Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e Bancos de Dados Geográficos Karine Reis Ferreira – karine@dpi.inpe.br SER 330 – Introdução a Geoprocessamento (01/04/2013) Disponível em: http://wiki.dpi.inpe.br/doku.php?id=ser300:aulas-ser300-2013

Sumário Sistemas de Informação Geográfica (SIG) Representação Computacional de Dados Geográficos Evolução dos SIGs Sistemas Gerenciadores de Bancos de Dados (SGBD) Extensões Espaciais PostGIS e Oracle Spatial Simple Feature Specification (SFS) - OGC

Sistema de Informação Geográfica (SIG) Geographic Information System (GIS) Sistema computacional capaz de armazenar, processar e manipular dados geográficos (Worboys and Duckham, 2004) Funcionalidades de um SIG (Rigaux et al, 2002): Entrada e validação de dados espaciais; Armazenamento e gerenciamento; Saída e apresentação visual; Transformação de dados espaciais; Interação com o usuário; Combinação de dados espaciais para criar novas representações do espaço geográfico; e Ferramentas para análise espacial.

Sistema de Informação Geográfica (SIG) Users Presentation, Script Languages and Graphical User Interface Modeling Analysis Processing Storage and Retrieval Sources of Geographical Data Spatial Database Systems Files …. Spatial Data Server

Exemplos de SIG SPRING Quantum GIS TerraView ArcGIS GRASS

Exemplos de SIG SPRING Free Quantum GIS TerraView Free and Open Source Commercial ArcGIS GRASS

Organização lógica de dados em um SIG Plano de informação (nível, camada, layer): Contém informações referentes a um único tipo de dados Área geográfica definida Ex: Divisão política Elevação Rios elevação rios divisão política Os dados geográficos em um SIG são organizados em layes ou plano de informação. Um layer contém informações referentes a um único tipo de dados

Consultas Espaciais: Seleção Espacial Dados um conjunto de objetos espaciais D e um predicado de seleção espacial p sobre atributos espaciais dos objetos em D, determine todos os objetos em D cujas geometrias satisfazem p. Seleção por ponto Seleção por região Seleção por janela Fonte: Karine Ferreira (2006)

Consultas Espaciais: Junção Espacial Dados dois conjuntos de objetos espaciais D1 e D2 e um predicado de seleção espacial  determine todos os pares (d1, d2)  D1 X D2 cujas geometrias satisfazem . Ex. Para cada rodovia selecione as escolas que estão a menos de 1000 metros. Fonte: Karine Ferreira (2006)

Consultas Espaciais: Vizinhança Vizinho mais próximo: Definição: Localizar o(s) objeto(s) q mais próximo(s) de um dado objeto p Vizinho(s) mais próximo(s) a uma certa distância: Definição: Localizar o(s) objeto(s) q mais próximo(s) de um dado objeto p, a uma distância máxima de d unidades

Operadores Espaciais Topológicos: Conjunto: Métricos: Relacionamentos espaciais entre objetos Conjunto: Interseção, União, Diferença e Diferença Simétrica Métricos: Comprimento, Área, Perímetro Criação de Novas Geometrias: Centróide, Ponto sobre Superfície, Buffer, Convex Hull Operações Básicos sobre Geometrias: Extent, IsValid

Predicados topológicos Freqüentemente utilizados nas consultas espaciais para analisar informações. Definem restrições baseadas no relacionamento espacial entre os objetos. Aparecem em consultas como: Cristalina e Paracatu são vizinhas? O trecho em vermelho da BR-040 cruza quais municípios? Os predicados topológicos são freqüentemente utilizados nas consultas espaciais. Eles definem restrições baseadas no relacionamento espacial entre os objetos, para analisar informações. Aparecem em consultas como: Essas duas regiões são vizinhas? Quais são os rios que cruzam um dado município? Fonte: Gilberto Ribeiro (2006)

Predicados topológicos: Matriz 9-Interseções B A B A B A B B B B- B B B- B B B- B B B- A A A-          A A A-       A A A-          A A A-       disjoint meet contains covers A B A B B B A B A B B B- B B B- B B B- B B B- Existem modelos formais para descrever o relacionamento entre dois objetos. O modelo que ganhou mais aceitação na comunidade GIS é o da matriz de interseções, que define o relacionamento com base nas interseções entre interior, fronteira e exterior dos objetos. No caso bi-dimensional, temos 8 relacionamentos espaciais entre objetos com área: Se eles são disjuntos, se tocam, se um contém o outro e o inverso (B contém A), se um cobre o outro e o inverso (BA é coberto por B), se eles são iguais e se há sobreposição entre eles. Esses modelos nos ajudam a definir uma semântica única para o tratamento dos relacionamentos espaciais, que independe de conceitos subjetivos como: perto de, ao lado de, na esquina, ao lado. Assim sistemas diferentes que adotem o mesmo modelo, podem interpretarão as consultas da mesma forma. Vamos ver como funciona este modelo no caso do relacionamento entre os objetos a seguir: A A A-          A A A-          A A A-       A A A-          overlap equal inside covered by Fonte: Adaptado de Egenhofer e Herring (1991)

Predicados topológicos: Matriz 9-Interseções Perdizes (A) Araxá (B) B B B- A A A-    TOCA       Fonte: Gilberto Ribeiro (2006)

Processamento de Consultas Espaciais Por quais municípios brasileiros passa o trecho da BR-040 destacado? Métodos de Acesso Multidimensionais: Aproximação pelo Retângulo Envolvente Mínimo (REM ou Bounding Box ou MBR) Para processar de forma eficiente consultas que envolvam predicados espaciais, como por exemplo: Por quais municípios brasileiros passa o trecho da BR-040 destacado em vermelho? Precisamos de estruturas auxiliares, chamadas métodos de acesso multidimensionais ou métodos de acesso espaciais ou índices espaciais, que nos ajudem a não ter que vasculhar todo o universo de dados de nosso banco de dados. Uma idéia fundamental dos índices espaciais é o uso de aproximações, isto é, a estrutura do índice trabalha com representações mais simples dos objetos, como o menor retângulo envolvente (REM) do objeto. Fonte: Gilberto Ribeiro (2006)

Processamento de Consultas Espaciais Consulta Espacial Testes Geométricos Índice Espacial Objetos Espaciais Candidatos Falsos Candidatos Resultado Dessa forma, a maneira mais comum de processar as consultas é dividir o processamento em duas etapas: uma chamad de filtragem (à esquerda) e outra de refinamento (á direita). Na etapa de filtragem são usados métodos de acesso espaciais com o objetivo de reduzir e rapidamente selecionar os possíveis candidatos que satisfaçam a consulta. Nesta primeira etapa, chamamos de candidatos os objetos cuja aproximação geométrica com a qual o índice trabalha satisfaça o predicado da consulta espacial. A redução do espaço de busca é muito importante, pois a etapa seguinte, a de refinamento, envolve a aplicação de algoritmos geométricos, que são computacionalmente complexos e custosos e que são aplicados à geometria exata dos candidatos selecionados na etapa anterior. Os candidatos que não passarem nos testes geométricos são descartados e assim obtemos o resultado final da consulta. Filtragem Refinamento Fonte: Gilberto Ribeiro (2006)

Métodos de Acesso Multidimensionais Exemplos: k-d Trees Árvore binária. Decomposição do espaço ao longo das dimensões x e y: compara os valores da componente “x” nos níveis pares da árvore e da componente “y” nos níveis ímpares. As principais classes de métodos de acesso são baseados nas seguintes estruturas: K-d Trees Grades Fixa Quadtrees E as árvores R ou R-Trees. Fonte: Gilberto Ribeiro (2006)

Métodos de Acesso Multidimensionais Exemplos: Fixed-Grid Grade regular que cobre todo o espaço. As principais classes de métodos de acesso são baseados nas seguintes estruturas: K-d Trees Grades Fixa Quadtrees E as árvores R ou R-Trees. Fonte: Gilberto Ribeiro (2006)

Métodos de Acesso Multidimensionais Exemplos: Quadtree - Árvore: cada “nó” ou “tronco” gera quatro “folhas” - Cada nó corresponde a uma região quadrada do espaço - Cada região é subdividida em quatro partes iguais sucessivamente até ter um ou nenhum objeto geográfico dentro de cada quadrante. As principais classes de métodos de acesso são baseados nas seguintes estruturas: K-d Trees Grades Fixa Quadtrees E as árvores R ou R-Trees. Fonte: Gilberto Ribeiro (2006)

Métodos de Acesso Multidimensionais Exemplos: R-Trees - Árvore-R - Baseada no retângulo envolvente mínimo (MBR) dos objetos As principais classes de métodos de acesso são baseados nas seguintes estruturas: K-d Trees Grades Fixa Quadtrees E as árvores R ou R-Trees. Fonte: Gilberto Ribeiro (2006)

Sistema de Informação Geográfica (SIG) Geographic Information System (GIS) Sistema computacional capaz de armazenar, processar e manipular dados geográficos (Worboys and Duckham, 2004) Funcionalidades de um SIG (Rigaux et al, 2002): Entrada e validação de dados espaciais; Armazenamento e gerenciamento; Saída e apresentação visual; Transformação de dados espaciais; Interação com o usuário; Combinação de dados espaciais para criar novas representações do espaço geográfico; e Ferramentas para análise espacial.

Representação Computacional de Dados Geográficos Modelos Conceituais Representação Computacional Geo-Objetos Tipos de Dados Vetoriais Geo-Campos Tipos de Dados Matriciais célula

Geo-Objectos X Geo-Campos Geo-Objetos (entidades, feições, objects, features) Coleção de entidades distintas e identificáveis, onde cada entidade é definida por uma fronteira fechada Homogeneidade interna Descrito por seus atributos (descreve o que está “dentro” dele) Nome = Brasil Pop = 159 milhões Nome = Argentina Pop = 34 milhões Nome = Chile Pop = 14 milhões Paradigma dos 4 universos: passos entre o mundo real e a sua realização computacional. Ontologias: identificar os conceitos do mundo real que vc precisa representar Formal: entidades do mundo real devem ser generalizadas em objetos ou campos Estrutural: quais estruturas de dados serão utilizadas para representar 23

Geo-Objectos X Geo-Campos Geo-Campos (superfícies, distribuições, fields, coverage) Representam uma superfície contínua, sobre a qual variam os fenômenos observados Para cada ponto da região, temos um valor distinto IDH Imagem satélite Altimetria Geologia Paradigma dos 4 universos: passos entre o mundo real e a sua realização computacional. Ontologias: identificar os conceitos do mundo real que vc precisa representar Formal: entidades do mundo real devem ser generalizadas em objetos ou campos Estrutural: quais estruturas de dados serão utilizadas para representar 24

Estruturas Vetoriais Representam as fronteiras de cada entidade geográfica: Ponto: par ordenado (x, y) Linha: conjunto de pontos conectados Área (polígono): região limitado por uma ou mais linhas fechadas

Estruturas Vetoriais - Topologia Relacao topologica: sem uso de algoritmos Quando queremos armazenar as estruturas de dados do tipo polígono no caso de objetos adjacentes, temos uma decisão básica a tomar: guardamos as coordenadas de cada objeto isoladamente, e assim duplicamos as fronteiras em comum com outros objetos, ou armazenamos cada fronteira comum uma única vez, indicando a que objetos elas estão associadas? No primeiro caso é chamado de polígonos sem topologia e o segundo, de topologia arco-nó-polígono. A topologia arco-nó-polígono requer três listas separadas. Os pontos inicial e final de cada linha são chamados de nós. Para cada nó, armazenamos as linhas nele incidentes. Para cada linha, armazenamos os nós inicial e final, permitindo assim que a linha esteja associada a um sentido de percorrimento; guardamos ainda os dois polígonos separados por cada linha (à esquerda e à direita, considerando o sentido de percorrimento). Para cada polígono, guardamos as linhas que definem sua fronteira. Polígonos sem topologia ou polígonos fechados Polígonos com topologia arco-nó-polígono Rede com topologia arco-nó 26

Estruturas Vetoriais - Topologia Possíveis problemas com estruturas vetoriais com polígonos fechados: Quando armazenamos sem topologia, temos que garantir a topologia entre o dado através de algoritmos geométricos que não deixem por exemplo, inserirmos na base de dados polígonos com áreas sobrepostas. fonte: John Elgy 27

Estruturas Vetoriais 2,5 D Associação de um valor numérico a cada localização do espaço 2D Não são tridimensionais, suporte espacial são localizações 2D

Estruturas Vetoriais 2,5 D Três alternativas de estruturas vetoriais 2,5 D: Conjunto de amostras Isolinhas (curva de nível) Malha Triangular ou TIN Curvas de nível Triangulação Temos três alternativas que usam estruturas vetoriais: 23 •Conjunto de amostras esparsas 2,5D, constituído de pares ordenados (x,y,z), onde (x,y) é uma localização no plano e z um valor numérico de atributo. •Conjunto de isolinhas (curvas de nível), que são linhas às quais estão associados valores numéricos. As isolinhas não se cruzam, e são entendidas como estando “empilhadas” umas sobre as outras. •A malha triangular ou TIN (do inglês “triangular irregular network”) é uma estrutura do tipo vetorial com topologia do tipo nó-arco e representa uma superfície através de um conjunto de faces triangulares interligadas. 29

Estruturas Matriciais Grade regular sobre a qual se associa, célula a célula, o elemento que está sendo representado: Matriz de células: P(m,n) Índice espacial (i,j) para cada elemento Cada célula, um ou mais valores célula Extensão Resolução Representar o espaço através de uma grade regular 30

Representação Vetorial X Matricial Representação Matricial Mundo Real

Representação Vetorial X Matricial Objetos descontínuos Preserva relacionamentos topológicos Associar atributos a elementos gráficos Eficiência de armazenamento Matricial Processos contínuos Fenômenos variantes no espaço Adequado para simulação e modelagem 32

Conversão Vetorial  Matricial fonte: Mohamed Yagoub 32 34 33 34

Representação Matricial fonte: Mohamed Yagoub 32 34 34 34

Evolução dos SIGs (1) Gerenciamento e utilização dos dados geográficos SIG “DeskTop” SIG Distribuído (multiusuários) Servidores WEB Controle concorrente / acesso multiusuário Restrições por usuários Integridade dos dados

Evolução dos SIGs (2) Armazenamento de dados geográficos Arquitetura Integrada SIG SGBD Arquitetura Dual SIG SGBD Dados alfanuméricos + Dados espaciais Dados Espaciais Dados Alfanuméricos Arquivos País PIB Brasil Uruguai 350 295 Controle concorrente / acesso multiusuário Restrições por usuários Integridade dos dados País PIB Brasil Uruguai 350 295

SIGs e Sistemas de Banco de Dados Os Sistemas de Informações Geográficas (SIG) estão evoluindo para utilizar Sistemas Gerenciadores de Bancos de Dados (SGBD) para armazenar e gerenciar dados geográficos: A responsabilidade de gerenciamento dos dados geográficos passa a ser dos SGBDs e não dos SIGs. SGBDs tradicionais são estendidos para suportar dados espaciais. uso de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) extensíveis para armazenar, manipular e gerenciar os dados geográficos

Arquitetura Dual - Exemplos SPRING Dados alfanuméricos: SGBD relacional (DBase, Access, MySQL, Oracle) Dados espaciais: Arquivos com formato específico ArcView/ ARC/INFO (até versão 7) Dados alfanuméricos: SGBD relacional Dados espaciais: “shapefiles” SIG SGBD Dados Espaciais Dados Alfanuméricos Arquivos País PIB Brasil Uruguai 350 295

Arquitetura Dual SPRING: SGBD - modelo relacional

Arquitetura Dual SPRING: Arquivos ASCII-SPRING Ancoras (.an1, .an2) Polígonos (.po1, .po2) Linhas (.lin) Pontos das linhas (.blk) Pontos 2D (.p2d) Pontos 3D (.p3d) Imagens (.grb, .thm) Luts (.lut) Grades (.grb) Cartas (.cht) Árvores rtree (.rtl, rtp, .rta) Árvores de indexação kdtree (.kdt)

Arquitetura Dual SPRING Fonte: Karine Ferreira (2006)

Arquitetura Dual ArcView (versão 3.0): Banco de Dados de São Paulo Arquivos: sampa.shp, sampa.dbf, sampa.shx

Arquitetura Dual Problemas Falta de interoperabilidade Consultas são divididas em duas partes Dificuldade em manter a integridade entre os dados espaciais e atributos Não permite ambiente multiusuário: Compartilhamento de dados exige duplicação dos dados Atualização da informação requer nova cópia para todos os usuários Desvantagens: Falta de interoperabilidade Consultas são divididas em duas partes Dificuldade em manter a integridade entre os dados espaciais e atributos

Arquitetura Integrada SIG SGBD O que é um SGBD? Como ele armazena e gerencia dados geográficos? Dados alfanuméricos + Dados espaciais País PIB Brasil Uruguai 350 295 Controle concorrente / acesso multiusuário Restrições por usuários Integridade dos dados

SGBD SGBD – Sistemas Gerenciadores de Bancos de Dados ou DBMS – Database Management Systems Bancos de Dados: é uma coleção de dados relacionados de um determinado domínio. uso de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) extensíveis para armazenar, manipular e gerenciar os dados geográficos Banco de Dados

SGBD SGBD – Sistemas Gerenciadores de Bancos de Dados ou DBMS – Database Management Systems Sistema Gerenciador de Bancos de Dados (SGBD ou DBMS): é uma coleção de programas para criar, gerenciar e manipular um banco de dados. Exemplos: MySQL, Oracle, PostgreSQL, ... uso de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) extensíveis para armazenar, manipular e gerenciar os dados geográficos SGBD Banco de Dados

Programadores de Aplicação SGBD SGBD – Sistemas Gerenciadores de Bancos de Dados ou DBMS – Database Management Systems Usuários de Aplicação DBA Programadores de Aplicação Aplicações uso de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) extensíveis para armazenar, manipular e gerenciar os dados geográficos SGBD Banco de Dados

Programadores de Aplicação Sistema de Bancos de Dados: SGBD SGBD – Sistemas Gerenciadores de Bancos de Dados ou DBMS – Database Management Systems Usuários de Aplicação DBA Programadores de Aplicação Aplicações Sistema de Bancos de Dados: Banco de Dados + SGBD Programas de Aplicação uso de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) extensíveis para armazenar, manipular e gerenciar os dados geográficos SGBD Banco de Dados

SGBD Armazenar, consultar e atualizar o banco de dados de maneira eficiente Linguagem de definição de dados (SQL-DDL) Linguagem de consulta e manipulação de dados (SQL-DML) Manter a consistência e integridade dos dados Evitar redundância Controlar acessos concorrentes (multiusuários) Manter a segurança dos dados Recuperar falhas e fazer cópias de reserva (backup) Restringir e controlar os acessos dos usuários Restrições de segurança uso de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) extensíveis para armazenar, manipular e gerenciar os dados geográficos

SQL - Structured Query Language Linguagem padrão (ISO) para sistemas de bancos de dados É uma linguagem declarativa de alto nível que permite: Consultar dados Definir e alterar dados Definir visões Especificar autorização e regras de segurança Definir restrições de integridade Criar índices Controlar transações ... uso de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) extensíveis para armazenar, manipular e gerenciar os dados geográficos

SQL - Structured Query Language SQL-DDL SQL-DML CREATE DATABSE Teste INSERT INTO Estados VALUES (“Minas Gerais”, “MG”, 9999) CREATE TABLE Estados ( NOME VARCHAR(100) SIGLA VARCHAR(2) POP NUMBER(10,10)) SELECT * FROM Estados WHERE SIGLA = “MG” uso de Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBDs) extensíveis para armazenar, manipular e gerenciar os dados geográficos SGBD Banco de Dados

SGBD Relacional Modelo de Dados Relacional Banco de dados é organizado em uma coleção de relações ou tabelas relacionadas entre si. Aluno MATRICULA NOME CURSOID 98765 João MAT 67765 José BIO 84562 Maria ENG 34256 Luis INFO 3452672 Ana 34529 Luana Curso CURSOID TITULO DURAÇÃO INFO Informática Indust. 4 BIO Biologia ENG Engenharia Civil 5 MAT Licenciatura Mat.

SGBD Objeto-Relacional Modelo de Dados Objeto-Relacional: É uma extensão do Modelo Relacional com conceitos da modelagem Orientada por Objeto. Combina os benefícios dos dois modelos. Fornecem suporte para: Criar objetos complexos Executar consultas avançadas sobre dados complexos A linguagem de consulta OR é uma extensão da linguagem SQL para suportar o modelo de objetos As extensões incluem mecanismos para permitir aos usuários estender o banco de dados com tipos e funções específicas da aplicação

SGBD Objeto-Relacional Exemplo: Oracle CREATE TYPE SDO_GEOMETRY AS OBJECT ( SDO_GTYPE NUMBER, SDO_SRID NUMBER, SDO_POINT SDO_POINT_TYPE, SDO_ELEM_INFO SDO_ELEM_INFO_ARRAY, SDO_ORDINATES SDO_ORDINATE_ARRAY); CREATE TABLE Estados ( SIGLA VARCHAR(2) POP NUMBER(10,10) GEOM SDO_GEOMETRY) Estados SIGLA POP GEOM MG 222222 RJ 333333 SP 444444 As extensões incluem mecanismos para permitir aos usuários estender o banco de dados com tipos e funções específicas da aplicação

Extensão Espacial SGBD Objeto-Relacional são estendidos para suportar: SGBD-OR são estendidos para suportar: Tipos de dados espaciais: polígono, ponto, linha, raster, etc; Operadores e funções utilizados na SQL para manipular dados espaciais (consultas e junção) Métodos eficientes de acesso aos dados espaciais Extensões existentes (seguem padrão OGC): Comerciais Oracle Spatial IBM DB2 Spatial Extender Livres PostGIS Extensão espacial para MySQL SGBD Objeto-Relacional são estendidos para suportar: Tipos de dados espaciais: polígono, ponto, linha, etc; Operadores e funções utilizados na SQL para manipular dados espaciais (consultas e junção) Métodos eficientes de acesso aos dados espaciais Extensões existentes: Oracle Spatial IBM DB2 Spatial Extender Informix Spatial Datablade PostGIS

Open Geospatial Consortium – OGC Consórcio formado por empresas, universidades e agências governamentais. Promover o desenvolvimento de padrões que facilitem a interoperabilidade entre sistemas envolvendo informação geo-espacial. Os produtos do trabalho do OGC são apresentados sob a forma de especificações de interfaces e padrões de intercâmbio.

Open Geospatial Consortium – OGC Algumas especificações OGC: SFS-SQL (Simple Feature Specification For SQL): especificações sobre o armazenamento e recuperação de dados espaciais vetoriais em sistemas de bancos de dados. GML (Geography Markup Language): intercâmbio de dados. OWS (OGC Web Services): especificações de serviços WEB WFS: Web Feature Service WMS: Web Map Server Uma feição é uma abstração de um fenômeno do mundo real. Se associada uma localização relativa a Terra, como um rio, uma rodovia ou um lago, é chamada de feição geográfica.

Simple Feature Specification for SQL OGC: Panorama Geral ARMAZENAMENTO SERVIÇOS APLICAÇÃO SLD Web Map Service GML/Filter Web Feature Service Simple Feature Specification for SQL Web Coverage Service Outros Serviços

SFS: Modelo Geométrico Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG Fonte da Figura: OGC

SFS: Modelo Geométrico Tipos de geometrias vetoriais - exemplos: Criar uma tabela para armazenar os municípios de São Paulo: CREATE TABLE municipiossp (cod INTEGER, nomemunicp VARCHAR(255) NULL, populacao REAL geometria POLYGON); Criar uma tabela para armazenar os rios de São Paulo: CREATE TABLE drenagemsp ( cod INTEGER, nomerio VARCHAR(255) NULL, geometria LINESTRING); Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

SFS: Modelo Geométrico Dimensionalidade da figura geométrica: 0-dimensional: ponto 1-dimensional: linha 2-dimensional: polígono Obs: não diz respeito ao espaço onde a figura está inserida! Dimensionalidade do espaço onde está inserida a figura geométrica: 2D: plano cartesiano 3D: espaço tridimensional 2D+M: plano cartesiano com uma medida associada 3D+M: espaço tridimensional com uma medida associada

SFS: Geometria Fonte da Figura: OGC

SFS: Geometria Simples Fonte da Figura: OGC

SFS: Geometria Simples Fonte da Figura: OGC

SFS: Coleções Homogêneas Fonte da Figura: OGC

SFS: Coleções Homogêneas Fonte da Figura: OGC

SFS: Coleções Homogêneas Fonte da Figura: OGC

SFS: Coleções Heterogêneas São permitidas coleções heterogêneas como instâncias da classe GeometryCollection

SFS: Operadores Topológicos Operadores topológicos baseados na matriz de 9-Interseções estendida dimensionalmente (DE-9IM) : touches, equals, overlaps, disjoints, intersects, contains, insides, covers, coveredBy. Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

SFS: Outros Operadores Outros operadores: distance, buffer, convexHull, intersection, union, difference, area, centroid e pointOnSurface .... Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

SFS-SQL Spatial SQL - Exemplos: Dados espaciais armazenados em BLOBs Encontre todos os municípios de SP que são vizinhos do município de São Paulo: SELECT d2.nomemunicp FROM municipiossp d1, municipiossp d2 WHERE TOUCHES(d1.geometria, d2.geometria) AND (d2.nomemunicp <> 'SAO PAULO') AND (d1.nomemunicp = 'SAO PAULO'); Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

SFS-SQL Spatial SQL - Exemplos: Dados espaciais armazenados em BLOBs Encontre todos os municípios de SP que estão num raio de 3Km do rio X: SELECT nomemunicp FROM municipiossp, drenagemsp WHERE INTERSECTS (BUFFER(drenagemsp.geometria, 3000), municipiossp.geometria) AND drenagemsp.nomerio = ‘X’; Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

SFS-SQL Esquema de metadados Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

Extensão espacial - PostGIS Extensão do SGBD PostgreSQL (SFS-SQL): Tipos de dados geométricos. Operadores espaciais: Através da biblioteca GEOS Métodos de Acesso Espacial: R-Tree sobre GiST

Extensão espacial - Oracle Spatial Extensão do SGBD Oracle (SFS-SQL): Tipos de dados geométricos. Operadores e funções espaciais: Métodos de Acesso Espacial: R-Tree e QuadTree Plano Geometria Elemento CREATE TYPE SDO_GEOMETRY AS OBJECT ( SDO_GTYPE NUMBER, SDO_SRID NUMBER, SDO_POINT SDO_POINT_TYPE, SDO_ELEM_INFO SDO_ELEM_INFO_ARRAY, SDO_ORDINATES SDO_ORDINATE_ARRAY); Fonte: Karine Ferreira (2006)

Arquitetura Integrada- Exemplos TerraLib/TerraView ArcView + SDE Quantum GIS SIG SGBD Dados alfanuméricos + Dados espaciais País PIB Brasil Uruguai 350 295

TerraLib É uma biblioteca de software, livre e de código fonte aberto, que oferece suporte para a construção de aplicativos geográficos baseados na arquitetura integrada. Desenvolvida em C++ Suporta: SGBD relacional Access, Oracle, Postgres, MySQL, SQLServer SGBD OR Oracle Spatial, PostGIS SGBD TerraLib Jfddfjh gfsdfgdfssf fsdf fsdfsd sdfsdf Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

TerraLib Livre e de código fonte aberto Parceiros de desenvolvimento GNU Library License (or Lesser General Public License - LGPL) Parceiros de desenvolvimento Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

TerraLib Interface com SGBDs Dados espaciais armazenados em BLOBs Database ADO Driver MySQL Driver Oracle Driver PostgreSQL Oracle Spatial PostGIS Access MySql Oracle PostgreSQL Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG SQL Server Oracle Spatial PostGIS

TerraLib - Tabelas de Dados Vetoriais SGBD sem e com extensão espacial TerraLib Driver Driver Oracle Spatial DBMS Without spatial extent Oracle Spatial Motivação e ambições Por que a necessidade da TerraLib se já existe o SPRING Visão geral dessa estrutura Parceiros e projetos relacionados com a TerraLib Fonte: Karine Ferreira (2006)

TerraLib - Drivers Diferentes implementações dos métodos do Database Ex.: LocatePolygon  Qual o polígono que contém o ponto P? P

Without spatial extent TerraLib - Drivers LocatePolygon: SGBD sem extensão espacial TerraLib Driver SELECT * FROM polygons p WHERE p.lower_x <= P.x() AND p.upper_x >= P.x() AND p.lower_y <= P.y() AND p.upper_y >= P.y() DBMS Without spatial extent Fonte: Karine Ferreira (2006)

Without spatial extent TerraLib - Drivers LocatePolygon: SGBD sem extensão espacial TerraLib TerraLib functions Driver result SELECT * FROM polygons p WHERE p.lower_x <= P.x() AND p.upper_x >= P.x() AND p.lower_y <= P.y() AND p.upper_y >= P.y() DBMS Without spatial extent Fonte: Karine Ferreira (2006)

TerraLib - Drivers LocatePolygon: SGBD com extensão espacial TerraLib Driver Oracle Spatial SELECT * FROM polygons WHERE MDSYS.SDO_RELATE(spatial_data, MDSYS.SDO_GEOMETRY(2001, NULL, MDSYS.SDO_POINT_TYPE(P.x(),P.y(), NULL), NULL, NULL), 'mask=contains querytype = window') = 'TRUE'"; result Oracle Spatial Fonte: Karine Ferreira (2006)

TerraView Um Aplicativo Geográfico que utiliza a TerraLib TerraLib SGBDs TerraLib Jfddfjh gfsdfgdfssf fsdf fsdfsd sdfsdf

TerraView É um aplicativo construído sobre a biblioteca TerraLib: Exemplifica a utilização da biblioteca TerraLib  Funcionalidades: Visualização e manipulação de dados vetoriais (pontos, linhas e polígonos) e matriciais (grades e imagens) Consultas espaciais e por atributos Agrupamentos e geração de legendas Gráficos (histogramas) e pie bar Análise espacial (Índice de Moran, Mapa de Kernel, etc) Operações geográficas (Buffer, Interseção, Diferença, etc)

TerraView Dados espaciais armazenados em BLOBs Perda da semântica do dado espacial limitações da SQL Métodos de acesso e otimizador de consultas implementados pelo SIG

ArcGIS e ArcSDE

ArcSDE Interface entre os softwares do ArcGIS e os SGBDs Responsável pelo armazenamento, gerenciamento e recuperação dos dados geográficos nos SGBDs: IBM DB2 com extensão espacial IBM Informix com extensão espacial Microsoft SQL Server Oracle Oracle com extensão espacial ou Locator

ArcSDE Dados vetoriais são armazenados em tipos de dados espaciais (SGBD com extensão espacial) ou em BLOBs (SGBD sem extensão) Dados matriciais são armazenados em BLOBs em todos os SGBDs Dados Vetoriais

Referências Worboys, M. and Duckham, M. GIS: A computing Perpective, Second Edition, 2004 Rigaux, P.; Michael, S. and Voisard, A. Spatial Databases: with Application to GIS. 2002