Sistemas de Informações Geográficas

Sistemas de Informações
Geográficas
Unidade 4: Arquitetura de SIG
Prof. Cláudio Baptista
2010.1
Arquitetura em Camadas
 Separar as camadas de



Armazenamento
Manipulação
Visualização
Arquitetura em Camadas
Arquitetura em Camadas
 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.
Arquitetura em Camadas
 Segunda Camada corresponde ao nível de
representação do modelo



oferece separadamente serviços de
manipulação de alto nível para atributos
convencionais
representação raster
representação vetorial
Arquitetura em Camadas
 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
Estratégias de Implementação
 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 Implementação
 Relacional - Exemplo
País
Nome
Alemanha
Capital
Berlin
População
78.5
BordasID
B1
França
Paris
58
B2
…
….
….
….
Borda
BordaID contornoId
C1
B1
B2
B2
B3
B3
C2
C3
C4
C5
Ponto
Contorno
Id_Contorno
C1
Ponto_num
2
pontoId
P1
C1
1
P2
C1
C1
C2
C2
C2
…
3
…
1
2
…
…
P3
…
P4
P5
…
….
PontoID
P1
P2
P3
P4
P5
X
452
365
386
296
589
Y
1000
875
985
825
189
Estratégias de Implementação
 Relacional - Exemplo
Consulta: “Obtenha os contornos da França”
select Borda.contornoId, X, Y
from Pais, Borda, Contorno, Ponto
where nome = ‘França’
and Pais.bordaId = Borda.BordaID
and Borda.ContornoID = Contorno.contornoID
and Contorno.pontoID = Ponto. pontoID
ORDER BY Borda.ContornoId, Ponto_num
Estratégias de Implementação
 Relacional

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 Implementação
 DUAL

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
Estratégias de Implementação
 DUAL
• Estratégia seguida pela grande parte de fabricantes
de SIG:
–
–
–
–
ARC/Info
Geomedia
MapInfo
Autodesk
Estratégias de Implementação
 DUAL

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)
Estratégias de Implementação
 DUAL

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 Implementação
 Campos 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 Implementação
 Campos 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 Implementação
 Integrada


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
Estratégias de Implementação
 Integrada



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
Estratégias de Implementação
 Integrada

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 SIGs
 No 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 ClienteServidor
 Duas Camadas
Desktop
Data Server
Arquitetura Distribuída ClienteServidor
 3 (n) Camadas
Desktop
Application
Server
Uso massivo de componentes
Introdução dos g-services
Data Server
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 Desktop
 Mais focado em uso dos dados do que na
sua criação
 Inclui ferramentas para fazer mapas,
relatórios, gráficos
 É o tipo de SIG mais usado hoje em dia
(custo X benefício)
 Exemplos: ESRI Arc/View, Intergraph
GeoMedia, Idrisi, MapInfo
 Preços: de US$ 1000 a 2000
SIG Hand held
 Capacidade de SIG móvel
 displays de 320 X 240 pixels
 Programa 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 MapX
 Preços: US$ 1000 a 2000 pelo kit de
desenvolvimento + US$ 100 por aplicação
deployed
SIG Viewers
 Provêm 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 ProViewer
 Razão 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 SIG
 Ex.: AutoDesk Vision, ESRI ArcSDE,
MapInfo SpatialWare
 Preço 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: Entusiastas
 existe 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: Departamental
 Departamentos 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: Integração
 busca-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: Corporativo
 o plano estratégico de tecnologia SG está
alinhado com o plano estratégico corporativo
 a 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-Corporativo
 Quanto 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 dados
 Arquitetura 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 dados
 Arquitetura com Dados Distribuidos Sem
Réplica
Arquitetura: quanto à distribuição
dos dados
 Arquitetura 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 dados
 Arquitetura 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: quanto à funcionalidade
 Arquitetura Multicamadas
Arquitetura: quanto à funcionalidade
 Arquitetura Orientada a Serviços (SOA)
SIG-Corporativo comerciais
 ARCGIS
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.