Post on 21-Apr-2015
Geoprocessamento Aplicado às Ciências Sociais:
Fundamentos e Prática com o Software TerraView
I Workshop de Metodologia em Ciência PolíticaUFSCar, 14 e 15 de abril de 2014
Flávia Feitosaflavia.feitosa@ufabc.edu.br
PARTE IFundamentos
Conceitos: Geoprocessamento e Sistema de Informações Geográficas (SIG)
O problema da representação computacional do espaço
Tipos de dados espaciais Estruturas de dados espaciais
Quase tudo que acontece, acontece em algum lugar…
A importância do “ONDE?”
O ESPAÇO como DIMENSÃO ANALÍTICA
Um Exemplo Clássico…
Mapa da Cólera, Londres, 1854, Dr. John Snow
Epidemia de Cólera
Identificação de Clusters, mortes concentradas em algumas áreas da cidade
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Snow-cholera-map.jpg
O Espaço como Dimensão Analítica
“On proceeding to the spot, I found that nearly all the deaths had taken place within a short distance of the pump. There were only ten deaths in houses situated decidedly nearer to another street pump. In five of these cases the families of the deceased persons informed me that they always sent to the pump in Broad Street, as they preferred the water to that of the pump which was nearer. In three other cases, the deceased were children who went to school near the pump in Broad Street. Two of them were known to drink the water; and the parents of the third think it probable that it did so.” John Snow, M.D. 18 Sackville Street, September, 1854
Identificou o processo de ocorrência
(Relação)
http://www.csiss.org/classics/content/8
Tecnologias da Informação Geográfica
Outras perspectivas e oportunidades de conhecimento
Novas metodologias de análise e dados que permitem vislumbrar o que antes era invisível Novas interpretações sobre a mesma realidade
O Espaço como Dimensão Analítica
Um conjunto de métodos, técnicas e metodologias para o
tratamento da informação geográfica
Geoprocessamento
Termo Amplo!
Engloba tecnologias de COLETA, ARMAZENAMENTO, TRATAMENTO E ANÁLISE, INTEGRAÇÃOde informações espaciais.
Geoprocessamento
Cartografia DigitalSensoriamento Remoto
Fotogrametria
TopografiaGPS Dados alfanuméricos
Coleta
ArmazenamentoBANCO DE DADOS GEOGRÁFICO
Tratamento e Análise
Modelagem de dadosGeoestatística
Álgebra de Mapas
Análise de Redes
Análise Topológica
Reclassificação
Integração
Sistemas de Informação Geográfica – SIGGeographical Information Systems - GIS
Sistemas Computacionais de Coleta, Armazenamento, Manipulação e Saída de Dados Geográficos
Anatomia de um SIG
Software
Hardware
Dados
Pessoas
Procedimentos
Rede
Longley , Goodchild, Maguire e Rhind. Sistemas e Ciência da Informação Geográfica. Porto Alegre: Bookman, 2013
Softwares
ArcGIS GRASS
Quantum GIS
TerraView
SPRING
Comercial
Livre e Open Source
Livre e Open Source
Slide: Karine Ferreira
Anatomia de um SIG
HardwareConjunto de equipamentos necessários para que o software possa desempenhar suas funções. É o componente físico do sistema, que inclui computadores e periféricos como unidades de armazenamento, impressoras, plotter, scanner, etc.
Longley , Goodchild, Maguire e Rhind. Sistemas e Ciência da Informação Geográfica. Porto Alegre: Bookman, 2013
Anatomia de um SIG
DadosMaterial bruto que alimenta o sistema, permitindo gerar informação. Podem ser originários de diversas fontes.
Longley , Goodchild, Maguire e Rhind. Sistemas e Ciência da Informação Geográfica. Porto Alegre: Bookman, 2013
Anatomia de um SIG
PessoasInclui profissionais qualificados, com capacidade para projetar, programar e/ou manter um SIG com dados, realizar análises e interpretar os resultados.
Requer treinamento e experiência em diversos campos do conhecimento.
Longley , Goodchild, Maguire e Rhind. Sistemas e Ciência da Informação Geográfica. Porto Alegre: Bookman, 2013
Anatomia de um SIG
ProcedimentosTécnicas operacionais adotadas pelos usuários. Estão diretamente relacionados ao conhecimento e experiência do usuário, que, a partir de um objetivo definido, submete os dados a um tratamento específico para obter os resultados desejados.
Grande influência na qualidade dos resultados!!!
Longley , Goodchild, Maguire e Rhind. Sistemas e Ciência da Informação Geográfica. Porto Alegre: Bookman, 2013
Anatomia de um SIG
RedeAumento progressivo de importância.
SIG e Internet tem sido fortemente integrados. A tecnologia da Internet está aumentando o uso e a capacidade de equipamentos portáteis em conjunção da rede sem fio.
Longley , Goodchild, Maguire e Rhind. Sistemas e Ciência da Informação Geográfica. Porto Alegre: Bookman, 2013
Geoprocessamento & SIGEvolução a partir da convergência entre
diferentes disciplinas que têm a localização geográfica como uma questão importante a
ser observada em seus estudos.
TECNOLOGIA FRONTEIRIÇAEspaço (computacionalmente representado)
como linguagem comum
Como representar o espaço geográfico no computador?
REPRESENTAÇÃO = VISÃO REDUZIDA
NOSSO DESAFIOEscolher representações computacionais
mais adequadas para capturar a semântica de nosso domínio de aplicação
O mundo pode ser modelado de muitas formas diferentes !
Como a realidade geográfica pode ser modelada
(abstraída ou simplificada) em SIG?
Níveis de abstração Mundo Real (Conceitos): lote, tipo de solos Conceitual: campos contínuos e objetos discretos Representação: Estrutura de dados - matrizes, vetores Implementação: código em linguagem de computador
UniversoMundo Real
UniversoConceitual
UniversoRepresentação
UniversoImplementação
Processo de Representação Computacional
O Que Representar? Aproximações de entidades realmente
existentes (visíveis). Exemplos: edificações, ruas
Conceitos abstratos (invisíveis): exclusão/inclusão social, violência, pobreza/riqueza, desigualdade
MUNDO REAL
Níveis de abstração Mundo Real (Conceitos): lote, tipo de solos Conceitual: campos contínuos e objetos discretos Representação: Estrutura de dados - matrizes, vetores Implementação: código em linguagem de computador
UniversoMundo Real
UniversoConceitual
UniversoRepresentação
UniversoImplementação
Processo de Representação Computacional
Objetos vs. Campos (Worboys,
1995)
Objetos Discretos: espaço geográfico como uma coleção de entidades distintas e identificáveis
Campos Contínuos: espaço geográfico como uma superfície contínua
UNIVERSO CONCEITUAL
Campos Contínuosgeo-campos, superfícies, distribuições, fields, coverage
Espaço geográfico como uma superfície contínua, sobre a qual variam os fenômenos observados.
Para cada ponto da região, temos um valor distinto.
ALTITUDE
Objetos DiscretosEspaço geográfico como uma coleção de entidades distintas e identificáveis, com limites bem definidos
Fonte: http://www.vitruvius.com.br/revistas/read/arquitextos/05.059/479
Índice de Desenvolvimento Humano (IDH) dos Municípios do Estado de
São Paulo
Cadastro Urbano: Lotes
Marcelo Nery (2006). Gestão Urbana: Sistemas de Informação Geográfica e o Estudo da Criminalidade no Município de São Paulo
Homicídios dolosos, segundo local de
ocorrência do crime.
Fonte: SSP (2002).
PONTOS (Eventos) SUPERFÍCIE POLÍGONOS (Taxa por setor censitário)
Campos ou Objetos? Criminalidade em São Paulo
Níveis de abstração Mundo Real (Conceitos): lote, tipo de solos Conceitual: campos contínuos e objetos discretos Representação: Estrutura de dados - matrizes, vetores Implementação: código em linguagem de computador
UniversoMundo Real
UniversoConceitual
UniversoRepresentação
UniversoImplementação
Processo de Representação Computacional
Vetorial & MatricialElementos representados de forma mais precisa
Ponto
Linha
Polígono
Espaço subdividido em células (ou pixels)
UNIVERSO REPRESENTAÇÃO
http://gis.sbcounty.gov/images/elevation_map.jpg
UNIVERSO REPRESENTAÇÃO
Objetos Discretos Vetor ???
Campos Contínuos Matriz/Raster ???
UNIVERSO REPRESENTAÇÃO
NEM SEMPRE!
Espaço subdividido em células (ou pixels) Células são os elementos de uma matriz sobre a qual se
constrói a feição a ser representada Cada célula: um ou mais valores Área que cada célula representa: Resolução Espacial Mapa esquerdo com resolução 4X menor
Representação Matricial
célula
Extensão
Resolução
Fonte: Mohamed Yagoub
Estrutura de uma Matriz
Fonte: Mohamed Yagoub
Célula
Qualidades (temático): “Alto, baixo”, tipo de solo
Quantidades (numérico): altitude, declividade
Estrutura de uma Matriz
IMAGEM Elemento de
imagem (“pixel”) proporcional à energia eletromagnética refletida ou emitida por área da superfície terrestre
Representação Matricial
Representação Matricial
Conversão Vetorial Matricial
Fonte: Mohamed Yagoub
Fonte: Mohamed Yagoub
Representação Matricial
A GA
A A G
A A G
A GG
A A G
A G G
A GB
A B G
B B G
Água domina Maioria Bordas
Fonte: Mohamed Yagoub
O Problema da Mistura das Células
Forma mais precisa de representar feições geográficas Entidades representadas através de três formas básicas: ponto,
linha ou polígono
Representação Vetorial
Estruturas de Dados vetoriais
Polígono: começa e termina num mesmo nó
Arcos e Nós
Linha: começa em um nó e termina em outro nó
Pontos Pontos Cotados
Ilha(tipo especial de
polígono)
Estruturas de Dados vetoriais
Vetores + TabelasAssociação entre Geometria (localização) & Atributos
Fonte: http://www.vitruvius.com.br/revistas/read/arquitextos/05.059/479
Rede Contém objetos com topologia arco-nó Grafo que armazena informações sobre recursos que fluem entre
localizações geográficas distintas
Rede
Rede
Vetorial Preserva relacionamentos topológicos Preferida quando necessitamos de precisão (ex.
cadastro urbano e rural)
Matricial Representa melhor fenômenos com variação
contínua no espaço (ex. Elevação, temperatura, densidade populacional)
Facilidade na superposição de planos de informação (álgebra de mapas)
Vetorial & Matricial
UNIVERSO REPRESENTAÇÃO
INPE: Geotecnologias Estratégicas
aRT
Habeas Software
O TerraView é um aplicativo geográfico, um Sistema de Informação Geográfica – SIG, construído sobre a biblioteca de geoprocessamento TerraLib , tendo como principais objetivos apresentar à comunidade um visualizador de dados geográficos com recursos de consulta e análise destes dados.
http://www.dpi.inpe.br/terraview/
O TerraView é um produto do INPE de distribuição gratuíta e de código aberto com licença GPL.
PARTE IIPrática com o Software TerraView
Modelo de Dados Criação de Banco de dados e importação
de dados espaciais Ferramentas Básicas de Análise Operações Geográficas Visão Geral de Outras Funcionalidades
Modelo de Dados
Para operar o TerraView é necessário compreender como é definido o modelo de dados da TerraLib, sobre o qual este aplicativo foi construído. Portanto, os seguintes conceitos são apresentados:
Banco
Plano de Informação (PI)
Vista
Tema
Banco de Dados
Em TerraView, TODOS os dados geográficos estão armazenados no Banco de Dados. O TerraView então utiliza todo o poder de um Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD) para armazenar e recuperar: Dados tabulares (tabelas de atributos) Geometrias (pontos, linhas, polígonos, grades ou imagem).
Exercício: Criar Banco de Dados “SJC”
Criando um Banco de Dados
• Arquivo
• Banco de dados
• Criar
• Access
• Escolha um diretório
• Nomeie o BD
OK
Plano de Informação (PI)
Camada de dados com informações geográficas (geometria e atributos).
Cada PI contém informações referente a um único tipo de dado. Exemplo: Divisão Política Setores Censitários Rios
Área geográfica definida elevação
rios
divisãopolítica
Plano de Informação
Plano pode ser importado. Cada PI armazena os parâmetros de projeção cartográfica no
qual foi criado.
Exercício: Adicionar PIs Setores censitários (polígonos /.shp) Vias (linhas / .shp ) Rede de drenagem (linhas / .shp) Estabelecimentos comerciais (pontos/ .shp) Imagens de Sensoriamento Remoto (.tiff)
Shapefiles (.shp) Formato popular de dados geográficos em formato vetorial Armazena geometrias do tipo ponto, linha e polígono, bem
como uma tabela com as propriedades/atributos de cada elemento
Desenvolvido pela ESRI para a interoperabilidade de dados Um conjunto de arquivos:
.shp : geometria .shx : índice que permite realizar buscas rápidas .dbf : atributos/tabela no formato dBASE .prj : arquivo que descreve projeção utilizada .xml: metadado em formato XML .sbx & .sbn : índice espacial das feições
Exemplos de Fontes de Dados
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) www.ibge.gov.br
Fundação SEADE www.seade.gov.br
DATASUS – Departamento de Informática do SUS www.datasus.gov.br
OpenStreetMap http://www.openstreetmap.org/
Catálogo de Imagens INPE http://www.dgi.inpe.br/CDSR/
Importando um Plano de Informação
???
Cartografia
Fonte: Júlio D’Alge
Nós!!!
Leitura: Cartografia para Geoprocessamento (Julio D’Alge)
http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/introd/cap6-cartografia.pdf
Vista
Área de trabalho de um mapa interativo, que permite mostrar, consultar e analisar os dados geográficos.
Uma vista contém um conjunto de temas e são apresentados na Aba de visualização, em função dos parâmetros cartográficos definidos para a vista.
Criando uma vista
Árvore do BD
Árvore de vistas e temas
Tema
Um tema é definido para exibir o conteúdo de um Plano de Informação (PI) que está no banco ativo.
Um tema mostra um PI na projeção cartográfica da
vista a qual está associado. Um mesmo PI pode ser apresentado por diferentes temas que podem ser adicionadas a varias vistas
Tema
Área de desenho
Área de grade e barra de mensagens
Árvore do BD
Árvore de vistas e temas
Barra de Ferramentas
Exercícios
Importar PLANOS DE INFORMAÇÃO (PI) Dados 01 a 07
Criar uma VISTA com vários TEMAS Explorar a barra de ferramentas
Ferramentas Básicas de Análise
Edição do Visual
Botão direito no tema => Visual => Default
Editar Legenda
• Botão direito sobre o tema• Editar Legenda• Escolher Modo• Escolher Atributo• Escolher nr. de Fatias
OK
Aplicar
Configurar Barra de Cores
Exercício
Mapa TemáticoChefes de Família com Rendimento
Superior a 20 salários mínimos
Importando/Conectando Tabela Externa
Importando Tabela Externa
• Arquivo
• Importar tabela
• Tipo: Externa
• Escolha o arquivo e a chave primária
• Executar
A Tabela foi importada com sucesso!
ConectandoTabela Externa
• Arquivo
• Botão direito na área de grade
• Tabela
• Conectar tabela externa
• Arraste o ID da Tabela Externa para cima do ID da Tabela do Tema
DesconectandoTabela Externa
1. Selecione na Área de grade uma coluna da tabela externa;
2. Clique com o botão direito sobre o nome da coluna e escolha a opção
Desconectar Tabela Externa.
Exercício
Importar e conectar tabela de Censo Demográfico: “Domicílios”
Desconectar tabela
Importando Tabela Estática
• Arquivo
• Importar Tabela...
• Tipo Estática
• Escolha o arquivo e a chave primária
• Executar
A Tabela foi importada com sucesso!
Selecionando Tabela Estática
• Botão direito sobre o Tema
• Selecionar Tabelas do Tema...
• Selecionar Tabela como Tabela do Tema
• Executar
Exercício
1. Importar tabela “domicilios” como estática.
2. Mudar nome das variáveis V005 e V017
3. Criar nova coluna e calcular a proporção de domicílios particulares permanentes com abastecimento de agua (rede geral)
4. Gerar mapa
Modificando Nome de Coluna
• Botão direito sobre coluna cujo nome queremos modificar
• Modificar nome da Coluna...
• Novo nome
• Executar
Exercício
1. Importar tabela “domicilios” como estática.
2. Mudar nome das variáveis V001 e V017
3. Criar nova coluna e calcular a proporção de domicílios particulares permanentes com abastecimento de agua (rede geral)
4. Gerar mapa
Adicionar Coluna e Alterar Dados
Exercício
1. Importar tabela “domicilios” como estática.
2. Mudar nome das variáveis V001 e V017
3. Criar nova coluna e calcular a proporção de domicílios particulares permanentes com abastecimento de agua (rede geral)
4. Gerar mapa
Estatística Descritiva
• Botão direito sobre a coluna da variável de interesse
• Estatística...
Histograma
Botão direito sobre variável / Histograma/Todos
Consulta por Atributos
Botão Direito sobre o Tema
Consulta por atributo
Estipular regra da consulta
Nova Consulta
Opera sobre os atributos de mapas vetoriais (ponto,linha e polígono)
Ex: Quais setores possuem menos do que 10% dos domicílios com abastecimento de água (rede geral)?
Consulta Espacial
Botão Direito sobre o Tema “Favelas” (selecionar feições)
Consulta espacial
Tema Visível: “SetoresSJC”
Escolher relação topológica (contém)
Nova Consulta
Opera com relacionamentos espaciais entre objetos de um mapas vetorial (ponto, linha ou polígono) ou entre mapas vetoriais.
Ex: Selecionar setores onde estão localizadas favelas (overlap)
Os objetos consultados (por atributos ou espacial) têm um visual de cor diferente da default .
O que fazer com o resultado da seleção?
• Botão direito sobre o Tema
• Criar Tema a partir do tema
• Marque “Consultado”
• Nomeie o novo tema
Executar
Selecionar objetos de um tema: Por Apontamento Por Consulta (atributos ou
espacial)
Com o resultado pode-se: Criar plano a partir do tema
selecionado Criar tema a partir do tema
selecionado Salvar tema para arquivo
Operações Geográficas
Agregação Soma Intersecção Diferença Atribuir Dado por Localização Criação de Buffers
Agregação e Soma
• Botão direito sobre a Vista
• Geoprocessamento
• Agregação ou Soma
Agregação: Elimina divisões indesejadas através dos valores de atributos.
Soma: Combina temas diferentes
Interseção Requer dois Temas como entrada: um Tema com
qualquer tipo de representação (polígonos, linhas, pontos, células ou dados matriciais) e outro contendo polígonos que formarão uma máscara de recorte, de uma área específica de interesse.
O resultado é um novo Plano de Informação formado pelos objetos do primeiro Tema em interseção com a máscara de recorte do Tema de Superposição.
Diferença É o oposto da intersecção. Enquanto a Intersecção cria um novo Plano de
Informação a partir de uma máscara, a diferença elimina uma área específica a partir da máscara (Área de Diferença) e mantém os atributos do Tema Original.
Exercícios
Interseção:
o A partir do tema “macrozonas”, criar um tema que contenha apenas a área urbana de SJC.
o Realizar a interseção entre a imagem Landsat e a área urbana
Atribuir dado por localização
Temas devem possuir uma relação espacial.
A operação se divide em dois tipos: Coletar: É escolhido um tema para o qual será
atribuído informações de um outro tema que fornecerá os dados.
Distribuir: Essa operação tem o efeito inverso, ela distribui informações de um Tema “maior” para um Tema “menor”. Exemplo, atribuir a cada foco as informações sobre a cidade onde eles estão localizados.
Atribuir dado por localização
Exercício (Distribuir – do “maior” para o “menor”)Obter, para cada estabelecimento comercial, o valor da densidade habitacional do setor onde está localizada.
Exercício (Coletar – do “menor” para o “maior”)Obter o número de estabelecimentos comerciais em cada setor.
Selecionar os setores que não possuem estabelecimentos comerciais (Consulta por Atributo)
Criação de Buffer
Exercício
Criar, para um determinada rodovia (Dutra), um buffer de 500m.
Análise EspacialMatriz de Proximidade
Índice de Moran Local – LISA
Funções G e G*
Taxas Bayesianas
Mapa de Kernel
Regionalização de Áreas (SKATER)
http://www.dpi.inpe.br/terraview/docs/tutorial/Aula8.pdf
Estimador de Intensidade (Kernel) Alternativa para analisar o comportamento de
padrões de pontos Fornece, por meio de interpolação, a intensidade
pontual do processo em toda a região de estudo
LARGURA DE BANDA (τ)
FUNÇÃO DE PONDERAÇÃO
Exercício
Criar Mapa de Kernel a partir do Tema “Comercio”
Mais sobre Kernel: http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/analise/cap2-eventos.pdf
Plugins
Preenchimento de Célulashttp://www.dpi.inpe.br/terraview/docs/tutorial/Aula15.pdf
Edição Vetorial – TerraEdithttp://www.dpi.inpe.br/terraview/docs/tutorial/Aula14.pdf
Processamento Digital de Imagens – Terra Imagehttp://www.dpi.inpe.br/terraview/docs/tutorial/Aula16.pdf
Impressão - TerraPrinthttp://www.dpi.inpe.br/terraview/docs/tutorial/Aula13.pdf
Fluxos - Flowhttp://www.dpi.inpe.br/terraview/docs/tutorial/Aula11.pdf
Outros Plugins
http://www.dpi.inpe.br/terraview/php/plug.php?body=PluginsRelacao
http://www.dpi.inpe.br/terraview
Material Auxiliar
Outras Referências Curso Introdução ao Geoprocessamento, SER 300. DPI/INPE:
http://www.dpi.inpe.br/cursos/ser300/ Livro “Geoprocessamento: Teoria e Aplicações”, organizado por Gilberto
Câmara, Antônio Miguel V. Monteiro e Clodoveu Davis: http://www.dpi.inpe.br/gilberto/livro/
Cursos de Curta Duração DPI/INPE – Fundamentos de Geoprocessamento & Introdução ao TerraView: http://www.selperbrasil.org.br/cursos/cursos_sjc.php
Contato:Flávia Feitosaflavia.feitosa@ufabc.edu.brflafeitosa.wordpress.com