Banco de Dados Geográficos - mtc-m16c:80
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Fundamentos de Geoprocessamento Banco de Dados Geográficos INPE - Divisão de Processamento de Imagens 1a geração de SIG: CAD cartográfico • Tecnologia – sistemas orientados a projetos – ênfase em entrada e geração de mapas • Utilização – mapeamento básico e temático – entrada de dados sem ligação com banco de dados – inacessibilidade dos dados GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 2 2a geração de SIG: BD geográfico • Tecnologia – integração com SGDB relacionais – linguagem de consulta: SQL + extensões – controle de transações • Utilização – impõe reorganização institucional – SIG faz gerência de informações da empresa – BD corporativo integrado ao SIG GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 3 Requisitos para SGBDG • Definição de esquema conceitual • Identidade de objetos • Acesso aos dados • Gerência de transações • Modelagem de processos • Arquitetura multi-nível • Extensibilidade GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 4 Banco de dados de grande porte Metodologia consistente Identidade de objetos Suporte a múltiplas escalas e projeções “Browsing” GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 5 Definição de esquema conceitual • Relações de especialização e agregação Rede elétrica Hospital part-of is-a Hospital INSS Hospital privado Poste GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS Sub-estação 6 Metodologia consistente • Definição única dos atributos R-II Solo Ph 8.5 Cambissolo 6.5 Visual R-III R-I R-IV vermelho verde GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 7 R-V Identidade de objetos • Mapas: recortes arbitrários do espaço • Objetos: identidade única – rio Amarelo – rio Yang-tsé – rio Azul GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 8 Acesso aos dados: “browsing” • Seleção baseada em apontamento • Propriedades – visão geral – seleção de região • Desafios – rapidez de resposta – interatividade GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 9 Acesso aos dados: consultas espaciais • Mecanismos de seleção – atributos descritivos • dê-me todos os países da AL com mais de 50 milhões de habitantes – restrições espaciais • dê-me todos os países da AL vizinhos ao Equador GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 10 Acesso aos dados: consultas espaciais • Controle de apresentação – combinação de resultados de consulta – controle dos objetos apresentados – apresentação do contexto espacial Vizinhos do Equador sem contexto com contexto GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 11 Otimização da consulta espacial • Métodos de acesso espacial (x convencional) – capacidade de filtragem mais limitada – custo computacional maior • Otimizador – entrada: consulta espacial – saída: coleção de objetos • Requisitos – operadores baseados em semântica GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 12 Gerência de transações • Transação – longa: associada a uma sessão – particionada: atualização contínua • “Check out” – controle de acesso para extração de região • “Check in” [transação] – substituição de área extraída ou geração de nova versão GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 13 Bancos de dados multi-nível • Ambiente distribuído • Hierarquia de servidores de dados Estação local (1~10 Gb) Servidor (10~50 Gb) GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS “Back-end” (50Gb~1Tb) 14 Arquitetura Dual • Atributos convencionais – SGBD convencional • Imagens e gráficos – sistema de arquivos • Vantagem SGBD relacional França – uso de SGBD de mercado • Problemas – otimização de consultas – integridade GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 15 arquivos Arquitetura Dual GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 16 Arquitetura Dual • Vantagens – acesso externo aos atributos (SQL) – conexão a dados existentes – ferramentas (gerador de formulários) • Problemas – controle dos objetos espaciais – esquema mono-usuário GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 17 Ligação SIG - banco de dados Fazendas id 22 label área numcad Caraíbas 3000 2345 SELECT id FROM fazendas WHERE area > 2500 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 18 Ligação SIG - banco de dados Fazendas id 22 label área numcad Caraíbas 3000 2345 Cadastro SELECT id FROM fazendas, cadastro WHERE fazendas.numcad = cadastro.numcad AND ITR > 4500 numcad 2345 ITR Produção 5000 4000 GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 19 Ambientes distribuídos • Componentes – clientes – servidores • ITESP clientes anúncio serviços ambiente corporativo – sede – regionais comunic. servidores servidores GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 20 Ambientes distribuídos • Ambiente único centralizado – implantação de arquitetura em camadas – problemas de gerenciamento • Ambiente distribuído – cada servidor produz seu conjunto de dados – BD corporativo alimentado “off-line” – problemas de duplicação de dados GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 21 3a geração de SIG: BD espacial • Desafios do Geoprocessamento – integração de informação – grandes bases de dados espaciais • Iniciativas de pesquisa – EOS (Earth Observation System) – digital library technology (NASA) – GEOTEC (CNPq) • INPE, UNICAMP, IBM, UFPe, PUC/RJ, UFRJ, UFG, PETROBRÁS, EMBRAPA, TELEBRÁS GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 22 Evolução da geotecnologia • 1a geração de SIG (~1985 - 1995) – ambientes centralizados (UNIX): grande número de funções, complexidade e falta de suporte; – ambientes PC (DOS): facilidade de uso, capacidade limitada. • 2a geração de SIG (~1995 - 2000) – ambientes distribuídos (Windows): interfaces amigáveis, funções simplificadas. • 3a geração de SIG (~2000) – uso da internet. GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 23 Evolução da geotecnologia Centro de Dados Global BD Geográfico Institucional SIG Individual GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 24 Evolução da geotecnologia Navegador +plug-ins Servidor WWW Geograf. Geração Dados Exemplo: www.dpi.inpe.br/proarco (queimadas na Amazônia) GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 25 Geoprocessamento e Internet • Transmissão de arquivos matriciais (GIF, JPEG) – acessos sucessivos ao servidor – ESRI web server • Transmissão de arquivos vetoriais (dedicados) – uso de “plug-ins” – acesso único ao servidor – Intergraph, AutoDesk • Tecnologia JAVA – programa aplicativo – dados manipulados pelo usuário GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 26 Organização de dados em um SIG • Organização por níveis (planos) de informação – cada nível = dado específico divisão política • Atributos de mapas elevação – armazenados em tabelas rios GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 27 Modelo de dados geo-relacional • Ambiente dual – dados gráficos - sistemas de arquivos – tabelas de atributos - SGBD relacional id label população 22 Maine 3,5 M 34 N.Mexico 1,2 M GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 28 Aplicações do modelo geo-relacional • Interfaces amigáveis e poderosas – usuário opera no nível conceitual • Definição do esquema do BDG – estender a hierarquia de especialização de geocampos e geo-objetos – estabelecer restrições de integridade para as novas classes GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 29 Definição de esquema: cadastro rural Geo-campo Temático MNT Geo-objeto Imagem Mapa Cadastral Fazendas Solos Altimetria Dados TM Mapa de Propriedades GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 30 Modelos de Dados • Sistemas comerciais – diversidade de modelos semânticos – implementação parcial dos conceitos de “campos” e “objetos” • Modelos de dados – SPRING, MGE, ARC/INFO, ARC/VIEW, IDRISI – conversão entre modelos – padrão OpenGIS (www.opengis.org) GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 31 Modelagem de Dados • Definição do problema • Indicação de entidades (classes de objetos) e relacionamentos • Definição dos atributos de cada entidade • Projeto do modelo num SIG GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 32 Modelagem de Dados • Problema: Reforma Agrária • Objetivo: seleção de áreas para desapropriação e reparticionamento • Critérios de escolha – áreas improdutivas: imagens de satélite multitemporais – seleção de terras: topografia e solos – legislação: áreas de proteção ambiental – cadastro de novas propriedades GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 33 Modelagem de Dados - SPRING objetos campos temático numérico imagem TM solos topografia cadastral declividade propriedades mapa de propriedades atributos GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 34 MGE - Modelo Conceitual • Modelo de feições (objetos) – hierarquia de classes – associação com representação vetorial • Modelo de campos – associação com representação matricial – separação entre grades regulares, grades triangulares (TIN) e imagens GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 35 MGE - Modelo Conceitual Mundo Real Universo Conceitual Universo Representação Mapa Solos Campo (temático) Classe de Feições Topografia Campo (numérico) Grade, TIN Lotes Classe de Feições Geo-objeto GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 36 MGE - Modelo Conceitual categoria cadastro rural classe de feição propriedades solos latossolo meio físico cambissolo solos tabela (tipo de solo) GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 37 MGE - Modelo Conceitual grade TIN declividade Landsat topografia UsoTerras fazenda imagem Ação Antrópica APA Uso da Terra tabela GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 38 ARC/INFO - Modelo Conceitual • Associado às representações • Cobertura – dado vetorial associado a uma tabela – mapas cadastrais, campos temáticos (vetoriais) • Grade regular – dado matricial associado a uma tabela – campos temáticos (matriciais), campos numéricos • Grade triangular – campos numéricos GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 39 ARC/INFO - Modelo Conceitual cobertura grade tabela tabela GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS TIN 40 ARC/INFO - Modelo Conceitual cobertura lotes solos tabela tabela tabela GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 41 ARC/INFO - Modelo Conceitual Mundo Real Universo Conceitual Universo Representação Mapa Solos Campo (temático) Coverage (tabela) Grade (tabela) Topografia Campo (numérico) Grade, TIN Lotes Coverage (tabela) Geo-objeto GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 42 IDRISI - Modelo Conceitual • Imagem – representação matricial – campos temáticos, imagens, MNT – bancos de dados • Vetor – representação para desenho GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 43 IDRISI - Modelo Conceitual Mundo Real Universo Conceitual Universo Representação Mapa Solos Campo (temático) Imagem (legenda) Topografia Campo (numérico) Imagem (legenda) Lotes Imagem + Vetor (desenho) Geo-objeto GEOPROCESSAMENTO - BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS 44
