View
226
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
INPE
Modelagem de Dados Geográficos
- Modelo orientado a objetos
- SIG
- Modelagem de DadosGeográficos (os quatrouniversos)
INPE -INPE - Divisão Divisão de de Processamento Processamento de de Imagens Imagens
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 22
Conceitos IniciaisConceitos Iniciais
Espaço Geográfico - é o meio físico onde asentidades geográficas coexistem - projeto detrabalho
Entidade Geográfica - é qualquer entidadeidentificável do mundo real, possuindocaracterísticas espaciais e relacionamentosespaciais com outras entidades geográficas. Dadogeográfico com dimensão e localização nasuperfície da terra
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 33
Conceitos IniciaisConceitos Iniciais
– Dados geográficos - características básicas:
Espacial - informa a posição geográfica dofenômeno e sua geometria;
Descritiva - descreve a entidade através deatributos;
Temporais - informam o tempo de validade dosdados geográficos e suas variações sobre otempo.
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 44
Conceitos IniciaisConceitos Iniciais
– Propriedades do dado espacial
- Geométricas : são propriedades métricas quedefinem a forma das entidades a partir feiçõesprimitivas ponto, linha e polígono. Algunsexemplos são comprimento, sinuosidade eorientação da linha, perímetro, área, volume,forma e inclinação da linha.
- Topológicas : são baseadas nas posiçõesrelativas dos objetos no espaço tais comoconectividade, orientação (de, para) e adjacência.
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 55
Modelo Orientado a ObjetosModelo Orientado a Objetos
• Objeto:– corresponde à entidade do modelo E-R– Possui:
• conjunto de atributos• conjunto de métodos para se acessar seus atributos
e realizar alguma tarefa
• objeto = empregado atributos (nome, endereço) métodos: recupera_nome, recupera_endereço
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 66
Modelo Orientado a ObjetosModelo Orientado a Objetos
• Objetos de mesma característica são agrupadosem classes
• Cada objeto de uma classe é uma instânciadesta classe
– classe empregado:atributos: nome, endereço, data_início, saláriométodos: recupera_nome, recupera_endereço, define_endereço, recupera_salário, tempo_serviço
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 77
Modelo Orientado a ObjetosModelo Orientado a Objetos
• Herança:– classes com características semelhantes– definir especializações de uma classe– classes derivadas herdam atributos e métodos da
classe superior
Pessoa
empregado cliente
secretária administrador caixa
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 88
Modelo Orientado a ObjetosModelo Orientado a Objetos
• Herança Múltipla– objetos herdam atributos de vários outros
Transporte Recurso Hídrico
Rodovia Rio Lago
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 99
Modelo Orientado a ObjetosModelo Orientado a Objetos
• Agregação– objeto superior é formado a partir da combinação de
um conjunto de outros objetos
bicicleta
roda freio marcha quadro
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1010
Modelo Orientado a ObjetosModelo Orientado a Objetos
• Propagação– característica da classe básica é derivado das classes
componentes
Município
área
Lote
áreaproprietário
Rodovia
área
Rio
áreanome
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1111
Modelo Objeto-RelacionalModelo Objeto-Relacional
• Extensão do modelo relacional• Permitem consultas baseadas em termos complexos• Atributos podem ser coleções de informações
– tipo MyString: conjunto de caracteres– tipo MyDate: dia, mês, e ano– tipo Author_List: conjunto de MyString– tipo Keyword_List: conjunto de MyString– tipo Document:
(MyString, Author_List, MyDate, Keyword_List)
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1212
Modelo Objeto-RelacionalModelo Objeto-Relacional
create type MyString char varying
create type MyDate ( dia integer, mês char(10), ano integer)
create type Document ( nome MyString, autor_list setof (MyString), data MyDate, palavras_chave setof (MyString) )
create table doc of type Document
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1313
Características de Banco de DadosCaracterísticas de Banco de Dados
• Relacional:– tipos de dados simples, linguagens de consulta eficientes,
proteção
• Orientado a objetos:– tipos de dados complexos, integração com linguagens de
programação, alta performance
• Objeto-relacional:– tipos de dados complexos, linguagem de consultas
eficientes, proteção
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1414
SistemasSistemas de de Informação Geográfica Informação Geográfica
• Ambiente computacional paraGeoprocessamento– Integrar dados cartográficos, cadastrais, de
sensores remotos, redes e modelos numéricosde terreno.
– Consultar, recuperar, visualisar, manipular eplotar o conteúdo de um banco de dados geo-referenciado.
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1515
EstruturaEstrutura de um SIG de um SIG
Interface
Consulta e Análise Espacial
Entrada e Integraçãode Dados
VisualizaçãoPlotagem
Gerência Dados Espaciais
Banco de DadosGeográfico
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1616
SIG x CADSIG x CAD
• CAD– coordenadas de papel
– regularidades nos objetos
– desenhos sem atributos
• SIG– projeções cartográficas
– topologia do espaço
– atributos descritivos
Angola
África do Sul
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1717
ModelagemModelagem de de Dados GeográficosDados Geográficos
Mundo real
Universo Universo
Conceitual Representação Implementação
Universo Universo
interface usuário
• Níveis de abstraçãomundo real → cadastro urbano, vegetação, solosconceitual → campos, objetosrepresentação → matrizes, vetoresimplementação → R-trees, quad-trees
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1818
UniversoUniverso do do Mundo Mundo Real Real
• Mapas temáticos
• Mapas cadastrais
• Modelos numéricos de terreno
• Redes
• Imagens de satélite
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 1919
OO que que é um é um mapa mapa??
• Modelo simplificado da realidade.
• Uma representação, normalmente emescala, de uma seleção de entidadesabstratas relacionadas com a superfícieda Terra.
• Modelo de dados que se interpõe entre arealidade e a base de dados de um SIG.
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2020
TiposTipos de de mapa mapa
• Carta topográfica– representação de superfícies
• Mapas temáticos– conceitos qualitativos (uso do solo, clima)
• Mapas cadastrais e redes– localização de objetos do mundo (lotes)
• Imagens de satélite– informação indireta sobre a realidade
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2121
Mapas temáticosMapas temáticos
• Distribuição espacial qualitativa dagrandeza em estudo
• Domínio do atributo– nominal: lista de valores
• mapa de vegetação• {floresta, cerrado, desmatamento}
– ordinal: escala de medida• mapa de classes de declividade• {0-5%, 5-10%, >10%}
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2222
Modelos NuméricosModelos Numéricos de de Terreno Terreno
• Distribuição espacial quantitativada grandeza em estudo
• Domínio do atributo– intervalo: referência arbitrária
• altimetria, batimetria• temperatura em graus Celsius
– razão: referência natural• peso, distância• temperatura em graus Kelvin
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2323
Mapas cadastraisMapas cadastrais
• Contém objetos geográficos individuais– mapas de países, lotes, propriedades rurais
País PIB (Us$ bn)
Pop (milhões)
Argentina
Brasil 350
295 34
159
Chile 45 14
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2424
MapasMapas de de rede rede
• Contém objetos com topologia arco-nó– utilizado para redes conectadas
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2525
MapasMapas de de rede rede
• Objetos endereçados no espaço
• Exemplo: rede de distribuição elétrica– rede primária
– rede secundária
– sub-estações, alimentadores
– postes, transformadores, chaves
– cadastro urbano
– cadastro de consumidores
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2626
MapasMapas de de rede rede
• Ligação forte com banco de dados
id label capacidade
22 Eng. Dentro 3.000 kVA
id label Transformador
2345 32-17-95 Classe 3
Sub-estações
Postes
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2727
ImagensImagens
• Fontes: satélites, fotografiasaéreas
• Elemento de imagem (pixel)– proporcional à energia
eletromagnética refletida ouemitida por área da superfícieterrestre
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2828
ModelandoModelando a a natureza natureza
• O que há num mapa?
• Linhas no mapa– divisão política
– separação entre tipos de solo
– isolinhas (cota 1000)
• E o mapa como modelo dedados?
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 2929
Universo conceitualUniverso conceitual
• Campos (variáveis geográficascontínuas)– mapa temático– modelo numérico do terreno– imagem
• Objetos (variáveis geográficasdiscretas)– linhas de transmissão– quadras
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3030
Universo conceitualUniverso conceitual: geo-: geo-campocampo
Geo-Campo: ƒ= [ R, A, λλλλ] , onde: R ⊂⊂⊂⊂ ℜℜℜℜ2, A = { A1, A2, ..., An} é um conjunto de atributos e λλλλ: R→→→→A mapeia pontos de R para valores em A.
Representa a distribuição espacial de uma variável que possui valores em todos os pontos pertencentes a R.
Contra-domínio da função conjunto enumerável = temático
mapa de cobertura vegetal valores contínuos (-∞ a +∞) = numérico
mapa de aeromagnetometria
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3131
Universo conceitualUniverso conceitual: geo-: geo-objetosobjetos
Dadas as regiões geográficas R1,R2,..Rn (Ri⊂ℜ⊂ℜ⊂ℜ⊂ℜ2) e o conjunto deatributos convencionais A1,...,An,
Geo-Objeto go = [ r1, r2, ..., rn, a1, a2,...,an], onde ri ⊆⊆⊆⊆ Ri é uma parte de uma região geográfica Ri e ai ∈∈∈∈ Ai é um valor particulardo atributo Ai.
É um elemento único que possui atributos não-espaciais e está associado a múltiplas localizações geográficas.
País PIB Pop
Argentina
Brasil 800
300 34
159
Chile 45 14
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3232
Geo-Geo-objetosobjetos
• Um geo-objeto, múltiplas representações
•1
•2
•3
id nome
Amazonas
Xingu
id nome
Yanomami
Waimiri
Kayapó
1
2
3
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3333
Mapa cadastralMapa cadastral
• Suporte para mapeamento de objetos
Lotes
geoid dono cadastro IPTU
22 Guimarães Caetés 768
endereço
22250186
Mapa Lotes n. 345Jardim Esplanada
23 Bevilácqua São João 456 110427
24 Ribeiro Caetés 790 271055
23
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3434
MapasMapas de de Rede Rede
p. 92-17-63
tr. 1567primária
Sub-estação
p 92-17-64
Hospital
secun.cons. 0193516
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3535
Modelo Modelo de de DadosDados - SPRING - SPRING
is-mapped-in
Dado de Sensoriamento Remoto
Geo-objeto
Cadastral
Plano de Informação
Rede
Banco de DadosGeográficos
Temático
Geo-campo
Numérico
is-a is-a
is-a
is-a
part-of
Não-espacial
part-of part-of
Banco de Dados Geográficos é composto por conjuntos de planos de informação,
um conjunto de geo-objetos e um conjunto de objetos não-espaciais
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3636
UniversoUniverso de de Representação Representação
Plano deInformação
RepresentaçãoGeométrica
Matricial Vetorial
é-um
is-represented-by
é-um
Plano de Informação é a generalização dos conceitos degeo-campo e de objeto cadastral
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3737
Representação VetorialRepresentação Vetorial
• Componentes– ponto, linha, região
– região M={1,2,3,4,5}
• Topologia– relação espacial entre objetos
– Toulouse fica na região MM
1
2 3
4
5
toulouse
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3838
TopologiaTopologia
Estrutura topológica do tipo nó-linha-polígono
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 3939
Representação MatricialRepresentação Matricial
• Componentes– matriz de células
– índice espacial
– cada célula, um valor
• Indica o que ocorre em cadalugar do espaço
Le
Li
AqLs
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4040
Representações para mapas temáticosRepresentações para mapas temáticos
• Vetorial– preserva relacionamentos topológicos– associa atributos a elementos gráficos– melhor exatidão e eficiência de armazenamento
• Matricial– fenômenos variantes no espaço– adequado para simulação e modelagem– processamento mais rápido e simples– maior gasto em armazenamento
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4141
Universo de Representação -TEMÁTICO
Hierarquia de representaçãoMapas Temáticos
RepresentaçãoGeométrica
RepresentaçãoMatricial
RepresentaçãoVetorial
é representado em
Conjunto de células de uma matriz 2Dde números inteiros (índices deTab. deCores)* Gerada a partir de mapeamentos deimagens classificadas ou conversão vetor - matriz
Imagem Temática
Mapas vetorias constituídos de Nós2D, Linhas 2D e Polígonos
* Gerados a partir da digitalização debases existentes, mapeamentos ouconversão matriz - vetor
Temático
é um é um
é umé um
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4242
Representações paraRepresentações para MNT MNT
Grade regular (matriz de reais)• elemento com espaçamento fixo• valor estimado da grandeza
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4343
Representações paraRepresentações para MNT MNT
Grade triangular (TIN)• conexão entre amostras• estrutura topológica arco-nó
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4444
Universo de Representação - NUMÉRICOHierarquia de representação
RepresentaçãoGeométrica
RepresentaçãoMatricial
RepresentaçãoVetorial
Conjunto de Linhas 2D commesmo valor de cota* Altimetria* Curvas de Isovaloresmagnéticos
ISOLINHA
Conjunto de Pontos comcoordenadas 3D (x,y,z)* Pontos Altimetria* Amostras de Solo (geoquímica)
PONTOS COTADOS
Conjunto de Linhas 2Dconectadas a Nós 3D* Gerada a partir de Isolinhas e/ou Pontos Cotados (c/ ou s/linhas de quebra)
GRADE TRIANGULAR
é representado em
Conjunto de células de umamatriz 2D* Gerada a partir de Isolinhas e/ou Pontos Cotados, GradeTriangular ou outra Retangular
GRADE RETANGULAR
é umé um
Modelo Numérico de Terreno
é um é um
é um
é um
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4545
Representações paraRepresentações para MNT MNT
Grade triangular Grade regular
Vantagens 1. Melhor representação de re-
levo complexo
2. Incorporação de restrições
como linhas de crista
1. Facilita manuseio e
conversão
2. Adequada para geo-
física e visualização
3D
Problemas 1. Complexidade de manuseio
2. Inadequada para visualiza-
ção 3D
1. Representação de re-
levo complexo
2. Cálculo de declividade
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4646
Universo de Representação -CADASTRAL
Hierarquia de representação
Mapa Cadastral
RepresentaçãoGeométrica
RepresentaçãoVetorial
é representado em
é um é umMapas vetorias constituídos de Nós2D, Linhas 2D e Polígonos* Gerados a partir da digitalização debases existentes, mapeamentos(levantamento topográfico, gps etrena)
Cadastro
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4747
Universo de Representação - REDESHierarquia de representação
Mapa de Redes
RepresentaçãoGeométrica
RepresentaçãoVetorial
é representado em
é um é um
Mapas vetorias constituídos de Nós derede 2D e Linhas 2D orientadas* Gerados a partir da digitalização debases existentes, mapeamentos(levantamento topográfico, gps etrena)
Redes
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4848
Representações computacionais para mapasRepresentações computacionais para mapas
Mapas temáticos Arco-nó-polígono Matriz de bytes
Mapas Cadastrais Arco-nó-polígono
Mapas de Rede Arco-nó
Modelos numéricos deterreno
Grades triangularesou isolinhas
Matriz de reais
Imagens Matriz de inteiros
Vetorial Matricial
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 4949
Universo de ImplementaçãoModelagem de Dados em Geoprocessamento
• As estruturas de dados e algoritmos para manipulaçãodos dados geográficos são escolhidos (nível decodificação)
• Deve-se considerar: desempenho
capacidade do equipamento
tamanho da massa de dados
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOSBANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS - MODELAGEM DE DADOS 5050
SPRING: Modelo SPRING: Modelo ConceitualConceitual
Recommended