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Sistemas de Informação Geográfica

Olá, amigos, estou de volta ao iMasters e espero que consiga continuar a destinar uma parte do meu tempo transmitindo o pouco que sei deste universo. Como as idas e vindas da vida me direcionaram para o caminho do Geoprocessamento, nada mais justo que voltar ao iMasters para compartilhar o que venho estudando nos últimos anos.

Acredito que muitas pessoas que estão lendo este meu artigo não tenham conhecimento do conceito Geoprocessamento. Pois bem, não fiquem com vergonha de comentar a respeito pois até alguns anos atrás, quando ingressei nesta área, também não a conhecia.

As informações abaixo estão presentes no meu trabalho de conclusão da pós-graduação, a mesma se encontra junto às fontes no final do artigo.

Vamos ao conceito….

O geoprocessamento surgiu devido ao elevado crescimento das tecnologias aplicadas a softwares e hardwares para gerenciamento de informações, processamento de dados e imagens geográficas. O objetivo era automatizar parte do processamento de dados com características espaciais, diminuindo custos de produção e manutenção de mapas. Processo que anteriormente era totalmente manual, a produção de mapas se restringia a papéis com um custo elevado, principalmente levando em consideração os aspectos de armazenamento e atualização.

Diversas tentativas de automatizar parte do processamento de dados espaciais aconteceram nos Estados Unidos e Inglaterra, por volta dos anos 50. Devido à precariedade da informática na época, estes sistemas não são classificados como sistemas de informação.

Os primeiros sistemas de informação geográfica surgiram na década de 60, no Canadá, resultado de um esforço governamental para criar um inventário de recursos naturais. Nos anos 70, novos e mais acessíveis recursos de hardware tornaram viáveis o desenvolvimento de sistemas comerciais.

Os sistemas de informação geográfica constituem hoje uma poderosa ferramenta dentro deste conjunto, com o intuito de coletar, armazenar, analisar e disponibilizar informações que auxiliam muitas vezes na tomada de decisão.

Os sistemas de informação geográfica realizam o tratamento computacional de dados geográficos e recuperam informações, não apenas com base em suas características alfanuméricas, mas também através de sua localização espacial. Estes sistemas oferecem uma visão diferenciada de seu ambiente de trabalho através de localizações geográficas. A geometria e os atributos dos dados de um GIS devem ser georreferenciados, isto quer dizer que estão localizados na superfície terrestre e representados em uma projeção cartográfica.

A superfície curva da terra é representada em mapas confeccionados sobre uma folha de papel, ou seja, uma superfície plana. Inevitavelmente, provoca distorções entre a realidade e sua representação. As projeções cartográficas são métodos matemáticos através dos quais a superfície curva da terra é representada sobre uma superfície plana.

Existem diferentes projeções geográficas, cada método é capaz de representar e preservar diferentes propriedades espaciais: áreas, direção, distância e forma.

Algumas das projeções mais utilizadas são: projeção cônica de Lambert, projeção UTM (Universal Transverse Mercator) e projeção plana.

Projeções Geográficas

Projeções Geográficas

Sensoriamento Remoto

É a ciência e a arte de se obter informações sobre objetos, área ou fenômenos, através da análise dos dados adquiridos por um dispositivo que não esteja em contato com o objeto, área ou fenômeno sob investigação.

Por volta da década de 80, a utilização de GIS tornou-se comum em universidades, empresas e agências governamentais. Atualmente, é utilizado em grande escala em diversos setores para as mais diversas aplicações. A diversidade do uso de aplicações fez surgir diversas definições: Um conjunto manual ou computacional de procedimentos utilizados para armazenar e manipular dados georeferenciados; Um banco de dados indexados espacialmente, sobre o qual opera um conjunto de procedimentos para responder a consultas sobre entidades espaciais; Um conjunto poderoso de ferramentas para coletar, armazenar, recuperar, transformar e visualizar dados sobre o mundo real; Um sistema de suporte à decisão que integra dados referenciados espacialmente num ambiente de respostas a problemas.

Dados Geográficos

Os dados georreferenciados são informações que possuem atributos relacionados à sua localização geográfica dentro de um sistema de coordenadas. A obtenção destes dados, na maioria das vezes, é feita através de fontes brutas, ou seja, as aplicações trabalham com entidades ou objetos físicos distribuídos geograficamente e com formas diversas, por exemplo montanhas, ruas, lotes, rios, etc, o que torna o processo de obtenção de dados uma tarefa árdua e muito importante para o desenvolvimento e qualidade de um sistema. Os sistemas de informação geográfica podem ser compostos por informações de diversas fontes, por exemplo, digitalização de mapas, aerofotogrametria, sensoriamento remoto, levantamento de campo.

Fontes e Qualidade dos Dados

A fonte de dados de uma aplicação de geoprocessamento possui uma complexidade superior quando comparada com a maioria das aplicações convencionais. A entrada dos dados não se limita apenas a simples operações de inserção, devido à manipulação de informações gráficas e à natureza das fontes de dados dessas aplicações.

O produto resultante dos processos de coleta de dados mencionados anteriormente (fotogrametria, sensoriamento remoto e levantamento de campo) são as verdadeiras fontes de dados utilizadas nos sistemas de informação geográfica.

Atualmente, os mapas são as principais fontes de dados e o levantamento de campo o principal processo de coleta de dados, porém em um futuro próximo, a aerofotogrametria e o sensoriamento remoto devem tornar-se a tecnologia predominante de coleta de dados georeferenciados.

O processo de coleta de informações é um tanto quanto custoso e manual, mas é necessário e demasiadamente importante. Através destas informações, são executadas as análises e tomadas decisões futuras. A qualidade dos dados está diretamente associada com o posicionamento correto de um objeto e a veracidade das análises utilizadas em cima deste mapeamento. Qualquer erro na padronização dos dados com relação à projeção utilizada, escala e/ou sistema de coordenadas, pode influenciar no resultado de uma tomada de decisão.

Acurácia é definida como a estimativa dos valores serem verdadeiros, ou a probabilidade de uma predição estar correta. Os erros são inevitáveis dentro de um grau, por isso o principal objetivo é identificá-los e gerenciá-los.

Por exemplo, ao mapear uma residência presente em um logradouro, podemos classificar este ponto de acordo com a certeza que temos desta informação. Algumas classificações: local correto; algum lugar do logradouro; algum lugar do bairro; ponto central da cidade.

A acurácia dos dados é muito importante para que os usuários confiem no sistema. Dados com erros significativos podem afetar os resultados de análises por diversos anos, antes de serem descobertos.

Armazenamento e tipo de representações de dados

Vive-se em um mundo muito complexo, onde os recursos computacionais disponíveis são insuficientes para representá-lo na otimalidade. Sendo assim, algumas das formas de simplificação da realidade são necessárias para a obtenção possível dos elementos presentes no dia-a-dia para a representação gráfica dos elementos. A esse processo de simplificação da realidade nomeia-se de abstração, que nada mais é do que a técnica básica para a modelagem conceitual de dados geográficos.

Atualmente, a arquitetura mais empregada na construção dos sistemas de informação geográfica é composta de um SGBD relacional, responsável pela gerência dos atributos não-gráficos, juntamente a um componente responsável pelo gerenciamento dos atributos espaciais.

Existem diversas formas de representações, entre elas: ponto, linha, polígono, nó de rede, arco unidirecional, arco bidirecional, isolinhas, tesselação, amostrar, subdivisão planar, rede triangular irregular, etc.

Dados do tipo ponto

Um ponto nada mais é que um par ordenado de coordenadas espaciais, normalmente representado como (x,y). Esta definição não contempla a existência de pontos tridimensionais, os quais utilizam-se de uma nova coordenada (z) para a representação de uma grandeza qualquer.

Sem dúvida, esta é a forma mais simples de representar um objeto geográfico, permitindo a indicação da sua localização.

Exemplo de um dado ponto no formato STRING em um banco de dados espacial: POINT(-51.323212333, -29.22323332233).

Dados do tipo linha

Uma linha é um conjunto sequencial de pontos interligados por segmentos. Esta representação é usada para representar objetos em que o comprimento é sempre muito superior à largura, como por exemplo estradas e rios. Para se aproximar da realidade, uma curva em uma estrada é necessária a utilização de diversos pontos, pois a quantidade de vértices (pontos) muitas vezes representa a qualidade da informação.

Diversos elementos são representados utilizando-se linhas. Quando se trata de aplicações urbanas, elementos físicos como cercas, grades, muros, meio-fios e outros elementos são representados através de linhas.

Dados do tipo polígono

Um polígono tem como definição ser uma região do plano limitada por uma linha poligonal fechada. São segmentos de retas onde cada reta intersecta exatamente com os outros dois extremos.

São utilizados geralmente na representação de edifícios, lotes, lagos, praças, parques, piscinas, casas, calçadas entre outros.

Modelos de representações de dados espaciais

Dentre as diversas formas existentes, duas abordagens são amplamente utilizadas para a representação dos dados espaciais: a estrutura matricial (raster) e a estrutura vetorial.

Em uma representação matricial, a área estudada é dividida em uma grade regular de células retangulares. Cada célula armazena o valor que corresponde ao tipo de entidade que é encontrada naquela posição.

Na estrutura vetorial, os fenômenos geográficos são representados por um objeto de identificação própria, do tipo ponto, linha, polígono ou um objeto complexo. Sua posição é definida de acordo com a sua localização no espaço, definido junto a um sistema de coordenadas. Os objetos vetoriais não necessitam preencher todo o espaço, diferentemente da representação matricial, onde, obrigatoriamente, todas as posições devem estar referenciadas na base de dados.

Estruturas Vetoriais

Estruturas vetoriais são bastante utilizadas por outros meios além dos sistemas de informação geográfica. Sistemas CAD e outras ferramentas de desenho e manipulação de imagem utilizam-se de representações vetoriais. Nos projetos de engenharia, é muito comum a sua utilização, porém, na maioria das vezes, o que difere é o não uso de um sistema de coordenadas ajustado à superfície da Terra, presente em um GIS.

Shapefiles

Shapefiles são arquivos no formato vetorial com o objetivo de salvar localizações geométricas e informações com relação aos atributos associados. Foi criado no final de 1997, pela ESRI para a utilização no produto ArcView.

Uma shapefile lida com entidades geográficas singulares e suporta pontos, linhas e polígonos. Tem grandes vantagens sobre outras codificações como rapidez, menor espaço em disco e é facilmente editável.

Este formato possui uma descrição completa junto ao site da ESRI. Diversos softwares utilizam-se deste formato para a manipulação de arquivos, tanto comerciais como open source (uDig, gvSIG, Quantum GIS, entre outros).

Simple Feature Specification para SQL

Como visto anteriormente, a arquitetura mais empregada na construção dos sistemas de informação geográfica é composta de um SGBD relacional juntamente a um componente responsável pelo gerenciamento dos atributos espaciais. Isso possibilitou a construção de ambientes centralizados para o armazenamento das informações.

Para impedir que cada SGBD criasse a sua maneira de armazenas estas informações, foram criadas normas com o objetivo de controlar e padronizar estas informações.

As normas OpenGIS (Open Geodata Interoperability Specification), desenvolvidas pelo OGC, definem especificações que permitem a comunicação, execução e/ou transferência dos dados entre diferentes bases de dados, sem que tenha que se preocupar com as características específicas de cada unidade, no processamento de dados geográfico.

Destaca-se ainda que a concretização do OpenGIS para SQL, nomeada de Simples Feature Specification for SQL (SFS), define um esquema SQL normalizado com suporte às três operações citadas no parágrafo anterior, através da API do ODBC (Open Database Connectivity).

Existem alguns SGBD que permitem o tratamento de dados geográficos. Todos utilizam-se de extensões junto aos SGBDs para o gerenciamento dos dados geográficos. São eles: Oracle Spatial: extensão espacial desenvolvida sobre o SGBD Oracle; DB2 Spatial Extender: extensão espacial que permite o armazenamento de informações geográficas em bases de dados DB2; PostGIS: extensão espacial, não proprietária, que atua junto ao SGBD PostgreSQL. Primeiro SGBD de código aberto a trabalhar com um módulo específico para o tratamento de dados geográficos; MySQL: foi adicionado um novo tipo de dado (geometry) para as colunas da base de dados com o intuito de guardar as informações geométricas, a partir da versão 4.1.

Fontes

ANTENUCCI, J.C.; BROWN, K.; CROSWELL, P.L.; et al. Geographic Information Systems: A guide to the technology. Van Nostrand Reinhold, 1991.

ARONOF, S. Geographic Information Systems: a management perspective. Canada: WDL Publications, 1989.

CAMARA, Gilberto. Análise de Arquiteturas para Bancos de Dados Geográficos Orientados-a-Objetos. Dissertação (Tese de Doutorado). São José dos Campos, SP: USP, 1994.

FILHO, L. Jugurta; Projeto de Banco de Dados para Sistemas de Informação Geográfica. Universidade Federal de Viçosa. 2001.

GRUPE, Fritz H. Geographic Information Systems: A Case Study. In: Data Base Management. Boston: AUERBACH, 1992.

LILLESAND, T.; Kiefer, R.W. Remote Sensing and Image Interpretation 2.ed. New York; John Wiley Sons, 1987.

RECKZIEGEL, M. WebSite : http://sites.google.com/site/mauricioreckziegel/

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6 Comentários

Estou estudando a disciplina de geoprocessamento e estava voando quanto ao conteúdo e agora vc me deu o norte. Obrigada

André Fabiano

Maurício, parabéns por sua explanação sobre o tema. Este assunto mesmo sendo específico / especialista quando falamos de TI, entendo que seja um diferencial para quem o estude e aprimore para uso empresarial, pois falta gente com este expertise. Um abraço. AFL.

lourrany

Estou procurando projeções geograficas, alguem sabe de algum site? obg

mabila ferreira pinheiro

legla

mabila ferreira pinheiro

muito legal

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