Banco de dados geográficos

Banco de Dados Geográficos
Frederico Resende
Gilma Campos
Marcos Peres
Mauro César
DCOMP - UFSJ
Frederico Resende Gilma Campos Marcos Peres Mauro César Banco de Dados Geográficos

Introdu¸cão
O que são banco de dados geográficos?
São banco de dados preparados para armazenar dados sobre
informa¸cões espaciais;
Relacionados ao SIG;
Manipulam grande volumes de informa¸cões como mapas e imagens de
satélites.
Fonte: https://www.labgis.uerj.br

Introdu¸c˜ao
Fonte: Medeiros(2012)

Introdu¸cão
Geoprocessamento:
Processamento informatizado de dados georreferenciados;
Conjunto de conceitos, métodos e técnicas para produ¸cão de
informa¸cão geográfica;
Área também conhecida como Geomática.

Introdu¸cão
Geotecnologias são o conjunto de tecnologias para coleta, processamento,
análise e disponibiliza¸cão de informa¸cão geográfica como:
Topografia clássica;
Cartografia digital;
SIGs;
Sensoriamento remoto por satélites;
Sistema de posicionamento global(GPS);
Banco de dados geográficos.

Introdu¸cão
Primeiramente sobre os SIGs, o que são?
Geographic Information System;
Conjunto de sistemas de softwares e hardwares capazes de produzir,
armazenar, processar, analisar e representar informa¸cões sobre o
espa¸co geográfico;
Geram mapas, imagens de satélites, cartas topográficas, gráficos, etc.

Introdu¸cão
Entre as questões em que um SIG pode ter um papel importante
encontram-se:
Localiza¸cão: inquirir caracter´ısticas de um lugar concreto;
Tendência: compara¸cão entre situa¸cões temporais ou espaciais
distintas;
Rotas: cálculo de caminhos ótimos entre dois ou mais pontos;
Modelos: gera¸cão de modelos explicativos a partir do
comportamento observado de fenômenos espaciais;
Material jornal´ıstico: utiliza-se SIGs para aprofundar coberturas
jornal´ısticas, inclusive em tempo real.

Introdu¸c˜ao
Fonte: https://www.geoeasy.com.br

Banco de dados espaciais
Banco de dados espaciais/geográficos:
Semelhante aos relacionais, com a grande e importante diferen¸ca de
suportar fei¸cões geométricas;
Demandam grande quantidade de espa¸co para armazenamento dos
dados;
Fornecem armazenamento, recupera¸cão e análise muito mais
eficientes de dados espaciais.

Dados espaciais:
São associados à uma posi¸cão geográfica;
Representam uma localiza¸cão ou forma(cidades, estados, rios, etc);
Análises e consultas espaciais:
Cálculo entre distâncias, áreas e centróides;
Consultas por proximidades ou por região.

Os dados espaciais podem ser representados sob duas formas:
Modelo matricial:
Caracterizada por uma matriz de células de tamanho regulares;
Cada célula representa um determinado conjunto de valores;
Imagens de satélites e modelos digitais.
Fonte: https://ibis.colostate.edu

Modelo vetorial:
Representa¸cão mais realista, de fácil visualiza¸cão;
Utiliza pontos, linhas e pol´ıgonos para representa¸cão;
Fonte: https://www.colorado.edu/geography

Elementos de uma representa¸cão vetorial:
Entidade: abstra¸cão do mundo real que não pode ser subdividido
como abstra¸cão de mesmo tipo(cidade, pa´ıs, estrada);
Tipo-Entidade: conjunto de abstra¸cões do mundo real;
Atributo: caracter´ısticas de uma entidade;
Objeto: representa¸cão digital de uma entidade;
Camadas: objetos espaciais podem ser agrupados por camadas.

Objetos:
Ponto:
Representado pela sua localiza¸cão;
Não possuem dimensões significativas.
Fonte: FILHO; IOCHPE(1996)

Objetos:
Linha:
Representam objetos com tamanhos vari´aveis;
Possuem uma distribui¸c˜ao espacial linear.

Objetos:
Pol´ıgono:
Representa¸cão bidimensional;
Áreas(estados, pa´ıses, florestas).
Fonte: https://www.tempoagora.com.br

Camadas de objetos:
Fonte: https://saylordotorg.github.io/text essentials-of-geographic-information-systems

Compara¸c˜ao entre os modelos matricial e vetorial:
Fonte: https://sqlserverrider.ﬁles.wordpress.com

Compara¸cão entre os modelos matricial e vetorial:
Modelo Vetorial Modelo Matricial
Estrutura Complexa Simples
Topologia Melhor defini¸cão Defini¸cão fraca
Sa´ıdas Gráficas Boa qualidade Baixa qualidade
Manipula¸cão Fácil Imposs´ıvel
Visualiza¸cão Rápida Lenta

Dados espaciais são armazenados usando o sistema de coordenadas
de uma proje¸cão em particular;
Cada instância espacial tem um SRID(Spatial Reference Identifier);
Permite saber em que proje¸cão determinada tabela está.

Modelos, Álgebra e Linguagens
Modelo:
Modelo relacional estendido;
Álgebra:
Rose Algebra;
Linguagens de query:
SQL estendido: GEOSQL, PSQL;
Linguagem gráfica: GEO-SAL.

O SGDB ´e estendido para o SDT(Spatial Data Transfer) ao n´ıvel de tipos
de dados atˆomicos.
relation provinces(pname: STRING; area: REGION; ppop:INTEGER);
relation cities (cname: STRING; center: POINT; ext: REGION;
cpop: INTEGER);
relation rivers (rname: STRING; route: LINE).

Rose Algebra:
Usada para calcular distância, superf´ıcies e proximidade de objetos;
Uma opera¸cão pode ter a forma:
Unária: op (Tipo1) = Tipo2;
Binária: (Tipo1) op (Tipo2) = Tipo3;
Exemplos:
lines intersection lines = points;
{lines, regions} inside regions = bool;
regions intersection regions = regions;

Uso de expressões SQL para determinar:
Distância;
Ordem;
Topologia;
Área;
Comprimento;
Interseçcão;
União.

Consultas:
Abstraem a apresenta¸cão gráfica dos dados espaciais para gerarem as
consultas;
Dois tipos de consultas:
Spatial select - retorna objetos que satisfazem um predicado espacial
com o objeto de consulta;
Spatial join - uma jun¸cão que compara quaisquer dois objetos unidos
com base em um predicado em seus valores de atributo espacial.

Exemplos de consultas:
CREATE TABLE Country(Name varchar(30), State Integer, Pop
Integer, Shape Polygon);
Fonte: https://i.stack.imgur.com

Spatial select:
Todas as cidades da It´alia:
SELECT sname FROM cities c WHERE c.center inside Italy.area;
Todas as cidades a menos de 50 Km de Belo Horizonte:
SELECT d.nome, d.populacao FROM d Cidade, c Cidade WHERE
c.nome = ”Belo Horizonte”and distance(d,c) <50 and d.populacao
>50.000
Spatial join:
SELECT cname, sname FROM cities, provinces WHERE center
inside area.

Joins:
Non-spatial join:
SELECT S.name FROM Senator S, Business B WHERE S.soc-sec =
B.soc-sec;
Spatial join:
SELECT S.name FROM Senator S, Business B WHERE
S.district.Area() >300 AND Within(B.location, S.district)

Aplica¸c˜oes
Formatos de BDE:
Sistema de coordenadas;
Fonte: http://www.geographyalltheway.com/ks3g eography
Proje¸c˜ao.
Fonte: http://www.mundovestibular.com.br

Aplica¸cões
Critérios para avalia¸cão de um BDE:
Precisão espacial;
Precisão dos atributos;
Escala;
Capacidade de atualiza¸cão;
Além de todos os outros critérios de qualidade de banco de dados
aplicáveis.

Aplica¸cões
Um bom BDE possui regras e restri¸cões como:
Proteger a integridade dos dados;
Prevenir erros humanos;
Possuem dados estáticos:
Geralmente associados à geometria;
Separado dos dados dinâmicos;
E dados dinâmicos:
Gerados de forma automatizada;
Dados meteorológicos por exemplo.

Aplica¸c˜oes
Algumas ferramentas:
PostgreSQL/PostGIS;
MySQL Spatial;
Oracle Spartial;
Microsoft SQL Server(with ESRI SDE);
Hybernate Spatial.

PostGIS
É uma extensão do PostGreSQL;
Desenvolvido pela Refractions Research;
Gratuito e possui código-fonte livre;
Segue os padrões de interoperabilidade da OGC;
Atualmente na versão 2.3.3.
Fonte: http://www.gislounge.com

PostGIS
É apenas um módulo de extensão;
Necessita do PostGreSQL como base(SGBD).
Fonte: http://www.andersonmedeiros.com

PostGIS
Por padr˜ao, roda na porta 5432;
Uma instˆancia pode conter diversos bancos, com diversos schemas e
tabelas;
PostGIS vs Oracle Spatial vs MySQL Spatial:
Fonte: https://trends.google.com

PostGIS
Objetos espaciais:
POINT(0 0);
LINESTRING(0 0, 1 1, 2 2);
POLYGON((0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),(1 1, 2 1, 2 3, 3 2, 0 1));
MULTIPOINT(0 0, 1 2);
MULTILINESTRING((0 0, 1 1, 2 1),(2 2, 3 3, 1 0));
MULTIPOLYGON(((0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),(1 1, 2 1, 2 3, 3 2, 0
1),(-1 -1, -2 -2, -1 -1, -2 -2, -1 -2))).

PostGIS
Estrutura dos dados definida pelo padrão OGC SFS(Simple Feature
Specification).
Fonte: http://www.fernandoquadro.com.br/html/postgis/

PostGIS
Trabalha com duas tabelas de meta-dados:
GEOMETRY COLUMN;
SPATIAL REF SYS.

PostGIS
Na tabela GEOMETRY COLUMN consistem as informa¸c˜oes das tabelas
espaciais, da seguinte forma:
F TABLE CATALOG;
F TABLE SCHEMA;
F TABLE NAME;
F GEOMETRY COLUMN;
COORD DIMENSION;
SRID;
TYPE.

PostGIS
Na tabela SPATIAL REF SYS é onde são carregadas as informa¸cões dos
sistemas de coordenadas utilizados pelo banco:
SRID;
AUTH NAME;
AUTH SRID;
SRTEXT;
PROJ4TEXT.

PostGIS
Rela¸c˜ao entre as tabelas GEOMETRY COLUMN e SPATIAL REF SYS:
Fonte: http://tsunamiportal.nacse.org/documentation

PostGIS
Criando tabelas com dados espaciais:

PostGIS
Inserindo dados espaciais:

PostGIS
Recuperando dados espaciais:

PostGIS
Algumas fun¸c˜oes do PostGIS:
ST Area: retorna a ´area de um pol´ıgono;

PostGIS
ST Contains: retorna TRUE se A estiver em B;
Fonte: https://postgis.net/docs

PostGIS
ST Intersects: retorna TRUE se houver algum tipo de intersec¸c˜ao;

PostGIS
ST Centroid: retorna o ponto central da ´area;
Fonte: https://postgis.net/docs/

PostGIS
V´arios softwares utilizam PostGIS como um backend:
ArcGIS;
GeoMidia;
Kosmo;
MapSurfer.NET;
QGIS;
TerraView;
Uber.

PostGIS
Vantagens do PostGIS:
Ser um software livre e gratuito;
Possui poderosas funcionalidades;
Fácil importa¸cão/exporta¸cão de dados;
Integra¸cão com SIG e WebGIS;
Amplamente utilizado, possui grande comunidade de suporte.

WebMapping
O que é WebMapping?
Trata-se da disponibiliza¸cão de mapas digitais online;
Permite que sejam acessados de forma hábil e atraente;
Utiliza um BDE para armazenamento dos dados;
Também chamado de WebGIS.
Fonte: http://resources.arcgis.com

WebMapping
Vis˜ao geral de um SIG:
Fonte: http://explorations.cl

WebMapping
Arquitetura do WebMapping:
Fonte: https://www.e-education.psu.edu

WebMapping
Três tipos de WebGIS:
Mapas estáticos;
Mapas gerados à partir de formulários;
Mapas dinâmicos.

WebMapping
Mapas estáticos:
Em formato de imagem(*.jpg, *.gif, *.png, etc) integrados à páginas
da internet;
Forma mais básica de WebMapping;
Baixa interatividade.
Fonte: https://www.infoescola.com/geografia/web-mapping

WebMapping
Mapas gerados à partir de formulários:
Fornece-se parâmetros para gera¸cão de mapas na forma de imagem;
Pouca versatilidade de navega¸cão sobre o mapa;
Pouca usabilidade.

WebMapping
Mapas dinâmicos:
Usuário seleciona uma área de seu interesse, gerando navega¸cão para
outro mapa;
Interface mais atraente, com consultas espaciais dispon´ıveis;
Mais frequente na atualidade.
Fonte: https://www.infoescola.com/geografia/web-mapping

WebMapping
Vantagens de usar WebMapping:
Facilidades de manuseio pelo usuário final(aplica¸cões amigáveis);
Independência de sistema operacional;
O usuário só precisa de um computador com navegador e acesso à
internet;
Dependendo da arquitetura da qual se fez uso, não é necessário
carregar, instalar ou manter qualquer software ou dados no cliente;
Podem interagir com sistemas desktop ou outros sistemas da
internet(interoperabilidade);
Permite diferentes tipos de acesso aos dados.

WebMapping
Desvantagens de usar WebMapping:
Tempo de carga de dados;
Limita¸cões das análises espaciais;
Não substitui uma aplica¸cão de SIG por completo.

WebMapping
Softwares e frameworks para desenvolvimento de WebGIS:
MapServer;
GeoServer;
i3Geo;
Alov Map;
Open Layers.

WebMapping
Servi¸cos que utilizam WebGIS:
Google Earth e Google Maps;
Whereis;
liveMaps;
Portais governamentais;
MultiMap.

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