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Introdução aos SIG1. Conceitos relativos a sistemas de
informação2. Modelação geográfica
i. Natureza da entidadeii. Modo de observaçãoiii. Classificação funcional
3. SIGi. História do desenvolvimento dos SIGii. SIG/CIG – Domínios de aplicação
4. Modelos de dadosi. Características mais comuns
Sistemas de informação• Universo de Discurso (UoD) - É o fragmento do mundo real
sobre o qual incide a tarefa de modelação e sobre o qual se foca a construção do sistema. A identificação do UoD pressupõe a identificação da fronteira do sistema e das entidades do mundo real (EMR).
• Estrutura de Conceitos - Conjunto de abstracções básicas que permitem identificar e caracterizar as EMR.
• Modelo - Interpretação de um dado UoD segundo uma determinada estrutura de conceitos.
• Linguagem de Modelação - É a estruturação e especificação da estrutura de conceitos segundo uma ou mais linguagens. Ex: UML
• Esquema - é a especificação de um modelo usando uma determinada linguagem, a qual pode ser formal ou informal (ex. linguagem natural); textual, gráfica, etc. Quando a representação do esquema é gráfica designa-se usualmente por diagrama.
Mundo Real
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
fenómeno é tudo o que éobjecto de experiência possível, isto é, tudo o que aparece no tempo ou no espaço (Kant)
Mundo Real (ou hipotético...)
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
CasaCasaCasaCasa
CasaCasa
CasaCasa
SinalSinal
RuaRua
UoDVista do mundo real ou hipotéticoque inclui os aspectos de interesse
parte da realidade quenos interessa
ZonaZonaComercialComercial
Mundo Real
UoDDomínio do Problema
ZonaZonaHabitacionalHabitacional
Limite de FreguesiaLimite de Freguesia
[modificado de Matos, 2002; Silva,2000]
A forma como se discorre sobre o UoD depende do domínio do
problema, isto é, da forma como um dado cliente ou utilizador
descreve aquilo que pretende de um sistema.
Mundo Real
UoDDomínio do Problema
ZonaZonaHabitacionalHabitacional
Domínio da Solução
Um determinado problema pode ser resolvido de várias formas: não existe uma forma única de
modelar um sistema.O domínio da solução é apenas
um de entre os possíveis.
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Mundo Real
UoDDomínio do Problema
ZonaZonaHabitacionalHabitacional
Domínio da Solução
Uma determinada solução pode ser implementada em plataformas diferentes
(e.g. diferentes SIG comerciais).O domínio da realização é condicionado
pelas estruturas de dados e as operações suportadas por cada tipo de plataforma.
Domínio da Realização
Informação geográficaInformação Geográfica - Todo e qualquer tipo de informação
georreferenciada, ou seja, associada a uma localização sobre a Terra através de um sistema de referenciação espacial. A referenciação espacial, ou georreferenciação, pode ser feita através de um sistema de coordenadas (referenciação directa) ou através de um endereço geográfico (referenciação indirecta ou por geocódigo).
Na maioria das análises, a informação com natureza geográfica (ortofotos, altimetria, ocupação e uso do solo, censos, etc.) tem de ser integrada com outro tipo de informação que pode não ser espacialmente desagregada (projecções económicas, demográficas, cenários de crescimento, etc.) ou, ainda, não estar espacialmente materializada (regulamentação sobre domínio hídrico, sobre servidões e condicionantes de utilidade pública).
Informação geográficaDados Geográficos - Forma de estruturação e "empacotamento"
da informação geográfica, de acordo com um determinado modelo de dados geográfico.
Conjunto de Dados Geográficos (CDG) - Colecção de dados geográficos, tipicamente realizada em função de uma lógica temática ou de um propósito de transferência de dados. Deve distinguir-se entre o modelo de dados geográfico que presidiu àestruturação dos dados, e o formato de dados: o primeiro é um esquema conceptual, abstracto (ex.: vector, rede, grafo topológico, matriz, relação); o segundo é uma especificação, tipicamente comercial, para o armazenamento dos dados num determinado software SIG ou para transferência de dados entre programas diferentes (ex.: DXF, VPF, STDS).
Modelação da informação geográfica
A modelação geográfica tem um domínio de aplicação obviamente muito vasto; há componentes dessa modelação que são próprias de cada aplicação específica e há aspectos que são genéricos a qualquer modelação geográfica.
A evolução tecnológica teve consequências no modo de pensar a modelação geográfica, não veio simplesmente permitir que se fizesse o mesmo com mais facilidade.
A utilização competente de informação geográfica requer o entendimento das características geográficas do problema em causa e uma visão abrangente e sólida das formas de abordagem geográfica
Natureza da entidade
• ATÓMICO OU “PLENUM” − Dicotomia referente à partição do universo em entidades atómicas (compatível com fronteiras definidas e estrutura vectorial) ou num “plenum” (compatível com a não utilização de fronteiras e estrutura matricial). A subdivisão de uma casa não é uma casa mas a subdivisão de uma porção de mar continua a ser mar.
• HOMOGÉNEO OU HETEROGÉNEO − Característica associada a entidades extensivas compostas por outras com fronteiras bem definidas. Um bosque é composto por árvores, uma árvore tem fronteira bem definida mas não é um pequeno bosque (uma analogia semelhante pode ser construída para uma casa e uma cidade).
Natureza da entidade
• DESCONTÍNUO OU CONTÍNUO –Característica associada à conti-nuidade na transição de uma entidade para outra. A um edifício pode ser associada uma transição abruptaentre ser ou não edifício enquantouma descrição de distribuição de pluviosidade terá uma transição contínua.
• CONTÍGUO OU DISPERSO –Característica referente ao facto de uma entidade poder não ter unicidade espacial. Um exemplo é o de povoação comportando-se como uma entidade e podendo no entanto estar dispersa.
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Natureza da entidade
• BIDIMENSIONAL OU TRIDIMENSIONAL – Em geral a representação bidimensional é satisfatória porque a altitude énegligenciável relativamente às dimensões horizontais e também porque os objectos em geral estão contidos na representação da sua base. Para fenómenos geológicos ou atmosféricos em que o desenvolvimento tridimensional é significativo as representações bidimensionais com fronteiras definidas poderão ser impossíveis.
• ACTUAL OU NÃO-ACTUAL – A representação de uma entidade está necessariamente associada a um período no tempo. Poderão ser representadas entidades que já existiram ou que se prevê virem a existir numa época posterior à representação.
Natureza da entidade
• PERMANENTE OU VARIÁVEL – Característica associada àvariabilidade das fronteiras de uma entidade, podendo inclusivamente essa variabilidade alternar entre a existência e a não existência da entidade. Como exemplo pode citar-se a delimitação de zona de cultivo afectada por uma doença.
• FIXA OU MÓVEL – Esta característica é de algum modo semelhante à anterior, associando-se mais à classificação de entidades naturalmente em movimento (uma manada, um conjunto de veículos, …).
Natureza da entidade
• CONVENCIONAL OU AUTO-DEFINÍVEL – Característica associada a entidades cuja delimitação não está naturalmente associada a objectos físicos cuja fronteira é identificável. Exemplos típicos ocorrem nas classificações sócio-económicas.
• SÓLIDO OU FLUIDO – Característica referente às características físicas do objecto que afectam a sua descrição geográfica; um fluído, seja a atmosfera, um rio ou um oceano não tem fronteira definida enquanto um objecto sólido a terá. Imagem LANDSAT 89
Imagem LANDSAT 99
Variação no tempoVariação no tempo
Natureza da entidade
Desenho de margensDesenho de margens
Subjectividade ou impossibilidade de definição rigorosa
Subjectividade ou impossibilidade de definição rigorosa
Natureza da entidade Modo de observação
• “ESCALA” − A escala de observação, como sinónimo de nível de generalização, é uma das principais responsáveis não só pelo tipo de objectos como pelas suas fronteiras.
•«No que concerne à descrição do pormenor e dos objectos a representar, constata-se que o uso e a habituação ao modo tradicional de operar com cartografia [impressa] preservam na [informação geográfica] digital alguma da antiga sistematização. Utiliza-se actualmente o conceito de escala como referência a um nível de pormenor, sendo este estabelecido por analogia àcartografia impressa similar e não pelo pormenor necessário para que um dado modelo se adeqúe a uma dada finalidade. A continuidade da utilização do conceito de carta topográfica como base de propósito genérico, limitada a um leque restrito de escalas convencionais, é responsável por alguns equívocos quando transposto para fora do seu domínio legítimo, o da cartografia impressa.» [Matos, 1998, pp. 4-5]
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Modo de observação
• RESOLUÇÃO − A resolução identifica a menor dimensão a considerar; sublinhe-se que quanto maior a resolução mais complexas e difusas serão as fronteiras.
• PERSPECTIVA − A caracterização geométrica do modo de observação; as fronteiras bidimensionais são indissociáveis do modo como o objecto é projectado, sendo as projecções cartográficas geradoras de infinitas possibilidades de fronteira bidimensional.
Modo de observação
• TEMPO − A representação de uma entidade está associada a uma época, para a qual é definida uma delimitação que poderásofrer alterações no tempo.
• ERRO − Erro com que se determina a delimitação de uma entidade.
• TEORIA − Os objectos são definidos à luz de uma ontologia, podendo ser resultado de construções teóricas.
Simulação da determinação da posição de um ponto através de uma amostra de 1000 medições.
Ainda que se utilize sempre a mesma metodologia, a determinação duma posição no espaço (ponto vermelho na figura) originará forçosamente valores distintos a cada medição. Esta variação só não é detectada pelos utilizadores se a precisão do instrumento de medida for muito baixa. Caso não haja enviesamento na medida, obteremos uma nuvem de pontos (a cinzento na figura), que, de acordo com a teoria do erro, seguirá uma distribuição normal.
Modo de observ. Classificação funcional
Representação do percurso viário mais curto entre dois pontos em Lisboa (http://geo.sapo.pt).
Duas formas de representação abstracta de vias. À esquerda, rede de eixos médios; àdireita, linha correspondente aos lancis dos passeios.
Os requisitos da IG são definidos em função das operações que o sistema deve suportar.Os objectivos condicionarão a selecção dos objectos geográficos a incorporar no sistema, determinarão o nível de detalhe geométrico, o levantamento dos atributos necessários, e a selecção do modelo geográfico a utilizar.No exemplo, as linhas a vermelho serão adequadas para representação cartográfica de ruas a escalas grandes, e têm maior detalhe geométrico do que a representação a azul. Contudo, não permitem a realização de análises de rede. Se o objectivo envolver determinar caminhos óptimos, análise de acessibilidades rodoviárias, etc., é mais eficiente optar por uma representação de vias geometricamente mais abstracta e fazer um levantamento dos eixos médios.
Classificação funcional• INFORMAÇÃO DE CONTEXTO - Utilizada com fim descritivo
• INFORMAÇÃO ESTRUTURANTE - Garante a coerência espacial de todos os outros temas
• INFORMAÇÃO DE INVENTÁRIO - Compreende as entidades que deverão ser representadas exaustivamente
• INFORMAÇÃO DE SUPORTE - É objecto de opção e condiciona os resultados
• INFORMAÇÃO DERIVADA - Provém de operações de análise
Os elementos gráficos do tema deverão ser sempre utilizados para construção de fronteiras
noutros temas ?
O tema deverá incluir todas as entidades(sem omissão) ?
O tema será utilizado para operações de análise(automáticas ou não) e é objecto de opções de
construção que afectarão os resultados ?
O tema resulta de operações de análise(automáticas ou não) ?
Os elementos gráficos não serão utilizadospara a construção de outro tema ?
NÃO
ESTRUTURANTE
NÃO
NÃO
NÃO
INVENTÁRIO
SUPORTE
DERIVADA
CONTEXTO
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SIM
SIM
SIM
SIM
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EXEMPLO DE INFORMAÇÃO DE CONTEXTO EXEMPLO DE INFORMAÇÃO DE INVENTÁRIO
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4a
4d
1a
3b1
3a 2b2a
INVENTÁRIO x SUPORTE
SEM INFORMAÇÃOESTRUTURANTE
50 0 50 100 Meters
COM INFORMAÇÃOESTRUTURANTE
SIGUm sistema de informação aplicado à
modelação geográfica de fenómenos
História do desenvolvimento dos SIG
IAS Computer, 1951-52
Alguns dos primeiros computadores:
Colossus, 1943-45
6
1967Dual Independent Map
Encoding (DIME)US Bureau of Census
“address matching”
Experimental CartographyUnit (ECU)Royal College of ArtLondres
1966
Synagraphic Mapping System (SYMAP)
1965
The Harvard Lab for ComputerGraphics and Spatial Analysis
Urban and Regional Information Systems Association Canada Geographic
Information System (CGIS)
1963
1959MIMO(Waldo Tobler)
SGBDhierárquico - IMS
1968
Primórdios do AM/FMPSCo - CINS
1ºScanner Cartográfico
SYMAP
1974
1ª conferênciaAUTOCARTO
1973
Maryland AutomaticGeographic Information
(MAGI)
Geographical InformationRetrieval and AnalysisSystem (GIRAS)
1972
Lançado o satéliteLANDSAT
(ERTS-1)
1969
M&S Computing Inc.(hoje )
Environmental SystemsResearch Institue (ESRI)
início do SQL(norma em 1986)
Impressora de agulhasARPANETBase de Dados Relacional
Minnesota Land ManagementInformation System
(MLMIS)
1976
1979
ODISSEY GISHarvard Lab
1981
1983Digital Map
Company1985
Global Positioning System(GPS) operacional (in. 1978)
Geographic ResourcesAnalysis Support System
(GRASS)
1975 Impressora laser
Internet Autodesk
VISICalc
“640 kB serãosuficientespara qualquer um”Bill Gates
Tandy - Radio Shack TRS-80, 19774 kBytes
IBM PC 5150, 1981-1987Memória: 16 a 640 kBytes
7
1987
Publicado o 1º número doInternational Journal ofGeographic Information
Systems
Clark University
1986
Lançado o 1º satéliteSPOT
1988
National Centre forGeographic Information andAnalysis
Topolocically IntegratedEncoding and Referencing
(TIGER) do USCB
SCE adquirem sistema decartografia digital
Fundada a Association ofGeographic Information
Modular GIS Environment(MGE) -Intergraph
1989
1991
1996Arc/Info para Windows NT
1990
1995
Mestrado em SIG
1º ESIG
1994 PROSIG
Laser Scanning ( ? )
LANDSAT TM 7
GEODatabase
1997
1999
2000MAPQUEST
adquirida pela AOL
MAPQUEST fornece 130 milhõesde mapas
Ikonos
1998
>20 empresas de serviços SIG em Portugal
TC211
ESPECIALIZAÇÃO NA OE
CT134
8
2003
2006
2007
INSPIRE
2005
2004
2002
2001
Fusão do CNIG no IGP
SRTM
CAOP
ESA GlobCover
Earth View (Keyhole, Inc.)
2008
2009
OpenSource GIS
Domínios de AplicaçãoPaisagismoPaisagismo Recursos naturaisRecursos naturais
OrdenamentoOrdenamentoAmbienteAmbienteInfraInfra--estruturasestruturas
CensosCensos
CartografiaCartografiaCadastro PredialCadastro Predial
CIÊNCIA DE INFORMACIÊNCIA DE INFORMAÇÇÃO GEOGRÃO GEOGRÁÁFICAFICA
TransportesTransportes
NavegaNavegaççãoão
InvestigaInvestigaçção Operacionalão Operacional
Sistemas de InformaSistemas de Informaççãoão
ModelaModelaççãoãoEstatEstatíísticastica
SensoresSensoresPosicionamentoPosicionamento
Domínios Científicos e Tecnológicos
Modelos de dados
• Vectorial• Matricial• Orientado a objectos• Difuso• Temporal• 3D
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Modelo vectorial relacional
ID
ID
INFORMAÇÃO ESPACIAL
TABELA DE ATRIBUTOS
OUTRAS TABELAS
(topológico ou não topológico)Modelo vectorial relacional
MODELO RELACIONAL ESTENDIDO
Modelo matricial Modelo orientado a objectosSI
T-(E
DIN
FOR
)
Modelo difuso Modelo temporalMANCHAS DE MONTADO (SOBREIRO E AZINHEIRA)
DENSIDADE – 1943 -1985
EXTENSÃO – 1943 -1985
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Modelo 3D Características mais comuns
LIGAÇÃO OBJECTO-REGISTO
Características mais comuns
CAPACIDADE DE PRODUÇÃO DE CARTOGRAMAS (ALTERAÇÃO DA SIMBOLOGIA)
Características mais comuns
CAPACIDADE DE INTERROGAÇÃO
Características mais comuns
ANÁLISE ESPACIAL
Questões• Qual o impacto da massificação de SIG, por exemplo com o
Google Earth, no desenvolvimento histórico de SIG ?
• Porque razão começa a haver uma utilização efectiva na segunda metade da década de 90 ?
• O que antevê como evolução futura para os sistemas de informação geográfica ?
• Porque razão o termo SIG é parcialmente substituído por Ciência de Informação Geográfica e por Tecnologias de Informação Geográfica ?
http://www.gisdevelopment.net/history/links/index.htmhttp://snig.igeo.pt/
