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Sistemas de Informações Geográficas

Sistemas de Informações Geográficas. Unidade 4: Arquitetura de SIG Prof. Cláudio Baptista 2010.1. Arquitetura em Camadas. Separar as camadas de Armazenamento Manipulação Visualização. Arquitetura em Camadas. Arquitetura em Camadas. Primeira camada trata da Visualização e Manipulação:

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  1. Sistemas de Informações Geográficas Unidade 4: Arquitetura de SIG Prof. Cláudio Baptista 2010.1

  2. Arquitetura em Camadas • Separar as camadas de • Armazenamento • Manipulação • Visualização

  3. Arquitetura em Camadas

  4. Arquitetura em Camadas • Primeira camada trata da Visualização e Manipulação: • Visualização • oferece funções básicas para visualização de objetos tradicionais e georeferenciados • Manipulação • oferece funções para denição e manipulação destes objetos.

  5. Arquitetura em Camadas • Segunda Camada corresponde ao nível de representação do modelo • oferece separadamente serviços de manipulação de alto nível para atributos convencionais • representação raster • representação vetorial

  6. Arquitetura em Camadas • Terceira Camada engloba os subsistemas que oferecem serviços de armazenamento • Armazenamento de dados não-espaciais • Armazenamento de dados em formato raster • Armazenamento de dados em formato vector • Fazem uso do subsistema de Armazenamento Físico (SAF) que está na quarta camada

  7. Estratégias de Implementação • Existem diferentes estratégias de implementação para a arquitetura em camadas, baseadas em sistemas de gerência de bancos de dados com grau crescente de funcionalidade • Estudaremos as estratégias: • Relacional • Dual • Campos Longos • Integrada

  8. Estratégias de Implementação • Relacional • Representação de temas por relações. Um objeto geográfico é uma tupla de uma relação • Atributos são tipos simples • Permite uso de SQL para consulta aos dados • Não há implementação de SV, SAM, SMM

  9. Estratégias de Implementação Borda País • Relacional - Exemplo Ponto Contorno

  10. Estratégias de Implementação Consulta: “Obtenha os contornos da França” select Borda.contornoId, X, Y from Pais, Borda, Contorno, Ponto where nome = ‘França’ and Pais.bordaId = Borda.BordaID and Borda.ContornoID = Contorno.contornoID and Contorno.pontoID = Ponto. pontoID ORDER BY Borda.ContornoId, Ponto_num • Relacional - Exemplo

  11. Estratégias de Implementação • Relacional • Desvantagens • Dificuldade em elaborar consultas (princípio de independência de dados é quebrado) • Baixa performance (muitas junções!) • Não amigável, tem que se manipular pontos sempre • Dificuldade de definir tipos espaciais • Impossibilidade de expressar consultas espaciais (SMV e SMM) Conclusão: Alternativa POUCO VIÁVEL!!!!! DON’T USE IT!

  12. Estratégias de Implementação • DUAL • Um SIG usando a arquitetura DUAL possui: • um SGBD relacional para armazenar em tabelas a componente convencional de todos os objetos (dados não espaciais) • arquivos normais para a componente espacial dos objetos. • Em termos da arquitetura proposta: • SMC e SAC sob um SGBD Relacional • smm, sam, smv e sav sobre o sistema de arquivos do sistema operacional

  13. Estratégias de Implementação • DUAL • Estratégia seguida pela grande parte de fabricantes de SIG: • ARC/Info • Geomedia • MapInfo • Autodesk

  14. Estratégias de Implementação • DUAL • Consulta • A execução de uma consulta em um ambiente dual tipicamente segue um plano bem rígido: a componente convencional da consulta é processada pelo sgbd relacional, em separado das restrições espaciais, que são deixadas a cargo do smm e do smv; os resultados parciais são posteriormente combinados pelo sm para gerar o resultado nal da consulta. • => redução da possibilidade de otimização da consulta com um todo!! ( reduz performance)

  15. Estratégias de Implementação • DUAL • Problemas: • Requer treinamento em dois mundos distintos (SGBD + SIG) • Não utiliza recursos de SGBD (concorrência, tolerância a falhas, otimização, integridade) para os dados espaciais • SAM e SAV só usam as funcionalidades de sistema de arquivo (pobre) • Problema de integridade: se removermos um objeto espacial, quem garante que os respectivos dados convencionais também serão removidos???

  16. Estratégias de Implementação • Campos Longos (BLOBS) • Esta estratégia baseia-se no uso de SGBDs relacionais com suporte para campos longos, nos quais são armazenadas as componentes espaciais dos objetos • Então, SMC, SAC, SAV e SAM estão no SGBD • Porém, SMM e SMV ainda estão fora do SGBD

  17. Estratégias de Implementação • Campos Longos (BLOBS) • Vantagens • uso de um SGBD para representação de dados convencionais e espacias, fazendo uso de toda funcionalidade de um SGBD • Desvantagens • Um BLOB é uma caixa preta (binário) em que se pode acessar todo o objeto ou parte deste, mas sem conhecer a semântica do objeto • Em consequência, a implementação do SIG ainda deve incluir métodos de acesso espacial e um otimizador de consultas que prepare planos de execução que façam uso destes métodos

  18. Estratégias de Implementação • Integrada • uso de um SGBD estensível (Orientado -a objeto ou Objeto -Relacional) que disponha de mecanismos que permitam implementar o tratamento das componentes espaciais através de extensões ao seu ambiente • Exemplos: PostgresQL, Oracle 9i, Informix Universal Server, IBM DB2 Universal Server, O2 e ObjectStore

  19. Estratégias de Implementação • Integrada • SGBD’s estensíveis permitem adicionar novos tipos de dados e operações voltadas para as funcionalidades espaciais. • DDL e DML são estendidas para usar estes novos tipos e operações • Mecanismos de indexação espacial (Rtree) podem ser criados e o SGBD saberá como otimizar consultas usando estes novos mecanismos

  20. Estratégias de Implementação • Integrada • Vantagens: • Total integração de dados convencionais com espaciais, inclusive usando toda funcionalidade provida por um SGBD • Semântica de dados espaciais conhecida • smm, sam, smv e o sav como extensões do sgbd • Melhor performance

  21. Evolução dos SIGs • No princípio existia apenas uma coleção de rotinas com as quais um bom programador poderia contruir um SIG • 1980: uso de uma API mais sofisticada com interface via linha de comando, execução em workstations • 1990: Introdução de GUI, capacidade de customização => permitiu o desenvolvimento de aplicações para um domínio específico

  22. Arquitetura Distribuída

  23. Arquitetura Distribuída Cliente-Servidor • Duas Camadas Desktop Data Server

  24. Arquitetura Distribuída Cliente-Servidor • 3 (n) Camadas Desktop Application Server Data Server Uso massivo de componentes Introdução dos g-services

  25. Tipos de SIGs • Podemos classificá-los em 6 categorias: • Profissional • Desktop • Hand-held • Component • Viewer • Internet

  26. Sig Profissional • É o SIG completo capaz de realizar • coleta de dados, display e edição • administração de BD • geoprocessamento e análise avançada • transformação • geo-estatística • suporte a vector e raster • análise em 3D • Exemplo: ESRI ARC/GIS 8 • Preço varia entre US$ 8.000 a 20.000 por licença

  27. SIG Desktop • Mais focado em uso dos dados do que na sua criação • Inclui ferramentas para fazer mapas, relatórios, gráficos • É o tipo de SIG mais usado hoje em dia (custo X benefício) • Exemplos: ESRI Arc/View, Intergraph GeoMedia, Idrisi, MapInfo • Preços: de US$ 1000 a 2000

  28. SIG Hand held • Capacidade de SIG móvel • displays de 320 X 240 pixels • Programa e dados residem em memória (não há discos) e memória é pequena (16K, 64K, 16M, 64M) • Ex.: Autodesk OnSite, ESRI ArcPad, Smallworld Scout • Preços: US$ 500,00

  29. Componentes de SIG • Fabricantes fornecem coleções de componentes para SIG • Progamadores usam estes componentes para desenvolver aplicações específicas e otimizadas • Ex: ESRI MapObjects, MapInfo MapX • Preços: US$ 1000 a 2000 pelo kit de desenvolvimento + US$ 100 por aplicação deployed

  30. SIG Viewers • Provêm apenas funcionalidade limitada (display, query e mapas simples) • Desenvolvidos no final da década de 90, são em geral de graça. • Ex. ESRI ArcExplorer, Intergraph GeoMedia Viewer, MapInfo ProViewer • Razão maior de existência: ajuda a vender o formato de dados e terminologia específica de um dado fabricante!

  31. Internet SIG • É o tipo que mais promete para uso em massa dado o sucesso da Internet • Na maioria dos casos deseja-se apenas display e query, tende a mudar no futuro quando tecnologia se aperfeiçoar • Ex de aplicações MS Expedia tem mapas interativos (www.expediamaps.com ) MapQuest permite encontrar caminhos com direções (www.mapquest.com) • Ex de Fabricantes: ESRI ArcIMS, Intergraph Geomedia Web Map, MapInfo MapXtreme • Preço: US$ 5000 a 25000

  32. Internet SIG usando Arquitetura Integrada • Grande projetos de SIG usam arquitetura em n camadas • Uso de SGBD com estensibilidade de SIG • Ex.: AutoDesk Vision, ESRI ArcSDE, MapInfo SpatialWare • Preço US$ 10000-25000 dependendo do número de usuários

  33. SIG-Corporativo • Não é: • uma licença corporativa (Enterprise License) • um repositório centralizado de mapas e dados cadastrais

  34. SIG-Corporativo • por um conjunto de componentes que, integrados ao fluxo de trabalho da empresa, geram uma melhoria dos processos primordiais da mesma

  35. SIG-Corporativo: características • O alinhamento com as prioridades da empresa; • A definição de um conjunto de dados precisos, atualizados e bem definidos para dar suporte ao negócio da empresa; • A acessibilidade a todos os níveis de usuários; • A relevância ao fluxo de trabalho operacional da empresa nas áreas de operação, planejamento e expansão; • A integração com os demais sistemas e dados corporativos da empresa; • Retorno de investimento (ROI) demonstrado; e • Sustentabilidade.

  36. SIG-Corporativo: níveis de maturidade • implantação do SIG-Corporativo, contempla cinco níveis: • Nível 1: Entusiastas • Nível 2: Departmental • Nível 3: Centralizado • Nível 4: Integrado • Nível 5: Corporativo

  37. Nível 1: Entusiastas • existe na empresa um grupo de indivíduos que de maneira isolada adquirem ferramentas de SIG e usam a tecnologia com o único interesse de suportar algumas das suas tarefas isoladamente. • tecnologia SIG é licenciada de maneira individual e usada como aplicações Desktop – SIG Desktop • dados são adquiridos, usados uma vez e descartados.

  38. Nível 2: Departamental • Departamentos específicos da empresa reconhecem o valor da tecnologia SIG para seu uso interno • Departamentos criam uma infraestrutura própria de hardware e software e disponibilizam serviços baseados em tecnologia SIG para outros setores da empresa. • Dados relevantes para o departamento são gerados e armazenados a nível de departamento

  39. Nível 3: Centralizado • empresa busca a centralização, preocupada inicialmente com a consolidação de uma base de dados única e otimização da infraestrutura computacional. • é estabelecida uma unidade centralizada para disponibilizar serviços SIG para diversos equipamentos • O sistema centralizado inicia a definição de padrões que melhoram a qualidade dos dados e de processos de fluxo de trabalho internos, além da formalização de solicitações. • resulta em redução de custos e otimização dos recursos.

  40. Nível 4: Integração • busca-se a integração da tecnologia SIG aos diversos fluxos de trabalho da empresa, resultando na integração das aplicações corporativas com as funcionalidades SIG, o que resulta na demanda por modelos de dados e tecnologias mais avançadas. • São definidos comitês de lideres operacionais (ou grupos temáticos) para coletar as demandas e direcionar a política SIG dentro da empresa.

  41. Nível 5: Corporativo • o plano estratégico de tecnologia SG está alinhado com o plano estratégico corporativo • a tecnologia SIG é reconhecida como fundamental para incremento da eficiência da empresa e como ferramenta de apoio à decisão • a integração da tecnologia SIG com os sistemas corporativos e críticos da empresa é estabelecida • os atributos do SIG são embutidos nos bancos de dados espaciais (Geodatabases)

  42. SIG-Corporativo • Quanto à integração dos dados: • Arquitetura Dual • ArquiteturaIntegrada • Quanto à distribuição dos dados: • Dados Centralizados • Dados Distribuídos • Quanto à funcionalidade: • Arquitetura em 3 Camadas • Arquitetura Multicamadas • Arquitetura Orientada a Serviços – SOA

  43. Arquitetura: quanto à integração de dados • Arquitetura Dual

  44. Arquitetura: quanto à integração de dados • Arquitetura Integrada

  45. Arquitetura: quanto à distribuição dos dados • Arquitetura com Dados Centralizados

  46. Arquitetura: quanto à distribuição dos dados • Arquitetura com Dados Centralizados: • Requisitos: aquisição/instalação/configuração de hardware (servidor) e software (banco de dados espacial e SIG). • Vantagens: baixo custo de instalação; baixo custo de manutenção (atualização de documentos externos, cópias de segurança, reinstalação/reconfiguração de hardware e software). Maior segurança na atualização dos dados que ficaria a cargo de um único setor na empresa. • Desvantagens: dependência total da rede de comunicação de dados de longa distância (WAN); ponto único de fragilidade caso não seja montada uma estrutura com redundância de servidores e banco de dados; potencialmente maior latência de rede para recuperar informação.

  47. Arquitetura: quanto à distribuição dos dados • Arquitetura com Dados Distribuidos Sem Réplica

  48. Arquitetura: quanto à distribuição dos dados • Arquitetura com Dados DistribuidosSemRéplica: • Requisitos: aquisição/instalação/configuração de hardware (servidor) e software (banco de dados espacial e SIG) para cada centro. • Vantagens: independência parcial de rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) – no caso, não é preciso ter conectividade até um único servidor central o tempo todo. • Desvantagens: custo médio de instalação; custo médio de manutenção (atualização dos dados espaciais, cópias de segurança, reinstalação/reconfiguração de hardware e software); dependência da rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) para unidades não instaladas junto do centro regional; potencialmente maior latência de rede para recuperar informação.

  49. Arquitetura: quanto à distribuição dos dados • Arquitetura com Dados Distribuidos Com Réplica

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