nó na rede

Modelos Numéricos do Terreno Ênfase na análise numérica de uma característica que varia continuamente exemplos: mapas topográficos e demográficos Formas de representação isolinhas linhas rotuladas com o valor da característica valores de pontos fora das linhas são estimados grades áreas com um valor estimado da característica formas retangulares ou triangulares

Modelos Numéricos do Terreno 370 300 350 mapa topográfico em isolinhas 10 15 22 60 51 82 67 88 40 77 74 33 71 49 64 98 59 20 69 97 85 52 27 79 41 57 86 87 58 25 31 78 63 11 37 48 73 42 23 34 70 47 68 75 65 54 17 50 mapa demográfico em grade retangular

BD Queimadas - INPE www.dpi.inpe.br/proarco/bdqueimadas Consultas qual o estado brasileiro com o maior número de focos de queimadas no momento (captados pelo satélite NOAA 12 Noite) e a quantidade de focos? (visualize também os focos graficamente) qual o município do Maranhão com maior número de focos? qual é o satélite que consegue captar mais focos no Brasil inteiro? qual o tipo de vegetação que apresentou o maior número de focos na segunda quinzena de outubro? qual é o estado brasileiro com maior número de focos ocorrendo em vegetação Ombrofila Aberta e o município campeão em número de focos neste estado? qual o total de focos por semana no mês de novembro de 2003 no estado do Pará? visualize as áreas de desmatamento nos anos de 2000 e 2001 nos municípios que são capitais de estados da região Norte do Brasil

Operações em um BDG Análise geo-espacial Atualização de dados Consulta a dados Visualização de dados

Análise Geo-Espacial Conjunto de funções aplicadas sobre um mapa ou objetos deste mapa principal diferencial operacional em relação a outros BDs não-convencionais Finalidades das operações de análise validação da entrada de dados transformação do mapa ou de seus objetos existência de relacionamentos topológicos busca de informação geométrica e/ou estatística visualização de mapas

Classificação de Operações Captura validam um processo de digitalização e vetorização de um mapa Transformação produzem novos mapas como resultado Topológicas analisam a existência de relacionamentos topológicos Métricas realizam processamentos baseados no conceito de distância Estatísticas produzem valorações (analisam tendências) baseadas em propriedades convencionais, espaciais e/ou temporais

Captura - Exemplos Detecção de erros Combinação de mapas Junção validação de um processo de vetorização arcos sem conexão, polígonos não-fechados, ... Combinação de mapas ajuste (da topologia) de bordas de mapas que representam regiões vizinhas Junção definição de objetos complexos a partir de objetos mais simples exemplo: polígono formado por pontos ou linhas

Transformação – Exemplo 1 Mudança de escala dados vetoriais técnicas de generalização substituição de pares de pontos vizinhos pelo ponto médio dados raster técnicas de agregação geração de células a partir da junção de células menores

Transformação – Exemplo 2 Overlaying (cobertura) sobreposição de um ou mais temas deseja-se uma análise de correlações, tendências, ... dados raster overlay centrado na localização valor da célula resultante é uma função dos valores das células dos temas combinados overlay centrado no tema mantém-se as células definidas para um certo tema, sendo os valores dos demais temas estimados no contexto destas células

Overlaying - Exemplos Vegetação Altitude campo cerrado floresta 500m overlay de localização floresta campo com 500m cerrado com 500m overlay do tema Vegetação cerrado com 700m floresta com 500m 500m 700m campo – altitude média: 500m cerrado – altitude média: 600m Altitude floresta – altitude média: 500m

Operações Topológicas Importante categoria analítica base para várias consultas geográficas verificação de relacionamentos espaciais Topologia estudo das propriedades geométricas que permanecem invariantes sob deformação independem de fatores como escala, projeção, etc projeção: representação da superfície terrestre sobre uma superfície plana produz deformação

Operações Topológicas Operações sobre objetos geométricos definidos a partir das noções de fronteira e interior A A B A B B A disjunto B ? A A A B A B B B A adjacente (toca) B ? A A A B B B A B B A A sobrepõe B ?

Operações Topológicas - Exemplos B A B B B está contido em / cobre A ? A A B B B cruza A ? B A A A B A B B B acima (N) / abaixo (S) / ao lado (L/O/ Esq / Dir) de A ? A A B A B B B sobre / sob A ?

Operações Métricas Baseadas na noção de distância sobre um sistema de coordenadas Tipos de retorno valores numéricos exemplo: distância objetos geográficos exemplo: raio de alcance

Operações Métricas - Exemplos B distância A-B A B B comprimento/perímetro A A A A área/volume A A A raio de alcance r C B caminho ótimo A B B A A B

Operações Estatísticas Análise de propriedades convencionais associadas a uma região geográfica Exemplos contagem de freqüência e histograma distribuição de valores análise de correlação comparação de propriedades em uma região análise de dispersão análise de distribuição de um fenômeno em uma região população SE CE S região Imóvel < 1000 < 2500 < 5000 Próprio 1544 3456 6898 Alugado 5876 3780 2099 ocorrências de crimes

Operações em um BDG Análise geo-espacial Atualização de dados Consulta a dados Visualização de dados

Atualização de Dados Geográficos Modificação de componentes convencionais e temporais via comandos de atualização do BDG (DML) Modificação de componentes espaciais e pictóricos cargas periódicas de mapas e identificação de instâncias de campos e objetos em alguns casos, é possível a atualização da geometria de instâncias via comandos DML exemplo: inclusão de um hospital no mapa de Fpolis, definindo também o polígono que o delimita no terreno

Operações em um BDG Análise geo-espacial Atualização de dados Consulta a dados Visualização de dados

Consulta a Dados Geográficos Diferenças em relação a BDs convencionais critérios de seleção espacial uso de funções de análise geo-espacial uso de linguagens textuais estendidas seleção baseada em apontamento manipulação direta de mapas para fins de consulta uso de interfaces gráficas e linguagens visuais resultados textuais, gráficos ou mistos propriedades convencionais associadas ao seu posicionamento geográfico certas consultas só tem sentido se o resultado for misto exemplo: onde ficam as cidades de SC com mais de 100.000 habitantes?

Linguagens de Consulta para BDG Extensões do SQL, em geral várias propostas SQL/MM, GeoSQL, Spatial SQL, SF-SQL, ... permitem todos os tipos de resultados Exemplo 1 (SF-SQL) critério de seleção espacial e resultado textual select c1.nome from c1 Cidade, c Cidade where c.nome = “Florianópolis” and c.geometria.DISTANCE(c1.geometria)< 50

Linguagens de Consulta Textuais Exemplo 2 (GeoSQL) critério de seleção espacial e resultado misto select TMunicipio m from LayerUrbano of MapaSC where ((m.população >= 50000) and (m.Area() > 1000) and (m CROSS select TRio r from LayerHidrografia of MapaSC where (r.nome = “Itajaí-Açu”))) indicação do mapa no qual deve ser exibido o resultado

Linguagens de Consulta Textuais Exemplo 3 (Spatial SQL) critério de seleção espacial e resultado misto set legend color black pattern dashed for select geometria from Via; set window select Via.geometria, Via.nome from Via, Cidade where Cidade.nome = “Florianopolis” and Via.nome like “F*” and Via.geometria INSIDE Cidade.geometria configuração de parâmetros de visualização indicação de resultado gráfico

Operações em um BDG Análise geo-espacial Atualização de dados Consulta a dados Visualização de dados

Visualização de Dados Geográficos Gerenciamento da apresentação de dados importante função de BDGs Objetivo desta classe de operações apresentação de resultados de consultas manipulação de objetos na tela facilitar a visualização de dados, pesquisa exploratória (browsing) e a construção de novas consultas

Visualização de Dados Geográficos Funcionalidades principais visualização 2D e 3D formulação iterativa de consultas combinação de resultados de consultas customização de apresentações de mapas visualização simultânea de várias regiões geográficas operações especiais zooming, panning (translação), rotação, ... apresentação de resultados estatísticos exemplo: análise de densidade demográfica visualização através de análise de dispersão ou mapa de isolinhas

Customização de Apresentações Exemplo: mapa de Florianópolis tema default: logradouros objetos default: mercado público, IEE, ... legendas default: nome e tipo dos logradouros metáforas visuais: avenidas linha dupla cor marrom praças interior com cor verde . . .

Controles de Zooming Representação dos dados muda Alguns dados tornam-se invisíveis e outros visíveis Zoom In / Zoom Out escopo de objetos passíveis de consulta muda exemplo: zoom In Brasil  SC consulta apenas a objetos geográficos em SC Zoom Out aplicação de técnicas de omissão de detalhes generalização filtragem de objetos e legendas evitar excesso e/ou sobreposição de informações no mapa