Muitas são as definições de SIG, Dueker (1979), Ozemoy, Smith e Sicherman (1981), Burrough (1986;1988), Devine e Field (1986), Smith et al (1987), Parent

SIG

CURSO DE GEORREFERENCIAMENTO DE IMÓVEIS RURAIS E URBANOS

ANÁLISE ESPACIAl DE DADOS GEOGRÁFICOS

Sistema de informação Geográfica – SIG(Conceitos)

Muitas são as definições de SIG, Dueker (1979), Ozemoy, Smith e Sicherman (1981), Burrough (1986;1988), Devine e Field (1986), Smith et al (1987), Parent (1988), Hanigan (1989), Goodchild (1991), entre tantas outras definições de autores consagrados na área. Em resumo podemos extrair dos conceitos analisados desses autores, alguns pontos em comum: são sistemas computacionais (uso da informática) que permitem coletar, armazenar, recuperar, manipular, transformar, analisar e exibir dados espaciais georreferenciados, e que devem conter funções algébricas que auxiliem a analise espacial e permite gerar novas informações.

O avanço tecnológico das últimas décadas contribuiu para a criação do SIG. Esta é uma importante ferramenta, que permite integrar uma quantidade significativa de informações multidisciplinares georreferenciadas em um ambiente digital de visualização e trabalho, onde cada elemento está linkado a seu atributo, que por sua vez, está armazenado em um banco de dados.

Diferenças entre sistemas: CAD, CAM, AM/FM e SIG

SISTEMA CAD: Computer Aided Design – CAD ou projeto auxiliado por computador, são sistemas que armazenam dados espaciais como entidades gráficas. Estes sistema originalmente criados para facilitar projetos de arquitetura e engenharia é comumente utilizado em cartografia digital. SISTEMA CAM: Computer Aided Mapping – CAM ou mapeamento auxiliado por computador, são sistemas utilizados para produção de mapas. As relações entre as entidades gráficas se dão através de layers, e de um referenciamento a um sistema de coordenadas, porem não é adequado para realizar uma análise das relações existentes entre dados espaciais comparado com o SIG. Esse sistema não consegue solucionar questões do tipo: quem está mais próximo? Ou Quanto disto tenho nesta área?


SISTEMA AM/FM: Automated Mapping – AM/ Facility management – FM ou Mapeamento Automatizado/ Gerenciamento de Equipamento – São baseados na tecnologia CAD, e são geralmente empregados no gerenciamento de sistemas de dados de serviços públicos. A representação gráfica não é tao precisa quanto um sistema CAM.

A ênfase deste sistema esta no armazenamento análise de dados e na emissão de relatório. O Sistema AM/FM está associado a serviços públicos como gás, energia elétrica, água e telecomunicações. O termo AM / FM / GIS refere-se principalmente ao software GIS que permite aos usuários de serviços públicos de digitalizar, gerenciar e analisar os dados da rede elétrica. Esses dados são armazenados em um banco de dados GIS subjacente, que também mantém as associações entre as entidades gráficas e os atributos. Os sistemas AM/FM são capazes de modelar e analisar operações de rede.


Breve Histórico

O conceito de CAD nasce na década de 50: o Exército Norte Americano desenvolve os primeiros Plotters (Traçadores gráficos / Impressora), capazes de representar desenhos por intermédio de computador.

Paralelamente o MIT (Massachusets Institute of Technology) apresentou o SKETCHPAD, primeiro software de CAD, que permitia representar desenhos pelo computador através de pixels.

IVAN SUTHERLAND é o americano inventor do CAD. Em 1961 descreveu um sketchpad computadorizado em uma tese de doutorado, no MIT. Ele projetou o CAD para substituir a Prancheta de traçado tradicional e outros tipos de ferramentas de auxílio para o desenho.

Diferenças entre sistemas: CAD, CAM, AM/FM e SIGBreve Histórico... A instalação definitiva de sistemas CAD chega na década de 70

com o surgimento dos PC’s (Personal Computer);

Os projetos desenvolvidos por sistema CAD, até o início dos anos 80 eram concebidos bidimensionalmente (2-D);

A partir da segunda metade dos anos 80, começam a surgir os primeiros modelos em matemática volumétrica (3-D);

Já nos anos 90 começam a surgir projetos desenvolvidos em CAD com base em cálculos paramétricos e desenho variacional.

A associação completa destas etapas da ascensão tecnológica do CAD acontece em 1995.

Todas as etapas do desenvolvimento tecnológico contribuíram para o aperfeiçoamento da Tecnologia CAD: incremento do poder de cálculo dos microcomputadores para

geração de padrões gráficos e interfaces.; Barateamento do hardware (aumento acelerado do uso de PCs)

Diferenças entre sistemas: CAD, CAM, AM/FM e SIGCAD e Cartografia Digital

A disponibilidade de sistemas CAD baseada em microcomputadores aliada ao barateamento de hardware incentivou seu uso em aplicações diferentes daquelas para as quais foi projetado;

Apesar de serem concebidos originalmente para engenharia e arquitetura são frequentemente utilizados em cartografia digital;

Uso de mesa digitalizadora calibrada de modo a retornar para o CAD as coordenadas do espaço representadas em um desenho;

Heads-up digitizing: digitalização feita diretamente na tela sobre uma imagem raster da planta/desenho original;

Vetorização automática ou semiautomática: um software especial persegue as linhas detectadas em uma imagem e as transforma em vetores

Diferenças entre sistemas: CAD, CAM, AM/FM e SIGCAD e Cartografia Digital

Exemplo de aquisição de dados geográficos, das cartas topográficas, produzindo novos produtos cartográficos através do Sistema CAD.

Usando mesa digitalizadora

Digitalizando diretamente via tela de computador e mouse.Produto topográfico /cadastral utilizando o

CAD.

Diferenças entre sistemas: CAD, CAM, AM/FM e SIGLimitações do Sistema CADApesar dos excelentes recursos para tratamento de entidades gráficas os sistemas CAD apresentam algumas limitações na forma de armazenar e organizar estas entidades para entrada em um SIG;Erros mais comuns:

1 - Quebra de objetos em diversas partes: Em uma impressão pode parecer visualmente que certos elementos

vetoriais são contínuos. A análise do arquivo digital pode indicar sua criação em pedaços, gerando vários objetos onde se esperava apenas um. Em geral, é um problema de controle de qualidade da empresa responsável pela conversão de dados.2 - Quebra de objetos na divisão cartográfica:

Nos sistemas CAD todos os objetos convertidos, nos limites da divisão cartográfica, são divididos em pelo menos duas partes, gerando problemas de topologia. A junção tem que ser feita no SIG, num processo bastante oneroso. O ideal seria abandonar as divisões cartográficas e adotar alguma outra metodologia de divisão de arquivos: quadra ou grupo de quadras, por exemplo

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Diferenças entre sistemas: CAD, CAM, AM/FM e SIGLimitações do Sistema CAD3 - Desencontro de bordas:

Nos trabalhos de conversão em que cada prancha cartográfica é tratada por vez, frequentemente surgem diferenças ou desencontros na fronteira entre as folhas. É um problema muito comum nos trabalhos de digitalização por mesa e deve ser tratado usando recursos de CAD. No SIG será preciso juntar os objetos digitalizados em cada folha.

4 - Excesso de vértices: O uso inadequado de dispositivos de digitalização também é

responsável pela geração de vértices em excesso, principalmente nas curvas de nível. Em geral são usadas mesas em stream mode, onde os vértices são adicionados em intervalos de deslocamento do cursor. Os sistemas CAD possuem recursos para correção do problema. É preciso exigi-la na especificação do trabalho. A especificação deve prever a digitalização usando apenas poligonais, abandonando o uso de curvas complexas ou algoritmos de suavização. Eventualmente, a suavização das curvas poderá ser feita já no SIG.

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Diferenças entre sistemas: CAD, CAM, AM/FM e SIGLimitações do Sistema CAD5 - Erros de fechamento topológico:

O uso inadequado de dispositivos de digitalização também é responsável pela geração de vértices em excesso, principalmente nas curvas de nível. Em geral são usadas mesas em stream mode, onde os vértices são adicionados em intervalos de deslocamento do cursor. Os sistemas CAD possuem recursos para correção do problema. É preciso exigi-la na especificação do trabalho. A especificação deve prever a digitalização usando apenas poligonais, abandonando o uso de curvas complexas ou algoritmos de suavização. Eventualmente, a suavização das curvas poderá ser feita já no SIG.

6 - Textos gráficos divididos em várias partes: Na conversão cartográfica, é usual os textos gráficos assumirem um

papel decorativo, com pouca utilidade para o SIG. Por uma questão de estética, são fragmentados para que as palavras sejam distribuídas de maneira uniforme no mapa

Isto dificulta sua concatenação e aproveitamento no SIG. O mais interessante é que estes textos sejam atributos adicionados já no SIG, associados a algum objeto .

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Estrutura de Dados no SIG

Um Sistema de Informação Geográfica (SIG) difere dos demais sistemas CAD, CAM, AM/FM, pela sua capacidade de estabelecer relações espaciais entre elementos gráficos. É o sistema mais adequado para análise espacial de dados geográficos.Essa capacidade é conhecida como TOPOLOGIA, ou seja o estudo genérico dos lugares geométricos, com suas propriedades e relações . Essa estrutura além de descrevera localização e a geometria das entidades de um mapa, define relações de conectividade ( conectado a, ligado a, relacionado a), contiguidade ( adjacência, proximidade) e pertinência (continência e interseção).

Estruturas de relacionamentos espaciais



A conectividade permite que arcos estejam ligados a outro por nós. A adjacência permite que arcos possuam direção e lados como esquerda e direita. A direção é importante para modelagem de fluxos, em que atributos de orientação como de nó e para nó são armazenados. Para definir a topologia de um mapa, os Sistemas de Informações Geográficas utilizam uma estrutura de base de dados especial.

Em um SIG, do mesmo modo que em sistemas CAM, todas as entidades de um mapa estão relacionadas a um mesmo sistema de coordenadas.

Além dos dados geométricos e espaciais, os Sistemas de Informação Geográfica possuem atributos alfanuméricos. Os atributos alfanuméricos são associados com os elementos gráficos, fornecendo informações descritivas sobre eles. Os dados alfanuméricos e os dados gráficos são armazenados, geralmente, em bases separadas.


Estrutura de Dados no SIGO SIG reúne as seguintes características:- Ter capacidade para coletar e processar dados espaciais obtidos a partir de fontes diversas, tais como: levantamentos de campo (incluindo o sistema GPS), mapas existentes, fotogrametria, sensoriamento remoto e outros;- Ter capacidade para armazenar, recuperar, atualizar e corrigir os dados processados de uma forma eficiente e dinâmica;- Ter capacidade para permitir manipulações à realização de procedimentos deanálise dos dados armazenados, com possibilidade de executar diversas tarefas, tais como, alterar a forma dos dados através de regras de agregação definidas pelo usuário, ou produzir estimativas de parâmetros e restrições para modelo de simulação e gerar informações rápidas a partir de questionamentos sobre os dados e suas inter-relações;Os dados utilizados em SIG podem ser divididos em dois grandes grupos:- dados gráficos, espaciais ou geográficos, que descrevem as característicasgeográficas da superfície (forma e posição) e;- dados não gráficos, alfanuméricos ou descritivos, que descrevem os atributos destas características.- Ter capacidade para controlar a exibição e saída de dados em ambos os formatos, gráfico e tubular. A figura abaixo ilustra a estrutura de um SIG.



Fonte: Korte, 1992



Os dados utilizados em SIG podem ser divididos em dois grandes grupos: Dados gráficos, espaciais e geográficos e dados não gráficos, alfanuméricos ou descritivos.

DADOS ESPACIAIS:Existem basicamente duas formas distintas de representar dados

espaciais em um SIG: Vetorial (Vector) e Matricial (Raster).VetorialOs mapas são abstrações gráficas nas quais linhas, sombras e

símbolos são usados para representar as localizações de objetos do mundo real. Tecnicamente falando, os mapas são compostos de pontos, linhas e polígonos. Internamente, um SIG representa os pontos, linhas e áreas como conjunto de pares de coordenadas (X,Y) ou (LONG/LAT). Os pontos são representados por apenas um par. Linhas e áreas são representadas por sequências de pares de coordenadas, sendo que nas áreas o ultimo par coincide exatamente com o primeiro.



DADOS ESPACIAIS: (cont...)

MatricialO outro formato de armazenamento interno em uso pelos SIGs é o

formato matricial ou raster. Neste formato, tem-se uma matriz de células, às quais estão associados valores, que permitem reconhecer os objetos sob a forma de imagem digital. Cada uma das células, denominadas pixel, endereçável por de suas coordenadas (linha, coluna).

É possível associar o par de coordenadas da matriz (coluna, linha) a um par de coordenadas espaciais, (x,y) ou (longitude, latitude). Cada um dos pixels estão associados a valores. Estes valores serão sempre números inteiros e limitados, geralmente entre 0 e 255. Os valores são utilizados para definir uma cor para apresentação na tela ou para impressão.

Os valores dos pixels representam uma medição de alguma grandeza física, correspondente a um fragmento do mundo real. Por exemplo, em uma imagem obtida por satélite, cada um dos sensores é capaz de captar a intensidade da reflexão de radiação eletromagnética sob a superfície da terra em uma específica faixa de frequências.




MatricialO outro formato de armazenamento interno em uso pelos SIGs é o

formato matricial ou raster. Neste formato, tem-se uma matriz de células, às quais estão associados valores, que permitem reconhecer os objetos sob a forma de imagem digital. Cada uma das células, denominadas pixel, endereçável por de suas coordenadas (linha, coluna).

É possível associar o par de coordenadas da matriz (coluna, linha) a um par de coordenadas espaciais, (x,y) ou (longitude, latitude). Cada um dos pixels estão associados a valores. Estes valores serão sempre números inteiros e limitados, geralmente entre 0 e 255. Os valores são utilizados para definir uma cor para apresentação na tela ou para impressão.

Os valores dos pixels representam uma medição de alguma grandeza física, correspondente a um fragmento do mundo real. Por exemplo, em uma imagem obtida por satélite, cada um dos sensores é capaz de captar a intensidade da reflexão de radiação eletromagnética sob a superfície da terra em uma específica faixa de frequências.




Matricial

Estrutura Matricial e Vetorial



DADOS ALFANUMÉRICOS:

Os dados alfanuméricos ainda podem ser subdivididos em dois tipos:- Atributos dos Dados Espaciais;- Atributos Georreferenciados.

Atributos dos dados espaciaisSão os atributos que fornecem informações descritivas acerca de

características de algum dado espacial. Estão ligados aos elementos espaciais através de identificadores comuns, normalmente chamados de geocódigos, que estão armazenados tanto nos registros alfanuméricos como nos espaciais.

Um exemplo da função ponto seriam postes de uma concessionária de energia. Pode-se ter um arquivo de atributos alfanuméricos com informações do tipo de poste, material, diâmetro, estado de conservação, etc. No caso de linhas, tem-se o exemplo de uma rede de abastecimento de água, que permitiria um arquivo associado com informações sobre o tipo de rede, material, diâmetro, estado de conservação, vazão; ou caso de uma estrada, com informações do número de faixas, condições do pavimento e numero de acidentes em cada trecho.



DADOS ALFANUMÉRICOS:

Atributos GeorreferenciadosSão os atributos que fornecem informações descritivas

acerca de características de algum dado espacial. Estão ligados aos elementos espaciais através de identificadores comuns, normalmente chamados de geocódigos, que estão armazenados tanto nos registros alfanuméricos como nos espaciais.Como exemplos têm-se os relatórios de acidentes de uma estrada, que estão associados à estrada, ou os relatórios de crimes, associados por delegacia ou bairro.



COMPONENTES DE UM SIG:

O SIG compreende quatro elementos básicos que operam em um contexto institucional: hardwares, software, dados e profissionais.

O hardware pode ser qualquer tipo de plataforma computacional, incluindo computadores pessoais, workstations e mini-computadores de alta perfomance. Quanto aos periféricos de entrada, são utilizados mesas digitalizadoras, scanners, drives de fita, câmaras digitais, restituidores fotogramétricos, instrumentos topográficos eletrônicos, GPS e outros. No que se refere aos periféricos de saída, têm-se monitores, plotters e impressoras.

O software de SIG é desenvolvido em níveis sofisticados, constituído de módulos que executam as mais variadas funções.



COMPONENTES DE UM SIG:

O SIG compreende quatro elementos básicos que operam em um contexto institucional: hardwares, software, dados e profissionais.

O hardware pode ser qualquer tipo de plataforma computacional, incluindo computadores pessoais, workstations e mini-computadores de alta perfomance. Quanto aos periféricos de entrada, são utilizados mesas digitalizadoras, scanners, drives de fita, câmaras digitais, restituidores fotogramétricos, instrumentos topográficos eletrônicos, GPS e outros. No que se refere aos periféricos de saída, têm-se monitores, plotters e impressoras.

O software de SIG é desenvolvido em níveis sofisticados, constituído de módulos que executam as mais variadas funções.

Contudo, o elemento mais importante do SIG é o profissional, a pessoa responsável pelo seu projeto, implementação e uso. Sem pessoas adequadamente treinadas e com visão do contexto global, dificilmente um projeto de SIG terá sucesso.



CARACTERÍSTICAS DE UM SIG:

Atualmente, existe um grande número de Sistemas de Informações Geográficas, com características as mais variadas possíveis em termos de tipos de estruturas de dados, modelos de banco de dados, sistemas de análise e outras. Apesar de possuírem habilidades diferentes, existem alguns módulos presentes na maioria destes programas. Estes módulos são:

- Sistemas de Aquisição e Conversão dos Dados;- Banco de Dados Espaciais e de Atributos;- Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD);- Sistema de análise Geográfica;- Sistema de Processamento de Imagens;- Sistema de Modelagem Digital do Terreno – MDT;- Sistema de Análises Estatísticas;- Sistema de Apresentação Cartográfica.






Sistema de aquisição e conversão de dados

Os sistemas de aquisição são constituídos de programas ou funções de um programa que possuem capacidade de importar os formatos de dados disponíveis. Os processos de aquisição de dados serão tratados mais a frente.

A conversão de dados representa um conjunto de técnicas de fundamental importância para um sucesso de SIG. Neste contexto, conversão de dados é uma expressão que identifica o trabalho de transformação de informações que estão disponíveis em um determinado meio para outro. Naturalmente, como se está tratando de sistemas informatizados, o resultado dos trabalhos de conversão é um banco de dados, seja ele gráfico, alfanumérico ou ambos. O material original poderá ser composto de registros manuais (fichas, mapas, plantas, croquis) ou mesmo armazenado em meio magnético.

-Informação a converter;-Organização do processo;-Pessoas envolvidas;-Tecnologia utilizada



Banco de dados

Os Bancos de dados são formados pelo banco de dados espaciais, descrevendo a forma e a posição das características da superfície do terreno, e o banco de dados de atributos, descrevendo os atributos ou qualidades destas características. Em alguns sistemas, o banco de dados espaciais e o de atributos são rigidamente distintos. Em outros, são integrados em uma entidade simples, conhecida como coverage. A seguir, será vista a associação através de um geocódigo, através da localização geográfica (ponteiro) e a estrutura coverage.

Relacionamento de dados através de geocódigo



Modelos de Banco de dados e SGBD

Os sistemas gerenciadores de bancos de dados (SGBD) informatizados são a principal ferramenta disponível atualmente para o armazenamento, manipulação e organização de grandes volumes de informações. O modelo de armazenamento de informação adotado pelo SGBD associado ao SIG é de fundamental importância para a sua correta utilização, e são classificados em: Sequencial, hierárquico, de rede, relacional e orientado a objetos.

Sistema de Análise GeográficaApesar de existir várias ferramentas de análise no SIG as

principais são:Consulta ao banco de dados;Operações Algébricas com mapas;Operadores de distâncias; Operadores de contexto;



Integração de informação via SIG

Os dados existentes são produzidos e coletados por diferentes entidades, em épocas distintas, através de diversos processos e equipes, além de diferentes propósitos. Esses dados são geralmente obtidos através de mapeamentos e recenciamento e vão compor as bases de dados espaciais e alfanuméricos. Deve-se preocupar com se a resolução espacial é compatível com a escala adotada para o trabalho.

Escolha da escala de trabalho

dependendo da finalidade do trabalho pode-se adotar:Nível Global: 1:2.500.000 a 1:1.000.000, Aplicações:

Geopolítica, Levantamento de recursos ambientais, Geológicos, Camada de ozônio, Mudanças Climáticas etc.

Nível Regional e Nacional: 1:250.000 a 1:100.000 Aplicações: Zoneamentos Florestais, Agricultura, Mapas Geológicos entre outros.



Escolha da escala de trabalho (cont...)

Nível Intermunicipal: 1:100.000 a 1:50.000, Aplicações: Gestão ambiental de bacias hidrográficas, Planejamento de transporte, hidrológicos, Energéticos, Florestais, Agrícolas, Geológicos entre outros

Nível Municipal: 1:50.000 a 1:10.000 Aplicações: Planos Diretores, Planejamento Urbano, Análise ambiental, Projetos básico de Engenharia, Regularização Fundiária, Etc.

Nível local: 1:10.000 a 1:2.000 Aplicações: Seriam as escalas mais recomendadas para a área urbana: Plano Diretor, Planta Cadastral, Projetos Executivos de Engenharias (Sanitária, Civil, Transporte, etc.)

Nível de Detalhes: 1:2.000 a 1: 250, Aplicações: questões Imobiliárias, projetos paisagísticos, EIA/RIMA, etc.


SOFTWARES DE SIG:

Sistema de informação Geográfica – SIGGestão Ambiental/Territorial

ITEM TEMAS SUBTEMAS

1. Cadastral: estrutura fundiária; vias de acesso; infraestruturas; uso e ocupação; aspectos jurídicos-legais.

2. Morfopedológico: unidades geológicas; unidades geomorfológicas; pedologia; limitações de uso e ocupação.

3. Recursos Hídricos: caracterização das bacias, qualidade das águas; fontes poluentes.

4. Aspectos Climáticos: classificação climática; precipitação; temperatura; balanço hídrico, outros.

5. Fauna e Flora: avaliações ecológicas relativas a: mamíferos, aves, peixes, invertebrados; corredores ecológicos; cobertura vegetal; tipos de vegetação; unidades fito-fisionômicas.

6. Socioeconômicos e culturais:

demografia; renda; aspectos histórico-culturais; patrimônio cultural; pressão antrópica.

Tabela 1. Temas abordados em gestão territorial

Figura 3. SIG / SIT.

ÁREAS DE APLICAÇÃO

Planejamento

ArquiteturaGerenciamentoTerritorial

Engenharia Florestal

PlanejamentoMilitar

Gerenciamentode

Infra-Estrutura Gerenciamentode Recursos

Hídricos

Geologia e

Geofísica

Análise Ambiental

Seleção de locais para

Empreendimen-tos

NÚCLEODO SIG

Geração de

informação

Gerenciamento

Análise Ambiental

Estruturação de Dados

Aquisiçãoe armaz.

de Dados

BIBLIOGRAFIABURROUGH, P.A. Principles of geographical information systems: Methods and

Requirements for Landuse Planning. Clarendon, Oxford.1986.

DUEKER, K. J. Land resource information systems: a review of fifteen years experience. Geo-Processing, 1, 105-128. 1979.

Davis Jr., C. A., Fonseca, F. T. Geração de dados em CAD para uso em GIS: Precauções. In: Anais do GIS Brasil'94, Seção SIG e Conversão de Dados, 43-47, Curitiba (PR), 1994

DEVINE, H.A., and FIELD, R.C. The Gist of GIS. Journal of Forestry, 8, 17-22. 1986.

GOODCHILD, M. F., 1991, Keynote address: progress on the GIS research agenda. Proceedings, EGIS 91, Brussels, pp. 342-350.

HANIGAN, F. GIS by any other name is still... The GIS Fórum 1: 6. 1988

OZEMOY, V.M., SMITH, D.R., and SICHERMAN, A. (1981) Evaluating Computerized Geographic Information Systems Using Decision Analysis. Interfaces, 11, 92-98.

PARENT, P. Universities and geographic information systems: Background, constraints and prospects. In Proceedings of URISA ’88, Los Angeles, CA: Urban and Regional Information Systems Association, pp. 1-12. 1988.

SMITH, T.R., MENON, S., STARR, J., and ESTES, J. Requirements and Principles for the Implementation and Construction of Large-Scale Geographic Information Systems. International Journal of Geographical Information Systems, 1:1, 13-31. 1987.

Documents

Muitas são as definições de SIG, Dueker (1979), Ozemoy, Smith e Sicherman (1981), Burrough (1986;1988), Devine e Field (1986), Smith et al (1987), Parent