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1. Sistemas de Informações Geográficas SIGs

2. UNIVERSIDADE FEDERAL DOS ESPÍRITO SANTO – UFES CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS - CCHN DEPARTAMENTO DE GEOGRAFIA - DPGEO LABORATÓRIO DE GEOMÁTICA DA UFES - LGU Capítulo 1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS PROF. ALEXANDRE ROSA DOS SANTOS Engenheiro Agrônomo - UFES Mestrado em Meteorologia Agrícola – UFV Doutorado em Engenharia Agrícola - UFV

3. Sistemas de informações geográficas - SIGs Tecnologia SIG x Microscópio e Computadores Fundamentos Teóricos O final do século XX, sem sombra de dúvidas, está consagrado como a era do gerenciamento disciplinado de informações Por que os dados originais a serem usados nos SIGs devem ser precisos? Se o conjunto de dados, originalmente, for constituído de “lixo”, o produto derivado de operações realizadas em ambiente SIG será um “lixo” organizado, portanto sem utilidade. CLIQUE AQUI PARA VER FIGURA

4. Logo, estas três maneiras de se observar os fenômenos que ocorrem na superfície da terra são, coletivamente, denominadasdados espaciais(SINTON, 1978) Quando as variações são detectadas através de mudanças de características (geologia, cobertura vegetal) Quando a variação muda de lugar para lugar (declividade, altitude, profundidade do solo) Quando a variação muda com o tempo (densidade demográfica, ocupação do solo) 1.1 DADOS ESPACIAIS Os fenõmenos relacionados ao mundo real podem ser descritos de três maneiras: ESPACIAL TEMPORAL TEMÁTICA

5. INFORMAÇÃO As descrições dos fenômenos relacionados ao mundo real podem ser arquivadas ora como dados, ora como informações DADOS Conjunto de valores numéricos ou não que corresponde à descrição de fatos do mundo real Conjunto de dados que possui um determinado significado para um uso ou aplicação em particular, ou seja, foi agregado ao dado um componente adicional, a interpretação

6. São relacionados a superfícies contíguas (Ex: superfície topográfica, variação da temperatura, pressão, etc.) Cada ponto contém coordenadas X, Y, Z, podendo ter precisão ilimitada Dependência espacial, ou seja, a tendência da vizinhança influenciar uma determinada localização e possuir atributos similares Os dados espaciais estão distribuídos sobre a superfície curva da Terra FATORES QUE DISTINGEM OS DADOS ESPACIAIS DOS DEMAIS DADOS

7. É um dado espacial que não possui área, é representado por um único par de coordenadas e pode representar uma determinada árvore, uma fonte ou temperatura São áreas definidas por uma seqüência de linhas que não se cruzam e se encontram em um nó, como, por exemplo, uma unidade litológica ou uma área de ocorrência de determinado tipo de solo Correspondem ao início ou fim de uma linha, ou à representação do cruzamento de duas ou mais linhas, como, por exemplo, foz de rios ou cruzamento de estradas Representam um tipo especial de linhas que correspondem aos segmentos lineares que definem os limites entre polígonos, ou seja, uma linha que é compartilhada por dois polígonos, como por exemplo, limites entre municípios ou fazendas É um dado espacial formado por uma seqüência de pontos conectados, por exemplo, estradas e rios Os objetos ou condições do mundo real podem ser representados, discretamente, por: PONTOS NÓS POLÍGONOS LINHAS OU ARCOS CADEIAS

8. Ex2: Se levarmos em consideração o número de municípios, no caso brasileiro nós temos 5.022 (dados de 1996), a resolução média de um mapa que represente os municípios será de: ESCALA: Razão entre o comprimento ou área apresentada no mapa e o verdadeiro comprimento ou área existente na superfície da terra. RESOLUÇÃO ESPACIAL: Conteúdo do domínio geométrico dividido pelo número de observações, normalizadas pela dimensão espacial. O domínio geométrico representa a área coberta pelas observações. Ex1: Se a área do Brasil é de, aproximadamente, 8,5 milhões de km2 e existem 26 Estados, a resolução de um mapa que represente os Estados será de: CONCEITOS IMPORTANTES Ex: Qual o significado escala de 1:50.000? 1cm no mapa = 50.000 cm, 500 m ou 0,5 km na superfície da terra

9. Representações Analógicas Representações Digitais Os dados espaciais, em diferentes ESCALAS e RESOLUÇÕES, podem ser codificados em: Codificação das entidades espaciais em linguagem binária, portanto em formato adequado para serem armazenadas em computadores Disposição das entidades espaciais em papel

10. CAPTURA DE DADOS ESCANERIZAÇÃO DIGITAÇÃO MANUAL Os processos envolvidos na transformação de dados analógicos em dados digitais são, coletivamente, conhecidos como: OBS2:Como os dados espaciais correspondem sempre a uma generalização ou aproximação da realidade, eles contêm INCERTEZAS e IMPRECISÕES OBS1: a digitação manual é ainda amplamente usada, pelo fato, da escanerização depender da qualidade dos mapas originais entre outros fatores.

11. PRIMÁRIAS SECUNDÁRIAS Correspondem àquelas medidas diretamente no campo Correspondem àquelas derivadas de mapas e banco de dados persistente As fontes de dados espaciais podem ser consideradas como:

12. Representação VETORIAL e representação RASTER ou MATRICIAL

13. É a ciência dos meios (SCRUTON, 1982) TECNOLOGIA É a arte e a técnica de estudar a superfície da terra e adaptar as informações às necessidades dos meios físicos, químicos e biológicos GEOTECNOLOGIA OBS QUAL A DIFERENÇA ENTRE TECNOLOGIA E GEOTECNOLOGIA ???? Fazem parte da geotecnologia o Processamento Digital de Imagens (PDI), a Geoestatística e os SIGs

14. Fim do séc. XIX Início do séc. XX 1939 Fim do séc. XIX Início do séc. XX 1939 1990 ALGUNS PARADIGMAS DA GEOGRAFIA (BUZAI & DURAN, 1997) ATUALIZAÇÃO DA GEOGRAFIA REGIONAL (Hartsthone) GEOGRAFIA REGIONAL (P. V. de la Blache) GEOGRAFIA COMO CIÊNCIA HUMANA (Ratzel) GEOGRAFIA RADICIAL (Vertente humanista) (Tuan) GEOGRAFIA QUANTITATIVA (Bunge) GEOGRAFIA RADICIAL (Harvey) GEOTECNOLOGIA

15. 1.2. OS SUPORTES DOS SIGs Por que os SIGs é considerado uma ciência MULTIDISCIPLINAR ??? Por que para atenderem às expectativas dos usuários e à demanda da sociedade, necessitam de apoio de vários campos do conhecimento humano, sendo eles: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO GERENCIAMENTO DAS INFORMAÇÕES CARTOGRAFIA GEODÉSIA FOTOGRAMETRIA TOPOGRAFIA PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS GEOGRAFIA

16. hardware Complexidade do uso software CUSTO COMPLEXIDADE Complexidade do software TEMPO TEMPO EVOLUÇÃO DAS RELAÇÕES DE CUSTO, TEMPO E COMPLEXIDADE ENTRE SOFTWARE E HARDWARE

17. CARTOGRAFIA: Conjunto de operações científicas, artísticas e técnicas produzidas a partir de resultados de observações diretas ou de explorações de documentação, tendo em vista a elaboração de cartas e plantas. MAPA: Segundo a ABNT, mapa é a “representação gráfica em, geral, em superfície plana, numa determinada escala, com a Representação de acidentes físicos e culturais da superfície da Terra, de um planeta ou de um satélite”. É o mapa de Ga-Sur, feito na Babilônia. Era um tablete de argila cozida com tamanho de 7 cm x 8 cm, datado aproximadamente de 2400 a 2200 a.C. Representava um vale, presumivelmente o do rio Eufrates, e foi concebido para resolver problemas militares QUAL O MAPA MAIS ANTIGO QUE SE TEM NOTÍCIA??

18. CARTAS: MAPAS TEMÁTICOS: “Representação dos aspectos naturais e artificiais da Terra, destinadas a fins práticos da atividade humana, permitindo a avaliação precisa de distâncias, direções e localizações. São mapas específicos, como mapas de de solos, de rochas etc., que possuem características determinadas. O tema pode ser: MAPAS POLITEMÁTICOS Mostram informações qualitativas e quantitativas sobre mapas, por exemplos, mapas de solo mostrando o resultado da produção agrícola. Profundidade do lençol freático, espessura de solos etc. Classes de solo Qualitativo Quantitativo

19. DEFINIÇÕES IMPORTANTES Observa e mede a forma e o tamanho do planeta Terra ou parte dele e determina a exata localização dos pontos sobre a superfície. GEODÉSIA É a ciência que produz medidas confiáveis através da Fotografia, normalmente aérea, sendo utilizadas em Mapeamentos e levantamentos. FOTOGRAMETRIA Fornece técnicas para determinar a área de qualquer porção da superfície terrestre, além de comprimento e direção de linhas e o contorno de superfície. TOPOGRAFIA Tecnologia que obtém medidas de objeto sem tocá-lo fisicamente e oferece um vasto arsenal de produtos caracterizados por imagens de diferentes resoluções espaciais e espectrais. SENSORIAMENTO REMOTO

20. Planejamento urbano Engenharia civil Os engenheiros civis necessitam planejar estradas, canais e barragens e estimar o custo de remoção de terra A enorme quantidade de infra- estrutura, como água, gás, eletricidade telefonia, esgoto e lixo, Necessita ser registrada e gerenciada. A vigilância sanitária pode ser gerenciada através do uso de geografia em processos epidemiológicos, como foi utilizada na Inglaterra no século XIX. Planejadores urbanos necessitam de informações detalhadas sobre a distribuição da terra e recursos nas cidades O departamento de polícia precisa saber os níveis de segurança das cidades Os governos precisam saber a distribuição espacial dos hospitais, das escolas, da segurança Governo Segurança Infra-estrutura Vigilância sanitária ALGUMAS APLICAÇÕES DOS SIGs Detalhes da aplicação Planejamento urbano Engenharia civil Governo Segurança Infra-estrutura OUTRAS APLICAÇÕES Vigilância sanitária

21. É o conjunto de elementos entre os quais haja alguma relação. Um exemplo é o ônibus, pois todos os componentes atuam juntos para proporcionar um meio de transporte ágil e seguro. SISTEMA Correspondem à derivação da interpretação de dados, os quais são representações simbólicas de certas características (BENYON, 1990) INFORMAÇÕES É uma cadeia de operações que nos remete a planejar a observação e a coleção de dados, para armazená-los, analisá-los e usar as informações derivadas em algum processo de tomada de decisão (CALKINS & TOMLINSON, 1977) SISTEMA DE INFORMAÇÕES DEFINIÇÕES IMPORTANTES

22. Ducker (1979) Ozemoy, Smith e Sicherman (1981) DEFINIÇÃO COMPLETA Os SIGs necessitam usar o meio digital, portanto o uso intensivo da informática é imprescindível; deve existir uma base de dados integrada, estes dados precisam estar geo-referenciados e com controle de erro; devem conter funções de análises destes dados que variem de álgebra cumulativa (operações tipo soma, subtração, multiplicação, divisão etc) até álgebra não cumulativa (operações lógicas) Um caso especial de sistemas de informações, no qual o banco de dados consiste em informações sobre características distribuídas espacialmente, atividades e eventos, os quais são definidos no espaço como pontos, linhas ou áreas. Um elenco de funções automáticas que fornece aos profissionais, com avançada capacidade, o armazenamento, recuperação, manipulação e exibição de dados geograficamente definidos. 1.3. Definição de SIG Opershaw (1987) Ducker (1979) Ozemoy, Smith e Sicherman (1981) Burrough (1981) Devine e Field (1981) Smith et al.(1987) Parker (1988) Cowen (1988) FICC (1988) Parent (1988) DOE (1979) Carter (1989) Koshkariov, Tikunov e Trokimov (1989) Star e Estes (1990) Hanigan (1988) Aronoff (1989) Goodchild (1991) DEFINIÇÃO COMPLETA

23. O CADD (Projetos de desenhos assistidos por computador) foi concebido para desenhar objetos e possui ligações rudimentares com banco de dados (NEWELL & THERIAULT, 1990). Estes sistemas possuem poucas informações sobre topologia. O SGBD (Sistemas de Gerenciamento de Banco de Dados) são aplicativos otimizados para armazenar e recuperar dados não gráficos. O SR (Sensoriamento Remoto) é definido como um conjunto de técnicas que tem como objetivo específico medir características físicas de um objeto sem tocá-lo. O SMDE (Sistemas de Modelos Digital de Elevação) representam os dados espaciais de forma contínua em um espaço geográfico determinado. TODOS ESSES SISTEMAS SÃO PRECUSORES DOS SIGs E SÃO, DE CERTA FORMA, INTER-RELACIONADOS VEJA FIGURA 1.4. Inter-relações entre SIG, CADD, SGBD,SMDE e SR • CADD: • SGBD: • SR: • SMDE:

24. SGBD SIG CADD SMDE SR Inter-relações entre as tecnologias SGBD, SMDE, SR, CADD e SIG

25. Os equipamentos HARDWARE Os aplicativos SOFTWARE O pessoal especializado PEOPLEWARE O banco de dados DATAWARE Obs: 70% do custo de implementação de um SIG refere-se à montagem de uma base de dados Os elementos básicos de um SIG são:

26. Cada elenco de dados e funções é armazenado como um arquivo separado, e todos são ligados durante operações analíticas. Ex: GRASS e IDRISI. Os dados não espaciais são armazenados em Idrisi32 Um sistema de gerenciamento de banco de dados e, em sepaado, Um programa é acionado para analisar os dados geográficos. Ex: Arc/INFO, ArcMap e o REGIS. ArcMap Tanto os dados geográficos quanto os dados não espaciais são armazenados em SGBD, o qual é estendido para fornecer apropriadas funções analíticas. Ex: TIGRIS e SYSTEM9. Os aplicativos tem sido gerados a partir de três vertentes • Processamento de arquivos: • Modelo híbrido: • Expansão gráfica:

27. Questões básicas a serem respondidas por um SIG (modificado de RHIND, 1990) O que está em...? Onde está...? O que mudou...? Qual o melhor caminho...? Qual a melhor variável...? Ocorrendo um evento... Se ocorrer...

28. Objetivos suplementares de um SIG: Produzir mapas de maneira muito mais rápida Baratear o custo de produção de mapas Facilitar a utilização de mapas Produzir mapas mais elaborados Possibilitar a automação da atualização e revisão Revolucionar a análise quantitativa de dados espaciais

29. DADOS DIGITAIS TEXTOS GRÁFICOS OUTROS Os principais tipos de saídas de um SIG são: Tabelas, listas, números frases em resposta a determinadas perguntas Dados para serem transmitidos via rede ou serem armazenados em determinados meios magnéticos ou óticos Sons e imagens em 2,5-D Mapas, imagens no monitor

30. 1.5. Introdução aos computadores Os dados no ambiente dos computadores são codificados, manipulados e armazenados para serem usados sob duas condições, por exemplo: Na terminologia dos computadores, as duas condições são representadas por notações binárias através do uso de 1 (um) e 0 (zero) Cada dígito binário é chamado de bit e a complexidade dos circuitos dos computadores é sempre descrita em termos de número de bits que pode ser transmitido simultaneamente OBS2:Um grupo de 8 bits é chamado de byte, que é a unidade padrão de medida de dados nos computadores. OBS1:Atualmente, os computadores pessoais (personal computer – PC) usam 8, 16, 32 e 64 bits.

31. =7510 =7510 Para a notação binária, os 8 bits são numerados de 0 até 7 a partir da direita, assim o número 255 e 0 são representados por 111111111e 00000000, respectivamente. EXEMPLO PRÁTICO Qual o significado dos dígitos binários01001011? Ou

32. Refere-se a qualquer dispositivo físico como parte de um sistema computacional. Compõem-se essencialmente de: Unidade central de processamento - CPU Unidades de armazenamento Exemplos • As principais uniidades de armazenamento • são discos magnéticos e discos óticos: • Disquetes: 1,4 Mb • Fitas de áudio digital (DAT) de 4 mm e 8 mm: • 2 a 8 Gb • Fitas streamers: 60 a 150 Mb. • Disco Rígido (HD): 100 Mb a 100 Gb A CPU recebe as instruções e as executa processando os dados conforme foi estabelecido por um programa em particular e é o elemento fundamental de um computador. Definições importantes • Hardware: Unidade central de processamento - CPU Unidades de armazenamento Monitores Plotters Clique aqui para ver Figuras Impressoras Scanners

33. MICROPROCESSADOR DISCOS DISPOSITIVOS DE ENTRADA

34. FIM

35. Os SIGs são usualmente aceitos como sendo uma tecnologia que possui o ferramental necessário para realizar análises com dados espaciais e, portanto, oferece, ao ser implementada, alternativas para o entendimento da ocupação e utilização do meio físico, compondo o chamado universo da GEOTECNOLOGIA, ao lado do Processamento Digital de Imagens (PDI) e da Geoestatística

36. A TECNOLOGIA SIG está para as análises geográficas, assim como o MICROSCÓPIO, o TELESCÓPIO e os COMPUTADORES estão para outras ciências (Geologia, Astronomia, Geofísica, Administração, entre outras

37. LIXO LIXO Se os dados originais forem imprecisos, o produto final será um “lixo” organizado.

38. A definição apropriada para dados espaciais é que são elementos definidos pelas variáveis X, Y e Z, possuem localização no espaço e estão relacionados a determinados Sistemas de Coordenadas, como, por exemplo, a projeção de Mercator, longitude-latitude, e que a eles podem estar associadas infinitas características ou atributos. Assim, a um determinado dado espacial podem estar relacionado, por exemplo, temperatura, tipo de rocha, solo, vegetação, porosidade, profundidade, ou seja, um número infinito de variáveis

39. Planejamento Gerenciamento Territorial Arquitetura Seleção de locais para Empreendimen- tos Aquisição e armaz. de Dados Engenharia Florestal Estruturação de Dados Geração de informação NÚCLEO DO SIG Análise Ambiental Análise Ambiental Planejamento Militar Gerenciamento Gerenciamento de Infra-Estrutura Geologia e Geofísica Gerenciamento de Recursos Hídricos