Banco de Dados Geográfico

Universidade do Estado de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Civil
Banco de Dados
Geográficos
Profa. Adriana Goulart dos Santos
Banco de dados geográficos
Essencialmente podemos entender um banco de dados
geográfico como um repositório de informações que possuem
uma componente geográfica
 Exemplo: um diretório em meu disco rígido onde guardo
imagens, shapefiles, DXF’s, tabelas DBF etc.
Banco de dados geográficos
Repositórios de informações podem estar sob o controle de
programas específicos chamados Sistemas Gerenciadores
de Bancos de Dados – SGDB
 SGDB podem oferecer funcionalidades específicas, tanto
em termos de armazenamento quanto de recuperação,
para otimizar a manipulação de dados geográficos: SGDBGeográfico
 Evolução da tecnologia de SIG pode ser acompanhada de
acordo com seu relacionamento com SGDB-Geográficos
Evolução da tecnologia
3 Gerações de SIG:
1° Geração: CAD cartográfico
2° Geração: Banco de Dados Geográfico
3° Geração: Bibliotecas Geográficas Digitais
1° Geração de SIG: CAD Cartográfico
Início em 1980 para sistemas VAX e 1985 para ambientes
PC/DOS
 Sistemas orientados a projetos isolados
 Ênfase em entrada de dados e geração de mapas
 Mapeamento básico e temático
 Suporte em termos de bancos de dados limitado, trabalha
mais com arquivos
 Exemplo: Projeto SOS Mata Atlântica produziu mais de 200
cartas com remanescentes da floresta original
Foram produzidas mais de 200 cartas na escala 1:250.000, contendo o levantamento de
todos os remanescentes da floresta tropical original, a partir da fotointerpretação de imagens
de satélite. Apesar do excelente resultado obtido, não houve o cuidado de consolidar os
resultados num banco de dados geográficos.
2° Geração de SIG: BD Geográfico
Chegou ao mercado no início da década de 90
–Inclui a integração a SGBD relacionais, valendo-se de
todas as vantagens desse sistema:
 Possibilidade de utilizar arquiteturas cliente-servidor
 Acesso concorrente aos dados
 Controle de transações garantindo assim a integridade
dos dados
 Linguagem para expressão de consultas: SQL
 Utilização de extensões espaciais, próprias para
manipular dados geográficos
2° Geração de SIG: BD Geográfico
Ambiente multi-plataforma (Unix,Windows)
 Impõe reorganização institucional, SIG tem acesso as
informações de todos os departamentos da empresa
 Exemplo: Sistema de Gestão Municipal São Sebastião
3° geração de SIG: Bibliotecas Geográficas
Digitais
Grandes bases de dados geográficos distribuídas em
empresas e instituições
 Acesso se dá através de redes de computadores locais e
remotas com interface WWW (World Wide Web)
 Desenvolvimento orientado pela troca de informações
entre instituições e para/com a sociedade
 Exemplo: Dados da SRTM – Shuttle Radar Topography
Mission da NASA
SGBD Geográfico
Desafio: adaptação dos SGBD tradicionais para tratar a
componente espacial de um dado geográfico
 Trazendo como benefícios:
–Acesso Concorrente (muitos usuários acessando o mesmo
dado)
–Segurança (visibilidade dos dados)
–Integridade
 Disso derivam modelos de arquiteturas de SIG ligados a
bancos de dados
 Utilização de linguagem de consulta ao SGDB (SQL)
 Mecanismos de indexação apropriados para recuperação
eficiente de dados geográficos
MODELAGEM
Dados dentro do repositório seguem uma organização
 O modelo de organização mais adotado na área de bancos
de dados é o modelo relacional
 Exemplo: sistema de gestão municipal
–Bairros, Logradouros, Setores Censitários, Lotes,
Proprietários- Entidades
–Lotes pertencem a Proprietários, estão dentro de Bairros,
que estão divididos em Setores Censitários-Relacionamentos
Entidade: qualquer objeto distinguível que deva ser
representado no banco de dados.
Relacionamentos: regras de associação entre as entidades.
–Faz parte dos dados tanto quanto as entidades básicas, ou
seja, devem ser representados no banco de dados.
MODELO RELACIONAL
Os dados são percebidos pelos usuários como tabelas
Os operadores à disposição dos usuários são operadores
que geram novas tabelas a partir de tabelas:
–Operador de restrição: extrair subconjunto das linhas.
–Operador de projeção: extrair subconjunto das colunas.
MODELO CONCEITUAL
As tabelas representam o modelo físico de como a
informação está armazenada
 A ideia do SIG + SGBD é esconder certos detalhes de
como os dados são armazenados e mantidos, fornecendo
ao usuário uma visão abstrata dos dados, essa visão é o
chamado Modelo Conceitual
 A modelagem
de
dados
mais
difundida
em
Geoprocessamento é a divisão de dados geográficos em
campos e objetos:
–Campos representam a distribuição espacial contínua de uma grandeza
sobre uma área da superfície terrestre. Ex. Imagens, grades de altimetria,
etc.
–Objetos representam entidades identificáveis unicamente, localizadas
em uma certa posição do espaço. Ex. Quadras, Postes, Estados,
Municípios, etc.
Organização de dados em SIG
Organização por níveis ou planos de informação
–Cada plano possui um dado específico
–Cada plano armazena um conjunto de geometrias
 Atributos descritivos são armazenados em tabelas
Modelo Conceitual - SPRING
Propõe 5 classes que representam modelos de dados:
Imagem, MNT, Temático, Objeto, Rede, Cadastral, NãoEspacial
Devem ser criadas Categorias que referem-se a um desses
modelos, representando classes de dados particulares da
aplicação. Ex. Imagens_Foto e Imagens_TM, MapaQuadras e
MapaRuas, etc.
 Planos de Informação pertencem a essas Categorias
 Categorias trazem visual de apresentação dos dados espaciais
 Categorias definem quais funções podem ser executadas sobre planos
que a elas pertencem
 Projetos: definem um retângulo envolvente e uma projeção
 Banco de Dados: repositório dos dados relativos a um assunto
Resumo do modelo de dados - SPRING
Tratamento de Dados Descritivos
Banco de dados relacional
–Conjunto de relações (tabelas)
–Referentes a uma aplicação
–Gerenciadas em conjunto
 Exemplo: Tabelas de um banco de dados de empresa
–Empregado (informações sobre os funcionários)
–Departamento
–Clientes
–Fornecedores
–Tabela salarial
Tratamento de Dados Descritivos
Dados descritivos
–Podem se referir a objetos localizados no espaço
Exemplo: Lotes de uma cidade (Cadastro urbano)
–Cadastro convencional existem apenas tabelas comuns
–Como inserir a informação espacial?
Tratamento de Dados Descritivos
Como armazenar linhas, pontos, polígonos, matrizes, imagens?
 Arquitetura dual (“modelo geo-relacional”)
 Dados geométricos armazenados fora do banco de dados
(em arquivos)
 Solução mais comum
- usada em SIG “desktop”
 Arquitetura em camadas (“modelo objeto-relacional”)
–Dados geométricos armazenados dentro do banco de dados
–Solução mais recente
usada em SIG distribuídos
Arquitetura Dual
 Organização:
–Atributos descritivos são armazenados em um SGBD
relacional
–Atributos geométricos são armazenados em arquivos
Arquitetura Dual – Como funciona?
Cada elemento geométrico possui um identificador único
 Cada linha das
identificador único
tabelas
descritivas
possui
um
 SIG é responsável por fazer a correspondência entre as
linhas das tabelas e as geometrias
 Problema:
–O que fazer com
correspondência?
os
casos
em
que
não
há
Arquitetura Dual
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Arquitetura Dual - Exemplos
 SPRING
–Dados descritivos: SGBD relacional (DBase, Access)
–Dados geométricos: Arquivos com formato específico
 ArcView
–Dados descritivos: SGBD relacional
–Dados geométricos: “shapefiles”
 IDRISI
–Dados descritivos: SGBD relacional
–Dados geométricos: matrizes
 Quem é o gerenciador de dados num sistema como
SPRING, ArcView e IDRISI?
–A própria aplicação
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Arquitetura Dual – Ex.: Arcview
Arquitetura Dual
 Vantagens:
–Não requer nenhuma capacidade extra do SGDB
 Problemas:
–Controle sobre a integridade dos objetos espaciais
 Fora do gerenciador de banco de dados
–Não permite ambiente multiusuário
Consequências da Arquitetura Dual
 Apropriada para SIG “desktop”
–Cada usuário gerencia seus dados
 Compartilhamento de dados
–Exige duplicação dos dados
 Atualização da informação
–Requer nova cópia para todos os usuários
O problema do usuário corporativo
 Perfil Típico
–Prefeitura – cadastro urbano
–Concessionária de serviços públicos – gerenciamento
 Requisitos
–Ambiente multiusuário
–Suporte a operação em tempo real
–Integração a bancos de dados existentes
–Coleta de Dados em Campo
 Alternativas
–TerraLib
–PostgresSQL/PostGIS
–GeoTools/mySQL
SIG Distribuído
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Arquitetura integrada (objeto-relacional)
Fonte: INPE, Curso Geoprocessamento, 2013.
Arquitetura integrada (objeto-relacional)
 Vantagens:
–Todo o dado geográfico fica sob o controle do SGBD
–Permite acesso compartilhado ao dado geográfico controlado pelo
SGBD
–Controle de acesso, manutenção, backup do dado geográfico
controlado pelo SGBD
–Ou seja: todas as vantagens do SGBD valem também para o dado
geográfico
 Características:
–SGBD deve oferecer um suporte a mais:
•Capacidade de armazenar tipos espaciais: Ponto, Linha, Polígono,
Raster e métodos de acesso a eles
–Exemplos: PostGIS, Oracle Spatial, SpatialLite e outros
SIG e SGBD
Principais características dos SGBD
1.Licença:
–Livres de licença (grátis)
–Proprietários (uso sujeito a compra)
2.Compartilhamento:
–Permite acesso por vários clientes em um ambiente de
rede (cliente-servidor). Permite que vários usuários
acessem a mesma base de dados
–Acesso restrito a um usuário por vez, no computador
onde está instalado
Principais características dos SGBD
3.Possui extensão espacial:
Não. Suporta apenas tipos convencionais: texto, números,
datas.
–Sim. Também é capaz de criar e gerenciar nativamente
tipos geográficos: linhas, polígonos, pontos, imagens.
Além dos critérios mencionados acima deve-se observar
outras restrições particulares de cada SGBD que possam
ser de seu interesse. Exemplos:
–Tem restrições quanto ao volume de dados armazenado?
–É multiplataforma (Windows, Linux, MacOS)?
Exemplos:
Modelo de dados
Modelagem de dados geográficos
Representar as entidades geográficas em um alto nível de
abstração através de um conjunto de conceitos formais
Modelagem de dados geográficos
Pensar no problema a priori:
Quais dados serão necessários?
Como representá-los?
Como esses dados se relacionam?
Como gerar novos dados (combinações entre layers)?
Modelos de dados geográficos
Modelos que possuem conceitos ou primitivas para a
representação de dados geográficos:
IFO para aplicações geográficas (Worboys et al., 1990)
MODUL-R (Bédard, 1996)
GeoOOA (Kösters, 1997)
GMOD (Oliveira, 1997)
GISER (Shekhar, 1997)
MADS (Parent, 1999)
GeoFrame (Lisboa and Iochpe, 1999)
OMT-G (Borges, 2001)
Modelo OMT - Object Modeling Technique
Método de projeto orientado
relacionamentos e operações
a
objetos:
Conceitos:
•objeto - entidade do mundo real
•classe de objetos - representa entidades de mesma
característica (atributos, operações)
•associações - relacionamento entre objetos
•generalização - hierarquia entre classes
•agregação - combinação de outras partes
classes,
Modelo OMT-G – representação gráfica
Modelo OMT-G
Modelo OMT-G: classes de representação
Modelo OMT – classes de representação
CLASSE GEORREFERENCIADA - descreve um conjunto de objetos que
possuem representação espacial e estão associados a regiões da superfície
da terra representando a visão de campos e de objetos
Exemplo:
Geo-Campo representam objetos distribuídos continuamente pelo espaço,
correspondendo a grandezas como tipo de solo, topografia e teor de minerais
Geo-Objeto representam objetos geográficos individualizáveis, que possuem
identificação com elementos do mundo real, como lotes, rios e postes.
CLASSE CONVENCIONAL - descreve um conjunto de objetos com
propriedades, comportamento, relacionamentos, e semântica semelhantes, e
que possuem alguma relação com os objetos espaciais, mas que não
possuem propriedades geométricas.
Modelo OMT-G
Modelo OMT-G
Modelo OMT-G
Modelo OMT – G
Exemplo Modelo OMT-G: Hospitais
Exercício 3.4 - Modelo lógico de BDG e físico com
SPRING