Operações espaciais Modelação Cartográfica. Análise espacial em SIG No contexto dos SIG a resolução de problemas exige frequentemente o recurso a diversas

Operações espaciaisOperações espaciaisModelação CartográficaModelação Cartográfica

Análise espacial em SIG

• No contexto dos SIG a resolução de problemas exige frequentemente o recurso a diversas operações de manipulação dos dados existentes, produzindo-se desta forma novos dados que podem voltar a ser processados até ser obtida a solução final do problema.

• Aos dados existentes no momento em que se inicia a resolução de um problema dá-se o nome de dados de entrada. Os dados de entrada podem ser de dois tipos: temas cartográficos (como cartas de temperaturas, de precipitações, de relevo, etc.) ou valores (ás vezes também designados parâmetros e que podem ser numéricos, alfanuméricos ou booleanos).

• A solução de qualquer problema é sempre um conjunto de novos dados, a estes dados dá-se o nome de dados de saída. Tal como sucede com os dados de entrada, também os dados de saída podem ser de dois tipos: temas cartográficos e/ou valores.

• Os dados produzidos durante o processamento e que não são considerados nem de entrada nem de saída, designam-se dados intermédios (podendo também ser temas cartográficos ou valores).

Operações espaciais

• Nos SIG é possível recorrer a numerosas e diversas operações de processamento de dados, não existindo uma forma única de as classificar e definir.

• No entanto, é consensual a sua classificação em dois grandes grupos: operações não espaciais e operações espaciais. – Considera-se uma operação não espacial toda a operação que envolve

apenas dados convencionais, geralmente designados atributos (por exemplo, o cálculo da soma de todos os valores de um dado atributo).

– Considera-se uma operação espacial toda a operação que envolve características geográficas, isto é dados relativos a localizações na superfície terrestre (por exemplo, a determinação do centróide de um polígono ou o cálculo da distância entre dois pontos); uma operação espacial pode também envolver dados convencionais.

Processo

• O conjunto de operações que permite resolver um problema, isto é obter os dados de saída a partir de um conjunto de dados de entrada, pode denominar-se um processo.

• Geralmente, as operações que constituem um processo têm que ser executadas por uma determinada sequência. A ordem pela qual devem ser executadas as operações constitui a sequência do processo.

• Algumas operações só fazem sentido ser executadas após a execução de outras porque têm que ser executadas sobre dados intermédios, isto é sobre dados que não existiam inicialmente e que já resultam da execução de outra ou outras operações.

• A alteração da ordem de execução das operações pode produzir resultados diferentes, não sendo portanto arbitrária a ordem pela qual essas operações devem ser executadas. Assim, um processo só se encontra completamente definido quando se conhece a sua sequência.

• Nem todas as operações efectuadas sobre 2 ou mais conjuntos de dados são comutativas. Assim, a definição completa de um processo exige ainda que para algumas operações seja estabelecida a prioridade no processo de cada um dos conjuntos de dados envolvidos.

Documentação do processo

• O processo utilizado na resolução de um dado problema deve ser descrito de uma forma pormenorizada e completa por diversos motivos: – porque a descrição do processo utilizado permite uma melhor

compreensão e interpretação da solução encontrada – porque pode vir a ser necessário repetir esse processo sobre novos

conjuntos de dados e a reutilização de um processo que já foi anteriormente criado, testado e aperfeiçoado é geralmente mais eficaz do que conceber uma nova solução

• a reutilização de um processo é sempre mais fácil do que a concepção de um novo processo, podendo assim ser executada por pessoas com menos formação e experiência na área dos SIG.

Fase de concepção do processo• Existindo vários processos que permitem atingir uma mesma solução para um

dado problema, a escolha do melhor processo é um aspecto importante pois contribui para o aumento da eficácia dos SIG.

• Quando se comparam dois processos que produzem um mesmo resultado, considera-se o melhor processo aquele que é mais rápido e que envolve menos custos. – A quantificação destes dois valores (tempo e custo) nem sempre é simples e

objectiva; – quando ainda é necessário decidir se deve ser privilegiado o tempo ou o custo (nem

sempre a solução com menos custo é a mais rápida) o problema de decidir qual é o melhor processo é ainda mais difícil.

• Apesar destas condicionantes, é um bom princípio iniciar a resolução de um problema pela concepção do processo a utilizar e só depois executar esse processo. – Na fase de concepção é frequentemente possível comparar e escolher a melhor de

várias alternativas sem perder tempo executando operações no SIG que mais tarde se verifica serem desnecessárias ou poderem ser subsituídas por outras mais eficazes.

– Durante a execução do processo é ainda admissível (e mesmo provável) que sejam introduzidas algumas alterações que o melhorem.

Modelo cartográfico

• A descrição de um processo, quer com o objectivo de o documentar quer com o objectivo de o conceber, pode ser feita recorrendo apenas à linguagem natural.

• No entanto, existem já algumas linguagens diagramáticas que permitem expressar a maior parte da descrição dos processos de uma forma mais sucinta e menos ambígua.

• Os pormenores do processo que não é possível representar no diagrama devem ser sempre descritos em linguagem natural e acompanhar o diagrama.

• A notação que vai aqui ser utilizada é uma das várias a que é possível recorrer para criar diagramas de descrição de processos. Dado que a maioria dos dados utilizados nestes processos são temas cartográficos, estes diagramas são usualmente designados modelos cartográficos.

Notação• Tema cartográfico – conjunto de dados (de entrada, de saída ou intermédios)

Exemplos:

• Nota:Para representar num modelo uma tabela de dadosconvencional (isto é, sem atributos geográficos)pode utilizar-se uma simbologia semelhante masomitindo o símbolo relativo ao tipo de entidade geográfica:

tema

[…]

# tema raster tema vectorial de pontos tema vectorial de linhas tema vectorial de polígonos tema TIN

domínio se o tema é rasterouatributo(s) se o tema é vectorial

altitude

[0 ; 9999]

#sedeConc

[nome]

rio

[nome]

[comp]

relevo

conc

[nome]

[área]

nome

[atrib1][atrib2]

Notação

• Operação e linhas conectoras– Uma operação está sempre ligada por linhas conectoras aos conjuntos de

dados de entrada e de saída dessa operação; • relativamente ao processo que o diagrama representa estes dados podem ser

apenas dados intermédios ou de entrada ou de saída. – A direcção das linhas conectoras indica quais os dados de entrada e de

saída da operação. – Mesmo que um tema cartográfico seja utilizado em mais do que uma

operação, a representação desse tema no diagrama do processo não deve ser repetida.

temaEntrada1

[…]

operação

temaEntrada2

[…]

temaSaída

[…]

indica que estes dados têm prioridade no processo; o significado da prioridade de um conjunto de dados depende da operação que é utilizada

Notação

• Informação complementar• A descrição completa de algumas operações necessita de informação

complementar (parâmetros, condições, ...).

Operações espaciais

• Não existe por enquanto nenhuma teoria ou mesmo regra que seja generalizadamente adoptada para distinguir operações espaciais básicas, isto é, operações elementares (porque não podem ser descritas a partir de sequências de outras operações) e a partir das quais todas as outras operações podem ser definidas.

• É no entanto possível utilizar alguns critérios gerais para sistematizar as operações espaciais que mais frequentemente são utilizadas.

• As operações espaciais podem ser classificadas em 3 grandes grupos:– operações para entrada de dados, – operações para manipulação dos dados, – operações para saída de resultados.

Observações• Presentemente, cada aplicação informática para suporte de SIG possui a sua

forma própria de definir e agrupar as diversas operações espaciais que disponibiliza aos utilizadores.

• A criação de modelos cartográficos baseados nas operações próprias de uma determinada aplicação é possível mas pouco recomendável.

– A compreensão destes modelos fica restringida apenas aos conhecedores dessa aplicação.

– As operações disponibilizadas pelas aplicações podem mudar de nome ou de definição de umas versões para outras,

• ficando assim os modelos dependentes não apenas de uma aplicação mas ainda da versão dessa aplicação a que as operações se referem.

– A lógica subjacente à definição das operações de uma versão de uma dada aplicação e à forma como elas se encontram agrupadas (em comandos ou menus) nem sempre é a mais fácil de compreender.

• É mais vantajoso descrever um processo recorrendo a operações espaciais genéricas

– quando se considerar necessário, para uma mais detalhada documentação do processo, descrever as operações espaciais mais complexas recorrendo às operações espaciais da aplicação utilizada na implementação do processo

• não esquecendo, neste caso, de referir qual a aplicação que é utilizada e a respectiva versão.

Operações para entrada de dados

Operações que permitem a criação de um mapa a partir de dados provenientes de fontes externas ao SIG (analógicas ou digitais).– Compilação de dados

• codificação de dados geográficos de uma forma conveniente para o sistema; • incluem a digitalização, scanning, registo de atributos, etiquetagem de objectos,

codificação de documentos recolhidos em trabalho de campo, construção de topologias e acertos entre folhas de mapas

– Georreferenciação de dados• desde a referenciação espacial de conjuntos de dados (por exemplo, provenientes de

scanning, digitalização ou detecção remota) até à conversão de coordenadas entre diferentes sistemas de referência espacial

– Restruturação dos dados• modificação da estrutura de dados importados de modo a poderem ser suportados pelo

sistema; • estas operações podem ir da simples reformatação dos dados, passando pela conversão

entre variantes de um mesmo tipo de estrutura de dados, até à conversão entre diferentes estruturas de dados (por exemplo, entre raster e vectorial)

– Edição• para detectar e resolver inconsistências não espaciais, espaciais ou topológicas

Operações para manipulação dos dados

• Selecção – utilizam condições sobre características não‑espaciais e espaciais e operações da lógica booleana para definir um subconjunto dos dados de entrada– sobre atributos utilizam condições envolvendo os valores de atributos

não-espaciais– sobre características espaciais utilizam condições envolvendo relações

espaciais baseadas nos conceitos de contiguidade (A é adjacente a B), conectividade (existe um caminho de A para B, ...) e inclusão (A contém B – A tem prioridade no processo)

• Descrição – cálculo de índices relacionados com as propriedades geométricas dos objectos– sobre a dimensão – medida de linhas, curvas, perímetros, caminho mais

curto, áreas de polígonos planos ou não, volumes– sobre ângulos – azimute, orientação e posição– sobre a forma – medidas numéricas de convexidade de polígonos, de

dimensão fractal, etc.


• Transformação – o conjunto de dados geográficos de saída contém os mesmos objectos espaciais existentes no(s) conjunto(s) de dados geográficos de entrada; quando a operação é efectuada sobre mais do que uma camada de entrada apenas é aplicável quando estas camadas contêm exactamente os mesmos objectos espaciais.

– geométricas – transformação de características espaciais• projecções – utilizadas para possibilitar a representação da superfície da Terra numa

superfície plana• lineares – definidas por funções de transformação geométricas lineares; por exemplo,

alteração da escala, rotação ou translação• não-lineares – definidas pelos utilizadores para ajuste de pontos com coordenadas

geográficas conhecidas (também designadas stretching)– aritméticas e de categoria – transformação dos valores de um atributo

• por operações aritméticas – aplicação de uma constante através de uma operação elementar ou de uma função trigonométrica, logarítmica ou outra

• por definição de categorias – modificação do domínio de valores de um atributo– classificação – conversão de atributos quantitativos contínuos em discretos ou nominais

(utilizadas, por exemplo, na classificação de dados obtidos por detecção remota)– reclassificação – conversão de categorias nominais noutras do mesmo tipo ou de tipo numérico


• Transformação (cont.)– sobreposição matricial (overlay) – o valor de cada célula é calculado a

partir dos valores das células correspondentes dos dados de entrada• por operações aritméticas e/ou funções matemáticas – o domínio dos

valores dos dados de entrada é numérico• por operações booleanas – o domínio dos valores dos dados de entrada é

booleano– junção (join) – os objectos do conjunto de saída adquirem os atributos

existentes numa tabela de dados; esta operação exige que esta tabela de dados tenha um atributo que seja chave primária e que os valores desta chave ocorram num dos atributos (como chave estrangeira) do conjunto de dados geográficos de entrada; os valores dos novos atributos do conjunto de saída são aqueles que na tabela correspondem ao valor do atributo comum; quando um valor ocorre na chave estrangeira mas não na chave primária da tabela, os valores dos novos atributos é null


• Derivação – o conjunto de dados de saída poder conter novos objectos espaciais criados a partir de um ou mais conjuntos de dados de entrada (pressupõe-se que os objectos de cada um dos conjuntos de entrada não se sobrepõem e são elementares: ponto, linha ou polígono)– generalização – simplificam objectos capturando apenas as suas

características espaciais mais salientes• simplificação de linhas – redução do número de pontos utilizado na sua

definição• atenuação de linhas – alteração de ângulos mediante recurso a funções de

Bezier, splines ou outras• generalizações complexas – podem incluir mudança do tipo do objecto (por

exemplo, polígonos podem ser reduzidos a centróides) e da sua forma (por exemplo, polígonos podem ser reduzidos a esqueletos ou a rectângulos), agregações de polígonos, etc.

– geração de buffers – criam polígonos cujos pontos se encontram a uma distância de outros objectos (pontos, linhas ou polígonos) inferior ou igual a um dado valor; assim, os buffers de pontos são círculos


• Derivação (cont.)– sobreposição topológica (overlay) – os novos objectos espaciais resultam

da intersecção de todos os objectos espaciais existentes nos conjuntos de entrada

A

3

2

1

B

32

1

A sobreposição B

1371

10

8

2 34

5

6 9

1112


• Derivação (cont.)– sobreposição topológica (overlay)

• recorte (clip)– aplica-se a dois conjuntos de dados: um conjunto A que é recortado (de tipo ponto,

linha ou polígono) e um conjunto B de recorte (obrigatoriamente de polígonos); – o conjunto de saída inclui apenas os objectos espaciais que estão contidos em

objectos de A e no(s) polígono(s) de B; – esta operação não é comutativa e convenciona-se que o conjunto A é aquele que

tem prioridade no processo; – os atributos do conjunto de saída são os mesmos de A; – os valores dos atributos de cada objecto do conjunto de saída são os mesmos do

objecto de A em que está contido

A sobreposição B

1371

10

82 3

4

5

6

91112

B recorta A

1 2 3

A recorta B

1 2 3



• corte (erase)– aplica-se a dois conjuntos de dados: um conjunto A que é cortado (de tipo ponto,

linha ou polígono) e um conjunto B de corte (obrigatoriamente de polígonos); – o conjunto de saída inclui apenas os objectos espaciais que estão contidos em

objectos de A e que não estão contidos no(s) polígono(s) de B; – esta operação não é comutativa e convenciona-se que o conjunto A é aquele que

tem prioridade no processo; – os atributos do conjunto de saída são os mesmos de A; – os valores dos atributos de cada objecto do conjunto de saída são os mesmos do

objecto de A em que está contido

A sobreposição B

1371

10

82 3

4

5

6

91112

A é cortado por B

1 2 3

4 5 6

B é cortado por A

12



• união– aplica-se a dois conjuntos de dados: um conjunto A e um conjunto B; – o conjunto de saída inclui todos os objectos espaciais que estão contidos nos

objectos de A ou de B; – os atributos do conjunto de saída são os de A e de B; – os valores dos atributos de cada objecto do conjunto de saída são os mesmos dos

objectos de A e de B em que está contido, sendo null o valor dos atributos de A (ou de B) quando o objecto não está contido em nenhum objecto de A (ou de B)

A união com B

1371

10

82 3

4

5

6

91112

A sobreposição B

1371

10

82 3

4

5

6

91112



• intersecção– aplica-se a dois conjuntos de dados: um conjunto A e um conjunto B; – o conjunto de saída inclui apenas os objectos espaciais que estão contidos nos

objectos de A e de B; – os atributos do conjunto de saída são os de A e de B; – os valores dos atributos de cada objecto do conjunto de saída são os mesmos dos

objectos de A e de B em que está contido

A intersecta B

1 2 3 4 5

A sobreposição B

1371

10

82 3

4

5

6

91112


• Derivação (cont.)– dissolução (dissolve) – obtêm-se novos objectos espaciais por remoção

das fronteiras adjacentes dos objectos que têm o mesmo valor de um dado atributo

• aplica-se a um conjunto de dados; • o atributo do conjunto de saída é apenas aquele que foi utilizado na operação

de dissolução; • o valor do atributo de cada objecto do conjunto de saída é o mesmo do objecto

do conjunto de entrada que está contido.

1

23

4

5

6 7

8

9

12

3

id atrib1 atrib2 1 A z 2 B z 3 A y 4 A z 5 B x 6 A y 7 B z 8 A y 9 B z

dissolução

atrib1

id atrib1 1 A 2 B 3 A


• Operações 2.5D– derivação

• interpolação– cálculo de altitudes

• filtragem– acentuar ou atenuar as formas

• determinação do declive de vertentes, • determinação da orientação de vertentes, • determinação de redes de drenagem• determinação de superfícies visíveis ou iluminadas

– manipulação de imagens• rotação• alteração do ponto de visão

Operações para saída de resultados

• Desenho gráfico– para construção de símbolos, uso de cores, padrões e anotações de modo a

facilitar a composição de mapas e respectivas legendas• Visualização

– para representar a informação geográfica graficamente em periféricos (terminais gráficos, impressoras, etc.)

• Restruturação– permitem a exportação de dados para outros sistemas

• Resumo da informação– sob a forma de índices (descritivos, de inferência estatística, da estatística

multi-variada, ou outros) de modo a serem apresentados em relatórios

Documents

Operações espaciais Modelação Cartográfica. Análise espacial em SIG No contexto dos SIG a resolução de problemas exige frequentemente o recurso a diversas