Sistemas de Informações Geográficas

Sistemas de Informações Geográficas

Unidade 4: Arquitetura de SIGProf. Cláudio Baptista

2010.1

Arquitetura em Camadas

Separar as camadas de Armazenamento Manipulação Visualização



Primeira camada trata da Visualização e Manipulação: Visualização

• oferece funções básicas para visualização de objetos tradicionais e georeferenciados

Manipulação• oferece funções para denição e manipulação

destes objetos.


Segunda Camada corresponde ao nível de representação do modelo oferece separadamente serviços de

manipulação de alto nível para atributos convencionais

representação raster representação vetorial


Terceira Camada engloba os subsistemas que oferecem serviços de armazenamento Armazenamento de dados não-espaciais Armazenamento de dados em formato raster Armazenamento de dados em formato vector Fazem uso do subsistema de Armazenamento

Físico (SAF) que está na quarta camada

Estratégias de Implementação

Existem diferentes estratégias de implementação para a arquitetura em camadas, baseadas em sistemas de gerência de bancos de dados com grau crescente de funcionalidade

Estudaremos as estratégias: Relacional Dual Campos Longos Integrada


Relacional Representação de temas por relações. Um

objeto geográfico é uma tupla de uma relação Atributos são tipos simples Permite uso de SQL para consulta aos dados Não há implementação de SV, SAM, SMM

Estratégias de ImplementaçãoRelacional - Exemplo

Nome Capital População BordasIDAlemanha Berlin 78.5 B1

França Paris 58 B2

… …. …. ….

Id_Contorno Ponto_num pontoIdC1 2 P1

C1 1 P2

C1 3 P3C1 … …C2 1 P4C2 2 P5C2 … …… … ….

BordaID contornoIdB1 C1

B2 C2B2 C3B3 C4B3 C5

PontoID X YP1 452 1000P2 365 875P3 386 985P4 296 825P5 589 189

Ponto

Borda

Contorno

País

Estratégias de ImplementaçãoRelacional - Exemplo

Consulta: “Obtenha os contornos da França”

select Borda.contornoId, X, Yfrom Pais, Borda, Contorno, Pontowhere nome = ‘França’and Pais.bordaId = Borda.BordaIDand Borda.ContornoID = Contorno.contornoIDand Contorno.pontoID = Ponto. pontoIDORDER BY Borda.ContornoId, Ponto_num

Estratégias de ImplementaçãoRelacional

Desvantagens• Dificuldade em elaborar consultas (princípio de

independência de dados é quebrado)• Baixa performance (muitas junções!)• Não amigável, tem que se manipular pontos sempre• Dificuldade de definir tipos espaciais• Impossibilidade de expressar consultas espaciais

(SMV e SMM)

Conclusão: Alternativa POUCO VIÁVEL!!!!! DON’T USE IT!

Estratégias de ImplementaçãoDUAL

Um SIG usando a arquitetura DUAL possui:• um SGBD relacional para armazenar em tabelas a componente

convencional de todos os objetos (dados não espaciais)• arquivos normais para a componente espacial dos

objetos. Em termos da arquitetura proposta:

• SMC e SAC sob um SGBD Relacional• smm, sam, smv e sav sobre o sistema de arquivos do

sistema operacional


DUAL• Estratégia seguida pela grande parte de fabricantes

de SIG:– ARC/Info – Geomedia – MapInfo– Autodesk


Consulta• A execução de uma consulta em um ambiente dual

tipicamente segue um plano bem rígido: a componente convencional da consulta é processada pelo sgbd relacional, em separado das restrições espaciais, que são deixadas a cargo do smm e do smv; os resultados parciais são posteriormente combinados pelo sm para gerar o resultado nal da consulta.

• => redução da possibilidade de otimização da consulta com um todo!! ( reduz performance)


Problemas:• Requer treinamento em dois mundos distintos (SGBD + SIG)• Não utiliza recursos de SGBD (concorrência, tolerância a

falhas, otimização, integridade) para os dados espaciais• SAM e SAV só usam as funcionalidades de sistema de

arquivo (pobre)• Problema de integridade: se removermos um objeto espacial,

quem garante que os respectivos dados convencionais também serão removidos???

Estratégias de ImplementaçãoCampos Longos (BLOBS)

Esta estratégia baseia-se no uso de SGBDs relacionais com suporte para campos longos, nos quais são armazenadas as componentes espaciais dos objetos

Então, SMC, SAC, SAV e SAM estão no SGBD Porém, SMM e SMV ainda estão fora do SGBD

Estratégias de ImplementaçãoCampos Longos (BLOBS)

Vantagens• uso de um SGBD para representação de dados convencionais e

espacias, fazendo uso de toda funcionalidade de um SGBD Desvantagens

• Um BLOB é uma caixa preta (binário) em que se pode acessar todo o objeto ou parte deste, mas sem conhecer a semântica do objeto

• Em consequência, a implementação do SIG ainda deve incluir métodos de acesso espacial e um otimizador de consultas que prepare planos de execução que façam uso destes métodos

Estratégias de ImplementaçãoIntegrada

uso de um SGBD estensível (Orientado -a objeto ou Objeto -Relacional) que disponha de mecanismos que permitam implementar o tratamento das componentes espaciais através de extensões ao seu ambiente

Exemplos: PostgresQL, Oracle 9i, Informix Universal Server, IBM DB2 Universal Server, O2 e ObjectStore


SGBD’s estensíveis permitem adicionar novos tipos de dados e operações voltadas para as funcionalidades espaciais.

DDL e DML são estendidas para usar estes novos tipos e operações

Mecanismos de indexação espacial (Rtree) podem ser criados e o SGBD saberá como otimizar consultas usando estes novos mecanismos


Vantagens:• Total integração de dados convencionais com

espaciais, inclusive usando toda funcionalidade provida por um SGBD

• Semântica de dados espaciais conhecida• smm, sam, smv e o sav como extensões do sgbd• Melhor performance

Evolução dos SIGsNo princípio existia apenas uma coleção de rotinas

com as quais um bom programador poderia contruir um SIG

1980: uso de uma API mais sofisticada com interface via linha de comando, execução em workstations

1990: Introdução de GUI, capacidade de customização => permitiu o desenvolvimento de aplicações para um domínio específico

Arquitetura Distribuída

Arquitetura Distribuída Cliente-Servidor

Duas Camadas

Desktop

Data Server

Arquitetura Distribuída Cliente-Servidor

3 (n) Camadas

Desktop

Application Server Data Server

Uso massivo de componentesIntrodução dos g-services

Tipos de SIGs

Podemos classificá-los em 6 categorias: Profissional Desktop Hand-held Component Viewer Internet

Sig Profissional É o SIG completo capaz de realizar

• coleta de dados, display e edição• administração de BD• geoprocessamento e análise avançada• transformação• geo-estatística• suporte a vector e raster• análise em 3D

Exemplo: ESRI ARC/GIS 8 Preço varia entre US$ 8.000 a 20.000 por licença

SIG DesktopMais focado em uso dos dados do que na sua criaçãoInclui ferramentas para fazer mapas, relatórios,

gráficosÉ o tipo de SIG mais usado hoje em dia (custo X

benefício)Exemplos: ESRI Arc/View, Intergraph GeoMedia,

Idrisi, MapInfoPreços: de US$ 1000 a 2000

SIG Hand held

Capacidade de SIG móveldisplays de 320 X 240 pixelsPrograma e dados residem em memória (não há

discos) e memória é pequena (16K, 64K, 16M, 64M)

Ex.: Autodesk OnSite, ESRI ArcPad, Smallworld Scout

Preços: US$ 500,00

Componentes de SIG

Fabricantes fornecem coleções de componentes para SIG

Progamadores usam estes componentes para desenvolver aplicações específicas e otimizadas

Ex: ESRI MapObjects, MapInfo MapXPreços: US$ 1000 a 2000 pelo kit de

desenvolvimento + US$ 100 por aplicação deployed

SIG ViewersProvêm apenas funcionalidade limitada (display,

query e mapas simples)Desenvolvidos no final da década de 90, são em

geral de graça.Ex. ESRI ArcExplorer, Intergraph GeoMedia

Viewer, MapInfo ProViewerRazão maior de existência: ajuda a vender o

formato de dados e terminologia específica de um dado fabricante!

Internet SIG É o tipo que mais promete para uso em massa dado o

sucesso da Internet Na maioria dos casos deseja-se apenas display e query,

tende a mudar no futuro quando tecnologia se aperfeiçoar Ex de aplicações MS Expedia tem mapas interativos

(www.expediamaps.com ) MapQuest permite encontrar caminhos com direções (www.mapquest.com)

Ex de Fabricantes: ESRI ArcIMS, Intergraph Geomedia Web Map, MapInfo MapXtreme

Preço: US$ 5000 a 25000

Internet SIG usando Arquitetura Integrada

Grande projetos de SIG usam arquitetura em n camadas

Uso de SGBD com estensibilidade de SIGEx.: AutoDesk Vision, ESRI ArcSDE,

MapInfo SpatialWarePreço US$ 10000-25000 dependendo do

número de usuários

SIG-Corporativo

Não é: uma licença corporativa (Enterprise License) um repositório centralizado de mapas e dados

cadastrais

SIG-Corporativo

por um conjunto de componentes que, integrados ao fluxo de trabalho da empresa, geram uma melhoria dos processos primordiais da mesma

SIG-Corporativo: características O alinhamento com as prioridades da empresa; A definição de um conjunto de dados precisos,

atualizados e bem definidos para dar suporte ao negócio da empresa;

A acessibilidade a todos os níveis de usuários; A relevância ao fluxo de trabalho operacional da

empresa nas áreas de operação, planejamento e expansão;

A integração com os demais sistemas e dados corporativos da empresa;

Retorno de investimento (ROI) demonstrado; e Sustentabilidade.

SIG-Corporativo: níveis de maturidade

implantação do SIG-Corporativo, contempla cinco níveis: Nível 1: Entusiastas Nível 2: Departmental Nível 3: Centralizado Nível 4: Integrado Nível 5: Corporativo

Nível 1: Entusiastasexiste na empresa um grupo de indivíduos que

de maneira isolada adquirem ferramentas de SIG e usam a tecnologia com o único interesse de suportar algumas das suas tarefas isoladamente.

tecnologia SIG é licenciada de maneira individual e usada como aplicações Desktop – SIG Desktop

dados são adquiridos, usados uma vez e descartados.

Nível 2: DepartamentalDepartamentos específicos da empresa

reconhecem o valor da tecnologia SIG para seu uso interno

Departamentos criam uma infraestrutura própria de hardware e software e disponibilizam serviços baseados em tecnologia SIG para outros setores da empresa.

Dados relevantes para o departamento são gerados e armazenados a nível de departamento

Nível 3: Centralizado empresa busca a centralização, preocupada

inicialmente com a consolidação de uma base de dados única e otimização da infraestrutura computacional.

é estabelecida uma unidade centralizada para disponibilizar serviços SIG para diversos equipamentos

O sistema centralizado inicia a definição de padrões que melhoram a qualidade dos dados e de processos de fluxo de trabalho internos, além da formalização de solicitações.

resulta em redução de custos e otimização dos recursos.

Nível 4: Integraçãobusca-se a integração da tecnologia SIG aos

diversos fluxos de trabalho da empresa, resultando na integração das aplicações corporativas com as funcionalidades SIG, o que resulta na demanda por modelos de dados e tecnologias mais avançadas.

São definidos comitês de lideres operacionais (ou grupos temáticos) para coletar as demandas e direcionar a política SIG dentro da empresa.

Nível 5: Corporativoo plano estratégico de tecnologia SG está

alinhado com o plano estratégico corporativoa tecnologia SIG é reconhecida como

fundamental para incremento da eficiência da empresa e como ferramenta de apoio à decisão

a integração da tecnologia SIG com os sistemas corporativos e críticos da empresa é estabelecida

os atributos do SIG são embutidos nos bancos de dados espaciais (Geodatabases)

SIG-CorporativoQuanto à integração dos dados:

Arquitetura Dual Arquitetura Integrada

Quanto à distribuição dos dados: Dados Centralizados Dados Distribuídos

Quanto à funcionalidade: Arquitetura em 3 Camadas Arquitetura Multicamadas Arquitetura Orientada a Serviços – SOA

Arquitetura: quanto à integração de dados

Arquitetura Dual

Arquitetura: quanto à integração de dados

Arquitetura Integrada

Arquitetura: quanto à distribuição dos dados

Arquitetura com Dados Centralizados

Arquitetura: quanto à distribuição dos dadosArquitetura com Dados Centralizados:

Requisitos: aquisição/instalação/configuração de hardware (servidor) e software (banco de dados espacial e SIG).

Vantagens: baixo custo de instalação; baixo custo de manutenção (atualização de documentos externos, cópias de segurança, reinstalação/reconfiguração de hardware e software). Maior segurança na atualização dos dados que ficaria a cargo de um único setor na empresa.

Desvantagens: dependência total da rede de comunicação de dados de longa distância (WAN); ponto único de fragilidade caso não seja montada uma estrutura com redundância de servidores e banco de dados; potencialmente maior latência de rede para recuperar informação.

Arquitetura: quanto à distribuição dos dadosArquitetura com Dados Distribuidos Sem

Réplica

Arquitetura: quanto à distribuição dos dadosArquitetura com Dados Distribuidos Sem

Réplica: Requisitos: aquisição/instalação/configuração de

hardware (servidor) e software (banco de dados espacial e SIG) para cada centro.

Vantagens: independência parcial de rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) – no caso, não é preciso ter conectividade até um único servidor central o tempo todo.

Desvantagens: custo médio de instalação; custo médio de manutenção (atualização dos dados espaciais, cópias de segurança, reinstalação/reconfiguração de hardware e software); dependência da rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) para unidades não instaladas junto do centro regional; potencialmente maior latência de rede para recuperar informação.

Arquitetura: quanto à distribuição dos dadosArquitetura com Dados Distribuidos

Com Réplica

Arquitetura: quanto à distribuição dos dados Arquitetura com Dados Distribuidos Com Réplica

Requisitos: aquisição/instalação/configuração de hardware (servidor) e software (banco de dados espacial e SIG) para sede e para cada centro. As instalações do centro fariam acessos de consulta aos seus dados através de LAN e aos dados de externos àquela instalação através de WAN.

Vantagens: independência parcial de rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) – no caso, não é preciso ter conectividade até um único servidor central o tempo todo. Maior disponibilidade dos serviços em função da replicação dos dados, isto implica em menor vulnerabilidade do sistema.

Desvantagens: custo alto de aquisição (várias licenças de SGBD espacial e SIG), alto custo de instalação (pois tem que instalar na sede e outras unidades); custo alto de manutenção (atualização dos dados espaciais requer sincronismo das réplicas com o banco de dados central, cópias de segurança, reinstalação/reconfiguração de hardware e software); dependência da rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) para unidades não instaladas junto do centro regional; potencialmente maior latência de rede para recuperar informação no caso de acesso às informações externas à instalação.

Arquitetura: quanto à funcionalidade Arquitetura em 3 Camadas Arquitetura Multicamadas Arquitetura Orientada a Serviços – SOA

Arquitetura: quanto à funcionalidade

Arquitetura em 3 Camadas


Arquitetura Multicamadas


Arquitetura Orientada a Serviços (SOA)

SIG-Corporativo comerciaisARCGIS

ARCGIS SERVER

ARCGIS SERVER Vantagens: solução bastante completa

incluindo manipulação de dados vetoriais, raster e 3D. Suporte à plataformas móveis, serviços de geocoding e roteamento. Acesso a vários SGBDs incluindo Oracle Spatial. Implementação de padrões OGC e ISO, catálogo. Solução Web e desktop.

Desvantagens: custo mais elevado, não possui nada em comunidade opensource.

Autodesk Mapguide Enterprise

Autodesk Mapguide Enterprise Vantagens: custo mais reduzido, versão

opensource que provê uma gama de componentes a custo reduzido.

Desvantagens: Web services: só implementa WMS e WFS. Gerência de metadados limitada, implementada através do Topobase. Não dá suporte a edição de mapa via Web (Web map editing). Não contempla serviços para plataformas móveis.

Geomedia

Geomedia Vantagens: solução bastante completa e aberta com

relação à utilização de dados de diversas fontes e formatos, incluindo manipulação de dados vetoriais, raster e 3D. Suporte a plataformas móveis, serviços de geocoding e roteamento. Acesso a vários SGBDs incluindo Oracle Spatial. Implementação de padrões OGC e ISO, catálogo. Solução Web e desktop.

Desvantagens: custo mais elevado, não possui nada em comunidade opensource, modelo de desenvolvimento e tecnologias extremamente acopladas aos modelos proprietários da Microsoft.

MapInfo

MapInfo Vantagens: custo reduzido quando comparado

à plataforma ESRI. Plataforma escalável e estensível. Acesso ao Oracle Spatial e diversos outros SGBDs.

Desvantagens: Falta de suporte no Brasil e em Recife. Não provê suporte para aplicações 3D nem plataformas móveis. Limitado suporte a Raster. Só roda em plataforma Windows e .NET.

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