Geo Process Amen To

COMANDO DA AERONÁUTICA ESCOLA DE ESPECIALISTAS DE AERONÁUTICA

GEOPROCESSAMENTO

BFT CFS 2012

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL ESCOLA DE ESPECIALISTAS DE AERONÁUTICA

ENSINO INDIVIDUALIZADO DISCIPLINA: GEOPROCESSAMENTO MÓDULO ÚNICO

GEOPROCESSAMENTO

ELABORADOR: CÁSSIO HENRIQUE LIMA RIBEIRO – 2S SCF

Agradecimentos aos seguintes militares do Instituto de Estudos Avançados (IEAv), sem os quais a realização deste trabalho não seria possível: Marcelo José Perez Monteiro – Maj Av Vitor Lopes Mendes – Cap Esp Fot R1 Fábio Cox de Britto Pereira – Cap Esp Aer Orlando Demétrio Zaloti Junior – 1º Ten QCOA Camila Souza dos Anjos – 2º Ten Eng André Costa Mesquita – 2S BFT

GUARATINGUETÁ, SP 2010 Documento de Propriedade da EEAR Todos os Direitos Reservados Nos termos da legislação sobre direitos autorais, é proibida a reprodução total ou parcial deste documento, utilizandose qualquer forma ou meio eletrônico ou mecânico, inclusive processos xerográficos de fotocópias e de gravação sem a permissão expressa e por escrito da Escola de Especialistas de Aeronáutica Guaratinguetá - SP.

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO...............................................................................................................................1 1 ENTENDENDO O GEOPROCESSAMENTO ...........................................................................2 1.1 CONCEITOS INICIAIS ...........................................................................................................2 1.2 NOÇÕES BÁSICAS DE GEORREFERENCIAMENTO .......................................................4 1.3 SISTEMA DE PROJEÇAO UTM ............................................................................................6 1.4 SISTEMA DE COORDENADAS ............................................................................................8 1.5 A FORMA DA TERRA .........................................................................................................11 2 SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS (SIG) .......................................................17 2.1 CARACTERÍSTICAS E DEFINIÇÕES DE SIG ..................................................................17 2.2 ESTRUTURA GERAL DE UM SIG .....................................................................................21 2.3 CARACTERIZAÇÃO DE DADOS GEOGRÁFICOS ..........................................................22 2.4 RELAÇÕES ESPACIAIS ENTRE OS DADOS GEOGRÁFICOS .......................................23 2.5 ESPAÇO GEOGRÁFICO E INFORMAÇÃO ESPACIAL ...................................................25 2.6 ALCANCE E LIMITAÇÕES DO GEOPROCESSAMENTO ..............................................26 3

TIPOS

DE

DADOS

UTILIZADOS

EM

GEOPROCESSAMENTO

E

SUAS

REPRESENTAÇÕES COMPUTACIONAIS ..............................................................................28 3.1 TIPOS DE DADOS EM GEOPROCESSAMENTO ..............................................................28 3.2 REPRESENTAÇÕES COMPUTACIONAIS EM GEOPROCESAMENTO ........................33 3.3 REPRESENTAÇÕES DE MODELOS NUMÉRICOS DO TERRENO ...............................39 3.4 REPRESENTAÇÕES COMPUTACIONAIS DE ATRIBUTOS NÃO ESPACIAIS ...........41 4.MODELAGEM DE DADOS EM GEOPROCESSAMENTO ..................................................44 4.1 VISÃO GERAL DO PROCESSO DE MODELAGEM .........................................................44 4.2 O UNIVERSO DO MUNDO REAL ......................................................................................46 4.3 O UNIVERSO CONCEITUAL ..............................................................................................47 4.4 MAPA CADASTRAL (OBJETO COMPLEXO) ..................................................................52 4.5 PLANO DE INFORMAÇÃO .................................................................................................54 4.6 BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS ................................................................................54 4.7 RELAÇÃO ENTRE OS UNIVERSOS DO MODELO .........................................................55 4.8 DEFINIÇÃO DO ESQUEMA DO BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS ........................57

4.9 OPERAÇOES SOBRE GEO-CAMPOS ................................................................................58 4.10 SELEÇÃO POR ATRIBUTOS ............................................................................................63 4.11 OPERAÇÕES SOBRE GEO-CAMPOS E GEO-OBJETOS ...............................................65 CONSIDERAÇÕES FINAIS .......................................................................................................68 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .........................................................................................70

1 INTRODUÇÃO A aplicação do Geoprocessamento atualmente é bem ampla, e será direcionada para o resultado específico que o profissional de cada área deseja atingir. Para o especialista em Fotointeligência, o Geoprocessamento possui importância de aplicação no sentido de possibilitar a união das imagens geradas pelos diversos sensores existentes com recursos gráficos que irão identificar as feições observadas e reconhecidas nos planos das imagens.

Outra aplicação importante para a Fotointeligência a partir de produtos gerados pelo Geoprocessamento é a possibilidade de planejar as mais diversas ações e missões, sejam elas militares ou não, conseguindo assim apoio sólido para as melhores tomadas de decisão a partir do estudo das características das áreas abrangidas pelas imagens de satélite geradas. Bons estudos!

2 UNIDADE 1 – ENTENDENDO O GEOPROCESSAMENTO

1.1 CONCEITOS INICIAIS

O objeto de nosso estudo a partir de agora, o Geoprocessamento, faz parte da Geomática, que é a área do conhecimento humano que reúne as ciências e as técnicas matemáticas e computacionais de medições de elementos geométricos espaciais da superfície terrestre (georreferenciados ou não). Dentro da Geomática, o Geoprocessamento é responsável pelo tratamento geométrico e digital dessas medições, como também por sua representação gráfica, seja ela matricial ou vetorial.

Geomática é uma palavra relativamente nova, que surgiu na década de 80 e foi introduzida por algumas universidades canadenses, sendo o resultado da fusão das palavras francesas “Geomètre + Informatique”, que gerou “Geomatique”, e se aportuguesou para Geomática, com o intuito de definir uma nova tecnologia que surgia e englobava a representação da superfície da Terra por meio da informática.

O Profissional que trabalha com Geoprocessamento depara-se, em muitos casos, com situações nas quais necessita determinar as posições relativas de pontos sobre a superfície terrestre. Além disso, tal profissional necessita também representar esses pontos através de plantas, cartas, mapas, modelos digitais de terrenos, perfis e outros tipos de representação gráfica, incluindo as localizações georreferenciadas desses pontos em imagens de satélite.

No esquema abaixo, pode-se observar as subdivisões da Geomática:

GEOMÁTICA CARTOGRAFIA PRODUÇÃO DE CARTAS VISUAIS

GEODÉSIA

POR INSTRUMENTOS

GEOPROCESSAMENTO (SIG) SISTEMA DE

TOPOGRAFIA

FOTOGRAMETRIA

INFORMAÇÃÕES GEOGRÁFICAS

PRODUÇÃO DE CARTAS PARA VOO

SENS. REMOTO

GPS

(PDI) PROGRAMAS

GERENCIAMENTO DE BANCO

PARA

DE DADOS E

PROCESSAMENTO

GERENCIAMENTO

DIGITAL DE IMAGENS

CADASTRAL

3 Tomando como base o esquema acima, podem ser creditadas à Geomática as seguintes atribuições:

- Planejar, estabelecer e administrar o espaço físico através dos Sistemas de Informações Geográficas, coletar e armazenar os dados que alimentam estes sistemas, analisar e manipular os dados que geram plantas, cartas e mapas e imagens de satélite com dados vetoriais sobrepostos de forma georreferenciada, os quais as enriquecem com atributos relativos às feições do plano da imagem. - Determinar a forma da Terra e estabelecer todas as condições necessárias para se determinar o tamanho, a posição, a forma e os contornos de qualquer parte da superfície terrestre e o fornecimento de plantas, cartas, mapas, arquivos digitais e qualquer tipo de representação gráfica das medições realizadas; - Determinar limites de áreas públicas e privadas, incluindo os limites nacionais e internacionais e o registro dessas áreas nos órgãos competentes; - Auxiliar no planejamento do uso da Terra, no desenvolvimento de projetos para o remanejamento de propriedades rurais e urbanas, incluindo a determinação de valores (avaliações imobiliárias); - Sugerir o uso de recursos naturais e econômicos na recuperação e reestruturação do meio ambiente; - Auxiliar no estudo do meio social e natural, medindo os recursos naturais marinhos, fluviais e terrestres, além de usar essas informações para fins de planejamento urbano e rural.

Toda essa pluralidade de aplicações da Geomática é o resultado da disponibilidade de novos equipamentos terrestres, aéreos e orbitais, além de novas técnicas de medições, armazenamento, cálculos e ao crescimento da indústria eletrônica e ao desenvolvimento de microprocessadores. A Fotogrametria Digital, os Sistemas de Posicionamento Globais (GNSS) e os Sistemas de Informações Geográficas (SIG) são alguns exemplos de novas tecnologias que vem contribuindo para a realidade atual das vastas aplicações da Geomática no Brasil e no mundo.

A Geomática também é a base técnica prática da Cartografia atual e a ferramenta fundamental no levantamento de dados da infraestrutura básica para o planejamento e o estabelecimento de construções civis em geral (rodovias, ferrovias, pontes, canais, barragens, drenagem, adutoras, etc), além da análise de recursos naturais, transportes, comunicações, energia e planejamento urbano e regional.

4 Nesse contexto, a Geomática é sem dúvida uma área do conhecimento humano com ferramentas indispensáveis para os profissionais de áreas tão diversas como a Fotointeligência, a Cartografia e a Engenharia Civil, com algumas aplicações na Arquitetura, na Engenharia Mecânica, na Engenharia Naval e até mesmo na Medicina.

1.2 - NOÇÕES BÁSICAS DE GEORREFERENCIAMENTO

Para que cada ponto da superfície terrestre possa ser localizado, existe um sistema de linhas imaginárias, que são representadas numa carta, chamadas de meridianos e paralelos. Os meridianos na figura a seguir são linhas que passam através dos pólos e ao redor da Terra. Convencionou-se que o ponto de partida para a numeração dos meridianos seria o meridiano que passa pelo Observatório de Greenwich, na Inglaterra. O Meridiano de Greenwich é o Meridiano Principal ou o Marco 0 (zero graus), e as determinações de longitude são feitas a partir dele, medindo-se 180 graus positivos para o leste (E), e 180 graus negativos para o oeste (W).

Partindo-se do Pólo Sul em direção ao Pólo Norte, exatamente na metade do caminho, encontrase o Equador, uma linha imaginária que intercepta cada meridiano e que rodeia a Terra, contida em um plano perpendicular ao seu eixo de rotação, dividindo-a em duas metades exatas, metades da esfera = hemisfério. Temos os hemisférios norte e sul em nosso Globo.

O Equador é um círculo máximo cujo plano é perpendicular à linha dos pólos. Seu valor é 0 (zero graus), e partindo-se dele em direção aos pólos, tem-se as latitudes, que compõem uma infinidade de planos paralelos, cujas seções são círculos que progressivamente diminuem de tamanho. Os paralelos na figura a seguir são numerados de 0 a 90 graus, para o Norte (latitudes positivas), e para o Sul (latitudes negativas).

Paralelos e meridianos.

5 O conjunto dos meridianos e paralelos forma uma rede de linhas imaginárias ao redor do globo, chamada de Rede Geográfica, por meio da qual são formadas e medidas as coordenadas geográficas. Em uma carta, esse conjunto é chamado de rede ou quadriculado e constitui a base da sua construção. A disposição dessa rede irá variar de acordo com a projeção adotada.

Um dos elementos indispensáveis para que um mapa seja de utilidade confiável ao usuário é a existência de um diagrama de declinação. Os mapas elaborados no sistema UTM trazem esse diagrama, que contém três linhas que representam o Norte Magnético (estabelecido por meio da bússola), o Norte da Quadrícula (estabelecido pelas linhas verticais da quadrícula da carta) e o Norte Geográfico (ou Norte Verdadeiro).

A declinação da quadrícula ou convergência meridiana é o ângulo formado pelo Norte da Quadrícula e o Norte Verdadeiro (meridiano), e seu valor é válido no centro da folha (carta ou mapa). A declinação magnética é o ângulo formado pelo Norte Verdadeiro e o Norte Magnético e seu valor é igualmente válido no centro da folha, como pode ser observado na figura abaixo. Para determinadas aplicações, é fundamental saber a declinação, uma vez que o valor expresso na carta é cumulativo, variando ano a ano.

Direções básicas do Diagrama de Declinação.

6 1.3 SISTEMA DE PROJEÇÃO UTM (UNIVERSAL TRANSVERSA DE MERCATOR)

O sistema de projeção é um sistema representado pelo traçado da rede geográfica (angular) e UTM

(plana) em uma superfície plana, com a representação de paralelos de latitude e meridianos

de longitude, que permitem a localização de pontos através de suas coordenadas.

Lambert apresentou em 1772, inspirado na Projeção de Mercator, um sistema de projeção conforme com a superfície de projeção definida por um cilindro tangente a um determinado meridiano. Tal sistema recebeu a denominação de Projeção Transversa de Mercator. Como o trabalho de Lambert restringia-se a uma superfície esférica de referência, Gauss e, posteriormente, Krüger encarregaram-se do desenvolvimento das fórmulas pertinentes à adoção de uma superfície elipsoidal de referência. Por isso, este sistema de projeção é também conhecido como Projeção Conforme de Gauss ou Projeção de Gauss-Krüger.

As principais características da Projeção Transversa de Mercator são resumidas a seguir:

1. A superfície de projeção é um cilindro transverso e a projeção é conforme, ou seja, as pequenas formas de áreas são apresentadas sem deformação, o que significa que a escala para todas as direções em torno de um ponto independente do azimute é constante para distâncias pequenas. Consequentemente, para pontos suficientemente próximos as relações angulares são corretas; 2. O meridiano central da região de interesse, o equador e os meridianos situados a 90º do meridiano central são representados por retas; 3. Os outros meridianos e os paralelos são representados por curvas complexas; 4. O meridiano central é representado em verdadeira grandeza; 5. A escala aumenta com a distância em relação ao meridiano central, tornando-se infinita a 90º deste.

A escala ao longo do meridiano central pode ser reduzida de modo que a escala média da região a ser mapeada aproxime-se mais do valor correto. Neste caso, duas linhas aproximadamente retas, uma a leste e outra a oeste do meridiano central, são representadas em verdadeira grandeza. A geometria desta situação pode ser visualizada imaginando-se um cilindro levemente

7 secante à superfície de referência. A figura a seguir mostra a representação de paralelos e meridianos na Projeção Transversa de Mercator.

Projeção Transversa de Mercator.

Com a finalidade de se gerar um sistema de coordenadas planas único para todos os países, concebeu-se durante a segunda guerra mundial a projeção

UTM

(UNIVERSAL TRANSVERSA

MERCATOR), tendo em vista cartas de emprego militar em escalas grandes. A projeção

DE

UTM

possui as mesmas características básicas da Projeção Transversa de Mercator, uma vez que é mantida toda a base matemática desta última.

A Terra é dividida em 60 fusos de 6º de longitude e o cilindro transverso adotado como superfície de projeção assume 60 posições diferentes, já que seu eixo mantém-se sempre perpendicular ao meridiano central de cada fuso. Os fusos são numerados de 1 a 60, de oeste para leste, começando no anti-meridiano de Greenwich (Meridiano 180). Deste modo, o fuso 1 vai de 180ºW a 174ºW, o fuso 2 vai de 174ºW a 168ºW e os demais fusos seguem a mesma regra até que se atinja o fuso 60, que vai de 174ºE a 180ºE. A figura abaixo apresenta os fusos

UTM

que cobrem o território brasileiro. O Brasil está contido no intervalo entre os fusos UTM 18 e 26. O fuso 26 também abrange o território brasileiro, pois contém os territórios de Trindade e

8 Martim Vaz, que estão no oceano Atlântico, a aproximadamente um terço do caminho entre a costa brasileira e o continente Africano.

Fusos UTM para o território brasileiro.

Na projeção UTM, aplica-se ao meridiano central de cada fuso um fator ou módulo de redução de escala igual a 0,9996 com a finalidade de minimizar as variações de escala dentro do fuso. Conseqüentemente, existem duas linhas aproximadamente retas, uma a leste e outra a oeste, distantes cerca de 1º37’ do meridiano central, representadas em verdadeira grandeza. Estas linhas são chamadas de Meridianos de Secância.

1.4 SISTEMA DE COORDENADAS

O sistema de coordenadas consiste no referencial (sistema de eixos orientados) e no conjunto de valores (coordenadas lineares ou angulares) que indicam a posição ocupada por um único ponto qualquer da superfície terrestre em relação ao referencial adotado. Os sistemas de coordenadas mais usuais são:

9 1.4.1 SISTEMA DE COORDENADAS UTM (UNIVERSAL TRANSVERSA DE MERCATOR)

É um sistema de coordenadas planas (lineares), medidas a partir de um referencial cartesiano. Estas coordenadas formam um quadriculado relacionado à Projeção Universal Transversa de Mercator, daí serem chamadas de coordenadas UTM.

Para utilizar o sistema

UTM

associa-se a cada fuso um sistema de referência, cuja origem é a

interseção da linha do equador com o meridiano central do fuso, a qual foram atribuídos os seguintes valores: para o Meridiano Central, 500.000 metros E, determinando-se as distâncias no sentido Oeste/Leste, e para o Equador, 10.000.000 metros N para o hemisfério Sul, e 0 metros N para o hemisfério Norte, conforme pode ser visto na abaixo.

Valores de origem para o cálculo de coordenadas em uma zona UTM

10 1.4.2 SISTEMA DE COORDENADAS GEOGRÁFICAS É um sistema de coordenadas angulares (graus, minutos e segundos) medidas a partir do equador terrestre (latitude), variando de 0º a +90º para o Norte e de 0 a -90º para o Sul e, a partir do meridiano de Greenwich, que passa pela localidade de Greenwich em Londres – Inglaterra, (longitude), variando de 0º a -180º para o oeste e de 0º a + 180ºpara o leste.

Coordenadas geográficas. A figura a seguir apresenta uma noção dos conceitos de latitude e longitude. Em resumo, a latitude é a distância em graus, minutos e segundos do arco de um ponto qualquer da superfície da Terra em relação ao Equador. É medida ao longo dos meridianos e varia de 0º a 90º. A longitude é a distância em graus, minutos e segundos do arco de um ponto qualquer da superfície da Terra em relação ao meridiano de Greenwich. É medida ao longo dos paralelos e varia de 0º a 180º.

Visualização dos conceitos de latitude e longitude.

11 1.5 A FORMA DA TERRA

Vista do espaço, a Terra assemelha-se a uma esfera com os pólos achatados. Na realidade, sua forma é afetada pela gravidade, força centrífuga de rotação e variações de densidade de suas rochas e componentes minerais. Na figura abaixo, pode-se observar a verdadeira forma da Terra publicada pela NASA, com um exagero de 15000 vezes. Embora não possa ser percebida quando observada do Espaço, cientificamente esta é a forma real do planeta Terra.

Devido à complexidade de se trabalhar com a forma real da Terra, os profissionais de Geomática aproximam sua superfície para um modelo do globo terrestre. Neste processo de aproximação, inicialmente se constrói um geóide, resultante da medição do nível dos oceanos e da aceleração da gravidade sempre constante. Em seguida, aproxima-se o geóide da Terra por meio de um elipsóide de revolução, mais regular.

Um elipsóide de revolução é um sólido gerado pela rotação de uma elipse em torno do eixo menor dos pólos. Por fim, pode-se considerar o próprio elipsóide ou transformá-lo em uma esfera com a mesma superfície, gerando então o globo terrestre.

A Geodésia, que é a ciência que estuda a forma, as dimensões, o campo de gravidade da Terra e suas variações temporais, teve origem no Egito, sendo o posicionamento de pontos da superfície terrestre o seu objetivo principal.

12 Heródoto atribuiu aos egípcios a invenção de um método de medir os campos (a agrimensura), devido à necessidade de medições de suas terras para determinar alterações que ocorriam com a inundação anual do Rio Nilo.

O cadastro contendo registros de propriedades também foi invenção egípcia: as propriedades rurais eram medidas, demarcadas e registradas, com finalidade tributária.

A base do sistema cartográfico atual é atribuída aos gregos. Foram eles os primeiros a admitir a forma esférica da Terra, no princípio do século IV A.C. Esta idéia nasceu de considerações filosóficas: sendo a esfera a mais perfeita de todas as formas, portanto, a obra-prima dos deuses, a Terra, devia ser uma esfera. Entretanto, a complexidade da geometria e da distribuição da massa terrestre conduz à utilização de dois modelos: o elipsoidal e o geoidal.

Como vimos, a Terra é um corpo rígido e possui irregularidades nos seus movimentos de rotação e translação. Em conseqüência, o seu eixo de rotação norte-sul sofre variações de posicionamento, o que obriga às instituições de pesquisas internacionais a monitorarem a forma e os movimentos do planeta.

Assim sendo, a forma geométrica que mais se aproxima da feição física da Terra é um elipsóide de revolução, cujo eixo menor é a linha que liga os dois pólos instantâneos, e o eixo maior, definido como o diâmetro terrestre medido no plano do equador.

1.5.1 CONCEITO DE DATUM As coordenadas (latitude e longitude) dos pontos que constituem as redes geodésicas horizontais são relacionadas à superfície elipsoidal, e as coordenadas verticais (altitude ortométrica) dos pontos que constituem as redes altimétricas são relacionadas à superfície geoidal. Assim sendo, temos dois tipos de data, o datum horizontal e o datum vertical.

1.5.2 DATUM HORIZONTAL Datum horizontal é o sistema de coordenadas terrestres, referenciadas a um determinado elipsóide. No Brasil, existem vários órgãos públicos e privados no Brasil que executam o

13 mapeamento do Território Nacional, dentre eles estão o IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) e a DSG (Dirertoria de Serviço Geográfico do Exército). O Decreto Presidencial nº 89.317 de 20 de junho de 1984 especificou o South American Datum – 1969 (SAD-69), como o datum horizontal oficial a ser utilizado em toda e qualquer representação plana do Território Nacional. Este datum utiliza o elipsóide UGGI-67. O Datum SAD-69 possui sua referência de origem localizada na superfície da Terra, sendo assim, é um datum topocêntrico.

Nos levantamentos realizados por meio do sistema GPS (Global Position Sistem), o datum horizontal utilizado como parâmetro operacional é o WGS-84, cuja referência de origem está no centro de massa da Terra, sendo assim chamado de datum geocêntrico.

As agências nacionais dos países da América do Sul criaram, em 1993, o Sistema de Referência Geocêntrico para a América do Sul (SIRGAS), que utiliza, no sistema GPS, o datum SIRGAS 2000 para as aplicações em nosso continente, e tem como elipsóide de referência o GRS-80. A adoção do SIRGAS segue uma tendência atual na América do Sul, tendo em vista as potencialidades do sistema GPS.

No Brasil, o SIRGAS foi oficialmente adotado como Referencial Geodésico Brasileiro em 2005. Está em vigor um período de transição de 10 anos estipulado pelo IBGE, no qual o datum SAD69 ainda poderá ser utilizado como referência, porém, é recomendado que novos trabalhos sejam feitos com base novo sistema SIRGAS.

1.5.3 DATUM VERTICAL O datum vertical é a superfície geoidal adotada na determinação das altitudes da rede geodésica vertical. Como já foi mencionado, a superfície geometricamente definida que mais se aproxima da superfície física da Terra é o elipsóide de revolução. Entretanto, a representação altimétrica relativa ao elipsóide torna-se muito difícil para pontos da superfície física da Terra, uma vez que não sabemos onde passa exatamente a superfície do elipsóide neste ponto. Por isso, adota-se uma referência mais fácil de ser percebida que é o Nível Médio dos Mares (NMM).

Tecnicamente, esta superfície é chamada de GEÓIDE, e tem como característica possuir a mesma aceleração da gravidade em todos os seus pontos, sendo, portanto, uma superfície eqüipotencial.

14 As altitudes referenciadas ao geóide são chamadas de altitudes ortométricas. Devido a aceleração centrífuga, o Nível Médio dos Mares é diferente em diversos pontos das costas e dos mares.

O Datum vertical utilizado no Brasil está localizado na cidade de Imbituba-SC, dotada de um marégrafo para o estabelecimento da Cota Zero, fixada como ponto de origem de todas as altitudes do território brasileiro. O chamado Marégrafo de Imbituba é um marco físico que foi estabelecido por meio da determinação do Nível Médio dos Mares, que é a média das marés observadas durante 19 anos naquela região. O IBGE, através de redes de nivelamento geométrico, espalhou pelo Brasil as referências de nível (RRNN) com relação a esta cota zero de Imbituba, que é conhecida como Datum Vertical de Imbituba – SC.

Rede de Nivelamento Geométrico do IBGE

15

Referência de Nível localizada na cidade de Inhambupe, na Bahia, a 295 metros acima do Marégrafo de Imbituba - SC

Foi a partir do Marégrafo de Imbituba por exemplo, que o IBGE realizou a medição dos 3014 metros de altitude do ponto mais alto do Brasil, o Pico da Neblina, localizado na Serra do Imeri, ao norte do estado do Amazonas.

Existe também a chamada altitude elipsoidal, chamada de altitude geométrica, e é referenciada ao elipsóide do datum escolhido, sendo obtida através do posicionamento tridimensional por meio do sistema GPS. O IBGE estabeleceu em 2004, por meio de GPS, a altitude de 2993,78 metros de altitude para o Pico da Neblina, o teto do relevo brasileiro.

1.5.4 CONCLUSÕES SOBRE OS CONCEITOS DE DATUM

Em Geoprocessamento, no momento de se produzir um Sistema de Informações Geográficas (SIG) com os atributos das informações gráficas identificadas pelos fotointérpretes nas imagens, como será visto mais adiante neste módulo, o profissional deverá selecionar e assinalar nos programas GIS, os datuns vertical e horizontal que abrangem o plano visual da imagem onde está sendo desenvolvido o trabalho. Havendo discrepância entre a área da imagem e o DATUM escolhido, ocorrerá distorções nas medidas horizontais e verticais na área espacial onde está sendo realizado o trabalho. Pode-se dizer que o georreferenciamento estará irregular e, no caso de serem plotadas na imagem as coordenadas latitude e longitude de um possível alvo, as mesmas estarão incorretas e comprometerão qualquer atividade ou missão que seja orientada pelas mesmas.

16 Há um deslocamento espacial entre as coordenadas determinadas pelos dois sistemas (variável dependendo do local onde se está). A distância média para o mesmo ponto em SAD69 e SIRGAS2000 é algo em torno de 65 metros.

17 UNIDADE 2 – SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS

2.1 CARCTERÍSTICAS E DEFINIÇÕES DE SIG

As ferramentas computacionais para Geoprocessamento, chamadas de Sistemas de Informação Geográfica (SIG), permitem realizar análises complexas, ao integrar dados de diversas fontes e ao criar bancos de dados georreferenciados. Tornam ainda possível automatizar a inserção de elementos interpretados e reconhecidos nas imagens de satélite e a produção de documentos cartográficos.

As definições de SIG foram sendo elaboradas à medida que o desenvolvimento do próprio SIG evoluiu. Algumas definições simples sobre SIG, e que recobrem a maioria das opiniões dos profissionais que atuam na área são as seguintes:

“No universo do Geoprocessamento, um SIG é um conjunto de programas computacionais que reúnem técnicas e métodos de aquisição de informações espaciais georreferenciadas, possibilitando a manipulação, análises e apresentação (virtual ou gráfica) do objeto em estudo, associando essas informações aos seus atributos e às suas características”.

“Um conjunto manual ou computacional de procedimentos utilizados para armazenar e manipular dados georeferenciados” (Aronoff, 1989);

“Conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real” (Burrough, 1986);

“Um sistema de suporte à decisão que integra dados referenciados espacialmente num ambiente de respostas a problemas” (Cowen, 1988);

“Um banco de dados indexados espacialmente, sobre o qual opera um conjunto de procedimentos para responder a consultas sobre entidades espaciais” (Smith et al., 1987).

18 Para esclarecer ainda mais o assunto, apresentam-se a seguir duas características que um SIG pode proporcionar em sua aplicação, as quais apontam para uma perspectiva interdisciplinar de sua utilização. A partir destes conceitos, é possível indicar as principais características de usabilidade de um SIG:



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 plotar o conteúdo da base de dados georeferenciados.

Em suma, um SIG pode ser interpretado como uma planta inteligente. Ele pode ser entendido como um avanço dos sistemas CAD. Num sistema CAD, como as relações entre as entidades gráficas das plantas se dão apenas através de Layers (que são camadas de informações ou níveis de informações), e de um referenciamento a um sistema de coordenadas, ele não é o mais indicado para análises.

Por exemplo, através dos dados contidos em um sistema CAD, pode-se descrever a geometria de duas rodovias que se interceptam. No entanto, o fato das rodovias se interceptarem não é necessariamente identificado pelo sistema, já que esse não é um dado importante para a produção de plantas plotadas.

Da mesma forma, um grupo de linhas dentro de um sistema CAD pode se limitar apenas ao fato de elas pertencerem a um mesmo layer e estarem referenciadas a um mesmo sistema de coordenadas.O fato das linhas definirem uma área fechada, não pode ser determinado pelo sistema, a não ser visualmente pelo usuário através da plotagem dos dados gráficos.

Já um SIG possui a capacidade de estabelecer relações espaciais entre elementos gráficos. Essa capacidade, conhecida como Topologia, além de descrever a localização e a geometria dos elementos de uma planta, descreve também as conexões entre as entidades lineares, os perímetros e as relações de união e ligação das áreas.

19 Além dos dados geométricos e espaciais, um SIG possui atributos alfanuméricos (letras e números). Os atributos alfanuméricos são associados com elementos gráficos, fornecendo informações descritivas sobre eles. Os dados gráficos são armazenados em layers, e os dados alfanuméricos são geralmente armazenados em tabelas.

Os programas para a elaboração de Sistemas de Informações Geográficas são projetados de modo a permitirem exames de rotina nas bases gráficas e alfanuméricas simultaneamente. O usuário é capaz de procurar informações e associá-las as entidades gráficas e vice-versa. Perguntas do tipo “Quais lotes da parte leste da cidade são maiores que um hectare e destinados ao uso industrial?” podem ser solucionadas e respondidas pelo sistema. A resposta pode ser dada através da listagem dos números dos lotes em uma tabela ou por meio da identificação da área dos lotes na planta da cidade.

Os Sistemas de Informações Geográficas tem sido usados pelos mais diferentes tipos de usuários, destacando-se as empresas públicas, as empresas privadas e os centros educacionais. Os dados gráficos alimentados de informações nos SIG podem ser inicialmente gerados por meio de fotos aéreas, sensores imageadores aerotransportados ou orbitais, levantementos topográficos, levantementos geodésicos, dados estatísticos e tabulares, além de plantas, cartas e mapas existentes.

As informações podem ser classificadas de acordo com o interesse de análise e distribuídas em layers. É importante lembrar que dados apresentados num SIG devem ser georreferenciados a um sistema único de coordenadas e aos mesmos datuns vertical e horizontal.

Um SIG bem produzido permitirá o gerenciamento de informações temáticas e georreferenciadas de uma determinada área e será capaz de oferecer ao usuário a capacidade de manipular os dados referentes a essa área. Logo, pode-se concluir que um SIG permite que o usuário tenha:

- Disponibilidade constante de informações variadas, passíveis de serem atualizadas periodicamente; - Melhoria significativa das possibilidades de planejamento, devido à integração de uma multiplicidade de dados; - Facilidades para aplicação em modelos complexos e análises de variantes; - Subsídios para as tomadas de decisões, baseadas sobre uma descrição completa do território;

20 - Elaboração simplificada de representações planas do terreno e relatórios dos resultados dos trabalhos e - Concepção assistida por computador

Atividades como o planejamento estratégico, o gerenciamento de recursos e a tomada de decisões em quaisquer áreas do conhecimento são tarefas que dependem de fontes seguras de informação que sejam ao mesmo tempo precisas e atualizadas.

Administradores, planejadores ou outras pessoas responsáveis pelo processo decisório sabem dos riscos envolvidos neste processo. A opção pela alternativa errada pode implicar em desperdícios de tempo, recursos, ou até por em risco o equilíbrio ecológico de uma região.

Informações sobre a organização do espaço geográfico, sobre a caracterização ambiental de uma região, sobre parâmetros sócio-econômicos e a forma como essas informações são analisadas são determinantes neste processo.

Num país de dimensão continental como o Brasil, com uma grande carência de informações adequadas ao gerenciamento dos problemas urbanos, rurais e ambientais, dentre outros, o Geoprocessamento apresenta um enorme potencial, principalmente se baseado em tecnologias de custo relativamente baixo, em que o conhecimento seja adquirido localmente.

As informações relativas a Sistemas de Informação Geográfica apresentadas nesta apostila foram compiladas de livros, trabalhos científicos e, principalmente, de documentos produzidos por pesquisadores do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística)

Como foi estudado nesta subunidade, o termo Sistemas de Informação Geográfica (SIG) é aplicado para sistemas que realizam o tratamento computacional de dados geográficos. Um SIG armazena a geometria e os atributos dos dados que estão georeferenciados, isto é, localizados na superfície terrestre e representados numa projeção cartográfica. Os dados tratados em Geoprocessamento têm como principal característica a diversidade de fontes geradoras e de formatos apresentados.

21 O requisito de armazenar a geometria dos objetos geográficos e de seus atributos representa uma dualidade básica para SIGs. Para cada objeto geográfico, o SIG necessita armazenar seus atributos e as várias representações gráficas associadas. Devido a sua ampla gama de aplicações, que inclui temas como agricultura, floresta, cartografia, cadastro urbano e redes de concessionárias (água, energia e telefonia), há pelo menos três grandes maneiras de utilizar um SIG: 

como ferramenta para produção de mapas, que poderão ser produzidos sobre imagens de satélite, estando ambos georeferenciados;



como suporte para análise espacial de fenômenos;



como um banco de dados geográficos, com funções de armazenamento e recuperação de informação espacial.

2.2 ESTRUTURA GERAL DE UM SIG

Numa visão abrangente, pode-se indicar que um SIG tem os seguintes componentes: 

Interface com usuário;



Entrada e integração de dados;



Funções de processamento gráfico e de imagens;



Visualização e plotagem;



Armazenamento e recuperação de dados (organizados sob a forma de um banco de dados geográficos).

Estes componentes se relacionam de forma hierárquica. No nível mais próximo ao usuário, a interface homem-máquina define como o sistema é operado e controlado. No nível intermediário, um SIG deve ter mecanismos de processamento de dados espaciais (entrada, edição, análise, visualização e saída). No nível mais interno do sistema, um sistema de gerência de bancos de dados geográficos oferece armazenamento e recuperação dos dados espaciais e seus atributos. De uma forma geral, as funções de processamento de um SIG operam sobre dados em uma área de trabalho em memória principal. A ligação entre os dados geográficos e as funções de processamento do SIG é feita por mecanismos de seleção e consulta que definem restrições sobre o conjunto de dados. Exemplos ilustrativos de modos de seleção de dados são:

22



"Recupere os dados relativos à imagem de Guajará-Mirim " (restrição por definição de região de interesse);



"Recupere as cidades do Estado de São Paulo com população entre 100.000 e 500.000 habitantes" (consulta por atributos não-espaciais).



"Mostre os postos de saúde num raio de 5 km do hospital municipal de Belo Horizonte" (consulta com restrições espaciais).

A figura abaixo indica o relacionamento dos principais componentes ou subsistemas de um SIG. Cada sistema, em função de seus objetivos e necessidades, implementa estes componentes de forma distinta, mas todos os subsistemas citados devem estar presentes num SIG.

Arquitetura de Sistemas de Informação Geográfica.

2.3 CARACTERIZAÇÃO DE DADOS GEOGRÁFICOS

O termo dado espacial é aplicável a qualquer tipo de dados que descreva fenômenos aos quais esteja associada alguma dimensão espacial. Já os dados utilizados em SIGS pertencem a uma classe particular de dados espaciais: os dados georeferenciados ou dados geográficos. Este termo significa que estes dados descrevem fatos, objetos e fenômenos do globo terrestre associados à sua localização sobre a superfície terrestre, num certo instante ou período de tempo, ou seja, são dados que estão relacionados com um sistema de projeção cartográfica, logo a um sistema de coordenadas.

Os dados geográficos são comumente caracterizados a partir de três componentes fundamentais:



23 Características não-espaciais–descrevem o fenômeno que está sendo estudado, tais como nome e o tipo de variável, que são os atributos descritivos que podem ser representados em um banco de dados convencional;



Características espaciais–informam a localização espacial do fenômeno, ou seja, seu georreferenciamento, associada a propriedades geométricas e topológicas, sendo expressas como coordenadas em um espaço geográfico;



Características temporais–identificam o tempo para o qual tais dados são considerados, isto é, quando foram coletados e sua validade.

A distribuição espacial dos dados geográficos pode se restringir a uma, duas ou três dimensões. Exemplos são medidas pluviométricas em locais pré-determinados (dados pontuais); especificação de uma rede viária (dados lineares); descrição de uma área de vegetação (dados em 2D); ou fenômenos atmosféricos (dados em 3D).

Outro aspecto muito importante reside no fato de que os dados geográficos não existem sozinhos no espaço, ou seja, tão importante quanto localizá-los é descobrir e representar os seus relacionamentos.

2.4 RELAÇÕES ESPACIAIS ENTRE OS FENÔMENOS OU DADOS GEOGRÁFICOS Os diferentes fenômenos geográficos, ao se distribuir sobre a superfície da Terra, estabelecem padrões de ocupação. Ao representar tais fenômenos, o Geoprocessamento procura determinar e esquematizar os mecanismos implícitos e explícitos de interrelação entre eles. Estes padrões de interrelação podem assumir diferentes formas:



correlação espacial: um fenômeno espacial (ex: o relevo) está relacionado com o entorno de forma tão mais intensa, quanto maior for a proximidade de localização. Diz-se informalmente que “coisas próximas são parecidas”;



correlação temática: as características de uma região geográfica são moldadas por um conjunto de fatores. Assim, o clima, as formações geológicas, o relevo, o solo, a vegetação formam uma totalidade interrelacionada. Deste modo, podem-se traçar pontos de correspondência entre o relevo e o solo ou entre o solo e a vegetação de uma região;

24



correlação temporal: a fisionomia da Terra está em constante transformação, em ciclos variáveis para cada fenômeno. Cada paisagem ostenta as marcas de um passado mais ou menos remoto, apagado ou modificado de maneira desigual, mas sempre presente ;



correlação topológica: de particular importância na representação computacional, as relações topológicas como adjacência, pertinência e intersecção, permitem estabelecer os relacionamentos entre os objetos geográficos que são invariantes à rotação, à translação e à escala.

2.5 ESPAÇO GEOGRÁFICO E INFORMAÇÃO ESPACIAL De forma intuitiva, pode-se definir o termo “espaço geográfico” como uma coleção de localizações na superfície da Terra, sobre a qual ocorrem os fenômenos geográficos. O espaço geográfico define-se, portanto, em função de suas coordenadas, sua altitude e sua posição relativa. Sendo um espaço localizável, o espaço geográfico é passível de ser mapeado.

A noção de “informação espacial” está relacionada à existência de objetos com propriedades, que incluem sua localização no espaço e sua relação com outros objetos. Estas relações incluem conceitos topológicos (vizinhança, pertinência), métricos (distância) e direcionais (“ao norte de”, “acima de”).

Deste modo, os conceitos de espaço geográfico (um locus absoluto, existente em si mesmo) e informação espacial (um locus relativo, dependente das relações entre objetos) são duas formas complementares de conceituar o objeto de estudo do Geoprocessamento. Estas formas irão levar à dualidade conceitual na modelagem espacial, onde a noção absoluta de espaço geográfico leva à idéia de conjuntos de campos geográficos e a noção relativa de informação espacial conduz à postulação da existência de conjuntos de objetos georeferenciados. 2.5.1 ANÁLISE ESPACIAL O objetivo principal do Geoprocessamento é fornecer ferramentas computacionais para que os diferentes analistas determinem as evoluções espacial e temporal de um fenômeno geográfico e as interrelações entre diferentes fenômenos. Tomemos um exemplo: ao analisar uma região geográfica para fins de zoneamento agrícola, é necessário escolher as variáveis explicativas (ex: o solo, a vegetação e a geomorfologia) e determinar qual a contribuição de cada uma delas para a obtenção de um mapa resultante.

25 Alguns exemplos dos processos de análise espacial típicos de um SIG estão apresentados na Tabela abaixo. Análise

Exemplo

Condição

“Qual a população desta cidade?”

Localização “Quais as áreas com declividade acima de 20%?” Tendência

“Esta terra era produtiva há 5 anos atrás?”

Roteamento “Qual o melhor caminho para o metrô?” Padrões

“Qual a distribuição da dengue em São Paulo?”

Modelos

“Qual o impacto no clima se desmatarmos a Amazônia?”

EXEMPLOS DE ANÁLISE ESPACIAL

Tome-se um exemplo concreto para explicitar os conceitos acima. Em 1854, Londres estava sofrendo uma grave epidemia de cólera, doença sobre a qual na época não se conhecia a forma de contaminação. Numa situação onde já havia ocorrido mais de 500 mortes, o doutor John Snow teve uma “idéia”: colocar no mapa da cidade a localização dos doentes de cólera e dos poços de água (naquele tempo, a fonte principal de água dos habitantes da cidade). O mapa obtido pode ser observado na figura abaixo.

Mapa de Londres com casos de cólera (pontos) e poços de água (cruzes).Adaptado de Tufte, 1983.

26 Com a espacialização dos dados, ou seja, sua localização no espaço, o doutor Snow percebeu que a maioria dos casos estava concentrada em torno do poço da “Broad Street” e ordenou que este fosse lacrado, o que contribuiu em muito para debelar a epidemia. Este caso forneceu evidência empírica para a hipótese (comprovada posteriormente) de que o cólera é transmitido por ingestão de água contaminada. Esta é uma situação típica onde a relação espacial entre os dados muito dificilmente seria inferida pela simples listagem dos casos de cólera e dos poços. O mapa do doutor Snow passou para a História como um dos primeiros exemplos que ilustra bem o poder explicativo da análise espacial.

2.6 ALCANCE E LIMITAÇÕES DO GEOPROCESSAMENTO Uma questão sempre controversa (e para a qual não existe uma resposta definitiva) diz respeito às possibilidades e limitações do uso dos Sistemas de Informação Geográfica. Os SIGs oferecem uma grande quantidade de ferramentas para processar os dados ambientais, que permitem a expressão de procedimentos lógicos e matemáticos sobre as variáveis georreferenciadas com uma economia de expressão e uma repetibilidade impossível de se alcançar em análises tradicionais.

Esta multiplicidade de funções, no entanto, pode ser utilizada de forma pouco rigorosa. Ao produzir novos mapas por combinação e manipulação, sem o cuidado de controlar o procedimento, muitos usuários não conseguem explicar os resultados obtidos e deles tirar conclusões objetivas. Por este motivo, há os que advogam a incapacidade de expressar relações espaciais e temporais complexas através de procedimentos lógico-matemáticos, e assim preferem limitar o uso de SIG a ferramentas de desenho de mapas. Para evitar estes problemas, o ideal é que o especialista possa projetar seus experimentos e modelos levando em conta o potencial das ferramentas disponíveis em um SIG.

Esta questão nos leva à seguinte afirmativa: o uso consistente de SIGs requer que duas precondições sejam satisfeitas: o domínio dos fundamentos teóricos de Geoprocessamento e uma metodologia de trabalho solidamente baseada. Esta metodologia deve estar associada a um modelo pré-determinado que combine operações realizadas num SIG com a interpretação (por vezes necessariamente subjetiva) do especialista.

27 Esta abordagem nos permite construir uma visão não maniqueísta da tecnologia de Geoprocessamento. Nem panacéia com procedimentos de aplicação universal, nem mero instrumento de automação de técnicas estabelecidas, os SIG requerem de seus usuários uma postura ativa e crítica. Ao mesmo tempo em que é necessário compreender a complexidade dos procedimentos lógico-matemáticos do Geoprocessamento, é preciso dispor de metodologias que capturem a dinâmica dos processos espaciais, não expressáveis explicitamente num banco de dados geográfico.

28 UNIDADE 3 – TIPOS DE DADOS UTILIZADOS EM GEOPROCESSAMENTO E SUAS REPRESENTAÇÕES COMPUTACIONAIS

3.1 TIPOS DE DADOS EM GEOPROCESSAMENTO O entendimento da tecnologia de Geoprocessamento requer, preliminarmente, uma descrição dos diversos tipos de dados utilizados em SIG e de suas representações computacionais.

Assim, descrevem-se a seguir os principais tipos de dados ou classes para tratamento de dados geográficos em geoprocessamento: mapas temáticos, mapas cadastrais, redes, imagens e modelos numéricos de terreno.

3.1.1 MAPAS TEMÁTICOS

Mapas temáticos são mapas que mostram uma região geográfica particionada em polígonos, segundo os valores relativos a um tema (por exemplo, uso do solo, aptidão agrícola), ou seja, descrevem a distribuição espacial de uma grandeza geográfica, expressa de forma qualitativa. Os valores dos dados são em geral inseridos no sistema por digitalização ou vetorização, ou ainda, de forma mais automatizada, a partir de classificação de imagens.

Em mapas temáticos, os polígonos são resultado de funções de análise e classificação de dados e não correspondem a elementos identificáveis do mundo real.

A figura abaixo mostra um exemplo de um mapa de pedologia, inserido no SIG através de digitalização manual, a partir do mapa resultante do Levantamento de Reconhecimento Semidetalhado dos Solos da Região dos Inhamuns - Salgado – CE.

29

Exemplo de mapa temático

3.1.2 MAPAS CADASTRAIS Um mapa cadastral distingue-se de um mapa temático, pois cada um de seus elementos é um objeto geográfico, que possui atributos e pode estar associado a várias representações gráficas. Por exemplo, os lotes de uma cidade são elementos do espaço geográfico que possuem atributos (dono, localização, valor venal, IPTU devido, etc.) e que podem ter representações gráficas diferentes em mapas de escalas distintas. Os atributos estão armazenados num sistema gerenciador de banco de dados, conforme será descrito em detalhes mais adiante.

A figura abaixo mostra um exemplo de mapa cadastral da América do Sul, onde os países possuem atributos não gráficos (PIB e população).

Exemplo de mapa cadastral (países da América do Sul)

30 A distinção entre mapas cadastrais e mapas temáticos não é usual na literatura de SIG, mas é extremamente importante para caracterizar de forma adequada os tipos de dados e as aplicações em Geoprocessamento. Quando falamos em mapas temáticos, estamos lidando, na absoluta maioria dos casos, com informações imprecisas. Por exemplo, no caso de um mapa temático de solos, os limites indicados no mapa são aproximações da realidade. Já no caso de um mapa cadastral (como caso da divisão política da América do Sul mostrada na figura anterior), temos medidas precisas e determinadas.

Segundo Burrough (1986), “os limites desenhados em mapas temáticos (como solo, vegetação ou geologia) raramente são precisos e desenhá-los como linhas finas muitas vezes não representa adequadamente seu caráter”. Assim, talvez não nos devamos preocupar tanto com localizações exatas e representações gráficas elegantes. Se pudermos aceitar que limites precisos entre padrões de vegetação e solo raramente ocorrem, nós estaríamos livres para realizar análises geográficas nos formatos mais convenientes”.

3.1.3 REDES

Em Geoprocessamento, o conceito de "rede" denota as informações associadas a: 

Serviços de utilidade pública, como água, luz e telefone;



Redes de drenagem (bacias hidrográficas);



Rodovias.

No caso de redes, cada objeto geográfico (ex: cabo telefônico, transformador de rede elétrica, cano de água) possui uma localização geográfica exata e está sempre associado a atributos descritivos presentes no banco de dados.

As informações gráficas de redes são armazenadas em coordenadas vetoriais, com topologia arco-nó: os atributos de arcos incluem o sentido de fluxo e os atributos dos nós sua impedância (custo de percorrimento). A topologia de redes constitui um grafo, que armazena informações sobre recursos que fluem entre localizações geográficas distintas, como ilustra a figura a seguir.

31

Elementos de rede As redes formam um capítulo à parte na tipologia de SIGs, pois – à diferença dos outros tipos de dados são o resultado direto da intervenção humana sobre o meio-ambiente. Cada aplicação de rede tem características próprias e com alta dependência cultural (ex: a largura das auto-estradas nos EUA é distinta das usadas em São Paulo).

3.1.4 IMAGENS

Obtidas por satélites, fotografias aéreas ou "scanners" aerotransportados, as imagens representam formas de captura indireta de informação espacial. São armazenadas como matrizes e cada elemento da imagem (denominado "pixel") tem um valor proporcional à energia eletromagnética refletida ou emitida pela área da superfície terrestre correspondente. Pode-se dizer que a representação matricial não se apega ao caráter espacial na representação dos elementos geográficos. A figura a seguir mostra uma composição colorida falsa cor das bandas 3 (associada à cor azul), 4 (verde) e 5 (vermelha) do satélite TM-Landsat.

Pela natureza do processo de aquisição de imagens, os objetos geográficos estão contidos na imagem, sendo necessário recorrer a técnicas de foto-interpretação e de classificação para individualizá-los.

Características importantes de imagens de satélite são: o número e a largura de bandas do espectro eletromagnético imageadas (resolução espectral), a menor área da superfície terrestre observada instantaneamente por cada sensor (resolução espacial), o nível de quantização

32 registrado pelo sistema sensor (resolução radiométrica) e o intervalo entre duas passagens do satélite pelo mesmo ponto (resolução temporal).

Exemplo de Imagem

3.1.5 MODELOS NUMÉRICOS DO TERRENO

O termo modelo numérico de terreno (ou MNT) é utilizado para denotar a representação quantitativa de uma grandeza que varia continuamente no espaço. Comumente associados à altimetria, também podem ser utilizados para modelar grandezas geoquímicas, como o teor de minerais, ou propriedades do solo, como o teor de matéria orgânica, a acidez ou a condutividade elétrica.

Entre os usos de modelos numéricos de terreno, pode-se citar:

(a) Armazenamento de dados de altimetria para gerar mapas topográficos; (b) Análises de corte-aterro para projeto de estradas e barragens; (c) Cômputo de mapas de declividade e exposição (ou aspecto) para apoio a análises de geomorfologia e erodibilidade; (d) Análise de variáveis geofísicas e geoquímicas; (e) Apresentação tridimensional (em combinação com outras variáveis).

33 Um MNT pode ser definido como um modelo matemático que reproduz uma superfície real a partir de algoritmos e de um conjunto de pontos (x, y), em um referencial qualquer, com atributos denotados de z, que descrevem a variação contínua da superfície. Este conjunto de pontos é também denominado de amostras 3D.

De acordo com Pettinati (1983), a criação do modelo matemático de uma superfície consiste no agrupamento de amostras (x ,y, z) que descrevem a superfície real, de maneira que todo o conjunto simule de modo ideal o comportamento da superfície original.

3.2 REPRESENTAÇÕES COMPUTACIONAIS EM GEOPROCESSAMENTO

Existem duas grandes classes de representações computacionais de mapas: vetoriais e matriciais. Na representação vetorial, a representação de um objeto é uma tentativa de reproduzi-lo o mais exatamente possível. Qualquer entidade ou elemento gráfico de um mapa é reduzido a três formas básicas: pontos, linhas, áreas ou polígonos.

A representação matricial consiste no uso de uma malha quadriculada regular sobre a qual se constrói, célula a célula, o elemento que está sendo representado. A cada célula, atribui-se um código referente ao atributo estudado, de tal forma que o computador saiba a que elemento ou objeto pertence determinada célula.

Vale ressaltar que as representações estão associadas aos tipos de dados anteriormente discutidos, a saber: 

mapas temáticos: admitem tanto representação matricial quanto vetorial;



mapas cadastrais: sua parte gráfica é armazenada em forma de coordenadas vetoriais, com a topologia arco-nó-polígono e seus atributos não gráficos são guardados em um banco de dados;



redes: sua parte gráfica é armazenada em forma de coordenadas vetoriais, com a topologia arco-nó e seus atributos não gráficos são guardados em um banco de dados;



imagens de sensoriamento remoto: armazenadas em representação matricial;



modelos numéricos do terreno: podem ser armazenados em grades regulares (representação matricial), grades triangulares (representação vetorial com topologia arco-nó) ou isolinhas (representação vetorial sem topologia).

34 A seguir, estas representações são apresentadas.

3.2.1 REPRESENTAÇÃO MATRICIAL

Nesta representação, o espaço é representado como uma matriz P (m, n) composto de m colunas e n linhas, onde cada célula possui um número de linha, um número de coluna e um valor correspondente ao atributo estudado. Cada célula é individualmente acessada pelas suas coordenadas.

A representação matricial supõe que o espaço pode ser tratado como uma superfície plana, onde cada célula está associada a uma porção do terreno. A resolução do sistema é dada pela relação entre o tamanho da célula no mapa ou documento e a área por ela coberta no terreno. A figura a seguir mostra um mesmo mapa representado por células de diferentes tamanhos (diferentes resoluções), representando diferentes áreas no terreno.

Diferentes representações matriciais para um mapa

Como o mapa do lado esquerdo possui uma resolução quatro vezes menor que o do mapa do lado direito, as avaliações de áreas e distâncias serão bem menos exatas que no primeiro. Em contrapartida, o espaço de armazenamento necessário para o mapa da direita será quatro vezes maior que o da esquerda.

35 Os dados são codificados, célula a célula, atribuindo-se a cada uma o código correspondente a uma classe referente ao fenômeno estudado. Para fazer isto, é necessário estabelecer um critério a ser obedecido em toda a operação.

Pode-se, por exemplo, atribuir a cada célula o código da classe sobre a qual estiver o centro da quadrícula. Outra possibilidade é adotar-se o critério da maior ocorrência. Neste caso, o código corresponde ao da classe que ocupar a maior parte da célula.

3.2.2 REPRESENTAÇÃO VETORIAL

No caso de representação vetorial, consideram-se três elementos gráficos: ponto, linha e área (polígono). Deve-se ressaltar uma vez mais a importância da topologia na concepção de um SIG. A topologia define as relações invariantes a rotação, translação e escala entre as entidades gráficas no mapa, como adjacência, proximidade e pertinência.

Os pontos, ou elementos pontuais, abrangem todas as entidades geográficas que podem ser perfeitamente posicionadas por um único par de coordenadas X e Y. Entretanto, além das coordenadas, outros dados não-espaciais (atributos) podem ser arquivados para indicar de que tipo de ponto se está tratando.

As linhas, arcos, ou elementos lineares são um conjunto de pontos conectados. Além das coordenadas dos pontos que compõem a linha, deve-se armazenar informação que indique de que tipo de linha se está tratando, ou seja, a que atributo ela está associada. As áreas ou polígonos são representados pela lista de linhas que as compõem.

3.2.3 TOPOLOGIA ARCO-NÓ A topologia arco-nó é a representação vetorial associada a uma rede linear conectada. Um nó pode ser definido como o ponto de intersecção entre duas ou mais linhas, correspondente ao

36 ponto inicial ou final de cada linha. Nenhuma linha poderá estar desconectada das demais para que a topologia da rede possa ficar totalmente definida.

O conhecimento das relações topológicas entre as linhas pode ser de fundamental importância no caso de redes. Para exemplificar, considere-se a seguir, que mostra uma parte de uma rede de distribuição elétrica, com os seus diversos componentes (subestação, rede, poste, transformador, consumidor).

Exemplo de topologia arco-nó (rede elétrica).

3.2.4 TOPOLOGIA ARCO-NÓ-POLÍGONO

A topologia arco-nó-polígono é utilizada quando se quer representar elementos gráficos do tipo área. Seu objetivo é descrever as propriedades topológicas de áreas de tal maneira que os atributos não-espaciais associados aos elementos ou entidades poligonais possam ser manipulados da mesma forma que os correspondentes elementos em um mapa temático analógico.

Neste caso, faz-se necessário armazenar informação referente aos elementos vizinhos, da mesma forma que na estrutura de redes deviam ser definidas as ligações entre as linhas. A próxima figura abaixo mostra de forma simplificada um exemplo desta estrutura topológica.

37

Estrutura topológica do tipo arco-nó-polígono

3.2.5 COMPARAÇÃO ENTRE REPRESENTAÇÕES DE MAPAS TEMÁTICOS

Como os mapas temáticos admitem tanto a representação matricial quanto a vetorial, é relevante compará-las. Para a produção de produtos em geoprocessamento por meio de operações onde se requer maior precisão, a representação vetorial é mais adequada. As operações de álgebra de mapas são mais facilmente realizadas no formato matricial. No entanto, para um mesmo grau de precisão, o espaço de armazenamento requerido por uma representação matricial é substancialmente maior. Isto é ilustrado na tabela abaixo.

38

Representação vetorial e matricial de um mapa temático

A próxima tabela apresenta uma comparação entre as vantagens e desvantagens de armazenamento matricial e vetorial para mapas temáticos. Esta comparação leva em conta os vários aspectos: relacionamentos espaciais, análise, armazenamento. Nesta Tabela, o formato mais vantajoso para cada caso é apresentado em destaque.

Aspecto

Representação Vetorial

Representação Matricial

Relações espaciais

Relacionamentos topológicos entre

Relacionamentos espaciais devem

entre objetos

objetos disponíveis.

ser inferidos.

Ligação com

Facilita associar atributos a elementos Associa atributos apenas a classes

banco de dados

gráficos.

do mapa.

Análise,

Representação indireta de fenômenos

Representa melhor fenômenos

Simulação e

contínuos.

com variação contínua no

Modelagem

Álgebra de mapas é limitada.

espaço. Simulação e modelagem mais fáceis.

Armazenamento

Por coordenadas (mais eficiente).

Por matrizes.

Comparação entre representações para mapas temáticos

39 3.3 REPRESENTAÇÕES DE MODELOS NUMÉRICOS DO TERRENO 3.3.1 GRADE REGULAR A grade regular é uma representação matricial onde cada elemento da matriz está associado a um valor numérico, como mostra a figura abaixo. Para a geração da grade torna-se necessário estimar, através de interpoladores matemáticos, os valores para as células que não possuem medidas de elevação, considerando-se os valores de elevação conhecidos.

Os procedimentos de interpolação para geração de grades regulares a partir de amostras variam de acordo com a grandeza medida. No caso de altimetria, é comum o uso de funções de ponderação por inverso do quadrado da distância. Já para variáveis geofísicas ou geoquímicas, procedimentos de filtragem bidimensional ou de geoestatística (como a krigeagem) são utilizados.

Superfície e grade regular correspondente

3.3.2 GRADES TRIANGULARES

A grade triangular ou TIN (do inglês “triangular irregular network”) é uma estrutura do tipo vetorial com topologia do tipo nó-arco e representa uma superfície através de um conjunto de faces triangulares interligadas. Para cada um dos três vértices da face do triângulo são armazenadas as coordenadas de localização (x, y) e o atributo z, com o valor de elevação ou altitude. Em geral, nos SIGs que possuem pacotes para MNT, os algoritmos para geração da grade triangular baseiam-se na triangulação de Delaunay com restrição de região.

40 Quanto mais equiláteras forem as faces triangulares, maior será a exatidão com que se descreve a superfície. O valor de elevação em qualquer ponto dentro da superfície pode ser estimado a partir das faces triangulares, utilizando-se interpoladores. A figura abaixo mostra uma superfície tridimensional e a grade triangular correspondente.

Superfície e malha triangular correspondente

3.3.3 COMPARAÇÃO ENTRE REPRESENTAÇÕES DE MNT

As grades triangulares são normalmente melhores para representar a variação do terreno, pois capturam a complexidade do relevo sem a necessidade de grande quantidade de dados redundantes. As grades regulares têm grande redundância em terrenos uniformes e dificuldade de adaptação a relevos de natureza distinta no mesmo mapa, por causa da grade de amostragem fixa.

Para o caso de variáveis geofísicas e para operações como visualização 3D, as grades regulares são preferíveis, principalmente pela maior facilidade de manuseio computacional. A tabela a seguir resume as principais vantagens e desvantagens de grades regulares e triangulares.

Os modelos numéricos de terreno também podem ser convertidos para mapas temáticos e para imagens. Em ambos os casos, a grandeza numérica é quantificada, seja para um número pequeno de valores (caso de mapas temáticos) seja para a variação associada a imagens (valores discretos).

41 Grade triangular

Grade regular

1. Melhor representação de relevo 1. Facilita manuseio e

Vantagens

Problemas

complexo

conversão

2. Incorporação de restrições como

2. Adequado para geofísica e

linhas de crista

visualização 3D

1. Complexidade de manuseio

1. Problemas para

2. Inadequada para visualização 3D

representação de relevo complexo 2. Problemas para cálculo de declividade

Comparação entre grades regulares e triangulares para representar modelos numéricos de terreno

3.4 REPRESENTAÇÕES COMPUTACIONAIS DE ATRIBUTOS NÃO ESPACIAIS

Entende-se por atributo não-espacial qualquer informação descritiva (nomes, números, tabelas e textos) relacionada com um único objeto, elemento, entidade gráfica ou um conjunto deles, que caracteriza um dado fenômeno geográfico.

Inicialmente os SIGs armazenavam tanto as entidades gráficas quanto os atributos não-espaciais em sistemas próprios de arquivos internos. Permitiam ainda que os atributos não-espaciais fossem inseridos no sistema durante, ou imediatamente após, a entrada dos objetos ou entidades gráficas que representavam. Estes procedimentos eram problemáticos quando havia numerosa quantidade de atributos não-espaciais a serem relacionados com os objetos.

Além disso, as ferramentas de busca, recuperação, manutenção e análise destes sistemas deixavam a desejar, quando comparadas aos tradicionais Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBD). Um SGBD é um sistema de banco de dados que funciona independentemente do sistema aplicativo, armazenando os dados em arquivos no disco rígido e carregando-os em memória para sua manipulação. Assegura três requisitos importantes na operação de dados: integridade - controle de acesso por vários usuários; eficiência - acesso e modificações de grande

42 volume de dados e persistência - manutenção de dados por longo tempo, independente dos aplicativos que dão acesso ao dado.

A organização de bancos de dados geográficos mais utilizada na prática é a chamada estratégia dual, descrita a seguir.

3.4.1 ESTRATÉGIA DUAL

Um SIG implementado com a estratégia dual utiliza um SGBD (Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados) relacional para armazenar os atributos convencionais dos objetos geográficos (na forma de tabelas) e arquivos para guardar as representações geométricas destes objetos. No modelo relacional, os dados são organizados na forma de uma tabela onde as linhas correspondem aos dados e as colunas correspondem aos atributos.

A entrada dos atributos não-espaciais é feita por meio de um SGBD relacional e para cada entidade gráfica inserida no sistema é imposto um identificador único ou rótulo, através do qual é feita uma ligação lógica com seus respectivos atributos não-espaciais armazenados em tabelas de dados no SGBD, como ilustrado na figura abaixo.

43 Estratégia dual para bancos de dados geográficos. Tal figura exemplifica as ligações lógicas criadas entre os rótulos dos talhões de um mapa florestal e seus atributos correspondentes (registros no “campo” ou coluna TALHÃO) numa Tabela de banco de dados. O mesmo tipo de relacionamento lógico pode ser feito em outros casos, como por exemplo: moradores em um lote, lotes em uma quadra, quadras em bairro, bairros em uma cidade; hidrantes de segurança ou telefones públicos ao longo de uma avenida; postos de serviço e restaurantes ao longo de uma rodovia.

A principal vantagem desta estratégia é poder utilizar os SGBDs relacionais de mercado. No entanto, como as representações geométricas dos objetos espaciais estão fora do controle do SGBD, esta estrutura dificulta o equacionamento das questões de otimização de consultas, gerência de transações e controle de integridade e de concorrência. Estes problemas só podem ser resolvidos através de implementações sofisticadas das camadas superiores da arquitetura genérica, que operem coordenadamente com o SGBD convencional.

44 UNIIDADE 4 – MODELAGEM DE DADOS EM GEOPROCESSAMENTO

Esta unidade apresenta um modelo de dados para Geoprocessamento, projetado com técnicas de orientação por objetos, que permite lidar com os diversos tipos de dados ambientais. As contribuições mais relevantes do modelo são:



apresentar uma abordagem unificada para a modelagem em Geoprocessamento, combinando as idéias de campos e objetos;



integrar imagens de Sensoriamento Remoto e Modelos Numéricos de Terreno com mapas temáticos, mapas cadastrais e redes.



prover suporte para representações geométricas múltiplas de uma mesma entidade do mundo real e permitir a coexistência de representações vetorial, matricial e grades num mesmo sistema.

Um modelo de dados é um conjunto de ferramentas conceituais utilizado para descrever como a realidade geográfica será representada no sistema. Aspecto fundamental no projeto de um SIG, o modelo descreve como a realidade geográfica será representada no computador. Nenhuma outra decisão limita tanto a abrangência e o crescimento futuro do sistema quanto à escolha do modelo de dados.

4.1 VISÃO GERAL DO PROCESSO DE MODELAGEM

O processo de Modelagem é a forma que se dispõe para traduzir o mundo real em outros domínios. Uma das abordagens mais úteis para este problema é o chamado “paradigma dos quatro universos”, que distingue:



universo do mundo real, que inclui as entidades da realidade a serem modeladas no sistema (ex: lotes, rios, terrenos, etc.);



universo matemático (conceitual), que inclui uma definição matemática (formal) das entidades a serem incluídas no modelo (campos e objetos);



universo de representação, onde as diversas entidades formais são mapeadas para representações geométricas (matrizes X vetores);



45 universo de implementação, onde as estruturas de dados e algoritmos são escolhidos, baseados em considerações como desempenho, capacidade do equipamento e tamanho da massa de dados. É neste nível que acontece a codificação.

A indústria de Geoprocessamento amadureceu a tal ponto que questões sobre estruturas de dados e funcionalidade contam com respostas padronizadas. Nesta situação, a modelagem de dados tem um papel crítico ao determinar a capacidade de uso e a rapidez de aplicações no sistema.

Esta visão do processo de modelagem está ilustrada na figura a seguir:

Modelagem segundo o paradigma dos quatro universos

A visão apresentada não se limita a sistemas de Geoprocessamento, mas representa uma perspectiva unificadora aos problemas de Computação Gráfica e Processamento de Imagens. Sua aplicação ao problema de Geoprocessamento é particularmente apropriada pois permite equacionar os problemas da área, como se pode constatar:



no universo do mundo real encontram-se os fenômenos a serem representados (tipos de solo, cadastro urbano e rural, dados vetoriais, dados geofísicos e topográficos);



no universo conceitual (matemático) pode-se distinguir entre as grandes classes formais de dados geográficos (dados contínuos e objetos individualizáveis) e especializar estas classes nos tipos de dados geográficos comumente utilizados (dados temáticos e cadastrais, modelos numéricos de terreno, dados de Sensoriamento Remoto);



no universo de representação as entidades formais definidas no universo conceitual são associadas a diferentes representações geométricas, que podem variar conforme a escala e a projeção cartográfica escolhida e a época de aquisição do dado. Aqui se distingue entre as representações matricial e vetorial, que podem ainda ser especializadas;

46



universo de implementação é onde ocorre a realização do modelo de dados através de linguagens de programação. Neste universo, escolhem-se as estruturas de dados (tais como árvores quaternárias e árvores-R) para implementar as geometrias do universo de representação;

Com base nesta visão, as dicotomias tradicionais de Geoprocessamento (campos-objetos e matricial-vetorial) podem ser resolvidas, mostrando-se que elas se encontram em níveis distintos de abstração.

Esta análise também indica que a interface de usuário de um SIG deve, tanto quanto possível, refletir o universo conceitual e esconder detalhes dos universos de representação e de implementação. No nível conceitual, o usuário lida com conceitos mais próximos de sua realidade e minimiza a complexidade envolvida nos diferentes tipos de representação geométrica.

4.2 O UNIVERSO DO MUNDO REAL

Pretende-se construir um modelo não limitado a uma área particular de aplicação de Geoprocessamento, e que possa incorporar aplicações tão diversas como Estudos Ambientais, Agricultura, Geologia e Redes.

Para tanto, será preciso mapear as diversas áreas de aplicação de Geoprocessamento em função dos tipos de dados utilizados, como ilustrado na tabela a seguir. Como se verá adiante, o modelo proposto é aplicável a todas as áreas listadas, ilustrativas da diversidade de problemas em Geoprocessamento.

47 Aplicações

Floresta

Agricultura

Escalas típicas Tipos de dados Representações gráficas

Operações

1:10.000 a

Dados temáticos, Matricial,

Classif.

1:1.000.000

imagens

consulta espacial

1:5.000 a

Dados temáticos,

1:250.000

imagens,

vetorial

MNT,

cadastro rural

Matricial, vetorial, grade, TIN

Análise

imagens,

espacial,

declividade, consulta espacial

Geologia -

1:50.000 a

MNT,

Geomorfologia

1:5.000.000

mapas temáticos

Redes

1:1.000 a

Redes

1:10.000

(topologia)

cálculos dedicados

Estudos Urbanos 1:1.000 a

Redes,

Consulta espacial

e Rurais

urbano e rural

1:25.000

imagens, Grade, matricial, Transf. vetorial

lineares Vetorial

cadastro Vetorial

IHS,

visualiz. 3D Consulta espacial,

Estudos Sociais e Várias

Dados

Consulta espacial,

Econômicos

alfanuméricos,

cálculos dedicados

cadastros

Aplicações típicas de Geoprocesamento

4.3 O UNIVERSO CONCEITUAL

4.3.1 VISÃO GERAL Em Geoprocessamento, o espaço geográfico é modelado segundo duas visões complementares: os modelos de campos e objetos (Worboys, 1995). O modelo de campos enxerga o espaço geográfico como uma superfície contínua, sobre a qual os fenômenos a serem observados variam segundo diferentes distribuições. Por exemplo, um mapa de vegetação descreve uma distribuição que associa a cada ponto do mapa um tipo específico de cobertura vegetal, enquanto um mapa geoquímico associa o teor de um mineral a cada ponto.

O modelo de objetos representa o espaço geográfico como uma coleção de entidades distintas e identificáveis. Por exemplo, um cadastro espacial dos lotes de um município identifica cada lote como um dado individual, com atributos que o distinguem dos demais. Igualmente, poder-se-ia pensar como geo-objetos os rios de uma bacia hidrográfica ou os aeroportos de um estado.

48 Para definir o modelo, serão seguidos os seguintes passos:

1. definir as classes básicas do modelo e estabelecer as suas relações, dentro dos princípios de especialização, generalização e agregação; 2. estabelecer como é possível, a partir do modelo, definir um esquema conceitual para um banco de dados geográfico, por especialização das classes básicas.

4.3.2 CLASSES DO UNIVERSO CONCEITUAL As classes básicas do modelo, definidas a seguir, são: geo-campo, geo-objeto, mapa cadastral, objetos não-espaciais, plano de informação e banco de dados geográficos. Inicialmente, será importante estabelecer a base geométrica na qual as classes do modelo são definidas. A partir de uma região contínua da superfície terrestre pode-se definir o conceito de região geográfica.

A região geográfica serve de suporte geométrico para localização de entidades geográficas, pois toda entidade geográfica será representada por um ponto ou um conjunto de pontos. A definição de região geográfica proposta não restringe a escolha da representação geométrica (matricial ou vetorial) associada aos objetos geográficos.

4.3.3 GEO-CAMPOS

Pode-se definir o termo geo-campo da seguinte forma: um geo-campo representa a distribuição espacial dos objetos.

Múltiplas representações de um mesmo geo-campo podem ter tempo de aquisição de dados distinta. Desta maneira, torna-se possível representar as diferentes cronologias de alguns temas, tais como as mudanças no uso e cobertura do solo, a sazonabilidade da vegetação ou a dinâmica das variáveis climáticas. Os geo-campos podem ser especializados em:



TEMÁTICO -

dada uma região geográfica R, um geo-campo temático associa a cada ponto

do espaço um tema de um mapa (ex: um geo-campo de vegetação é caracterizado pelo conjunto de temas {floresta densa, floresta aberta, cerrado, ...});



49 DADO_SENSOR_REMOTO -

esta classe é uma especialização de

NUMÉRICO,

obtida através

de discretização da resposta recebida por um sensor (passivo ou ativo) de uma área da superfície terrestre. 

NUMÉRICO -

dada uma região geográfica, um geo-campo numérico associa, a cada ponto

do espaço, um valor real (ex: um mapa de campo magnético ou mapa de altimetria);

As figuras a seguir apresentam exemplos de geo-campos

Geo-campo temático (solos)

Dado_Sensor_Remoto (Imagem LANDSAT de Manaus)

50

Geo-campo numérico (curvas de nível ou isolinhas)

4.3.4 GEO-OBJETO

Um geo-objeto é um elemento único que possui atributos não-espaciais e está associado a múltiplas localizações geográficas. A localização pretende ser exata e o objeto é distinguível de seu entorno.

Esta definição tem três grandes motivações adicionais:

1. As projeções cartográficas: a projeção planar da Terra, a partir de escalas macroregionais, é feita com o uso de quadrículas que estão particionadas em sistemas de referência independentes que definem recortes arbitrários no espaço e podem dividir a localização de um geo-objeto. Por exemplo, um particionamento cartográfico da Amazônia na projeção UTM, escala 1:250.000, faz com que os principais rios tenham representações geométricas descontínuas em vários mapas; 2. Representações geométricas em diferentes escalas: na prática, num mesmo banco de dados geográfico, podem conviver representações da mesma realidade geográfica em diferentes escalas geográficas. Por exemplo, considere-se um conjunto de mapas dos municípios do Estado de São Paulo, que inclui um mapa geral (na escala de 1:1.000.000) e mapas regionais (na escala de 1:100.000). Nesta situação, um mesmo geo-objeto (ex: o

51 município de São José dos Campos) teria duas representações geométricas: uma contínua no mapa regional do Vale do Paraíba e outra descontínua nas folhas na escala 1:100.000; 3. Múltiplas representações temporais: as diferentes representações de um mesmo objeto podem corresponder a variações temporais do mesmo, como no caso de um lago que teve suas bordas alteradas;

Para ilustrar este conceito, a figura a seguir mostra um banco de dados da Amazônia, onde os retângulos pontilhados representam o recorte espacial do banco de dados. Entidades como os rios Amazonas e Xingu têm representações em diferentes particionamentos espaciais do banco de dados.

Princípio de identidade em bancos de dados geográficos

4.3.5 OBJETO NÃO ESPACIAL

Em muitas situações é conveniente permitir a associação de informações não-espaciais a um banco de dados georeferenciado. Por exemplo, considere-se uma aplicação de cadastro urbano em uma prefeitura que já dispõe de um sistema para cálculo do IPTU baseado num cadastro alfanumérico de lotes. Neste caso, pode-se desejar associar o cadastro alfanumérico a dados georeferenciados contendo a localização geográfica e as dimensões destas propriedades. Para englobar estas entidades, introduz-se a noção de objeto não-espacial.

52 Um objeto não-espacial é um objeto que não possui localizações espaciais associadas. Assim, a noção de objeto não-espacial engloba qualquer tipo de informação que não seja georeferenciada e que se queira agregar a um SIG.

O exemplo a seguir mostra o caso de uma aplicação de cadastro rural. Neste caso, tem-se os geoobjetos da classe “fazendas” (que estão referenciados espacialmente) e deseja-se estabelecer a ligação entre estes geo-objetos e a informação alfanumérica já existente sob a forma de um cadastro de propriedades. Neste caso, as informações de cadastro são consideradas um objeto não-espacial.

Exemplo de ligação entre geo-objeto e objeto não-espacial

4.4 MAPA CADASTRAL (OBJETO COMPLEXO)

A definição de geo-objeto permite a associação de objetos geográficos a diferentes regiões no espaço. Como as aplicações de Geoprocessamento usualmente não armazenam ou manipulam elementos isolados, é conveniente armazenar a representação geométrica de um geo-objeto em conjunto com seus vizinhos, mantendo as relações de topologia. Por exemplo, num cadastro urbano, os lotes de um mesmo bairro são armazenados e apresentados em conjunto. Esta característica leva à introdução da idéia de mapa cadastral.

53 Um mapa cadastral é um agrupamento de representações geométricas de geo-objetos para uma dada projeção cartográfica e região geográfica; ou seja, um mapa cadastral é um suporte para o mapeamento de objetos, os quais estarão cadastrados em um banco de dados.

A relação entre o mapa cadastral e os geo-objetos nele presentes é exemplificada na próxima figura, que ilustra um exemplo de mapa cadastral para o caso de um cadastro urbano. Cada mapa cadastral desta classe contém os mapeamentos dos geo-objetos das classes LOTES, HOSPITAIS e ESCOLAS.

A classe LOTES contém objetos das classes LOTES CONSTRUÍDOS e TERRENOS. A

classe ESCOLAS contém objetos das classes ESCOLA 1. GRAU e ESCOLA 2. GRAU, respectivamente ensinos fundamental e médio.

Exemplo de objetos complexos (cadastro urbano)

Considere-se ainda a especialização da classe cadastral na classe rede. As redes são mapas cadastrais que utilizam a topologia arco-nó, e armazenam a localização e a simbologia associadas a estruturas linearmente conectadas. Como exemplo desta classe de objetos, considere-se a especialização da classe rede na classe rede elétrica. Uma instância desta classe conterá os mapeamentos de diferentes classes de geo-objetos, como pode ser observado na figura seguir.

Resumidamente, um mapa de rede também é um suporte para geo-objetos. Entretanto, a característica destes objetos é o fato de que por eles flui informação. Como estes geo-objetos têm atributos descritivos, tais atributos também estarão cadastrados em um banco de dados.

54

Exemplo de objeto complexo (rede elétrica)

4.5 PLANO DE INFORMAÇÃO A idéia de plano de informação é um conceito muito útil para fins de definição de interface e de operações. Um plano de informação é a generalização dos conceitos de geo-campos e de objeto cadastral.

Um plano de informação é uma forma de interface entre o usuário e os conceitos de geo-campo e mapa cadastral. Uma instância da classe PLANO DE INFORMAÇÃO representa, para uma dada região geográfica, o lugar geométrico de um conjunto de dados geográficos (um geo-campo ou um objeto cadastral).

4.6 BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS

Um banco de dados geográficos é composto por conjuntos de planos de informação, um conjunto de geo-objetos e um conjunto de objetos não-espaciais.

Esta definição é particularmente interessante, pois não faz restrição sobre a escala dos dados e nem sobre a continuidade espacial dos planos de informação que compõem o BDG. Tome-se, por exemplo, um BDG sobre a Amazônia Legal, com os seguintes dados:



vegetação (fito-fisionomia), especialização da classe TEMÁTICO, com 780 temas de vegetação definidas pelo IBGE (projeto RADAM): 26 cartas digitalizadas a partir de mapas na escala 1:1.000.000, projeção Lambert;



55 imagens de satélite, especialização da classe DADO_SENSOR_REMOTO, obtidas pelo satélite LANDSAT TM, em três anos (1986, 1990 e 1994): 228 imagens, projeção UTM;



geo-campos de uso do solo, especializações da classe TEMÁTICO, com as classes: floresta, cerrado, áreas de regeneração, áreas desflorestadas, rios e nuvens. Os mapas finais serão compatíveis com a escala 1:250.000, projeção UTM;



zoneamento ecológico-econômico do Estado de Rondônia, especialização da classe CADASTRAL,

com 15 planos de informação gerados a partir de estudos e levantamentos,

na escala 1:100.000.

Em resumo, o universo conceitual do modelo tem como entidade básica um banco de dados geográfico. Este banco é composto por planos de informação, por geo-objetos e por objetos não-espaciais. Os planos de informação podem ser geo-campos ou objetos cadastrais. Estas classes podem ser ainda especializadas para construir o esquema conceitual do banco de dados geográfico. A figura abaixo ilustra estas relações.

Universo conceitual

4.7 RELAÇÃO ENTRE OS UNIVERSOS DO MODELO

Em Geoprocessamento, a passagem do mundo real para o universo conceitual de um SIG pode admitir algumas variações, conforme o domínio de aplicação. Em alguns casos, o mapeamento é direto: as imagens de satélite e as grandezas topográficas e geofísicas, por exemplo, são naturalmente mapeadas para instâncias de GEOCAMPO. No caso de mapas municipais e de divisão política, sua associação com as classes GEO-OBJETO e MAPA DE GEO-OBJETOS é também direta.

56 Os levantamentos temáticos podem se prestar a duas interpretações, conforme seu uso: quando se tratar de trabalhos de inventário (como o mapa de Modelagem de Dados em Geoprocessamento da vegetação da Amazônia), devem ser modelados como instâncias de GEOCAMPO

(ou, mais especificamente, da classe

TEMÁTICO).

No caso de estudos detalhados em

médias e grandes escalas (como no zoneamento ecológico-econômico), onde cada região é caracterizada por qualificadores específicos, é conveniente que estes levantamentos sejam associados a instâncias de GEOOBJETOS e de MAPA DE GEO-OBJETOS.

A passagem do Universo Conceitual para a Representação apresenta várias alternativas nãoexcludentes, a saber: 

instâncias

da

classe

DADO_SENSOR_REMOTO

são

usualmente

armazenadas

na

representação matricial. 

um geo-campo

NUMÉRICO

pode ser representados tanto como matrizes (grade regular)

como vetores (conjunto de isolinhas, grade triangular e conjunto de pontos 3D); 

um geo-campo

TEMÁTICO

pode ser representado tanto como vetores topologicamente

estruturados, como por uma matriz. 

Um

MAPA CADASTRAL

deve ser representados por vetores, como topologia arco-nó-

polígono. 

Uma REDE é representada por vetores, com topologia arco-nó.

A literatura tem consagrado a conclusão de que um SIG de propósito geral deve prover todas as alternativas de representação.

Para compreender melhor a relação entre os diferentes universos (níveis) do modelo, a tabela a seguir apresenta vários exemplos de entidades do mundo real e suas correspondentes no modelo.

57 Universo do mundo Universo conceitual real Mapa de vegetação

Universo de

Universo de

representação

implementação

Geo-campo

Imagem temática

Matriz 2D

Temático

Subdivisão Planar

Linhas 2D (com RTree)

Mapa altimétrico

Geo-campo

Grade regular

Matriz 2D

Numérico

Grade triangular

Linhas 2D e Nós 3D

Conjunto pontos 3D

Pontos 3D (KD-Tree)

Conjunto isolinhas

Linhas 2D

Subdivisão Planar

Linhas 2D (com R-

Lotes urbanos

Geo-objetos

Mapa de lotes

Cadastral

Tree) Rede

Rede elétrica

Grafo orientado

Linhas 2D (com RTree)

Correspondência entre os universos do modelo

4.8 DEFINIÇÃO DO ESQUEMA DO BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS

O processo para se definir o esquema conceitual de um banco de dados geográficos consiste em estender a hierarquia de especialização definida pelo modelo, criando classes derivadas de GEOOBJETO, CADASTRAL, REDE, TEMÁTICO, MODELO NUMÉRICO DE TERRENO

e

DADO SENSOR

REMOTO.

Como exemplo, considere-se a seguinte definição de esquema conceitual para um banco de dados geográficos para cadastro rural:



uma classe

FAZENDAS,

especialização de

GEOOBJETO,

que pode ainda ser sub-

especializada em LATIFÚNDIO e MINIFÚNDIO; 

uma classe

MAPA DE PROPRIEDADES,

especialização de

CADASTRAL,

que define um

mapeamento para os objetos da classe FAZENDAS e suas especializações; 

dados gerais sobre objetos da classe

FAZENDAS

e suas especializações estão relacionados

na classe PROPRIETÁRIOS, especialização de OBJETO-NÃO-ESPACIAL; 

uma classe

MAPA DE SOLOS,

especialização de

tipo de solos para as áreas de estudo;

TEMÁTICO,

cujas instâncias armazenam o

58



as classes TERRENO,

ALTIMETRIA

e

DECLIVIDADE,

especializações de

MODELO NUMÉRICO DE

cujas instâncias guardam (respectivamente) a topografia e a declividade da área

de estudo; 

uma classe

DADOS LANDSAT,

especialização de

DADO SENSOR REMOTO,

cujas instâncias

contêm as imagens do satélite LANDSAT sobre a região de estudo.

A tabela abaixo mostra um exemplo de definição de Esquema Conceitual:

O que distingue um SIG de outros tipos de sistemas de informação são as funções que realizam análises espaciais. Tais funções utilizam os atributos espaciais e não espaciais das entidades gráficas armazenadas na base de dados espaciais e buscam fazer simulações (modelos) sobre os fenômenos do mundo real, seus aspectos ou parâmetros.

A partir do modelo de dados apresentado no capítulo anterior, foi estabelecida uma teoria de classificações para as diversas operações de análise geográfica, que serão divididas em: operadores sobre geo-objetos, operadores sobre geo-campos, operadores de transformação entre geo-campos e geo-objetos e operadores mistos entre geo-objetos e geo-campos. Esta análise permitirá obter um entendimento formal sobre a natureza das operações em Geoprocessamento.

4.9 OPERAÇÕES SOBRE GEO-CAMPOS

São descritas a seguir as operações sobre NUMÉRICO

e zonais.

GEO-CAMPOS

e suas especializações

TEMÁTICO,

e DADO_SENSOR_REMOTO, que podem ser classificados como pontuais, de vizinhança

59 4.9.1 OPERAÇÕES PONTUAIS

As operações pontuais geram como saída um geo-campo cujos valores são função apenas dos valores dos geo-campos de entrada em cada localização correspondente. Podem operar apenas sobre um campo (ex: fatiar um modelo numérico de terreno, classificar uma imagem) ou realizar intersecções entre conjuntos espaciais (ex: operações booleanas entre mapas temáticos).

Dependendo dos domínios e contradomínios dos mapas de geo-campos, diferentes possibilidades podem ser consideradas: 

operações unárias: a entrada é um único geo-campo. Também são chamadas operações de transformação, pois a operação equivale a um mapeamento entre os contradomínios dos campos de entrada e saída;



operações booleanas: são utilizadas em análise espacial qualitativa e geram um TEMÁTICO

a partir de regras aplicadas a geo-campos (que podem ser instâncias de

TEMÁTICO, NUMÉRICO

ou

DADO_SENSOR_REMOTO).

As regras especificam o conjunto de

condições a serem satisfeitas para cada tema de saída; 

operações matemáticas: funções aritméticas, logarítmicas e trigonométricas, aplicadas a MNTs

e a

DADO_SENSOR_REMOTO.

Podem gerar

MNT, DADO_SENSOR_REMOTO

ou

TEMÁTICOS.

Dentre os operadores matemáticos, vale destacar as seguintes subclasses: 

operações de processamento de dados de sensoriamento remoto: subclasse de operadores matemáticos onde a entrada é um

DADO_SENSOR_REMOTO

e a saída é

um DADO_SENSOR_REMOTO; 

operações de classificação de dados de sensoriamento remoto: subclasse importante dos operadores matemáticos onde a entrada é uma instância da classe DADO_SENSOR_REMOTO e

a saída é um TEMÁTICO.

A tabela a seguir descreve os principais tipos de operações pontuais unárias (também chamados operações de transformação).

60

F1 - entrada

F2 - saída

Nome da Operação

TEMÁTICO

MNT

Ponderação

TEMÁTICO

TEMÁTICO

Reclassificação

DADO SENSOR REMOTO

TEMÁTICO

Fatiamento

MNT

TEMÁTICO

Fatiamento em classes

Operações de transformação

Alguns exemplos de operações de transformação: 

“reclassificar um mapa de vegetação com as classes {Floresta Ombrófila Densa, Floresta Ombrófila Aberta, Floresta Ombrófila Mista, Floresta Estacional Semidecidual, Floresta Estacional Decidual } em um mapa com as classes {Floresta Densa, Floresta Estacional}”;



“obter um mapa hipsométrico a partir de um mapa de altimetria com o mapeamento {(0300m) Planície, (300-500m) Planalto, (>500m) Serras}”.

4.9.2 PONDERAÇÃO

A figura a seguir mostra um exemplo da operação de ponderação (conversão de um mapa de solos em um mapa de solos ponderado). Neste caso, V1 = { Le, Li, Ls, Aq }, V2=[0.0,1.0] e a transformação é o conjunto de pares ordenados {(Le0.60), (Li0.20), (Ls0.35), (Aq0.10)}.

61

Exemplo de operação de ponderação

4.9.3 FATIAMENTO EM CLASSES

A figura a seguir mostra um exemplo de um operação de fatiamento em classes (conversão de um

MNT

em um

TEMÁTICO)

onde um mapa de declividade em graus é convertido para um mapa

de classes de declividade a partir da transformação {(0- 9%) “baixa”; (10-19%)”média”; (acima de 20) “alta”}.

Exemplo de operação de fatiamento em classes

4.9.4 OPERAÇÃO BOOLEANA

Como exemplo de operação booleana, tome-se o caso de determinar um mapa de aptidão agrícola a partir dos mapas de solo, declividade, precipitação e do conjunto hipotético de regras expresso na tabela abaixo:

62 Aptidão Agrícola Solos

Precipitação

Declividade

Média mensal BOA

Latossolos

> 100 mm

0-3.5%

MÉDIA

PODZÓLICOS

100-50 mm

3.5-12%

Inapto

LITÓLICOS

< 50 mm

>12%

Regras de aptidão agrícola

4.9.5 OPERAÇÕES DE VIZINHANÇA

Como exemplo de operação de vizinhança, tome-se o caso da estimação da diversidade de vegetação de uma região, computado a partir de uma vizinhança 3 x 3 em torno de cada ponto. A idéia é que a diversidade seja maior em áreas de contato ecológico entre regiões homogêneas. A figura a seguir apresenta um mapa de vegetação e mostra a estimativa de diversidade computada para uma parte do mapa.

Exemplo de operação de “estimativa de diversidade”

4.9.6 OPERAÇÕES SOBRE GEO-OBJETOS

Estando definidos os relacionamentos topológicos sobre geo-objetos, pode-se definir as operações que podem ser realizadas sobre estes:

63 1. restrições sobre atributos: computados em função dos atributos de entidades espaciais (ex: “selecione todas as cidades de Alagoas com mortalidade infantil maior que 10%”); 2. restrições espaciais: derivados a partir dos relacionamentos topológicos das entidades geográficas (ex: “dê-me todas as escolas municipais do bairro Jardim Satélite”), de direção (“ao norte de”, “acima de”) ou métricos (ex: “dê-me todas as escolas a menos de 500 m da Via Dutra”); 3. propriedades de geo-objetos: os resultados correspondem a predicados de um geo-objeto ou de um conjunto de geo-objetos (ex: “calcule a média do valor venal das casas do bairro Jardim Esplanada” ou “indique o caminho ótimo para o ônibus que vai do Centro ao Jardim Uirá”).

Estas operações utilizam as seguintes primitivas (ou relações): as relações topológicas toca, dentro de, disjunto, cruza e sobrepõe, as relações métricas unárias (comprimento, área, perímetro) e binárias (distância, direção).

4.10 SELEÇÃO POR ATRIBUTOS

O operador de seleção por atributos sobre um conjunto de geo-objetos GO, dada uma restrição baseada apenas nos atributos descritivos de GO, gera como resultado um subconjunto GO’ - GO, cujos membros satisfazem a restrição. Esta é uma operação semelhante à seleção da álgebra relacional, como indica o exemplo: "Recupere as cidades do Estado de São Paulo com população entre 100.000 e 500.000 habitantes".

4.10.1 SELEÇÃO ESPACIAL

Para definir as operações de consulta espacial, é necessário lançar mão do conceito de predicado espacial. Dados uma região geográfica R, um conjunto de geo-objetos GO e um mapa cadastral que mapeia objetos de GO em R, um predicado espacial é uma restrição espacial definida através de um relacionamento topológico (dentro de, toca, cruza, sobrepõe e disjunto) ou de um relacionamento métrico (distância).

64 Intuitivamente, os predicados espaciais utilizados nas operações envolvendo geo-objetos são assertivas do tipo “rio que cruza o município de São José dos Campos, no mapa do Vale do Paraíba”. Assim, dados uma região geográfica R, um conjunto de geo-objetos GO, um mapa cadastral que mapeia objetos de GO numa região geográfica R e um predicado espacial, o operador de seleção espacial é tal que o resultado desta operação é um subconjunto do conjunto original, composto de todos os geo-objetos que satisfazem o predicado espacial, como ilustrado no exemplo da próxima figura: 

“selecione todas as regiões da França adjacentes à região de Midi-Pirenées (que contém a cidade de Toulouse)”.

Exemplo de operação de seleção espacial

4.10.2 JUNÇÃO ESPACIAL Seja uma região geográfica R e dois conjuntos de geo-objetos GO1 e GO2. Sejam ainda mapas cadastrais mc1 e mc2 que mapeiam, respectivamente, objetos de GO1 e GO2 numa região geográfica R. Considere-se ainda um predicado espacial.

A operação de junção espacial é tal que produz como resultado uma coleção de objetos e valores que satisfazem a restrição espacial. O termo junção espacial é empregado por analogia à operação de junção em banco de dados convencionais e denota o conjunto de operações onde

65 ocorre a comparação entre dois conjuntos de objetos, baseado num predicado espacial computado sobre suas representações. Exemplos:



“para cada estrada da Amazônia, ache as reservas indígenas a menos de 5 km de uma estrada”;



“para as cidades do sertão cearense, ache quais estão a menos de 10 km de algum açude com capacidade de mais de 50.000 m3 de água”.

No primeiro exemplo a resposta é um conjunto de pares (reserva, estrada); no segundo, um conjunto de pares (cidade, açude).

4.11 OPERAÇÕES ENTRE GEO-CAMPOS E GEO-OBJETOS Serão analisados a seguir as operações que combinam geo-campos e geo-objetos. Elas apresentam particular interesse pois representam o vínculo entre as duas visões de dados em Geoprocessamento. Como os trabalhos da literatura abordam as operações geográficas privilegiando um dos pontos de vista, a ligação entre geo-campos e geo-objetos é tema ainda pouco explorado.

4.11.1 GERAÇÃO DE GEO-OBJETOS A PARTIR DE GEO-CAMPOS

Definem-se ainda duas grandes classes de operações: a operação de identificação e a operação de intersecção espacial. A operação de identificação transforma um geo-campo temático em um mapa cadastral, que mapeia um conjunto de geo-objetos de modo que um dos atributos de cada geo-objeto é o valor de geo-campo temático. O mapa cadastral terá a mesma representação geométrica do geo-campo temático que o originou.

A operação de intersecção espacial produz um mapa cadastral (e um conjunto de geo-objetos associados) a partir da intersecção espacial de um conjunto de geo-campos. Esta situação é típica de aplicações de diagnósticos geoambientais, quando se faz a intersecção entre mapas temáticos para obter as unidades geoambientais. Quando um mapa cadastral (e um conjunto de geo-objetos nele representado) é criado a partir da intersecção de geo-campos, cada geo-objeto resultante terá, como seus atributos descritivos, os valores de cada geo-campo de entrada (constante para cada geo-objeto).

66 Observe o exemplo: “determine as grandes unidades geoambientais da Austrália, com o cruzamento dos mapas de vegetação, geomorfologia e solos.” (Figura abaixo).

Exemplo de interseção espacial

Nesta operação pode ser conveniente permitir que o usuário forneça um nome ou rótulo (label) que identifique a região. O atributo “nome” da Tabela apresentada na Figura seria então gerado pelo usuário, de forma individual para cada geo-objeto.

Na literatura, a intersecção espacial é muitas vezes classificada erroneamente como “um tipo particular de junção espacial” (cf. Güting, 1994). Como se viu anteriormente, a operação de junção espacial parte de dois conjuntos de geo-objetos e produz, como resultado, pares de geoobjetos já existentes que satisfazem à restrição desejada. A intersecção espacial cria novos geoobjetos a partir de geo-campos. Deste modo, embora haja semelhanças entre os algoritmos gráficos utilizados para implementá-las, a operação de intersecção espacial (overlay) é conceitualmente diferente dos casos de operações booleanas entre geo-campos e operações de junção espacial entre geo-objetos.

4.11.2 GERAÇÃO DE GEO-CAMPOS A PARTIR DE GEO-OBJETOS

67 A partir de atributos (descritivos ou espaciais) de conjuntos de geo-objetos, pode-se fazer a geração de geo-campos. O novo mapa representa uma restrição espacial definida a partir de um geo-objeto ou a variação de um atributo do conjunto de geo-objetos, como ilustram os exemplos: 

“gere um mapa das distâncias a partir da via Dutra na região de São José dos Campos.” (operação de mapas de distância);



“para este conjunto de lotes, calcule um temático a partir do valor venal do terreno com as classes: temas A (até R$ 300), B (de R$ 300 a 1.000), C (de R$ 1.000 a R$ 4.000) e D (mais de R$ 4.000).” (operação de reclassificação por atributos).

Um mapa de distâncias é um mapa de geo-campos contendo as distâncias de cada ponto do mapa a um geo-objeto de referência (representado por um ponto, linha ou região). Trata-se de operação puramente geométrica (espacial). A Figura A ilustra esta operação.

A operação de reclassificação por atributos gera, a partir dos valores de um atributo específico dos geo-objetos de um mapa, um geo-campo com a distribuição espacial deste atributo. Pode haver necessidade de recalcular a topologia do mapa resultante pois algumas regiões serão combinadas. Veja-se o exemplo ilustrado na Figura B:

“Para todos os países da América do Sul, gere um geo-campo temático com o crescimento demográfico de cada país, dividido em classes: {(de 0 a 2% ao ano), (de 2 a 3% a.a.), (mais de 3% a.a.)}.”

Figura A: exemplo de mapa de distâncias

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Figura B: exemplo de reclassificação por atributo

4.11.3 OPERAÇÕES MISTAS Um conjunto importante de atividades envolve operações sobre geo-campos nas quais as restrições são dadas por geo-objetos (e vice-versa). No primeiro caso, pode-se pensar numa variante das operações zonais e no segundo, num outro tipo de junção espacial. Apresentam-se a seguir dois exemplos:

1. operações zonais sobre geo-campos onde geo-objetos são restrições: “Dados a altimetria e o mapa de municípios do Vale do Paraíba, crie um novo mapa aonde cada município será representado por sua altitude média”; 2. operações de seleção espacial aonde geo-campo é restrição: “Dado um mapa de solos e um mapa de rios do Estado do Paraná, indique todos os rios que cruzam áreas com solos podzólicos”.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Como pôde ser estudado neste módulo, o Geoprocessamento, ao produzir um Sistema de Informações Geográficas (SIG), foca a abordagem das informações gráficas georreferenciadas com seus atributos geométricos, que são comprimentos, raios, áreas e orientações, tudo isso ligado à produção de um banco de dados no qual o profissional poderá organizar e gerenciar as informações referentes aos elementos gráficos e espaciais.

Depois do estudo realizado, pode-se concluir que as principais informações de interesse contidas no cadastro de um SIG incluem a posição geográfica dos elementos, seus limites e as

69 coordenadas das informações gráficas contidas. Outros tipos de informações, com importância para grupos distintos de usuários, também podem ser incluídas, tais como:

- Dados que forem relevantes para a fotointeligência em termos de atividades militares; - Informação sobre a rede de serviços urbanos em uma cidade (atendimento quanto à água potável, rede de esgoto, eletricidade e telefonia); - Dados referentes às edificações imobiliárias; - Dados referentes à qualidade do meio ambiente; - Dados demográficos (estatísticas da população) e - Informações ambientais relativos à cobertura florestal e ao desmatamento. No vasto campo de aplicação científica chamado Geoprocesamento, após a obtenção das imagens por meio dos diferentes tipos de sensores imageadores, sejam eles aerotransportados ou orbitais, entra em cena no processo científico o tratamento das imagens e a produção de um Sistema de Informações Geográficas (SIG). É o que será trabalhado didaticamente a partir de agora. Boa prática!

Imagem do IEAv (Instituto de Estudos Avançados), em São José dos Campos-SP. Sobrepostos à imagem, estão o layer dos limites com arruamento e o layer dos prédios do Instituto. A Imagem faz parte do desenvolvimento do projeto SIG-IEAv.

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