CIn/UFPE – Tópicos especiais em BD: Business

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Consulta, manipulação e
apresentação de dados geográficos
Linguagem espacial para geoprocessamento
algébrico (LEGAL)
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Linguagens de Consulta Espacial
• Linguagens de consulta
 Ferramentas para interação entre usuário e SGBD
• Propriedades da linguagem
 Capacidade de expressar uma consulta com componentes
espaciais e não-espaciais
 Simplicidade de expressão para permitir uso amplo
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Linguagens de Consulta Espacial
• Consultas Básicas
• Seleção Espacial
 Ache todos os rios em uma área especificada
 Ache todas as cidades a 100 km de São Paulo
• Junção Espacial
 Ache todas as cidades a 10km de distância de qualquer rio
• Linguagens de Consulta
 Extensões de SQL (SQL/OpenGIS, Spatial SQL)
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Formalização de operações
id nome CPF
tabelas
dados geográficos
seleção
projeção
prod. cartesiano
união e diferença
SELECT nome
FROM tabela
WHERE “CPF = 21”
álgebra relacional
linguagem SQL
operações s/
campos e
geo-objetos
?
álgebra geográfica
linguagem para SIG
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Propriedades de Álgebra Geográfica
• Extensibilidade
• permitir especializações de tipos básicos
• Quais tipos de dados ?
• tipo único x varios tipos
• Operações sobre objetos complexos
• tipos atômicos (polígonos) e compostos (mapas)
• Completeza
• existe critério formal para operadores geográficos ?
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Estendendo SQL para dados espaciais
• Motivação
 SQL tem tipos de dados atômicos simples, como inteiros,
datas e string.
 Não são apropriados para dados e consultas espaciais
• Dados espaciais (ex.: polígonos) são complexos
• Operações espaciais: topológicas, euclideanas
 Tipos de dados espaciais e operações podem ser
adicionados ao SQL3
• Open GIS Consortium (OGIS)
 Vários tipos de dados espaciais e operações espaciais
 Suportado pela maioria dos grandes vendedores: ESRI,
Intergraph, Oracle, IBM,...
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Modelo de dados espaciais OGIS
• Consiste de uma classe geométrica base e quatro
subclasses:
 Point, Curve, Surface and GeometryCollection
• As operações dividem-se em três categorias
 Aplicacadas para todos os tipos geométricos
• SpatialReference, Envelope, Export,IsSimple, Boundary
 Predicados para relacionamentos topológicos
• Equal, Disjoint, Intersect, Touch, Cross, Within, Contains
 Análise de dados espaciais
• Distance,Buffer,Union, Intersection, ConvexHull, SymDiff
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Consultas espaciais com SQL/OGIS
• SQL/OGIS – Informações gerais
 Ambos padrões são adotados por vários empresas
vendedoras
 A escolha de tipos de dados e operações são similares
entre os vendedores empresas
 A sintaxe difere de vendedor para vendedor
 Leitores podem precisar alterar consultas SQL/OGIS
dadas em um texto para fazê-las rodar em um produto
comercial específico
•
• Usando OGIS com SQL
 Tipos de dados espaciais podem ser usados em DML
para tipos de colunas
 Operações espaciais podem ser usadas em DML
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Lista de exemplos de consultas espaciais
• Operações de análises espaciais
• Operador unário: Area
• Operador binário: Distance
 Operadores boleanos espaciais de operações topológicas
– Cláusula WHERE
• Touch
• Cross
 Usando analises espaciais e operações topológicas
• Buffer, overlap (Q4)
• Exemplos de SQL complexos
 Consultas SQL agregadas
 Consultas aninhadas
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Extensão do SQL em OpenGIS
• Utiliza a cláusula WHERE
• Visão ideal
 SELECT parcel.name FROM parcels
 WHERE parcels.value < 100.000 AND
parcels.geometry INTERSECT “Pampulha”
• Implementação OpenGIS
 SELECT Parcel.Name, Parcel.Id FROM Parcels
 WHERE Intersects (Parcels.Location,
PolygonFromWKB(:wkb, : srid)) = 1
• Em muitas aplicações
 Extensão espacial do SQL acaba ficando “escondido”
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Extensão do SQL no OpenGIS
• Consulta: Encontre todos os vizinhos de Belo
Horizonte
• SELECT c1.name
 FROM Município M1,Município M2
 WHERE Touch(M1.location,M2.location)=1
 AND M2.Name =‘Belo Horizonte ’
• Este tipo de consulta implica na existência de um
atributo indexador e único (nome do objeto)
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Extensão do SQL no OpenGIS
• Query: Encontre todos os postos de saúde que estão
dentro de favelas em Belo Horizonte
SELECT postos.name FROM postos
WHERE Inside (postos.location,
(SELECT bairros.location FROM bairros
WHERE bairro.tipo == “favela”)) = 1
• Problema
 Resultado = lista de postos de saúde
 Desejado = lista de pares (postos, favelas)
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Consulta e Apresentação de Geo-objetos
• Combinação de resultados de consulta
• Controle dos objetos apresentados
• Apresentação do contexto espacial
• e.g. “vizinhos do Equador”
sem contexto
com contexto
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Linguagem de Consulta Espacial Orientada
a Objetos
• Princípio do OQL (Object Query Language)
• Definir uma coleção como resposta de consulta
• COLLECTION postos_favela
postos_favela =
SELECT postos.location, favela.location FROM postos,
favelas
WHERE postos.location INSIDE favela.location
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Linguagem de Apresentação
• Combinação de resultados de consulta
 SET MODE <NEW | UNION | INTERSECT | REMOVE>
• Controle do tipo de apresentação




SHOW < colecao de objetos | valores >
AS < SHADING | SYMBOL | CARTOGRAM | CHART >
WHERE <parametros>
GROUP BY <HALFS | THIRDS | QUARTILES >
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Linguagem de Apresentação
• SET MODE OVERLAY;
• regioes = (SELECT regioes
•
FROM regioes IN REGIOES_BRASIL);
• SHOW regioes.miseria
•
AS CARTOGRAM
•
WHERE CARTOGRAM_COLOUR= “Yellow”
•
AND CARTOGRAM_SCALE = LINEAR;
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Geo-campos: Ponderação
• Transforma temático em numérico
ex.: mapa de solos
classe
peso
LE
0.35
Aq
0.6
outros
0.2
LA
LV
LE
Aq
• Atribuição de pesos
• reflete importância relativa do tema
0.35 0.35
0.20
0.20 0.20
0.20
0.20 0.60
0.60
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Álgebra de campos
• Fatiamento: a cada valor, um
tema (inverso da ponderação)
•
•
•
•
•
ex. mapa de declividade (em graus)
decliv.
tema
0-9.0
Baixa
10.0-19.0
Média
20.0- acima
Alta
5.0
3.0
8.0
5.0
10.0
15.0
10.0 12.0
20.0
baixa
média
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alta
Álgebra de campos: operações
• Média ponderada
• ex. combinar declividade e solo (ponderado)
• adequação = [ 2* solo_ponderado +
5*(1/declividade)] /5
0.35 0.35
0.20
0.20 0.20
0.20
0.20 0.60
0.60
5.0
3.0
8.0
5.0
10.0
15.0
10.0 12.0
20.0
• Funções matemáticas
• equação universal de perda de solo
• P = (erosividade) * (erodibilidade)
*(declividade) *(comp. encosta) *
• (cobertura solo) *(índice proteção)
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Campos  Objetos
• Campos  Atributos de Objetos
 Operador “Atualize”
 valor de atributo calculado a partir de temático, numérico
ou imagem
• Objetos  Campos
 Operador “Espacialize”
 Mapa temático ou numérico gerado a partir de atributo de
objeto
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Linguagem espacial para geoprocessamento
algébrico (LEGAL)
• Padrão SQL para o acesso ao atributos dos dados
• Extensão do SQL: operadores que expressam relações
espaciais
• Principais características de LEGAL:
 Orientada a objetos
 Definida de forma semelhante ao padrão ODMG – sintaxe baseada em
SQL
 Operações de consulta espacial e operações de manipulação
 Operações sobre campos, operações combinadas campos-objetos e a
linguagem de apresentação implementadas por operadores do mesmo
nível semântico da linguagem SQL
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• Cada dado em LEGAL pertence a uma das
seguintes classes:
 GEOOBJECT, NOSSPATIAL, NETWORK, CADASTRAL,
THEMATIC, IMAGE (instâncias de dados sensor remoto),
DTM (modelo numérico de terreno)
 Classes auxiliares:
• PROJECT: com os atributos básicos PROJECTION (projeção
cartográfica)
• TABLE: para as tabelas de transformação entre geo-campos
• MASK: máscaras aplicáveis a filtros
• RECTANGLE E CIRCLE: para definir vizinhanças
 Conjunto de objetos recuperados do banco:
• COLLECTION: agrupamento de objetos de classes diferentes
 Tipos de dados tradicionais e de multimídia
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Definição de dados em LEGAL
• A parte de definição de dados em LEGAL inclui:
 Criar e definir bancos de dados geográficos
 Definir os esquema de banco de dados
 Criar instâncias das classes deste esquema
• Sintaxe: CREATE <ESPECIALIZAÇÃO> (<ATRIBUTOS GERAIS>)
IS_A <CLASSE BÁSICA> | <ESPECIALIZAÇÃO> (ATRIBUTOS
ESPECÍFICOS>
 Exemplo: Criar uma classes “Uso_do_Solo”, especialização de mapa temático,
com os temas “Floresta Primária”, “Cerrado” e “Floresta Secundária”, e com os
atributos área e anos de regeneração:
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• Criação de geo-objetos e planos de informação
 A criação explícita de instâncias de cada classe é obtida pelo comando
NEW.
 É preciso indicar qual a representação associada (matricial ou vetorial)
e os parâmetros associados a cada representação.
 Exemplo: Criar uma instância da classe Uso_do_Solo denotada por
ação antrópica_1990, cuja representação matricial será uma grade de
100 x 100 metros de resolução na escala 1:250.000
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Consulta espacial em LEGAL
• É aplicável a geo-objetos e a geocampos
 Para geo-objetos: oferece mecanismos para recuperação
baseada em atributos e em restrições espaciais
 Para geo-campos ou geo-objetos complexos (objetos
cadastrais e rede): os operadores em LEGAL permitem
apenas a recuperação baseada em atributos
• Expressão de busca
 A cláusula SELECT pode assumir a recuperação de
instâncias de classes em LEGAL e de valores de atributos
destas instâncias
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 A cláusula FROM contém a indicação das classes de
objetos sobre os quais se realiza a consulta e do objeto
cadastral (ou de rede) sobre o qual será computada a
restrição espacial. Este objeto cadastral será indicado pelo
qualificativo ON MAP, que pode ser omitido, no caso de
haver apenas uma geometria presente para o geo-objeto.
 A cláusula WHERE pode conter as restrições topológicas
INSIDE, TOUCH, CROSS, OVERLAP, DISJOINT e
restrição métrica DISTANCE.
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• Formulação geral de busca em LEGAL:
SELECT <VALOR> | <OBJETO> | <LISTA DE OBJETOS E
VALORES>
FROM <OBJETO> IN <CLASSE> ON MAP <CADASTRAL> |
<REDE> WHERE <WHERE_CLAUSE>
 Exemplo: Selecione todas as regiões da França a menos
de 50 km da cidade de Toulouse:
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• Resposta de consulta
 Recuperação de geo-objetos e geo-campos, e não tabelas.
 Mecanismo orientado a objetos como modelo de resposta.
 Baseado nos conceitos do ODMG e contempla a idéia de
coleções.
 Serão utilizadas instâncias da classe COLLECTION para
armazenar (de forma não-persistente) as respostas de
uma consulta com sintaxe:
COLLECTION <COLECAO> OF <CLASSES_OBJETOS |
CLASSES_ATRIBUTOS>
 A resposta da consulta pode devolver uma coleção de
geo-objetos e de valores.
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• Exemplos de consultas espaciais em Legal:
 Exemplo 1: Selecione todas as fazendas da família
Magalães cruzadas pela Linha Verde que liga Salvador a
Aracaju, adjacentes a estas ou a menos de 5 km dela”.
Suporemos a existência das classes Fazenda, Estrada,
Redes_Estradas, Cadastro_Fazendas.
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 Exemplo 2: Selecione todas as fazendas cadastradas pelo
INCRA na região do Pontal do Paranapanema, com mais
de 1000 há, e cujos proprietários pagam mais de
10000reais de ITR
• Caso de uma ligação entre duas tabelas
• A consulta deve combinar os objetos da classe FAZENDAS com o
objeto não-espacial cadastro da classe CADASTRO_INCRA, onde
está arrolado o cadastro alfanumérico de propriedades.
• A chave de ligação entre as duas relações é o número do cadastro
INCRA (chave primária da segunda relação).
• Observemos a figura a seguir:
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• Operações de junção espacial
 Compara dois conjuntos de geo-objetos, computando um
predicado espacial sobre suas representações em mapas
de objetos.
 Sua sintaxe é análoga à junção convencional
 Exemplo: Mostre os aeroportos que estão dentro das
reservas indígenas da Amazônia ou a menos de 50 km de
uma reserva. Suporemos a existência das classes
Aeroporto, Reserva, Mapa_Reserva e Mapa_Aerportos.
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Referências
• [1] Livro de cartografia
• [2] Site com imagem de latitude
• [3] Site com imagem de longitude
• [4] Site sobre cartografia
• [5] Outro site sobre cartografia
• [6] Referência base
• [7] FILHO, Jugurta Lisbôa; IOCHPE, Cirano. Introdução a Sistemas de
Informação Geográfica com ênfase em Banco de dados.
• [8] SILVA, Rosângela. Banco de dados geográficos: uma análise da
arquitetura dual (SPRING) e integrada (Oracle Spatial).
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