INPE-11454-RPE/770 ANATOMIA DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA Câmara ...

206 Pages·1998·1.18 MB·English

INPE-11454-RPE/770

ANATOMIA DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA

Câmara, Gilberto
Casanova, Marco A.
Hemerly, Andrea S.
Magalhães, Geovane C.
Medeiros, Claudia M. B.

INPE
São José dos Campos
1996
Anatomia
de
Sistemas de Informa(cid:231)ªo GeogrÆ(cid:28)ca
por
1 2 2
Gilberto C(cid:226)mara Marco A. Casanova Andrea S. Hemerly
3;4 4
Geovane C. Magalhªes Claudia M. B. Medeiros
1 2
Divisªo de Processamento de Imagens Centro Latino Americano de Solu(cid:231)ıes
INPE para Educa(cid:231)ªo Superior e Pesquisa
IBM Brasil
3 4
Departamento de Sistemas de Opera(cid:231)ªo Instituto de Computa(cid:231)ªo
CPqD/TELEBR`S UNICAMP
ii
PrefÆcio
Sistemas de Informa(cid:231)ªo GeogrÆ(cid:28)ca, ou abreviadamente sigs, sªo sistemas de informa(cid:231)ªo cons(cid:127)
tru(cid:237)dos especialmente para armazenar, analisar e manipular dados geogrÆ(cid:28)cos, ou seja, dados
que representam objetos e fen(cid:244)menos em que a localiza(cid:231)ªo geogrÆ(cid:28)ca Ø uma caracter(cid:237)stica ine(cid:127)
rente e indispensÆvel para tratÆ-los. Dados geogrÆ(cid:28)cos sªo coletados a partir de diversas fontes
e armazenados via de regra nos chamados bancos de dados geogrÆ(cid:28)cos.
Este texto trata da anatomia de um sig segundo trŒs pontos de vista (cid:21) usuÆrio (cid:28)nal, pro(cid:127)
jetista de aplica(cid:231)ıes e projetista de bancos de dados geogrÆ(cid:28)cos. Em fun(cid:231)ªo destes mœltiplos
enfoques, o texto estÆ dividido em quatro partes, abordando respectivamente: aspectos concei(cid:127)
tuais gerais; problemas de especi(cid:28)ca(cid:231)ªo de dados e de consultas; questıes de processamento e
armazenamento de dados; e dois grandes projetos brasileiros envolvendo tecnologia de Geopro(cid:127)
cessamento.
Em detalhe, a parte I, dividida em trŒs cap(cid:237)tulos, apresenta os principais conceitos neces(cid:127)
sÆrios ao entendimento do resto do texto. Assim, o cap(cid:237)tulo 1 contØm um breve apanhado de
questıes relativas a cartogra(cid:28)a e sensoriamentoremoto. O cap(cid:237)tulo 2 apresenta conceitos gerais
de sig, resumindo suas principais caracter(cid:237)sticas funcionais e incluindo questıes de modelagem
de processos e de dados do mundo real. O cap(cid:237)tulo 3 introduz as principais classes de dados
geogrÆ(cid:28)cos.
A parte II Ø composta por quatro cap(cid:237)tulos. O cap(cid:237)tulo 4 concentra-se na modelagem de
dados para bancos de dados geogrÆ(cid:28)cos, propondo um modelo geral. O cap(cid:237)tulo 5 discorre
sobre as principais opera(cid:231)ıes primitivas de manipula(cid:231)ªo de dados encontradas em um sig. O
cap(cid:237)tulo 6 trata de linguagens de consulta. O cap(cid:237)tulo 7 discute a questªo de interfaces para
sig, considerando os problemas de visualiza(cid:231)ªo do resultado de consultas e de arquitetura de
interfaces.
A parte III compreende trŒs cap(cid:237)tulos. O cap(cid:237)tulo 8 analisa a arquitetura de um sig, a
partir do modelo proposto na parte II. O cap(cid:237)tulo 9 discute as questıes de armazenamento e
indexa(cid:231)ªodedados geogrÆ(cid:28)cos. Ocap(cid:237)tulo10 aborda gerenciamentodetransa(cid:231)ıes eotimiza(cid:231)ªo
de consultas, dois aspectos da implementa(cid:231)ªo de um sig.
A parte IV discorre sobre dois projetos desenvolvidos no Brasil e sobre tendŒncias de ar(cid:127)
mazenamento distribu(cid:237)do de dados geogrÆ(cid:28)cos. O cap(cid:237)tulo 11 descreve o sistema spring,
um sig desenvolvido pelo INPE, cujo modelo e linguagem de consulta baseiam-se naqueles
introduzidos na parte II do livro. O cap(cid:237)tulo 12 apresenta o projeto sagre, desenvolvido no
iii
iv
CPqD/TELEBR`S, para gerenciamento da rede externa de telefonia. Encerrando o texto, o
cap(cid:237)tulo 13 aborda a questªo de centros de dados geogrÆ(cid:28)cos.
Este texto foi escrito como parte das atividades do Projeto GEOTEC, um projeto mul(cid:127)
ti-institucional dentro do Programa TemÆtico em CiŒncia da Computa(cid:231)ªo e voltado para o
desenvolvimento de ferramentas e tecnologias para Sistemas de Informa(cid:231)ªo GeogrÆ(cid:28)ca. Os
autores gostariam de agradecer ao CNPq/MCT o apoio recebido para realiza(cid:231)ªo deste projeto.
Os agradecimentos se estendem tambØm a Claudia Tocantins, Antonio Machado e Silva,
JulianoOliveira,CristinaCiferrieMarianoCiliapelasinœmerascontribui(cid:231)ıesdiretaseindiretas
(cid:224) prepara(cid:231)ªo do texto. A Maur(cid:237)cio Mediano cabe um agradecimento especial pela cuidadosa
leitura da versªo (cid:28)nal do texto.
Rio de Janeiro, abril de 1996
A.S.H.
C.M.B.M.
G.C.
G.C.M.
M.A.C.
SumÆrio
PARTE I 5
1 Conceitos BÆsicos 5
1.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Conceitos de Cartogra(cid:28)a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 De(cid:28)ni(cid:231)ıes BÆsicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Sistemas de Coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Proje(cid:231)ıes CartogrÆ(cid:28)cas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Mapas e Cartas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3 Conceitos de Sensoriamento Remoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.1 Princ(cid:237)pios F(cid:237)sicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.2 Sensores a Bordo de SatØlites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.3 C(cid:226)maras FotogrÆ(cid:28)cas Aero-Transportadas . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 Sistemas de Informa(cid:231)ªo GeogrÆ(cid:28)ca 21
2.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Conceitos BÆsicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.1 Caracteriza(cid:231)ªo e Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.2 Processo de Implanta(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3 Breve Hist(cid:243)rico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Aplica(cid:231)ıes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.1 Classi(cid:28)ca(cid:231)ªo das Aplica(cid:231)ıes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.2 Aplica(cid:231)ıes S(cid:243)cio-Econ(cid:244)micas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.3 Aplica(cid:231)ıes Ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.4 Aplica(cid:231)ıes de Gerenciamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
v
vi SUM`RIO
3 Caracteriza(cid:231)ªo de Dados GeogrÆ(cid:28)cos 37
3.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Caracter(cid:237)sticas Gerais de Dados GeogrÆ(cid:28)cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Campos e Objetos GeogrÆ(cid:28)cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.1 Modelos de Campos e de Objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.2 Representa(cid:231)ıes para Campos e Objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4 Principais Classes de Dados GeogrÆ(cid:28)cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4.1 Mapas TemÆticos e Mapas Cadastrais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4.2 Redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.3 Modelos NumØricos de Terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.4.4 Imagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
PARTE II 49
4 Modelagem de Dados GeogrÆ(cid:28)cos 49
4.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2 Um Modelo de Dados GeogrÆ(cid:28)cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.1 N(cid:237)veis de Especi(cid:28)ca(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.2 N(cid:237)vel Conceitual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.3 N(cid:237)vel de Representa(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.4 Extensıes ao Modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3 Padrıes para SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.1 Visªo Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3.2 O Padrªo SAIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.3 O Padrªo SDTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.4 O Padrªo OGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5 Opera(cid:231)ıes sobre Dados GeogrÆ(cid:28)cos 65
5.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.2 AnÆlise das Opera(cid:231)ıes sobre Geo-Objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.2.1 Papel das Representa(cid:231)ıes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.2.2 Relacionamentos Topol(cid:243)gicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
SUM`RIO vii
5.3 AnÆlise das Opera(cid:231)ıes sobre Geo-Campos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.3.1 Opera(cid:231)ıes Pontuais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.3.2 Opera(cid:231)ıes de Vizinhan(cid:231)a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.4 Opera(cid:231)ıes Mistas entre Geo-Campos e Geo-Objetos . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6 Recupera(cid:231)ªo de Dados GeogrÆ(cid:28)cos 81
6.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.2 Visªo Geral de Linguagens de Consulta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.2.1 Linguagens Textuais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
6.2.2 Linguagens Visuais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6.2.3 Ambientes Multimodais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.2.4 Linguagens de Consulta sobre Imagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.3 A Linguagem LEGAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.3.1 De(cid:28)ni(cid:231)ªo de Esquemas Conceituais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.3.2 Cria(cid:231)ªo de Geo-Objetos e Geo-Campos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.3.3 Consultas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.3.4 Manipula(cid:231)ªo de Objetos e Cole(cid:231)ıes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7 Apresenta(cid:231)ªo de Dados GeogrÆ(cid:28)cos 91
7.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
7.2 Visualiza(cid:231)ªo de Dados GeogrÆ(cid:28)cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
7.2.1 Considera(cid:231)ıes Gerais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
7.2.2 Produ(cid:231)ªo CartogrÆ(cid:28)ca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
7.2.3 Apresenta(cid:231)ªo de Dados em LEGAL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
7.3 Projeto de Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
7.3.1 Arquitetura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7.3.2 Linguagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
7.3.3 Modelo do UsuÆrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
viii SUM`RIO
PARTE III 107
8 Arquiteturas para SIG 107
8.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8.2 Uma Arquitetura em Camadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
8.3 EstratØgias de Implementa(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
8.4 Arquiteturas Distribu(cid:237)das . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
8.4.1 Arquiteturas Cliente-Multiservidor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
8.4.2 Arquiteturas Orientadas-a-Servi(cid:231)os . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
9 Armazenamento de Dados GeogrÆ(cid:28)cos 117
9.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
9.2 EstratØgia Elementar de Armazenamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
9.3 Armazenamento de Representa(cid:231)ıes Matriciais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
9.4 Armazenamento e Indexa(cid:231)ªo de Representa(cid:231)ıes Vetoriais . . . . . . . . . . . . . 120
9.4.1 Pontos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
9.4.2 Ret(cid:226)ngulos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
9.4.3 Linhas Poligonais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
9.4.4 Pol(cid:237)gonos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
9.4.5 Representa(cid:231)ıes Vetoriais Complexas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
10 Processamento de Transa(cid:231)ıes e Consultas 129
10.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
10.2 GerŒncia de Transa(cid:231)ıes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
10.2.1 Transa(cid:231)ıes em SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
10.2.2 Mecanismos para Implementa(cid:231)ªo de Transa(cid:231)ıes . . . . . . . . . . . . . . 131
10.2.3 Exemplo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
10.3 Processamento de Consultas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
10.3.1 Tipos de Consultas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
10.3.2 EstratØgia para Processamento de Consultas . . . . . . . . . . . . . . . . 135
10.3.3 Exemplos de Otimiza(cid:231)ªo de Consultas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
SUM`RIO ix
PARTE IV 145
11 O Sistema SPRING 145
11.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
11.2 O Modelo de Dados do SPRING . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
11.2.1 N(cid:237)vel Conceitual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
11.2.2 N(cid:237)vel de Representa(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
11.3 Interface Interativa e Linguagem de Consulta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
11.4 Funcionalidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
12 O Projeto SAGRE 153
12.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
12.2 Funcionalidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
12.3 Componentes e Arquitetura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
12.3.1 Principais Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
12.3.2 Arquitetura do SAGRE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
12.4 Elementos Armazenados e Modelo de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
12.5 Caracter(cid:237)sticas da Manipula(cid:231)ªo de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
12.6 Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
12.7 Mecanismos Internos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
12.7.1 Conversªo dos Dados para Entrada no Sistema. . . . . . . . . . . . . . . 164
12.7.2 Controle de Versıes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
13 Centros de Dados GeogrÆ(cid:28)cos 167
13.1 Introdu(cid:231)ªo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
13.2 Cooperativa de Dados e Centro de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
13.3 Fun(cid:231)ıes de um Centro de Dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
13.4 Exemplos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172