Unidade 1 - Computação UFCG

UFCG/CEEI/DSC
Bach. em Ciência da Computação
Sistemas de Informações Geográficas
Período 2009.1
Professsor: Cláudio Baptista
http://www.dsc.ufcg.edu.br/~baptista/cursos/SIG
Geoprocessamento Definição
Conjunto de ferramentas usadas para
coleta e tratamento de informações
espaciais



Armazenamento de informações geográficas
em formato digital
Geração de saídas na forma de mapas,
relatórios.
Manipulação de dados para geração de novas
informações
Geoprocessamento:
A visão de ciência
"Geoprocessamento é o conjunto de
tecnologias que utilizam representações
computacionais do espaço geográfico
para modelar e analisar fenômenos
espaço-temporais".
Conceitos básicos


representação computacional
espaço geográfico
Representação Computacional
 Computadores



instrumentos de representação do conhecimento
capturam modelos formais da realidade
exigem quantificação (visão reduzida) - medidas
 O que representar?


Aproximações de entidades realmente existentes (e.g.
rio)
Conceitos abstratos (tipos de solo, exclusão social)
Aplicações do Geoprocessamento
 Prefeitura: Análise do crescimento urbano numa
cidade
 Biologia: Análise de migração de espécies
 Emergência: alagamentos, ameaças de bombas,
erupções de vulcões, terremotos
 GeoMarketing: onde implantar uma nova agência do
banco
 Impacto Ambiental: qual o impacto ambiental da
construção da nova usina hidrelétrica?
 Petróleo: onde fazer as novas perfurações de poços?
Uma Nova Sociedade
O Mundo precisa de Desenvolvimento
Sustentado
Para implantá-lo de forma planejada,
Geoprocessamento é uma das técnicas
imprescindíveis a serem adotadas.
Exemplo: Monitoramento El-Nino
Problema espacia e temporal
SIG possui 3 fases:
Coleta e Preparação de dados
Análise
Apresentação dos dados
SIG: Coleta e Preparação de dados
Instalação de bóias para monitoramento da
temperatura no mar para projeto El Nino
SIG: Coleta e Preparação de dados
Posicionamento das bóias de medição:
SIG: Análise dos Dados
Extrato da tabela com medições em
dezembro/1997
SIG: Apresentação dos Dados
SIG
 Sistema computacional cujos objetivos são:


Inserir e integrar, numa única base de dados,
informações espaciais provenientes de dados
cartográficos, dados censitários e cadastro urbano e
rural, imagens de satélite, redes e modelos numéricos
de terreno;
Oferecer mecanismos para combinar as várias
informações, através de algoritmos de manipulação e
análise, bem como para consultar, recuperar, visualizar
e imprimir o conteúdo da base de dados
georeferenciados.
SIG - Definições
 Burrough “Conjunto poderoso de ferramentas
para coletar, armazenar, recuperar, transformar e
visualizar dados sobre o mundo real”
 Cowen “Um sistema de suporte à decisão que
integra dados referenciados espacialmente num
ambiente de respostas a problemas”
 Smith “Um banco de dados indexados
espacialmente, sobre o qual opera um conjunto de
procedimentos para responder a consultas sobre
entidades espaciais”
SIG - Definições
 Oppenshaw “Sistema com um conjunto de
métodos analíticos que permite o acesso a
atributos e localização dos objetos geográficos em
estudo”.
 Goodchild “O valor potencial maior de sistemas
de informação geográfica está em sua capacidade
de analisar dados espaciais. “
 Dangerramond “Um SIG agrupa, unifica e
integra a informação. Torna-a disponível de uma
forma que ninguém teve acesso anteriormente, e
coloca informação antiga num novo contexto.”
Informação Geográfica
Informação sobre locais na superfície da terra
 Conhecimento acerca de:

onde algo está?
 o que está em determinado local?
 Exemplos:

posição dos prédios de uma cidade
 árvores de uma floresta
 clima de uma região
 densidade populacional de um país
 Informação Espacial versus Informação geográfica

geográfica é um subconjunto de espacial
 geográfica se refere à locais sobre a terra (2-D, 3-D)
 espacial não necessariamente (e.g. desenhos CAD)

Camadas de Informação
Geoprocessamento x Cartografia
 A Cartografia tem um compromisso básico
com a exatidão.
 O Geoprocessamento busca representações da
incerteza.
 A Cartografia se preocupa em representar as
feições da Terra para representar distâncias,
ângulos e áreas.
 O Geoprocessamento se preocupa em
representar os objetos e fenômenos geográficos
em suas interrelações, agregações e
singularidades.
Geoprocessamento x Cartografia
 Um produto cartográfico deve conter indicações
sobre precisão de suas mensurações, inclusive
aspectos específicos como datum.
 Uma parcela das aplicações de Geoprocessamento
prescinde do datum correto e produz os resultados
desejados independente dos dados estarem em
SAD 69, NAD 27, ou COA.
 A Cartografia existe sem o computador, e seus
problemas teóricos básicos datam de séculos.
 O Geoprocessamento só começa a existir com as
tecnologias de informação, e seus problemas
teóricos básicos ainda estão sendo formulados.
O que há de especial com dados
espaciais?
Dados geográficos - representação dual

localização e atributos
Localização


representação da superfície terrestre
processos no espaço geográfico
Atributos


descrição do fenômeno
representação num banco de dados
Características de SIG
 Integração de Informação



permite unificar dados dispersos
coloca informação antiga num novo contexto
gerar novas informações com operações de
análise e consulta espacial
 Tomada de Decisões


visualização dos problemas no espaço
geração de cenários
Componentes de um SIG
 Interface com o usuário
 Entrada e integração de dados
Funções de processamento
Visualização e Plotagem
Armazenamento e recuperação de dados
Componentes de um SIG
Computer Hardware & Software
Database
Organizational
Structure & People
Feições Geográficas
Feições geográficas são representadas por 2 tipos de dados.
Street Name
Address range on left
Address range on right
Length to travel
Directions to travel
SPATIAL DATA
ATTRIBUTE DATA
O Banco de Dados Geográfico
Dados espaciais e attributos estão
numa mesma tupla.
Desafios em Geoprocessamento
 Geoprocessamento: tecnologia complexa




Aquisição de hardware e software
Formação de pessoal
Coleta e conversão de dados
Procedimentos de análise e tomada de decisão
 Dificuldades:


Alto custo de implantação
Risco de fracasso e desmotivação
Processo de Implantação de um SIG
Levantamento dos requisitos
Modelagem Conceitual e projeto do BD
espacial



coleta de dados
correção dos dados
geo-referenciamento dos dados
Operação (implementação das
funcionalidades desejadas)
História dos SIG
35.000 anos atrás: Figuras de animais de caça + trilhas de migração
História dos SIG
Hoje biologistas usam colares transmissores com satélites para
Monitorar a migração de várias espécies
História dos SIG
 1950: UK e USA desenvolvem os primeiros
sistemas para automação de mapas
permitindo redução de custos (produção e
atualização de mapas)
 1960: Primeiros SIG surgem no Canadá
através de incentivos do governo para melhor
planejar recursos naturais e uso do solo
História dos SIG
Problemas iniciais




Não existiam monitores gráficos de alta
resolução
computadores eram excessivamente caros
Não existiam soluções comerciais prontas para
uso
Cada interessado precisava desenvolver seus
próprios programas
História dos SIG
Década de 70:






Desenvolvimento de algoritmos para análise espaciais,
SIG’s em mainframes
Hardware viabilizou o desenvolvimento de sistemas
comerciais
Criada a expressão Geographic Information System(GIS)
CAD comerciais usados para sistemas de cartografia
automática.
Desenvolvidos os fundamentos matemáticos voltados para
a cartografia
Tecnologia acessível somente a grandes corporações
História dos SIG
 Década de 80:





Proliferação de SIG em PC’s e estações de
trabalho, popularizando o uso dos SIG
Período de acelerado crescimento
A criação do NCGIA (National Centre for
Geographical Information and Analysis) estabelece
Geoprocesamento como disciplina científica
independente.
Grande difusão do uso de GIS
A incorporação de funções de análise espacial amplia
leque de aplicações de GIS
História dos SIG
 Atualmente:





grande crescimento e penetração do GIS nas
organizações
surgimento de alternativas de menor custo para a
construção de bases de dados geográficas
SGBD´s com suporte espacial (Oracle 10G, IBM DB2,
SQL Server 2005, MySQL, Postgresql)
GIS na Internet (Alov, MapServer, iGIS, Geoserver,
Mappy, etc)
GIS em plataformas móveis (iGIS Mobile, etc).
História dos SIG
Geração 1
(1980-1990)
Geração II
(1990-1997)
Geração III
(1997-?)
Tecnologia
principal
CAD,
Cartografia
BD, Imagem Sistemas
distribuídos
Uso
principal
Desenho de
mapas
Análise
espacial
Centro de
dados
Ambiente
Projetos
isolados
Clienteservidor
Múltiplos
servidores
Sistemas
Pacotes
separados
Sistema
integrado
Interoperabili
dade
História dos SIG no Brasil
 UFRJ – Dep. de Geografia - SAGA (Sistema de Análise Geo-Ambiental)
 MaxiDATA - Empresa de Aerolevantamento AeroSul

1980 - sistema para automatização de processos cartográficos.

Virou empresa MaxiDATA e lançou MaxiCAD
 CPqD/TELEBRÁS – 1990 SAGRE (Sistema
Automatizado de Gerência da Rede Externa)

Aplicação de Geoprocessamento no setor de telefonia.
 INPE

1984 a 1990 - SITIM e o SGI

A partir de 1991 – SPRING

De 2000 até hoje: Terralib
 UFCG/DSC/LSI

2002 até hoje: iGIS (Internet Geographic Framework)

O primeiro framework para GIS na Internet no Brasil

Desenvolvido em três camadas com tecnologias: J2EE, Javascript,
XML, SVG

Suporta vários SGBDs Espaciais: Oracle, DB2, Postgresql

Hoje utiliza tecnologia FLEX
Nossos Projetos de SIG
 CNPQ: iGIS (desde 2002)
 Governo da PB – Secretaria da Educação:
Mapa da Educação
 Governo da PB – AESA: Previsão do tempo,
Outorga, Chuvas, Volume de Açudes
 FINEP: HIDROGIS (2006-2008)
 Governo do Maranhão: IMESC (2008-2009)
 CHESF: SmartView (2008-2001)
Questões que um SIG
responde:
Localização: O que há aqui?
Ex. Localização em SIG
Identifier:
Area:
Owner:
Address:
Zoned land use:
Assessment:
565-88-221
108,900,245
John Morris
3233 Texas St.
Industrial
$950,000
Quem é o dono do terreno da Rua das Flores, 23?
Condição: Onde tem isto?
Ao invés de identificar o que há num local, pode-se
querer encontrar um determinado local com certas
condições satisfeitas.
Por exemplo, encontrar uma casa com 4
quartos, de madeira, cujo preço de venda
seja em torno de $200.000,00
Resultado da consulta anterior
Casa Residencial
Preço $200.000
4 quartos
Material: madeira
Onde têm casas que posso comprar?
Tendências: O que tem mudado
desde ...?
Descobre as diferenças ocorridas
num determinado local ao longo
dos anos.
Exemplo de SIG: Tendências
Smallville em 1970
Smallville em 2005
Quanto das terras rurais se tornaram urbanas desde 1970?
Padrões: Quais padrões existem?
Descobre que tipos de padrões podem
ocorrer com os novos dados inseridos
que não eram visíveis antes.
Por exemplo, deseja-se saber onde
acidentes de carros ocorrem com mais
frequência e em que tempo?
Exemplo SIG- padrões
Quais padrões ecistem para acidentes de carros?
Onde eles ocorrem e a que horas?
Modelos What-If
Determinam o que acontece se algo for
mudado numa determinada área
Por exemplo uma nova adição de um
novo empreendimento.
Exemplo SIG - modelos
Escola
Livraria
Hospital
?
?
?
Restaurante
?
Onde colocar um novo empreendimento?
SIG...
Um SIG não é apenas software que permite
fazer mapas de forma mais bonita, mas
...é uma ferramenta de análise,
...relaciona dados espaciais com nãoespaciais,
...pode computar novas informações,
... auxilia no processo de tomada de decisão.
Aplicações de um SIG
Primeira Aplicação de SIG
 Londres
1854 –
vibrião do
Cólera,
Dados Geo-Espaciais
Exemplos:
Mapas
MDT
Imagens de
Satélite
Aerial photos
“Explosão de dados espaciais
 Ënorme quantidade de dados espaciais disponíveis

ex. NASA’s Earth Observation System gera 1 terabyte of
todo dia
dados
 80% dos dados disponíveis têm um componente espacial

recentemente o interesse em explorar este componente espacial vem
crescendo; precisa-se integrar a manipulação desta informação
numa variedade de contextos
Aplicações de SIG
Aplicações de SIG
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Marketing
Transportes
Cadastros urbanos
Epidemiologia
Demografia
Planejamento de serviços de emergência
Ciências humanas e sociais
Gerenciamento de recursos naturais
Ecologia,
climatologia
Navegação
Agricultura
Aplicações de SIG
Aplicações de SIG
 Municipal




Cadastro de lotes e equipamentos urbanos
Atualização do cálculo de IPTU
Planejamento de Transportes, Saúde e Educação
Democratização da Gestão Municipal
 • Ambiental



Zoneamento e apoio ao desenvolvimento
sustentado
Análise e simulação de impactos ambientais
Monitoramento de processos de ocupação
(e.g.desmatamento da Amazônia)
Aplicações de SIG
 Negócios



Localização de novos empreendimentos
Atendimento a clientes
Fluxos de mercadorias e roteamento
 Redes (Água, Energia, Telefonia)



Planejamento do crescimento
Manutenção de instalações (apoio de campo)
Otimização da configuração atual
Aplicações de SIG
Procura de Locais


Uma empresa no UK precisa descobrir
onde poderá encontrar um lugar desejável
para lixo atômico.
Critérios a serem analisados
•
•
•
•
Hidrologia
Distribuição da população
Acesso
Meio ambiente
Aplicações de SIG
Mudança de endereço:








Rural versus Urbano
Acesso
Segurança
Saúde
Escola
Lazer
Supermercados
Custo de moradia
Exemplos de aplicações
 Setor Público:




NASA http://www.nasa.gov/multimedia/highlights/index.html
IBGE (http://www.ibge.gov.br)
ANA
Governo do Estado
• Minas: http://www.mg.gov.br/geominas/index.html
• Pb: iGIS

Prefeituras Municipais
• Campina Grande,
• Betim http://www.betim.mg.gov.br/orgaos/geo/mapviewer.html

Tribunal de Justiça da Bahia (http://www.tj.ba.gov.br/)
Secretaria de Educação da PB

Empresa de Água

Aplicações Avançadas
Bibliotecas Digitais:


Freebie (DSC/UFCG) :
http://buchada.dsc.ufcg.edu.br/bibliotecadigital/
Jotle.com
Mobile GIS

Mobile GIS
http://www.cdmatech.com/products/gpsone.jsp
Exemplos de aplicações
Setor Privado:






Indústria de Petróleo
MapLink, Apontador
Mappy, Mapquest
Google Earth, Google Maps, Google Local
Vivo Celular
AutoTrack
Indústria de SIG
ESRI – ARC GIS
MAPINFO
Intergraph – GeoMedia
AutoCAD - Mapdesk
Alguns Temas de Pesquisa em SIG
 Sistema de Apoio à Decisão: Spatial BI e Spatial
Datawarehousing
 Spatial Data Mining
 Mobile GIS
 SIG 3D
 Distributed GIS
 Location-based services
 Spatial Search Engines e Geographic Information Retrieval
 Linguagens de Consulta Visuais
 Location Privacy and Security
 Web-Based GIS