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Fundamentos de Fundamentos de GeoprocessamentoGeoprocessamento

INPE - Divisão de Processamento de INPE - Divisão de Processamento de ImagensImagens

Banco de Dados Banco de Dados

GeográficosGeográficos

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 22

11aa geração de SIG: CAD geração de SIG: CAD cartográficocartográfico

• Tecnologia– sistemas orientados a projetos

– ênfase em entrada e geração de mapas

• Utilização– mapeamento básico e temático

– entrada de dados sem ligação com banco de dados

– inacessibilidade dos dados

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 33

22aa geração de SIG: BD geográfico geração de SIG: BD geográfico

• Tecnologia– integração com SGDB relacionais

– linguagem de consulta: SQL + extensões

– controle de transações

• Utilização– impõe reorganização institucional

– SIG faz gerência de informações da empresa

– BD corporativo integrado ao SIG

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 44

Requisitos para SGBDGRequisitos para SGBDG

• Definição de esquema conceitual

• Identidade de objetos

• Acesso aos dados

• Gerência de transações

• Modelagem de processos

• Arquitetura multi-nível

• Extensibilidade

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 55

Banco de dados de grande porteBanco de dados de grande porte

Metodologia consistente

Identidade de objetos

Suporte a múltiplas escalase projeções

“Browsing”

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 66

Definição de esquema conceitualDefinição de esquema conceitual

• Relações de especialização e agregação

Hospital

HospitalINSS

Hospitalprivado

Rede elétrica

Poste Sub-estação

is-a part-of

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Metodologia consistenteMetodologia consistente

• Definição única dos atributos

R-I R-II R-III

R-IV R-V

Solo Ph Visual

6.5

8.5

Cambissolo

vermelho

verde

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 88

Identidade de objetosIdentidade de objetos

• Mapas: recortes arbitrários do espaço

• Objetos: identidade única– rio Amarelo

– rio Yang-tsé

– rio Azul

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Acesso aos dados: “browsing”Acesso aos dados: “browsing”

• Seleção baseada em apontamento

• Propriedades– visão geral

– seleção de região

• Desafios– rapidez de resposta

– interatividade

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Acesso aos dados: consultas Acesso aos dados: consultas espaciaisespaciais

• Mecanismos de seleção– atributos descritivos

• dê-me todos os países da AL com

mais de 50 milhões de habitantes

– restrições espaciais

• dê-me todos os países da AL

vizinhos ao Equador

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1111

Acesso aos dados: consultas Acesso aos dados: consultas espaciaisespaciais

• Controle de apresentação– combinação de resultados de consulta

– controle dos objetos apresentados

– apresentação do contexto espacial

Vizinhos do Equador

sem contexto com contexto

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Otimização da consulta espacialOtimização da consulta espacial

• Métodos de acesso espacial (x convencional)– capacidade de filtragem mais limitada

– custo computacional maior

• Otimizador– entrada: consulta espacial

– saída: coleção de objetos

• Requisitos– operadores baseados em semântica

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Gerência de transaçõesGerência de transações

• Transação– longa: associada a uma sessão

– particionada: atualização contínua

• “Check out”– controle de acesso para extração de

região

• “Check in”– substituição de área extraída ou

geração de nova versão

[transação]

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Bancos de dados multi-nívelBancos de dados multi-nível

• Ambiente distribuído

• Hierarquia de servidores de dados

Estação local(1~10 Gb)

Servidor (10~50 Gb)

“Back-end”(50Gb~1Tb)

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Arquitetura DualArquitetura Dual

• Atributos convencionais– SGBD convencional

• Imagens e gráficos– sistema de arquivos

• Vantagem– uso de SGBD de mercado

• Problemas– otimização de consultas– integridade

SGBD relacional

França

arquivos

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1616

Arquitetura DualArquitetura Dual

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Arquitetura DualArquitetura Dual

• Vantagens– acesso externo aos atributos (SQL)

– conexão a dados existentes

– ferramentas (gerador de formulários)

• Problemas– controle dos objetos espaciais

– esquema mono-usuário

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Ligação SIG - banco de dadosLigação SIG - banco de dados

id label área

22 Caraíbas 3000

Fazendas

numcad

2345

SELECT idFROM fazendasWHERE area > 2500

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 1919

Ligação SIG - banco de dadosLigação SIG - banco de dados

id label área

22 Caraíbas 3000

numcad ITR Produção

2345 5000 4000

Fazendas

Cadastro

numcad

2345

SELECT idFROM fazendas, cadastroWHERE fazendas.numcad =

cadastro.numcadAND ITR > 4500

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Ambientes distribuídosAmbientes distribuídos

• Componentes– clientes– servidores

• ITESP– sede– regionais

clientes

ambiente corporativo

anúncio

serviços

comunic.

servidores

servidores

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Ambientes distribuídosAmbientes distribuídos

• Ambiente único centralizado– implantação de arquitetura em camadas

– problemas de gerenciamento

• Ambiente distribuído– cada servidor produz seu conjunto de dados

– BD corporativo alimentado “off-line”

– problemas de duplicação de dados

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33aa geração de SIG: BD espacial geração de SIG: BD espacial

• Desafios do Geoprocessamento– integração de informação

– grandes bases de dados espaciais

• Iniciativas de pesquisa– EOS (Earth Observation System)

– digital library technology (NASA)

– GEOTEC (CNPq)• INPE, UNICAMP, IBM, UFPe, PUC/RJ, UFRJ, UFG,

PETROBRÁS, EMBRAPA, TELEBRÁS

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Evolução da geotecnologiaEvolução da geotecnologia

• 1a geração de SIG (~1985 - 1995)– ambientes centralizados (UNIX): grande número de

funções, complexidade e falta de suporte;

– ambientes PC (DOS): facilidade de uso, capacidade limitada.

• 2a geração de SIG (~1995 - 2000)– ambientes distribuídos (Windows): interfaces amigáveis,

funções simplificadas.

• 3a geração de SIG (~2000)– uso da internet.

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Evolução da geotecnologiaEvolução da geotecnologia

SIG Individual

BD Geográfico Institucional

Centro de Dados Global

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Evolução da geotecnologiaEvolução da geotecnologia

ServidorWWWGeograf.

Navegador+plug-ins

GeraçãoDados

Exemplo: www.dpi.inpe.br/proarco (queimadas na Amazônia)

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Geoprocessamento e InternetGeoprocessamento e Internet

• Transmissão de arquivos matriciais (GIF, JPEG)– acessos sucessivos ao servidor– ESRI web server

• Transmissão de arquivos vetoriais (dedicados)– uso de “plug-ins”– acesso único ao servidor– Intergraph, AutoDesk

• Tecnologia JAVA– programa aplicativo– dados manipulados pelo usuário

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Organização de dados em um Organização de dados em um SIGSIG

• Organização por níveis (planos) de informação– cada nível = dado

específico

• Atributos de mapas– armazenados em tabelas

elevação

rios

divisãopolítica

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Modelo de dados geo-Modelo de dados geo-relacionalrelacional

• Ambiente dual– dados gráficos - sistemas de arquivos– tabelas de atributos - SGBD relacional

id label população

22 Maine 3,5 M

34 N.Mexico 1,2 M

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Aplicações do modelo geo-Aplicações do modelo geo-relacionalrelacional

• Interfaces amigáveis e poderosas– usuário opera no nível conceitual

• Definição do esquema do BDG– estender a hierarquia de especialização de

geo-campos e geo-objetos

– estabelecer restrições de integridade para as

novas classes

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Definição de esquema: cadastro Definição de esquema: cadastro ruralrural

Temático MNT Imagem

Geo-objeto

MapaCadastral

Solos Altimetria Dados TM Mapa de Propriedades

Fazendas

Geo-campo

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Modelos de DadosModelos de Dados

• Sistemas comerciais– diversidade de modelos semânticos

– implementação parcial dos conceitos de “campos” e “objetos”

• Modelos de dados– SPRING, MGE, ARC/INFO, ARC/VIEW, IDRISI

– conversão entre modelos

– padrão OpenGIS (www.opengis.org)

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Modelagem de DadosModelagem de Dados

• Definição do problema

• Indicação de entidades (classes de

objetos) e relacionamentos

• Definição dos atributos de cada

entidade

• Projeto do modelo num SIG

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Modelagem de DadosModelagem de Dados

• Problema: Reforma Agrária

• Objetivo: seleção de áreas para desapropriação e reparticionamento

• Critérios de escolha– áreas improdutivas: imagens de satélite

multitemporais

– seleção de terras: topografia e solos

– legislação: áreas de proteção ambiental

– cadastro de novas propriedades

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3434

Modelagem de Dados - SPRINGModelagem de Dados - SPRING

campos

temático numérico imagem

objetos

solos

topografia declividade

TM propriedades mapa de propriedades

cadastral

atributos

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3535

MGE - Modelo ConceitualMGE - Modelo Conceitual

• Modelo de feições (objetos)– hierarquia de classes

– associação com representação vetorial

• Modelo de campos– associação com representação matricial

– separação entre grades regulares, grades triangulares (TIN) e imagens

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3636

MGE - Modelo ConceitualMGE - Modelo Conceitual

MundoReal

UniversoConceitual

UniversoRepresentação

MapaSolos

Campo(temático)

Classe deFeições

TopografiaCampo(numérico)

Grade,TIN

Lotes Geo-objeto Classe deFeições

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MGE - Modelo ConceitualMGE - Modelo Conceitual

classe de feição

categoria

propriedades

cadastro rural

latossolo

solos

cambissolo solos

meio físico

tabela(tipo de solo)

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3838

MGE - Modelo ConceitualMGE - Modelo Conceitual

TINgrade imagem

topografiadeclividade Landsat

Uso da Terra

Ação Antrópica

tabela

fazenda

UsoTerras

APA

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3939

ARC/INFO - Modelo ConceitualARC/INFO - Modelo Conceitual

• Associado às representações• Cobertura

– dado vetorial associado a uma tabela– mapas cadastrais, campos temáticos (vetoriais)

• Grade regular– dado matricial associado a uma tabela– campos temáticos (matriciais), campos numéricos

• Grade triangular– campos numéricos

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4040

ARC/INFO - Modelo ConceitualARC/INFO - Modelo Conceitual

cobertura

tabela

grade TIN

tabela

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4141

ARC/INFO - Modelo ConceitualARC/INFO - Modelo Conceitual

cobertura

tabela

lotes

tabela

solos

tabela

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4242

ARC/INFO - Modelo ConceitualARC/INFO - Modelo Conceitual

MundoReal

UniversoConceitual

UniversoRepresentação

MapaSolos

Campo(temático)

Coverage (tabela)Grade (tabela)

TopografiaCampo(numérico)

Grade,TIN

Lotes Geo-objeto Coverage (tabela)

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4343

IDRISI - Modelo ConceitualIDRISI - Modelo Conceitual

• Imagem– representação matricial

– campos temáticos, imagens, MNT

– bancos de dados

• Vetor– representação para desenho

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GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOSGEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4444

IDRISI - Modelo ConceitualIDRISI - Modelo Conceitual

MundoReal

UniversoConceitual

UniversoRepresentação

MapaSolos

Campo(temático)

Imagem (legenda)

TopografiaCampo(numérico)

Imagem (legenda)

Lotes Geo-objeto Imagem + Vetor (desenho)