Anatomia de Sistemas de Informação Geográfica

205 Pages·1998·0.99 MB·Portuguese

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
x SUM`RIO