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Introdução aos SIG 1. Os SIG
2. Conceitos relativos a sistemas de informação
3. Modelação geográfica i. Natureza da entidade
ii. Modo de observação
iii. Classificação funcional
4. História do desenvolvimento dos SIG
5. SIG/CIG – Domínios de aplicação
6. Modelos de dados i. Características mais comuns
Sistemas de Informação Geográfica
• SIG = Sistemas de Informação + Informação Geográfica
– Ligação bases de dados /
mapas
• Armazenamento
• Modelação
• Consulta
– Capacidades de análise
• Medição
• Relação entre os dados
– Informação espacial
Todo e qualquer tipo de
informação
georreferenciada, ou seja,
associada a uma localização
sobre a Terra através de um
sistema de referenciação
espacial
Sistemas computacionais que permitem a entrada,
armazenamento, análise e exposição de informação espacial
Sistemas de Informação Geográfica
• Um SIG integra:
dados
funções de
processamento
pessoas
software
hardware
SIG ≠ outros sistemas de
informação
• SGBD – não contém informação sobre localizações de
forma explícita
– “cidade”, “rua”, “código postal”, etc. mas não coordenadas
– não responde a: que ruas estão até 300 m do IST?
• CAD/CAM (computer aided design/drafting) – para
criação gráfica e exposição
– não usam necessariamente coordenadas com significado (ex.:
coordenadas x,y,z que não têm ligação a sistemas de
coordenadas geográficas)
– capacidade de base de dados limitada (características
associadas aos elementos representados)
Informação geográfica
• A referenciação espacial (georreferenciação) pode ser
feita através de um sistema de coordenadas
(referenciação direta) ou através de um endereço
geográfico (referenciação indireta ou geocódigo)
por geocódigo
por coordenadas
Informação geográfica
• A IG pode estar disponível de duas formas:
– Armazenada localmente num computador ou rede
local, para uso em SIG desktop – necessário ter
este software
– Como um “map service” (“web service” de um
servidor que gera mapas) e usado por um cliente –
basta ter um browser ou equivalente
• Há uma grande quantidade de IG disponível,
pesquisável por metadados (informação sobre
a informação): ex: snig.igeo.pt (Sist. Nacional
de IG)
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Sistemas de informação
• Universo de Discurso (UoD) - É o fragmento do mundo real sobre o qual incide a tarefa de modelação e sobre o qual se foca a construção do sistema. A identificação do UoD pressupõe a identificação da fronteira do sistema e das entidades do mundo real (EMR).
• Estrutura de Conceitos - Conjunto de abstrações básicas que permitem identificar e caracterizar as EMR.
• Modelo - Interpretação de um dado UoD segundo uma determinada estrutura de conceitos.
• Linguagem de Modelação - É a estruturação e especificação da estrutura de conceitos segundo uma ou mais linguagens. Ex: UML
• Esquema - é a especificação de um modelo usando uma determinada linguagem, a qual pode ser formal ou informal (ex. linguagem natural); textual, gráfica, etc. Quando a representação do esquema é gráfica designa-se usualmente por diagrama.
Mundo Real
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
fenómeno é tudo o que é
objeto de experiência
possível, isto é, tudo o
que aparece no tempo ou
no espaço (Kant)
Mundo Real (ou hipotético...)
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
Casa Casa
Casa
Casa
Sinal
Rua
UoD
Vista do mundo real ou hipotético
que inclui os aspetos de interesse
parte da realidade que
nos interessa
Zona
Comercial
Mundo Real
UoD
Domínio do Problema
Zona
Habitacional
Limite de Freguesia
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
A forma como se discorre sobre o
UoD depende do domínio do
problema, isto é, da forma como
um dado cliente ou utilizador
descreve aquilo que pretende de
um sistema.
Mundo Real
UoD
Domínio do Problema
Zona
Habitacional
Domínio da Solução
Um determinado problema pode
ser resolvido de várias formas:
não existe uma forma única de
modelar um sistema.
O domínio da solução é apenas
um de entre os possíveis.
Mundo Real
UoD
Domínio do Problema
Zona
Habitacional
Domínio da Solução
Uma determinada solução pode ser
implementada em plataformas diferentes
(e.g. diferentes SIG comerciais).
O domínio da realização é condicionado
pelas estruturas de dados e as operações
suportadas por cada tipo de plataforma.
Domínio da
Realização
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Informação geográfica
Informação Geográfica - Todo e qualquer tipo de informação
georreferenciada, ou seja, associada a uma localização sobre a
Terra através de um sistema de referenciação espacial. A
referenciação espacial, ou georreferenciação, pode ser feita
através de um sistema de coordenadas (referenciação direta)
ou através de um endereço geográfico (referenciação indireta
ou por geocódigo).
Na maioria das análises, a informação com natureza geográfica
(ortofotos, altimetria, ocupação e uso do solo, censos, etc.) tem
de ser integrada com outro tipo de informação que pode não
ser espacialmente desagregada (projeções económicas,
demográficas, cenários de crescimento, etc.) ou, ainda, não
estar espacialmente materializada (regulamentação sobre
domínio hídrico, sobre servidões e condicionantes de utilidade
pública).
Informação geográfica
Dados Geográficos - Forma de estruturação e "empacotamento"
da informação geográfica, de acordo com um determinado
modelo de dados geográfico.
Conjunto de Dados Geográficos (CDG) - Coleção de dados
geográficos, tipicamente realizada em função de uma lógica
temática ou de um propósito de transferência de dados. Deve
distinguir-se entre o modelo de dados geográfico que presidiu à
estruturação dos dados, e o formato de dados: o primeiro é um
esquema conceptual, abstrato (ex.: vetor, rede, grafo
topológico, matriz, relação); o segundo é uma especificação,
tipicamente comercial, para o armazenamento dos dados num
determinado software SIG ou para transferência de dados entre
programas diferentes (ex.: DXF, VPF, STDS).
Modelação da informação
geográfica
A modelação geográfica tem um domínio de aplicação obviamente
muito vasto; há componentes dessa modelação que são
próprias de cada aplicação específica e há aspetos que são
genéricos a qualquer modelação geográfica.
A evolução tecnológica teve consequências no modo de pensar a
modelação geográfica, não veio simplesmente permitir que se
fizesse o mesmo com mais facilidade.
A utilização competente de informação geográfica requer o
entendimento das características geográficas do problema
em causa e uma visão abrangente e sólida das formas de
abordagem geográfica
Natureza da entidade
• ATÓMICO OU “PLENUM” Dicotomia referente à partição do
universo em entidades atómicas (compatível com fronteiras
definidas e estrutura vetorial) ou num “plenum” (compatível com a
não utilização de fronteiras e estrutura matricial). A subdivisão de
uma casa não é uma casa mas a subdivisão de uma porção de
mar continua a ser mar.
• HOMOGÉNEO OU HETEROGÉNEO Característica associada
a entidades extensivas compostas por outras com fronteiras bem
definidas. Um bosque é composto por árvores, uma árvore tem
fronteira bem definida mas não é um pequeno bosque (uma
analogia semelhante pode ser construída para uma casa e uma
cidade).
Natureza da entidade
• DESCONTÍNUO OU CONTÍNUO –
Característica associada à conti-
nuidade na transição de uma entidade
para outra. A um edifício pode ser
associada uma transição abrupta
entre ser ou não edifício enquanto
uma descrição de distribuição de
pluviosidade terá uma transição
contínua.
• CONTÍGUO OU DISPERSO –
Característica referente ao facto de
uma entidade poder não ter unicidade
espacial. Um exemplo é o de povoação
comportando-se como uma entidade e
podendo no entanto estar dispersa.
Natureza da entidade
• BIDIMENSIONAL OU TRIDIMENSIONAL – Em geral a
representação bidimensional é satisfatória porque a altitude é
negligenciável relativamente às dimensões horizontais e também
porque os objetos em geral estão contidos na representação da
sua base. Para fenómenos geológicos ou atmosféricos em que o
desenvolvimento tridimensional é significativo as representações
bidimensionais com fronteiras definidas poderão ser impossíveis.
• ATUAL OU NÃO-ATUAL – A representação de uma entidade
está necessariamente associada a um período no tempo.
Poderão ser representadas entidades que já existiram ou que se
prevê virem a existir numa época posterior à representação.
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Natureza da entidade
• PERMANENTE OU VARIÁVEL – Característica associada à
variabilidade das fronteiras de uma entidade, podendo
inclusivamente essa variabilidade alternar entre a existência e a
não existência da entidade. Como exemplo pode citar-se a
delimitação de zona de cultivo afetada por uma doença.
• FIXA OU MÓVEL – Esta característica é de algum modo
semelhante à anterior, associando-se mais à classificação de
entidades naturalmente em movimento (uma manada, um
conjunto de veículos, …).
Natureza da entidade
• CONVENCIONAL OU AUTO-DEFINÍVEL – Característica
associada a entidades cuja delimitação não está naturalmente
associada a objetos físicos cuja fronteira é identificável. Exemplos
típicos ocorrem nas classificações sócio-económicas.
• SÓLIDO OU FLUIDO – Característica referente às características
físicas do objeto que afetam a sua descrição geográfica; um
fluído, seja a atmosfera, um rio ou um oceano não tem fronteira
definida enquanto um objeto sólido a terá.
Imagem LANDSAT 89
Imagem LANDSAT 99
Variação no tempo
Natureza da entidade
Desenho de margens
Subjetividade ou impossibilidade de definição rigorosa
Natureza da entidade
Modo de observação
• “ESCALA” A escala de observação, como sinónimo de nível de
generalização, é uma das principais responsáveis não só pelo
tipo de objetos como pelas suas fronteiras.
•«No que concerne à descrição do pormenor e dos objetos a
representar, constata-se que o uso e a habituação ao modo tradicional
de operar com cartografia [impressa] preservam na [informação
geográfica] digital alguma da antiga sistematização. Utiliza-se
atualmente o conceito de escala como referência a um nível de
pormenor, sendo este estabelecido por analogia à cartografia
impressa similar e não pelo pormenor necessário para que um dado
modelo se adeqúe a uma dada finalidade. A continuidade da utilização
do conceito de carta topográfica como base de propósito genérico,
limitada a um leque restrito de escalas convencionais, é responsável
por alguns equívocos quando transposto para fora do seu domínio
legítimo, o da cartografia impressa.» [Matos, 1998, pp. 4-5]
Modo de observação
• RESOLUÇÃO A resolução identifica a menor dimensão a considerar; sublinhe-se que quanto maior a resolução mais complexas e difusas serão as fronteiras.
• PERSPETIVA A caracterização geométrica do modo de observação; as fronteiras bidimensionais são indissociáveis do modo como o objeto é projetado, sendo as projeções cartográficas geradoras de infinitas possibilidades de fronteira bidimensional.
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Modo de observação
• TEMPO A representação de uma entidade está associada a
uma época, para a qual é definida uma delimitação que poderá
sofrer alterações no tempo.
• ERRO Erro com que se determina a delimitação de uma
entidade.
• TEORIA Os objetos são definidos à luz de uma ontologia,
podendo ser resultado de construções teóricas.
Simulação da determinação da posição de um ponto
através de uma amostra de 1000 medições.
Ainda que se utilize sempre a mesma metodologia, a determinação duma
posição no espaço (ponto vermelho na figura) originará forçosamente valores
distintos a cada medição. Esta variação só não é detetada pelos utilizadores
se a precisão do instrumento de medida for muito baixa. Caso não haja
enviesamento na medida, obteremos uma nuvem de pontos (a cinzento na
figura), que, de acordo com a teoria do erro, seguirá uma distribuição normal.
Modo de observ. Classificação
funcional Duas formas de representação abstrata de
vias. À esquerda, rede de eixos médios; à
direita, linha correspondente aos lancis dos
passeios.
Representação do percurso viário mais
curto entre dois pontos em Lisboa
(http://geo.sapo.pt).
Os requisitos da IG são definidos em função das operações que o sistema deve
suportar. Os objetivos condicionarão a seleção dos objetos geográficos a incorporar
no sistema, determinarão o nível de detalhe geométrico, o levantamento dos
atributos necessários, e a seleção do modelo geográfico a utilizar.
No exemplo, as linhas a vermelho serão adequadas para representação cartográfica de
ruas a escalas grandes, e têm maior detalhe geométrico do que a representação a azul.
Contudo, não permitem a realização de análises de rede.
Se o objetivo envolver caminhos ótimos, análise de acessibilidades rodoviárias, etc., é mais
eficiente optar por uma representação de vias geometricamente mais abstrata e fazer um
levantamento dos eixos médios.
História do desenvolvimento dos
SIG
IAS Computer, 1951-52
Alguns dos primeiros computadores:
Colossus, 1943-45
1967
Dual Independent Map
Encoding (DIME)
US Bureau of Census
“address matching”
Experimental Cartography
Unit (ECU)
Royal College of Art
Londres
1966
Synagraphic Mapping System
(SYMAP)
1965
The Harvard Lab for Computer
Graphics and Spatial Analysis
Urban and Regional Information
Systems Association Canada Geographic
Information System (CGIS)
1963
1959 MIMO
(Waldo Tobler)
SGBD
hierárquico - IMS
1968
Primórdios do AM/FM
PSCo - CINS
1ºScanner Cartográfico
SYMAP
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1974
1ª conferência
AUTOCARTO
1973
Maryland Automatic
Geographic Information
(MAGI)
Geographical Information
Retrieval and Analysis
System (GIRAS)
1972
Lançado o satélite
LANDSAT
(ERTS-1)
1969
M&S Computing Inc.
(hoje )
Environmental Systems
Research Institue (ESRI)
início do SQL
(norma em 1986)
Impressora de agulhas
ARPANET Base de Dados Relacional
Minnesota Land Management
Information System
(MLMIS)
1976
1979
ODISSEY GIS
Harvard Lab 1981
1983
Digital Map
Company
1985
Global Positioning System
(GPS) operacional (in. 1978)
Geographic Resources
Analysis Support System
(GRASS)
1975 Impressora laser
Internet Autodesk
VISICalc
“640 kB serão
suficientes
para qualquer um”
Bill Gates
Tandy - Radio Shack TRS-80, 1977
4 kBytes
IBM PC 5150, 1981-1987
Memória: 16 a 640 kBytes
1987
1.º número do
International Journal of
Geographic Information
Systems
Clark University
1986
Lançado o 1.º satélite
SPOT
1988
National Centre for
Geographic Information and
Analysis
Topolocically Integrated
Encoding and Referencing
(TIGER) do USCB
SCE adquirem sistema de
cartografia digital
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Fundada a Association of
Geographic Information
Modular GIS Environment
(MGE) -Intergraph
1989
1991
1996 Arc/Info para Windows NT
1990
1995
Mestrado em SIG
1º ESIG
1994 PROSIG
Laser Scanning ( ? )
LANDSAT TM 7
GEODatabase
1997
1999
2000
MAPQUEST
adquirida pela AOL
MAPQUEST
fornece 130 milhões
de mapas
Ikonos
1998
>20 empresas de
serviços SIG em Portugal
TC211
ESPECIALIZAÇÃO NA OE
CT134
8
2003
2006
2007
INSPIRE
2005
2004
2002
2001
Fusão do CNIG no IGP
SRTM
CAOP
ESA GlobCover
Earth View (Keyhole,
Inc.)
2008
2009
OpenSource GIS
Layers / camadas / coberturas /
temas • Constituem a forma de
organização lógica da
informação geográfica
no contexto SIG
• Cada layer representa
entidades de
características
homogéneas
• Exemplos: estradas, uso do solo, altitude, rios,
construções, divisão administrativa
Modelo vetorial (relacional)
• Entidades individualizáveis,
com fronteira bem definida
• Atributos em tabela própria
• Cada entidade está ligada
a uma linha da tabela de
atributos ID
ID
INFORMAÇÃO ESPACIAL
TABELA DE ATRIBUTOS
OUTRAS TABELAS
Modelo vetorial (relacional)
• Pontos, linhas e polígonos
• Ligação objeto/registo
Modelo matricial
• Espaço dividido em células, que “guardam” números inteiros
ou reais
• O valor de cada célula é a medida de algo ou tem algum
significado
• Adequa-se a fenómenos de fronteiras difusas
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Modelo matricial
• Os dados podem ser classificados como
“contínuos” (reais, sem tabela de atributos) ou
“discretos” (inteiros, com tabela de atributos)
• As imagens também podem ser consideradas
matrizes
Modelo temporal
MANCHAS DE MONTADO (SOBREIRO E AZINHEIRA)
DENSIDADE – 1943 -1985
EXTENSÃO – 1943 -1985
Modelo 3D Redefinição de SIG
• Um sistema
de informação
aplicado à
modelação
geográfica
de fenómenos
e à sua
análise
Questões
• Qual o impacto da massificação de SIG, por exemplo com o Google Earth, no desenvolvimento histórico de SIG ?
• Por que razão começa a haver uma utilização efetiva na segunda metade da década de 1990 ?
• O que antevê como evolução futura para os sistemas de informação geográfica ?
• Porque razão o termo SIG é parcialmente substituído por Ciência de Informação Geográfica e por Tecnologias de Informação Geográfica ?
http://www.gisdevelopment.net/history/links/index.htm
http://snig.igeo.pt/
Medidas/grandezas comuns
em SIG • Todos os dados da superfície da Terra estão sujeitos a uma
projeção: conversão 3D para 2D, necessariamente com distorção
• Escala: é sinónimo de grau de pormenor na representação
– exemplo: dizer que a informação geográfica está “à escala 1:x” quer
dizer que tem certo grau de pormenor esperando-se a representação
de certas entidades que a outras escalas seria diferente
• Exatidão: grau de correspondência com o mundo real
– posicional: distância
– consistência: informação correta
– completude: inclusão de tudo o que é relevante
• Resolução: a dimensão da menor entidade representável
– a resolução (espacial) depende da escala
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• Dois tipos:
Espacial
Não espacial
concelhos com
mais de 50000
habitantes
cidades até x km
de distância de y
Consulta/seleção Análise
• Padrões (ex.: densidades, etc.)
• Relação (ex.: proximidade ao mar = maior
preço das casas, influência da poluição no
crescimento das plantas, etc.)
• Evolução
• Predição (ex.: quantas pessoas podem ser
afetadas por uma cheia?)
• Modelação de cenários (ex.: se se localizasse
aqui x o que aconteceria?)
• Análise do relevo (declive, exposição solar,
etc.)
Análise
Aplicações
ISIG – MEC – IST 2011-12
Paisagismo Recursos naturais
Ordenamento Ambiente
Implantação de infraestruturas
Censos
Cartografia
Cadastro Predial
CIÊNCIA DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA
Transportes
Navegação
Investigação Operacional
Sistemas de Informação
Modelação
Estatística
espacial
Deteção Remota
Posicionamento
Hidrologia
Urbanismo
Alguns SIG
• Freeware, GNU e open source (vários tipos de
licenças)
– ArcExplorer (só para “ver” informação)
– AccuGlobe
– QuantumGIS (gratuito)
– gvSIG (gratuito)
– Google Earth versão base (limitada)
• Globo virtual, bom para ver dados 3D
• Comercial
– ArcGIS
– MapInfo
Questões da aula 1 • Que problemas existem se quisermos encontrar as
freguesias de Portugal com área de ”bosque” superior a
30 hectares?
• Se se usar cartografia à escala 1:10000, significa isso
que todos os comprimentos medidos são na realidade
10000 vezes inferiores nessa cartografia do que no
mundo real?
• Que modelo de dados seria adequado para a gestão de
espaços de um edifício como o pavilhão de Civil?
• Como está estruturada a informação num SIG?
• O Google Earth tem todas as funcionalidades de um
SIG?
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