Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Introdução a SIG...

Fundamentos de Fundamentos de GeoprocessamentoGeoprocessamento

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

Introdução a SIGIntrodução a SIG

Modelagem de DadosModelagem de Dados

GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE GEOPROCESSAMENTO - INTRODUÇÃO & MODELAGEM DE DADOSDADOS

22

IntroduçãoIntrodução

Geoprocessamento representa a área do conhecimento que utiliza técnicas matemáticas e computacionais para tratar a informação geográfica.

Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são as ferramentas computacionais para Geoprocessamento, integrando dados de diversas fontes em bancos de dados geo-referenciados.


33

Visões de GeoprocessamentoVisões de Geoprocessamento

• Produção de Mapas: geração e visualização de dados espaciais.

• Banco de Dados: armazenamento e recuperação de informação espacial.

• Análise Espacial: combinação de informações espaciais.


44

O que há de especial com dados O que há de especial com dados espaciais?espaciais?

• Localização: Onde está...?– Quais as áreas com declividade acima de

20%?

• Condição: O que está...?– Qual a população desta cidade?

• Tendência: O que mudou...?– Esta terra era produtiva há cinco anos atrás?


55


• Roteamento: Qual o melhor caminho...?– Qual o melhor caminho para a linha do metrô?

• Padrões: Qual o padrão...?– Qual a distribuição da dengue em Fortaleza?

• Modelos: O que acontece se...?– O que acontece com o clima se desmatarmos

a Amazônia?


66



77


• Dados geográficos - representação dual– localização e atributos

• Localização– representação da superfície terrestre

– processos no espaço geográfico

• Atributos– descrição do fenômeno

– representação num banco de dados


88


• Correlação espacial– vizinhos tendem a ser “mais semelhantes”

• Correlação entre variáveis– processos de ocupação do espaço

• Correlação temporal– evolução dos dados espaciais

• Correlação topológica– relações espaciais entre dados


99

Sistemas de Informação Sistemas de Informação GeográficaGeográfica

• Ambiente computacional para Geoprocessamento– Integrar dados cartográficos, cadastrais, de

sensores remotos, redes e modelos numéricos de terreno.

– Consultar, recuperar, visualisar, manipular e plotar o conteúdo de um banco de dados geo-referenciado.


1010

Estrutura de um SIGEstrutura de um SIG

Interface

Consulta e Análise Espacial

Entrada e Integraçãode Dados

VisualizaçãoPlotagem

Gerência Dados Espaciais

Banco de DadosGeográfico


1111

SIG - definições, conceitosSIG - definições, conceitos

• Burrough– Conjunto poderoso de ferramentas para coletar,

armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real.

• Cowen– Um sistema de suporte à decisão que integra

dados referenciados espacialmente num ambiente de respostas a problemas.


1212

SIG - definições, conceitosSIG - definições, conceitos

• Goodchild– O valor potencial maior de sistemas de informação

geográfica está em sua capacidade de analisar dados espaciais.

• Dangermond– Um SIG agrupa, unifica e integra a informação. Torna-

a disponível de uma forma a qual ninguém teve acesso anteriormente e coloca informação antiga num novo contexto.


1313

SIG x CADSIG x CAD

• CAD– coordenadas de papel

– regularidades nos objetos

– desenhos sem atributos

• SIG– projeções cartográficas

– topologia do espaço

– atributos descritivos

Angola

África do Sul


1414

Modelagem de dados geográficosModelagem de dados geográficos

Mundo real

Universo Universo

Conceitual Representação Implementação

Universo Universo

interface usuário

• Níveis de abstraçãomundo real cadastro urbano, vegetação, solosconceitual campos, objetosrepresentação matrizes, vetoresimplementação R-trees, quad-trees


1515

Universo do Mundo RealUniverso do Mundo Real

• Mapas temáticos

• Mapas cadastrais

• Modelos numéricos de terreno

• Redes

• Imagens de satélite


1616

O que é um mapa?O que é um mapa?

• Modelo simplificado da realidade.

• Uma representação, normalmente em escala, de uma seleção de entidades abstratas relacionadas com a superfície da Terra.

• Modelo de dados que se interpõe entre a realidade e a base de dados de um SIG.


1717

Tipos de mapaTipos de mapa

• Carta topográfica– representação de superfícies

• Mapas temáticos– conceitos qualitativos (uso do solo, clima)

• Mapas cadastrais e redes– localização de objetos do mundo (lotes)

• Imagens de satélite– informação indireta sobre a realidade


1818

Mapas temáticosMapas temáticos

• Distribuição espacial qualitativa da grandeza em estudo

• Domínio do atributo– nominal: lista de valores

• mapa de vegetação

• {floresta, cerrado, desmatamento}

– ordinal: escala de medida• mapa de classes de declividade

• {0-5%, 5-10%, 10%}


1919

Modelos Numéricos de TerrenoModelos Numéricos de Terreno

• Distribuição espacial quantitativa da grandeza em estudo

• Domínio do atributo– intervalo: referência arbitrária

• altimetria, batimetria

• temperatura em graus Celsius

– razão: referência natural• peso, distância

• temperatura em graus Kelvin


2020

Mapas cadastraisMapas cadastrais

• Contém objetos geográficos individuais– mapas de países, lotes, propriedades

ruraisPaís PIB

(Us$ bn)Pop

(milhões)

Argentina

Brasil 350

295 34

159

Chile 45 14


2121

Mapas de redeMapas de rede

• Contém objetos com topologia arco-nó– utilizado para redes conectadas


2222


• Objetos endereçados no espaço

• Exemplo: rede de distribuição elétrica– rede primária

– rede secundária

– sub-estações, alimentadores

– postes, transformadores, chaves

– cadastro urbano

– cadastro de consumidores


2323


• Ligação forte com banco de dados

id label capacidade

22 Eng. Dentro 3.000 kVA

id label Transformador

234532-17-95 Classe 3

Sub-estações

Postes


2424

ImagensImagens

• Fontes: satélites, fotografias aéreas

• Elemento de imagem (pixel)– proporcional à energia

eletromagnética refletida ou emitida por área da superfície terrestre


2525

Modelando a naturezaModelando a natureza

• O que há num mapa?

• Linhas no mapa– divisão política

– separação entre tipos de solo

– isolinhas (cota 1000)

• E o mapa como modelo de dados?


2626

Universo conceitualUniverso conceitual

• Campos (variáveis geográficas contínuas)– mapa temático– modelo numérico do terreno– imagem

• Objetos (variáveis geográficas discretas)– linhas de transmissão– quadras


2727

Universo conceitual: geo-campoUniverso conceitual: geo-campo

Geo-Campo: ƒ= [ R, A, ] , onde: R 2, A = { A1, A2, ..., An} é um conjunto de atributos e : RA mapeia pontos de R para valores em A.

Representa a distribuição espacial de uma variável que possui valores em todos os pontos pertencentes a R.

Contra-domínio da função conjunto enumerável = temático

mapa de cobertura vegetal valores contínuos (- a +) = numérico

mapa de aeromagnetometria


2828

Universo conceitual: geo-objetosUniverso conceitual: geo-objetos

Dadas as regiões geográficas R1,R2,..Rn (Ri2) e o conjunto deatributos convencionais A1,...,An,

Geo-Objeto go = [ r1, r2, ..., rn, a1, a2,...,an], onde ri Ri é uma parte de uma região geográfica Ri e ai Ai é um valor particulardo atributo Ai.

É um elemento único que possui atributos não-espaciais e está associado a múltiplas localizações geográficas.

País PIB Pop

Argentina

Brasil 800

300 34

159

Chile 45 14


2929

Geo-objetosGeo-objetos

• Um geo-objeto, múltiplas representações

•1

•2

•3

id nome

Amazonas

Xingu

id nome

Yanomami

Waimiri

Kayapó

1

2

3


3030

Mapa cadastralMapa cadastral

• Suporte para mapeamento de objetos

Lotes

geoid dono cadastro IPTU

22 Guimarães Caetés 768

endereço

22250186

Mapa Lotes n. 345Jardim Esplanada

23 Bevilácqua São João 456 110427

24 Ribeiro Caetés 790 271055

23


3131

Mapas de RedeMapas de Rede

p. 92-17-63

tr. 1567primária

Sub-estação

p 92-17-64

Hospital

secun.cons. 0193516


3232

Universo de RepresentaçãoUniverso de Representação

is-mapped-in

Dado de Sensoriamento Remoto

Geo-objeto

Cadastral

Plano de Informação

Rede

Banco de DadosGeográficos

Temático

Geo-campo

Numérico

is-a is-a

is-a

is-a

part-of

Não-espacial

part-of part-of

Banco de Dados Geográficos é composto por conjuntos de planos de informação,

um conjunto de geo-objetos e um conjunto de objetos não-espaciais


3333

Universo de RepresentaçãoUniverso de Representação

Plano deInformação

RepresentaçãoGeométrica

Matricial Vetorial

é-um

is-represented-by

é-um

Plano de Informação é a generalização dos conceitos de geo-campo e de objeto cadastral


3434

Estruturas de DadosEstruturas de Dados

• Vetoriais– arco-nó-polígono– arco-nó– grades triangulares

• Matriciais– matrizes de inteiros– matrizes de ponto flutuante– matrizes de caracteres (bytes)


3535

Representação VetorialRepresentação Vetorial

• Componentes– ponto, linha, região

– região M={1,2,3,4,5}

• Topologia– relação espacial entre objetos

– Toulouse fica na região MM

1

2 3

4

5

toulouse


3636

TopologiaTopologia

Estrutura topológica do tipo nó-linha-polígono


3737

Representação MatricialRepresentação Matricial

• Componentes– matriz de células

– índice espacial

– cada célula, um valor

• Indica o que ocorre em cada lugar do espaço

Le

Li

AqLs


3838

Representações para mapas Representações para mapas temáticostemáticos

• Vetorial– preserva relacionamentos topológicos– associa atributos a elementos gráficos– melhor exatidão e eficiência de armazenamento

• Matricial– fenômenos variantes no espaço– adequado para simulação e modelagem– processamento mais rápido e simples– maior gasto em armazenamento


3939

Representações para MNTRepresentações para MNT

Grade regular (matriz de reais)• elemento com espaçamento fixo• valor estimado da grandeza


4040


Grade triangular (TIN)• conexão entre amostras• estrutura topológica arco-nó


4141


Grade triangular Grade regular

Vantagens 1. Melhor representação de re-

levo complexo

2. Incorporação de restrições

como linhas de crista

1. Facilita manuseio e

conversão

2. Adequada para geo-

física e visualização

3D

Problemas 1. Complexidade de manuseio

2. Inadequada para visualiza-

ção 3D

1. Representação de re-

levo complexo

2. Cálculo de declividade


4242

Representações computacionais para Representações computacionais para mapasmapas

Mapas temáticos Arco-nó-polígono Matriz de inteiros

Mapas Cadastrais Arco-nó-polígono

Mapas de Rede Arco-nó

Modelos numéricos de

terreno

Grades triangulares

ou isolinhas

Matriz de reais

Imagens Matriz de bytes

Vetorial Matricial

Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Introdução a SIG...

Documents

Transcript of Fundamentos de Geoprocessamento INPE - Divisão de Processamento de Imagens Introdução a SIG...