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SUMRIOIntroduo.......................................................................................................................... 3 Captulo1ConceitosBsicosdeCartografia................................................................. 4 1.1SistemasdeCoordenadas............................................................................................. 6 1.2ProjeesCartogrficas............................................................................................... 9

Captulo2ConceitosBsicosdaGeoinformao........................................................... 13 2.1DadosEspaciais........................................................................................................... 14 2.2RepresentaoEspacial................................................................................................ 15 2.3ModelandoDadosEspaciais........................................................................................ 16 2.4ModelosdeDadosEspaciais........................................................................................ 17 2.4.1ModelosdeCamposeObjetos............................................................................ 18 2.4.2OModeloPolinomial.......................................................................................... 20 2.4.3OModeloLinearConstraints.............................................................................. 21

Captulo3AnliseEspacialdeDados............................................................................ 22 3.1TiposdeDadosemAnliseEspacial............................................................................ 23 3.2ModelosdeInferncia.................................................................................................. 24 3.2.1InfernciaBooleana............................................................................................ 24 3.2.2MapasdeEvidnciaBinria................................................................................ 25

Captulo4PadresparaSistemasdeInformaoGeogrfica....................................... 28 4.1OpenGeoespatialConsortiumOGC.......................................................................... 28 4.2OModelodeRefernciaOGC..................................................................................... 29 4.2.1OWSServiceFramework................................................................................... 30

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4.2.2CodificaesOGC.............................................................................................. 31 4.2.3RepresentaesWellKnowTexteWellKnowBinary........................................ 31 4.2.4PlataformaparaServiosWeb............................................................................ 33 4.2.5PadresOGC..................................................................................................... 34 4.2.6SimpleFeaturesspecificationSFS.................................................................... 35

Captulo5ManipulandoDadosEspaciaiscomPostgreSLQePostGIS........................ 40 5.1OSistemaGerenciadordeBancodeDadosPostgreSQL............................................. 40 5.2PostGIS....................................................................................................................... 40 5.2.1InstalaaodoPostGIS........................................................................................ 43 5.2.2CriaodeBancodeDadosEspacial.................................................................. 45 5..2.3CriaodeTabelasEspaciais............................................................................. 47 5.2.4InserodeDadosEspaciais............................................................................... 48 5.2.5IndicesEspaciais................................................................................................ 50 5.2.6ConsultasEspaciais............................................................................................ 51

6IntegraodoPostgreSQL/PostGISemSistemasdeInformaoGeogrfica........... 60 6.1ConversodeArquivosShapefile................................................................................. 60 6.2ServidoresdeMapas.................................................................................................... 62 6.2.1GeoServer.......................................................................................................... 63 6.2.2MapServer......................................................................................................... 63 6.3SIGDesktop................................................................................................................ 64 6.3.1QuantumGIS..................................................................................................... 64 6.3.2uDig................................................................................................................... 65 6.3.3gvSIG................................................................................................................ 66 6.3.4TerraView.......................................................................................................... 66 6.4phpPgGIS.................................................................................................................... 67

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IntroduoAs ferramentas livre e de cdigo aberto vem sendo utilizadas em diversas reas do conhecimento paraaresoluodeproblemasdiversos.Nareadegeoprocessamento, o notvel desenvolvimento destas ferramentas tornaram possveis sua aplicao nos diversos processos inerentesaotratamentodosdadosespaciais. Relativamente ao armazenamento dos dados espaciais destacase a utilizao do Sistema GerenciadordeBancodeDadosPostgreSQL,juntamentecomaextensoespacialPostGIS. A utilidadedodoPostgreSQLcomPostGISpodeiralmdosimplesarmazenamentodedados. As inmeras funes suportadas pelo PostGIS permitem realizar, diretamente, anlise espaciais dos dados.AconformidadecompadresOGCtornaestasoluoextremamenteflexveleinteropervel. NestaapostilaserdiscutidoousodoPostgreSQL/PostGISnouniversodageoinformao. Oobjetivotransmitirconhecimentosbsicosquefacilitemoentendimentodosproblemasinerentes reaevisualizaroportunidadesdousodatecnologianaresoluodealgunsdestesproblemas. A apostila est organizada da seguinte maneira: os primeiros trs captulos apresentam, respectivamente,conceitosrelativos cartografia, geoinformaoeanliseespacial.Osconceitos apresentadosnoscaptulosmencionadossoimportantesparafamiliarizaroleitorcomouniversode discurso em questo. Na sequncia, os padres para Sistemas de Informao Geogrficas so discutidos no captulo 4. Nos captulos 5 e 6 so apresentados, respectivamente PostgreSQL/PostGISesuaintegraoemsistemasSIG.Napartefinaldaapostilasoindicadasas refernciasutilizadasparaaelaboraodestematerial. Esperasequeestematerialsejautilizadonocomorecursonico,massimcomoopontode partidaparaestudosaprofundadosemrelaoaostemasabrangidos.

Oautor.

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Captulo

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ConceitosBsicosdeCartografiaEncontramosem(IBGE,2008)umconceitoparacartografia,estabelecidopelaAssociao CartogrficaInternacionalACI,eatualmenteaceitosemmaiorescontestaes.Nestadefinioa cartografiaapresentasecomo: Oconjuntodeestudoseoperaes cientficas,tcnicaseartsticas que, tendo por base os resultados de observaes diretas ou da anlise de documentao, se voltam para a elaborao de mapas, cartas e outras formasdeexpressoourepresentaodeobjetos,elementos,fenmenose ambientesfsicos e socioeconmicos,bemcomoasuautilizao (IBGE, 1998). DevidocomplexidadedesetrabalharcomaformarealdaTerra(vistadoespao,aTerra assemelhaseaumaesferacomplosachatados),oscartgrafosaproximamsuasuperfcieparaum modelodogloboterrestre(CMARAetal,1996).Aindasegundoocitadoautor,esteprocessode aproximaofeitodaseguintemaneira: Inicialmente se constri um geide, resultante da medio do nvel dos oceanos;emseguida,aproximaseogeideporumelipsidederevoluo (queumslidogeradopelarotaodeumaelipseemtornodoeixomeno dos plos), mais regular; finalmente, podese considerar o prprio elipsideoutransformloemumaesferacomamesmasuperfcie,gerando entoogloboterrestre(CMARAetal,1996).

Figura1:Comparativoentreasformasdogeide,esferideeelipside (BRANDALIZE,2008)

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A figura1acimailustrao comparativoentreasformasdogeide,esferideeelipside. Semelhantemente,afigura2tambmapresentaumcomparativo,destavezconsiderandoosmodelos terrestreseasrespectivassuperfcies:elipsoidal,topogrficaegeoidal

Figura2:Comparativoentreassuperfcieselipsoidal,geoidaletopogrfica.

Estudosgeodsicosapresentamvaloresdiferentesparaoselementosdeumelipside(raio doequador,raiopolarecoeficientedeachatamento);cadaregiodeveadotarcomorefernciao elipsidemaisindicado(CMARAetal,1996). Segundo Cmara et al (1996) um datum um ponto onde a superfcie do elipside de referncia toca a Terra, sendo caracterizado a partir de uma superfcie de referncia (datum horizontal)edeumasuperfciedenvel(datumvertical). Duarte (2006) afirma que todo mapa uma representao esquemtica e reduzida da superfcieterrestre,sendoestareduofeitasegundadeterminadaproporo.Destemodo,oautor afirmaque escalaaproporo, mostradadeformanumricaougrfica, entreodesenho e a superfciereal.Numaoutradefinioparaotermoescala,Cmaraetal(1996)afirmaquereferese relao entre as dimenses dos elementos representados em um mapa e a grandeza correspondente,medidasobreasuperfciedaTerra. A escala pode ser numrica ou grfica. A escala numrica indica a relao entre os comprimentosdeumalinhanacarta eo correspondentecomprimentono terreno, emforma de fraocomaunidadeparanumerador(IBGE,1998).Abaixo,soindicadosexemplosdeescalas numricas: 1 10 X 1 25.000

E=

E=

E=1: 25.000

Aescalagrficaarepresentaogrficadevriasdistnciasdoterrenosobreumalinhareta graduada(IBGE,1998).Afigura3aseguirdemonstraumexemplodeescalagrfica.

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Figura3:Exemplodeescalagrfica(IBGE,1998).

Duarte(2006)discuteasvantagensdeutilizaraescalanumrica: Umaescalanumricatemagrandevantagemdeinformarimediatamenteo nmerodereduesqueasuperfcierealsofreu.Porsuavezimprpria parareproduesdemapascombaseemprocessosfotocopiadores,quando hampliaooureduodooriginal(DUARTE,2006). Poroutrolado,Duarte(2006)tambmapresentavantagensemrelaoutilizaodaescala: Agrandevantagemdeumaescalagrficaestnasuautilizadaquandoso feitasreduesouampliaesporprocessomecnicosfotocopiadores.Em tais casos, devese eliminar a escala numrica e registrar uma grfica. Quandofor feita a ampliao oureduodooriginal,as dimenses do grficosofreroasmesmasalteraesdetamanhodosmapas,mantendo seaproporcionalidadeentretodasasdimenses(DUARTE,2006,). Outro conceito discutido por Duarte (2006) em sua obra referese s expresses escala grandeeescalapequena.Oautorafirmaqueumnvelmaiordeprecisoindicaumaescalagrandee o contrrio indica uma escala pequena. Segundo Duarte (2006) alguns autores indicam alguns limites,asaber:

Escalaspequenas:menoresque1:500.000; Escalasmdias:aquelasumpoucomaioresque1:500.000; Escalasgrandes:aquelasbemmaioresque1:500.000.

1.1SistemasdeCoordenadasOs sistemas de coordenadas dividemse em dois grandes grupos, a saber: sistema de coordenadasgeogrficasouterrestresesistemadecoordenadasplanasoucartesianas.Nosistemade coordenadasgeogrficasouterrestrescadapontodasuperfcieterrestrelocalizadonainterseo deummeridianocomumparalelo(CMARAetal,1996). Conforme (IBGE, 1998), os sistemas de coordenadas so imprescindveis para a representaodepontos:

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Ossistemasdecoordenadassonecessriosparaexpressaraposiode pontossobreumasuperfcie,sejaelaumelipside,esferaouumplano. com base em determinados sistemas de coordenadas que descrevemos geometricamenteasuperfcieterrestre.(...)Paraamarraraposiodeum ponto no espao necessitamos ainda complementar as coordenadas bidimensionaisqueapresentamosnopargrafoanterior,comumaterceira coordenadaquedenominadaaltitude(IBGE,1998) Ainda segundo IBGE (1998), meridianos so crculos mximos que, em conseqncia, cortamaTerraemduaspartesiguaisdeploaplo.Sendoassim,todososmeridianossecruzam entresi,emambosospolos.OmeridianodeorigemodeGreenwich(0),conformefigura4.

Figura4.Meridianoprincial(IBGE,1998).

Paralelos so crculos que cruzam os meridianos perpendicularmente, isto , em ngulos retos. Apenas um um crculomximo, o Equador (0). Os outros, tanto no hemisfrio Norte quantonohemisfrioSul,vodiminuindodetamanhoproporoqueseafastamdoEquador,at setransformarememcadaplo,numponto(90),conformefigura5abaixo(IBGE,1998).

Figura5:ParalelodoEquador(IBGE,1998).

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Alatitudegeogrfica()correspondeaoarcocontadosobreomeridianodolugarequevai doEquadoratolugarconsiderado.AlatitudequandomedidanosentidodopoloNortechamada LatitudeNorteouPositiva.QuandomedidanosentidoSulchamadaLatitudeSulouNegativa.Sua variaode:0a90Nou0a+90;0a90Sou090(IBGE,1998). Alongitudegeogrfica()oarcocontadosobreoEquadorequevaideGreenwichato meridianodoreferidolugar. AlongitudepodesercontadanosentidoOeste,quandochamada longitudeoestedeGreenwich(WGr.)ounegativa.SecontadanosentidoEste,chamadalongitude estedeGreenwich(EGr.)oupositiva.ALongitudevariade:0o180oWGr.ou0o180o;0o 180oEGr.ou0o+180o(IBGE,1998). IBGE (1998) apresenta ainda definies para latitude geodsica e longitude geodsica. Latitudegeodsica()onguloformadopelanormalaoelipsidedeumdeterminadopontoeo planodoEquador.Longitudegeodsica()onguloformadopeloplanomeridianodolugareo planomeridianotomadocomoorigem.Asfiguras6e7,respectivamente,ilustramosngulosde latitudeealongitude.

Figura6:LatitudedeP()(IBGE,1998).

Figura7:LongititudedeP()(IBGE,1998).

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1.2ProjeesCartogrficasTodososmapassorepresentaesaproximadasdasuperfcieterrestre.Istoocorreporque nosepodepassardeumasuperfciecurvaparaumasuperfcieplanasemquehajadeformaes. Por isso os mapas preservam certas caractersticas ao mesmo tempo em que alteram outras. (CMARA et al, 1996). O autor explica que existem diversas projees, cada qual com propriedadesquepodemminimizamcertasdeformaesaomesmotempoqueconservamngulose proporcionalidades: Humgrandenmerodeprojeescartogrficas,umavezquehuma variedadedemodosdeprojetaremumplanoosobjetosgeogrficosque caracterizamasuperfcieterrestre.Noentanto,impossvelsefazeruma cpiaplanadasuperfciedogloboterrestresemdesconfigurlaoualter laoquedorigemnoodegraudedeformaodeumaprojeo.A deformaonulanoslocaisondeasuperfcietocaoglobo.Dependendo doquesepretendeanalisarnomapa,cadatipodeprojeominimizaum certotipodedeformao,porexemplo,buscandoconservaodosngulos ouumaproporcionalidadedassuperfcies(CMARAetal,1996). Atabela1abaixoapresentaumclassificaodasprojeescartogrficas,segundo(IBGE,

1998).

Tabela1:ClassificaodasProjeesCartogrficas(IBGE,1998) FormadeClassificao Quantoaomtodo: Geomtricas Analticas Quantosuperfciedeprojeo: Planasouazimutais Cnicas Cilndricas Polisuperficiais Quantospropriedades: Equidistantes Conformes Equivalentes Afilticas Classe

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Tabela1(continuao):ClassificaodasProjeesCartogrficas FormadeClassificao Quantoaotipodecontatoentreassuperfcies deprojeoereferncias: Tangentes Secantes Classe

Comobjetivodeilustrardiferenasentreosdiversostipos,asfiguras8,9e10aseguir apresentam algumas das projees cartogrficas classificadas de acordo com a superfcie de projeo, as quais so brevemente explicadas, conforme conceitos apresentados por Brandalize (2008). Naprojeocnicailustradanafigura8osmeridianoseparalelosgeogrficossoprojetados emumconetangente,ousecante,superfciedereferncia,desenvolvendo,aseguir,oconenum plano.

Figura8:Projeocnica(BRANDALIZE,2008).

A figura 9 abaixo ilustra a projeo clndrica. Neste caso, a projeo dos meridianos e paralelos geogrficos feita num cilindro tangente, ou secante, superfcie de referncia, desenvolvendo,aseguir,ocilindronumplano.

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Figura9:Projeocilndrica(BRANDALIZE,2008).

Afigura10aseguirilustaaprojeoplanaouazimutal.Estaprojeoconstrudacombase numplanotangenteousecanteaumpontonasuperfciedereferncia.

Figura10:Projeoplanaouazimutal(BRANDALIZE,2008).

Aescolhadeumaprojeodevesebasearnaprecisodesejada,noimpactosobreoquese pretende analisar e no tipo de dado disponvel . Cmara et al (1996) apresentou uma anlise comparativadasprojees,conformedemonstradonatabela2abaixo.

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Tabela2:ComparaoentreProjeesCartogrficas(CMARAetal,1996). Projeo Albers Classificao Cnica Equivalente Cnica Conforme Cilndrica Equidistante Cilndrica Conforme Aplicaes Cartasgeraisegeogrficas. CaractersticasdaProjeo Preservareas;garanteprecisode escala;substituicomvantagenstodasas outrascnicasequivalentes. Preservangulos;umaadaptaoda CnicadeLambert. Alterareas;alterangulos. Alterareas(pormasdistoresno ultrapassam0,5%);preservangulos; similarUTMcomdefasagemde3de longitudeentreosmeridianoscentrais. Preservangulos;preservaformade pequenasreas;oferecedistorode escalas. Preservangulos;mantmaformade reaspequenaspraticamenteinalterada; oferecegrandeprecisodeescala. Preservangulos;mantmaformade reaspequenaspratcamenteinalterada; oferecegrandeprecisodeescala. Preservaosngulos;mantmaformade reaspequenascelestes/meteorolgicas. Alteraosngulos;alteraarea. Preservadistncias;alterareas;altera ngulos;substitudaporUTM. Preservangulos;alterareas(pormas distoresnoultrapassam0,5%).

Bipolar Cilndrica Equidistante Gauss

Basescartogrficaetopogrfica confiveisdocontinenteamericano. Mapasmundi;mapasemescalas pequenas;trabalhoscomputacionais. Cartastopogrficas;mapeamento bsicoemescalamdiaegrande.

Esterogrfica Polar Lambert

PlanaConforme

Mapeamentoderegiespolares; mapeamentodaLua,Martee Mercrio. Cartasgeraisegeogrficas;cartas militares;cartasaeronuticasdo mundo. Atlas;cartasaomilionsimo.

Cnica Conforme Cilndrica Conforme Cilndrica Conforme Cilndrica Equidistante Cnica Equidistante Cilndrica Conforme

Lambert Milion Mercator

Cartasnuticas;cartas geolgicas/magnticas;mapas mundi. Mapasmundi;mapasemescalas pequenas. Mapeamentotemticoemescalas pequenas. Mapeamentobsicoemescalas mdiasegrandes;cartas topogrficas.

Miller Policnica UTM

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Captulo

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ConceitosBsicosdeGeoinformaoA geomtica ou geoinformtica uma disciplina cientfica e tcnica que visa resolver problemas do mundo real atravs da informao geogrfica, isto , informao a respeito dos fenmenos implcita ou explicitamente associados com uma localizao relativa a Terra (HAJLTSONetal,1997).ConformeadefiniodaInternationalOrganizationForStandardization (1998),ageomticaumadisciplinaquesereferecoleta,distribuio,armazenamento,anlise, processamentoeapresentaodedadosgeogrficosouinformaogeogrfica. Segundo (CMARA et al, 1996) o termo geoprocessamento denota a disciplina do conhecimentoqueutilizatcnicasmatemticasecomputacionaisparaotratamentodainformao geogrfica.Estetratamentorealizadomedianteferramentasprpriasdestatecnologia,quesoos chamadosSistemasdeInformaoGeogrficaSIG. OsSistemasdeInformaesGeogrficasSIGs,nestecontextoconstituemsecomouma ferramentadegeomticaquelidamcominformaogeogrficanaformadedadosgeogrficos.Os SIGssosistemascomputacionaisutilizadosparaogerenciamentodedadosespaciais(BONHAN CARTER,1994). OsSIGsnopodemserdiretamenteaplicadosaosdadosdomundoreal.Autilizaode sistemasinformatizadosparatratardainformaoespacialpressupearepresentaodomundoreal emumsistemacomputacional.SegundoCmaraetal(1996): Trabalhar com geoinformao significa, antes de tudo, utilizar computadorescomoinstrumentosderepresentaodedadosespacialmente referenciados. Deste modo, o problema fundamental da Cincia da Geoinformao o estudo e a implementao de diferentes formas de representao computacional do espao geogrfico. (CAMARA et al, 1996). Se pretendssemos representar precisamente todos os dados descritivos do mundo real, necessitaramosdeumimensobancodedadosparacontertaisdados.ComoafirmaCmaraetal (1996)asvariaesgeogrficasdomundorealsoinfinitamentecomplexas.Quantomaisprximo estoobservadormaisdetalhespodemservistos.Atravsdeabstraesegeneralizaesdevemos reduzirovolumedosdadosaumnmerofinito,paraquepossamosmanipulalos,contandocomos recursoscomputacionaisatualmentedisponveis.

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2.1DadosEspaciaisDadospodemserdefinidoscomofatosverificveissobreomundoreal.Informaoconsiste nos dados organizados para revelar padres, e facilitar a busca (BONHAMCARTER, 1994). ConformeCmaraetal(1996)umdadoespacialqualquertipodedadoquedescrevefenmenos aosquaisestejaassociadaalgumadimensoespacial.Dadosgeogrficos,ougeoreferidos,sodados espaciaisemqueadimensoespacialestassociadasualocalizaonasuperfciedaterra,num determinadoinstanteouperododetempo. OutradefiniodedadosespaciaisapresentadaporSamet(1996),comosendootermo usadoparadescreverdadospertencentesaoespaoocupadosporobjetosemumbancodedados. Estes dados so geomtricos e variados, e consistem de pontos, linhas, retngulos, polgonos, superfcies,volumes,bemcomotempo,edadosdedimensesmaiselevadas.Comoexemplosde dadosespaciaispodemoscitarcidades,rios,estradas,estados,readecoberturadecolheita,escalas demontanha,etc. Os dados geogrficos possuem trs caractersticas fundamentais: caractersticas espaciais, noespaciaisetemporais.Ascaractersticasespaciaisinformamaposiogeogrficadofenmenoe suageometria.Ascaractersticasnoespaciaisdescrevemofenmenoeascaractersticastemporais informamotempodevalidadedosdadosgeogrficosesuasvariaessobreotempo(BORGES, 1997). Outra particularidade sobre os dados espaciais que eles podem ser classificados em discretosoucontnuos(PASSOS,1996).Dadosespaciaisdiscretos,comopontosemumespao multidimensional ou instncia especfica do tempo por exemplo, podem ser modelados usando tcnicastradicionaisdeSistemasGerenciadoresdeBancosdeDados(SGBD)relacionais(PASSOS, 1996).Osvaloresdecoordenadasdeumpontoouoinstantedetempopodemsertratadoscomo atributosadicionaisemumatupladeumbancodedados.Emcontrapartida,dadoscomolinhas, regieseintervalosdetempo,soclassificadoscomocontnuos.Osdadoscontnuossoaqueles queaparecemaolongodeumaregionoespaooutempo.Nestecaso,osvaloresdosatributosse estendemamaisqueumpontoouumainstanciadetempo. Freqentementeencontraremosdadosespaciaisjuntoscomatributosoudadosnoespaciais. Osdadosnoespaciaisforneceminformaesnecessriasdescrioeentendimentodofenmeno. Umaformadejunodedadosespaciaisenoespaciaispodeserconseguidaatravsdautilizao debancodedadosespaciais. Banco de dados espaciais facilitam o armazenamento e processamento eficiente da informao espacial e no espacial. Tais bases de dados esto encontrando uso crescente nas aplicaes que envolvam a utilizao de dados e informao espacial, tais como a monitorao ambiental, o planejamento urbano, a gerncia de recursos, e nos Sistemas de Informao Geogrficos.

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2.2RepresentaoEspacialArepresentaoespacialdeumaentidadegeogrficaadescriodasuaformageomtrica associadaposiogeogrfica(BORGES,1997). ConformeSamet(1996),aquestochavena construodeumSGBDespacialdecidircomointegrarasrepresentaesdedadosespaciaise dadosnoespaciais. Existemmuitasmaneirasderepresentaoeorganizaodeobjetosespaciaisdentrodeum bancodedadosespacial(AREFetal,1997).Umaformarepresentarumobjetoespacialsomente porumaentidadedentrodeumaestruturadedados.Umaformaalternativarepresentaroobjeto espacialpormaisdeumaentidadedentrodeumaestruturadedados,atravsdoparticionamentodo objetoespacialemumacoleodepolgonosconvexos,umacoleodeblocosquadrados,ouuma coleoderetngulos(AREFetal,1997).Emalgumasdestasestruturasdedadosoobjetoespacial representado pela sua regio interna., isto , baseada na ocupao espacial do objeto. Como exemplodeestruturasquefazemusodestarepresentaotemosaregioquadtree. Existem diversas vantagens na utilizao de mtodos de acessos que so baseados na ocupaodoespao(SAMET,1996).Representaesdedadosespaciaisquesobaseadasneste mtodosomuitoapropriadasparaumaamplavariedadedeaplicaesintensivasdedados. Afimdepodertratardeconsultasdeproximidadeosdadosdevemserclassificados.Nocaso dedadosespaciais,aclassificaodeveserbaseadaemtodasaschavesespaciais,significandoque, aocontrriodossistemasdegernciaconvencionaisdebasededados,aclassificaoestbaseada noespaoocupadopelosdados.Taistcnicassoconhecidascomomtodosdeindexaoespacial (BRABECetal,1998). Umaabordagempararepresentaodosdadosespaciaissepararestruturalmenteosdados espaciais dos dados no espaciais mantendo ligaes apropriadas entre os dois. Neste caso, as operaesespaciaissoexecutadasdiretamentenasestruturasdedadosespaciais.Isto fornecea liberdade para escolher uma estrutura espacial mais apropriada do que a estrutura no espacial impostacomoumabasededadosrelacional,porexemplo. De acordo com Samet (1996) ns necessitamos diferentes representaes para dados espaciais.Umcaminhoparasuperarestesproblemasusarestruturasdedadosquesobaseadasna ocupao doespao.Mtodosdeocupaoespacialdecompemoespaoemregieschamadas buckets. Algunsmtodossobaseadosemdecomposioregulares.Oespaopodeserdecomposto emblocosdetamanhouniformeouadaptaradecomposiodistribuiodosdados,porexemplo numaabordagembaseadaemquadtree.Nestecaso,aslargurasdosblocossorestringidasparaser umapotnciadedois,esuasposiessorestringidastambm.

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Agradeuniformeidealparadadosuniformementedistribudos,enquantoqueabordagens baseadasemquadtreeservemparadadosarbitrariamentedistribudos.Geralmenteosdadosespaciais nosodistribudosuniformemente,portanto aabordagemdedecomposioregularbaseadaem quadtreemaisflexvel(BUYANOVSKYetal,2000). SegundoSamet(1996)o inconvenientede mtodos comoquadtreesuasensibilidade a posicionamentonosentidodequeacolocaodosobjetosrelativoslinhasdadecomposiodo espaoemquesoencaixadosafetaseuscustosdoarmazenamentoeaquantidadededecomposio queocorre. Istosuperadousandoumaadaptaoquedecompeumblocosomentesecontem maisdoquenobjetos.

2.3ModelandoDadosEspaciaisA modelagemde dados espaciais apresenta diferena emrelao modelagem de dados convencionais. Segundo Passos (1996), a modelagem de dados espaciais difere da modelagem convencionalpelanecessidadedacaracterizaododomnioespacialdosobjetoserelacionamentoa seremanalisadospelosistema. ConformeAlmeida(1999),ascomplexasdefiniesespaciaistornamdifcilamodelagem, uma vez que esta dirigida no apenas pelas necessidades do usurio, mas tambm pela disponibilidadedosdadosesuasfontesdecaptao,semcontarasrestriesimpostaspelosSIGs adotados. Ummodelodedado,conformedefiniodeCiferri(1995),umacoleodeferramentas conceituais para descrio dos dados, dos relacionamentos entre os dados e das restries de consistncia.Omodelodedadosdeveproduzirumavisoabstratadarealidade,atravsdeuma definio formal da representao das informaes e operaes de manipulaes permitidas. O modelomaisutilizadocomercialmenteomodelorelacional,ondeobancodedadosrepresentado comoumconjuntodetabelas(relaes),emquecadatabelacompostaporlinhas(tuplas)ecolunas (atributos). Entretanto,existeconsensodequeastradicionaistcnicasdemodelagemnosoadequadas para representar as informaes geogrficas. De acordo com Borges (1997), apesar de toda expressividade,asdificuldadessurgemdevidoaofatodequeasinformaesgeogrficasprecisam ser consideradas com respeito localizao, o tempo de observao e sua preciso de obteno/representao. A modelagem de dados espaciais consiste na formulao de um conjunto adequado de abstraes para a representao da realidade geogrfica no banco de dados, e na definio de manipulaoeregrasdeintegridade.Consistindose,assim,numatarefacomplexa,umavezquea representaodomundorealenvolveadiscretizaodoespaogeogrfico(BORGES,1997).Os fatoresenvolvidoscomestadiscretizao,conformeBorges(1997)so:

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Atranscriodainformaogeogrficaemunidadeslgicasdedados:pormaiorqueseja onveldeabstraoutilizado,arealidademodeladaatravsdeconceitosgeomtricos. Para que esses conceitos sejam implementados em computadores precisam ser formalizados,sendonecessrioummaiornmerodeoperaesapropriadas,asquaisso independentesdaimplementao; A forma como as pessoas percebem o espao: dependendo do observador, da sua experinciaedasuanecessidadeespecfica,umamesmaentidadegeogrficapode ser percebida de diversas formas, alm de que as entidades geogrficas podem ser representadasdediversasformas,dependendodaescalautilizada; Natureza diversificada dos dados geogrficos: alm dos dados geogrficos possurem geometria,localizaonoespao,informaesassociadasecaractersticastemporais,eles aindapossuemorigensdistintas; Existncia de relaes espaciais: so abstraes que ajudam a compreender como no mundorealosobjetosrelacionamunscomosoutros; Coexistncia de entidades essenciais ao processamento e entidades cartogrficas: as entidadescartogrficasrepresentamavisodomundoatravsdeobjetoslinearesno relacionados,ouseja,semcomprometimentocomoprocessamento.

Nos primeiros modelos dados espaciais, o usurio era forado a adequar os fenmenos espaciais s estruturas disponveis no software a ser utilizado (ALMEIDA, 1999). Atravs de pesquisas,desenvolvimentodedissertaesdemestradoetesesdedoutorado,foramdesenvolvidos diversos estudos relacionados modelagem de dados espaciais. A seguir discutiremos alguns modelos.

2.4ModelosdeDadosEspaciaisDe acordo com Paredaens et al (1995), quatro caractersticas principais distinguem os modelosdedadosespaciaisdosmodelosclssicos:

Modelosdedadosespaciaissousadospararepresentarinformaessobreoespaoreal ndimensionalRn.Oespaoinfinitivo,comoumnoenumervel,conjuntodepontos. Geralmente,ainformaoquensdesejamosrepresentarnaturalmenteinfinita.Istonos impede de usar modelos de dados extensionais. Diferentes tcnicas so usadas em modelosdedadosespaciaispararepresentaodestainformaoinfinita.Omodelode dados que ser usado em um banco de dados espaciais em particular depende das operaesquedevamserdefinidasedaeficincianecessriaparaaimplementao; Oaspectointencionaldosmodelosdedadosespaciaistemumainflunciaparticularnas operaes,aquelasquesodefinidascomomodelobemcomoaquelasquesodefinidas pelousurio:omodelodedadostemqueserfechadoparatodasasoperaes.Umavez que aplicaes de geomtica exijam, tipicamente, um rico conjunto de operaes, a propriedadeacimapodeserdifcildesercumprida; As informaes que so representadas em aplicaes de geomtica geralmente no possuemaspropriedadesgeomtricaselegantesdasestruturascriadaspeloshomens,mas

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namaiorparteavisualizaodeumfenmenosimetricamenteprosseguidodanatureza. Istoinduzqueainformaointencionalnamaioriavasta,equensnecessitamosde algoritmosparticularesparaimplementaodeestruturasdedados.Estesalgoritmosso baseadosempropriedadestopolgicas,geomtricasealgbricas;

Anoodegenericidadeparecequebrarseparaumanoodehierarquiaparamodelos dedadosespaciais.

2.4.1ModelosdeCamposeObjetosUmdeterminadouniversodediscursopodesermodeladoemumambientedeSIGatravsdo modelodeobjetos,tambmchamadoentitybasedmodeloufeaturebasedmodel.Podemosutilizar ainda,paraamodelagemdedados,omodelodecampos,conhecidocomospacebasedmodel. Oconceitoprincipalenvolvidonomodelodecamposentenderomundoobservadocomo umasuperfciecontnua,sobreaqualosfenmenosgeogrficosaseremobservadosvariamsegundo diferentesdistribuies.ConformeCmaraetal(1996): Um campo formalizado como uma funo matemtica cujo domnio uma(abstraoda)regiogeogrficaecujocontradomniooconjuntode valores que o campopodetomar.Casose deseje incluir avariao do campoaolongodotempo,bastaconsiderarqueodomniodafunoum conjuntodepares(p;t)ondeprepresentaumpontodaregiogeogrficae t um instante de tempo. Por exemplo, um campo definindo a cobertura vegetaldeumaregiosermodeladocomoumafunocujodomnio umaabstraodaregioecujocontradomniooconjuntodetiposde coberturavegetal;acada pontoda regio, afunoassociaotipo (ou tipos)devegetaonelepredominante.Estavisoenfatizaadescrioda variaodofenmenogeogrficosemsepreocuparcomaidentificaode entidadesindependentes. Umcampofreqentementerepresentadonoformatoraster.Otermorasterdesignaclulas retangulares,masnamaioriadasvezesusadocomotermogenricoparaarepresentaomatricial (CMARA et al, 1996). Os relacionamentos topolgicos no espao so implicitamente determinados a partir da vizinhana das clulas e as coordenadas geogrficas so obtidas indiretamenteapartirdaposiodaclulanamatriz.Acadaclulacorrespondeumvalordocampo representado,nopodendohaverdoisvaloresdistintosparaumamesmaclula.Afigura1mostra ummesmomaparepresentadoporclulasdediferentestamanhos,ouseja,diferentesresolues, representandodiferentesreasnoterreno.

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Figura11:Diferentesrepresentaesmatriciaisparaummapa(MONTEIROetal,2003).

Por outro lado, no modelo de objetos ns visualizamos o mundo observado como uma superfcie ocupada por objetos identificveis, com geometria e caractersticas prprias. Segundo explicaCmaraetal(1996): Estes objetos no so necessariamente associados a qualquer fenmeno geogrfico especfico e podem inclusive ocupar a mesma localizao geogrfica.Artefatoshumanos(redesvirias,edificaes)sotipicamente modeladoscomoobjetos. Um objeto geogrficogeralmente representado noformato vetorial.Destamaneira sua geometriadescritautilizandopontos,linhasepolgonos.SegundoCmaraetal(1996)devehaver umatransformaobemdefinidaentreosistemadecoordenadasutilizadonadescriogeomtricae o sistema de coordenadas geogrficas adotado. Os elementos da representao vetorial esto demonstradosnafigura12.

Figura12:Elementosdarepresentaovetorial(MONTEIROetal,2003).

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Atabela3aseguirapresentaumatabelacomparativaentreformatosmatricialevetorialpara mapastemticos.Estacomparaolevouemcontaosseguintesaspectos:relacionamentosespaciais, anliseearmazenamento.Oformatomaisvantajosoparacadapassoapresentadoemdestaque (CMARAetal,1996).Tabela3:ComparaoentreosFormatosMatricialeVetorial(CMARAetal,1996) Aspecto Relaesespaciaisentreobjetos Ligaocombancodedados Anlise,simulaoemodelagem Vetorial Matricial

Relacionamentos topolgicos entre Relacionamentos espaciais deve ser objetosdisponveis. inferidos. Facilitaassociaratributosaelementos Associaatributosapenasaclassesdo grficos. mapa. Representaoindireta defenmenos Representa melhor fenmenos com contnuos; algebra de mapas variao contnua no espao; limitada. simulaoemodelagemmaisfceis. Adequado tanto a grandes quanto a Maisadequadoparapequenasescalas pequenasescalas. (1:25.000emenores) Problemascomerrosgeomtricos. Porcoordenadas(maiseficiente). Processamento mais rpido e eficiente. Pormatrizes.

Escalasdetrabalho Algoritmos Armazenamento

2.4.2OModeloPolinomialUma abordagem natural para dados espaciais considerar como uma figura geomtrica alguma figura que definvel na geometria elementar (PAREDAENS et al, 1995). Esta a abordagem do Modelo Polinomial em que exatamente esta classe de figuras, referidas como conjuntossemialgbricosnageometriaalgbrica,considerada.Umexemplodeconjuntosemi algbricoapresentadonafigura3.Nestemodelodestacamosautilizaodelgicadeprimeira ordem. NoModeloPolinomialainformaoarmazenadaemrelaes,cadaumadelascontendoum nmerofinitodetuplas.Umarelaotememgeralumatributoespacialpararepresentarumobjeto espacialepodeterumnmerodeatributostemticosquerepresentamainformaonoespacial. Cada tupla tem um componente para todos os atributos. No caso de um atributo espacial este componente representa as propriedades espaciais de um objeto inteiro. No caso de um atributo temticoocomponenteumvaloratmico.

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Figura13:UmexemplodeumconjuntosemialgbricoemR2(PAREDAENSetal,1995).

2.4.3OModeloLinearConstraintUmaconstraintumpolinmioemvariveisxey.Apalavralinearsugerequeopolinmio linearemxey.OfocodomodeloestnageometriadosobjetosnoespaondimensionalRn,que podeserrepresentadocomconstraintsutilizandosomenteaoperaoadioeopredicado.Neste modelonopodemostrabalharcomcurvasdeordemsuperiorrepresentadas porpolinmioscom graumaiorqueum,porqueaoperaomultiplicaonoavaliada(RIGAUXetal,2002).Como exemploderepresentaodedados,afigura4mostraocasodeumapolilinhaedeumpolgono. Alinguagemdeconsultautilizadabaseiaseemlgicadeprimeiraordem.Estaumadas limitaesdomodelo:anecessidadedeserepresentarosdadosemfrmulasdeprimeiraordem.Esta limitaoestrelacionadacomopoderdeexpressividadedalgicadeprimeiraordem.

Figura14:Representaoconstraintdepolilinhaepolgono(NURAL,2003).

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Captulo

3

AnliseEspacialdeDadosConformeCarvalhoetal(2003),compreenderadistribuioespacialdedadosoriundosde fenmenos ocorridos no espao constitui hoje um grande desfio para a elucidao de questes centrais em diversas reas do conhecimento, seja em sade, em ambiente, em geologia, em agronomia,entretantasoutras. Anfasedaanliseespacialmensurarpropriedadeserelacionamentos,levandoemcontaa localizaoespacialdofenmenoemestudodeformaexplcita(CARVALHOetal,2003). DeacordocomBohanCarter(1994),anlisededadospodeserdefinidacomoaextraode fatos significativos incorporados em um conjunto de dados; anlise de dados espaciais, conseqentementesignificaaextraodeinformaesteisdedadosquesodistribudossobreo espao.Anlisededadosespaciaisoprocessodeprocurarpadreseassociaesemmapasque ajudamcaracterizar,entenderepredizerfenmenosespaciais. Aanliseespacialumacoleodetcnicasestatsticasparaexplorare entenderdadosesuasestruturas.Ajudanosdescobrirpadresdifceisde ver e examinar associaes no espao e tempo atravs de conjuntos de dadosdspares.Emtermosgerais,aanliseespacialpodeserconsiderada comooestudoquantitativoformaldosfenmenosquesemanifestam no espao.Istoimplicafocarnaposio,narea,nadistnciaenainterao (ANSELIN,1989). Existemduasabordagensopostasparatratardosdadosespacialmentereferidos(ANSELIN, 1989).Naabordagemdatadriven,oudirigidaaosdados,ainformaoderivadadosdadossem umanooprviadecomoaestruturatericadevaser.Estaabordagemimplicaemdeixarosdados falar por si mesmos e tentar derivar informaes em padres espaciais, estrutura espacial e interaoespacialsemalimitaodeumanootericaprconcebida. EstaabordagemclassificadanacategoriadeAnliseExploratriadeDados.Aabordagem datadriven naanliseespacialrefletidaemumalargaescaladetcnicasdiferentes,taiscomoa AnlisedePadrodePontos,ndicesdeAssociaoEspacial,Krigagem,dentreoutras.Todasestas tcnicasgeralmentetmdoisaspectos:primeiramente,comparamopadroobservadonosdadosem que o espao irrelevante; segundo, os padres espaciais, estruturas espaciais, ou a forma da dependnciaespacialsoderivadossomentedosdados.

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Aabordagem datadriven atrativaemmuitosaspectos,massuaaplicaonosempre direta.Certamente,ascaractersticasdosdadosespaciais(dependnciaeheterogeneidade)anulam freqentementeaspropriedadesatrativasdastcnicasestatsticaspadro.Umavezquemaioria dessastcnicassobaseadasemumasuposiodaindependncia,nopodemserexecutadassem critrioparadadosespaciais. Asegundaabordagem,denominadademodeldriven,oudirigidaaomodelo,iniciacomuma especificaoterica,quesubseqentementeconfrontadacomosdados.Ateoriaemquestopode serespacialouamaiorpartenoespacial,masacaractersticaimportantequesuaestimaoou calibrao realizada por meio dos dados espaciais. As propriedades destes dados, isto , dependncia espacial e heterogeneidade espacial, necessitam a aplicao de tcnicas estatsticas especializadas,conformeanaturezadateoriadomodelo(ANSELIN,1989). Amaioriadosmtodosclassificadossobestacategoriatratadeestimaoeespecificaode diagnsticoemmodeloslinearesemgeral,emodelosderegressoemparticular.

3.1TiposdeDadosemAnliseEspacialDeacordocomCarvalhoetal(2003),ostiposdedadosmanipuladosnaanliseespacial podemserassimclassificados:

Eventosoupadrespontuais:fenmenosexpressosatravsdeocorrnciasidentificadas como pontos localizadosno espao, denominados processospontuais. So exemplos: localizaodecrimes,ocorrnciasdedoenas,elocalizaodeespciesvegetais. Superfciescontnuas:estimadasapartirdeumconjunto deamostras decampo, que podemestarregularmenteouirregularmentedistribudas.Usualmente,estetipodedados resultante de levantamento de recursos naturais, e que incluem mapas geolgicos, topogrficos,ecolgicos,fitogeogrficosepedolgicos. reascomcontagenseTaxasagregadas:tratasededadosassociadosalevantamentos populacionais,como censose estatsticasdesade,equeoriginalmentesereferem a indivduoslocalizadosempontosespecficosdoespao.Porrazesdeconfidencialidade, estesdadossoagregadosemunidadesdeanlise,usualmentedelimitadasporpolgonos fechados(setorescensitrios,zonasdeendereamentopostas,municpios).

Apartirdadivisoacima,verificasequeosproblemasdeanliseespaciallidamcomdados ambientaisecomdadossocioeconmicos.Emambososcasos,aanliseespacialcompostaporum conjunto de procedimentos cuja finalidade a escolha de um modelo inferencial que considere explicitamenteosrelacionamentosespaciaispresentesnofenmeno.

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3.2ModelosdeInfernciaAanliseespacialcompostaporumconjuntodeprocedimentosencadeadoscujafinalidade a escolha de um modelo inferencial que considere explicitamente o relacionamento espacial presentenofenmeno. SegundoMoreiraetal(2001): NamaioriadosprojetosdesenvolvidosemSIGaprincipalpropostaa combinao dedadosespaciais,comoobjetivodedescrevereanalisar interaes,parafazerprevisesatravsdemodelos,efornecerapoionas decisestomadasporespecialistas.Acombinaodessesdadosmultifonte permitir uma reduo na ambigidade das interpretaes que normalmentesoobtidasatravsdaanliseindividualdosdados. Oreferidoautorapresentouumavisogeraldasdiferentestcnicasdeanlisegeogrfica,no contextodeproduodenovosmapasapartirdedadosjexistentes.Verificouqueosmtodos geramcomoresultadosplanosdeinformaoemdiferentesformatos. O mtodo booleano gera dados em formato temtico sendo a potencialidade expressa espacialmente em forma de polgonos que representamclasses(favorvelenofavorvel).Osoutrosmtodos,como MdiaPonderada,Fuzzy,BayesianoeinfernciaporRedesNeurais,geram dados em formato numrico sendo a potencialidade expressa de forma numrica(MOREIRAetal,2001). Nestetrabalho,apresentaremosdoismodelosdeinfernciaespacialparaaintegraodos dados(evidncias),sendoummodelodecadaumdosgruposcitadosacima:oModeloBooleanoe ModelosdeIndexOverlay.

3.2.1InfernciaBooleanaOModeloBooleanoenvolvecombinaolgicademapasbinriosatravsdeoperadores condicionais. Cada mapa utilizado como uma condio pode ser entendida como um plano de informao(evidncia).Osvriosplanosdeinformaosocombinadosparadarsuporteauma hipteseoupreposio.Cadalocalizaoentotestada,paradeterminarseasevidnciasnesse pontosatisfazemounoasregrasdefinidaspelahiptese. Oresultadoexpressodeformabinria,0(hiptesenosatisfeita)e 1 (hiptese satisfeita), no sendo possvel condio talvez. Embora essemtodosejaprtico,normalmentenoomaisadequado,poisoideal

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que as evidncias, que apresentam importncia relativa diferente, recebampesosdediferentesvaloresenosejamtratadasigualmentecomo acontece(MOREIRAetal,2001). AlgebrabooleanautilizaosponderadoreslgicosE,OU,ExclusivoOU(XOR)e NO para determinar se uma hiptese satisfaz ou no uma particular condio. Para melhor entendimento, imagine cada atributo como um conjunto, conforme mostrado na figura 14. O operadorEretornaainterseoentredoisoumaisconjuntos,ousejaasentidadesquepertencem tantoaoconjuntoAeB.OoperadorOUretornaauniodosconjuntos,quesoentidadesque pertencemtantoaoconjuntoAcomoaoB.OXORrecuperaasentidadesquepertencemaum conjunto e ao outro, mas no aos dois conjuntamente. E o NO o operador da diferena identificandoasentidadesquepertencemaumconjuntoAmasnoaoB. OapelodaabordagemBooleanasuasimplicidade.AcombinaolgicademapasemGIS diretamenteanlogaasobreposiodeoverlayersdemapasemumamesadeluz,mtodoeste tradicionalmenteutilizadoporgelogos.Emcasosondelimiaresdecorteforamestabelecidosporlei ouporcdigos,combinaesBooleanassoabordagensprticasedefcilaplicao.Naprtica, entretanto,normalmentenoindicadoatribuiodeimportnciasiguaisparacadacritrioaser combinado.Evidnciasprecisamserponderadasdependendodasuaimportnciarelativa(BOHAN CARTER,1994).

Figura15:DiagramadeVennmostrandoosresultadosdaaplicaodeoperadoresde lgicabooleanaparadoisoumaisconjuntos.(MOREIRAetal,2001).

3.2.2MapasdeEvidnciaBinriaSeaevidncia,parasercombinadojuntobinria,cadamapasimplesmentemultiplicado porseufatordepeso,somadosobretodososmapassendocombinadoenormalizadopelasomados

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pesos. O resultado um valor que varia entre 0 e 1, que pode ser classificado em intervalos apropriadosparamapeamento.Emalgumaposio,acontagemdesada,S,definidacomo:n i=1 n i

S= wiclass MAP i / wi ,

OndeWiopesodoisimomapa,eclass(Mapi)ser1parapresenaou0paraausnciada condiobinria.Acontagemdesada0(implicandoextremamentedesfavorvel)ou1(implicando alta favorabilidade). O resultado produzir um mapa com regies que variam de acordo com a contagem.

3.2.3MdiaPonderadaNestemtodocadamapadeentradaserutilizadocomoumaevidnciaquereceberum pesodiferentedependendodaimportnciaparacomahiptesesobreconsiderao.Nestecasocada plano de informao receber pesos diferentes, bem como as respectivas classes dos planos de informao.Oresultadoserummapacomreasqueexpressamumgraudeimportnciarelativa atravsdosvaloresnumricosdesada. DentreosmtodosdeanlisemulticritrioaMdiaPonderadacitada comoatcnicamaisutilizadaemprojetosqueenvolvamanliseespacial (MOREIRAetal,2001). Oprimeiropassoparaaaplicaodomtodoaponderaodasclassesdecadaplanode informaosegundopesosdefinidosempiricamente.Osplanosdeinformaoponderadossoento somadosatravsdeumasomaponderadaondecadaplanodeinformaorecebeupesossegundosua importnciarelativa.Afunomatemticaexpressapor:n

wijyir=i =1

yii=1

n

,

onde wij o pesa da classe i do plano de informao j, e yi o peso do plano de informaoj. OmtododeMdiaPonderadapermiteumamaiorflexibilidadenacombinaodemapasdo queomtodoBooleano.Omapaponderadopodeserajustadopararefletirojulgamentodeum especialista,segundoospesosdeimportnciadefinidosparacadacritrio.Amaiordesvantagem

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destemtodo,entretanto,recaiprovavelmentenocarterlineardeadiodasevidncias(BOHAN CARTER,1994).

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Captulo

4

PadresparaSistemasdeInformaoGeogrficaAlmeida(1999)relatouemseutrabalhoque,nopassado,houvepoucapreocupaocoma padronizaodosmtodosdeaquisio,armazenamento,processamento,anliseevisualizaodos dadosgeogrficos.Anecessidadedecompartilhardadoseaplicativosentrediferentessistemas,bem como sua manipulaoporusuriosnotreinadosconduziuaodesenvolvimentodeestudos que visamainteroperabilidadedosSIGs. Ainteroperabilidadedestessistemasvisaconduzirmtodospadronizados,quepossibilitema utilizaodosdadospordiferentesprodutos desoftware.Almeida(1999)apresentaasseguintes consideraesarespeitodeinteroperabilidade:

O termointeroperabilidadesugereummundoidealondenoexistiriamproblemas de compartilhamento,oupelomenosondetaisproblemasfossemminimizados; Significaaberturaparaaindstriadesoftware,poisumapublicaoabertadasestruturas de dados internas permitiria aos usurios dos SIGs construirem aplicaes que integrariam componentes de software de diferentes desenvolvedores, e permitiria a entrada de novas indstrias no mercado com produtos competitivos, que seriam intercambiveiscomoscomponentesexistentes; Tambm significa a habilidade de trocar dados livremente entre sistemas, pois cada sistemateriaconhecimentodoformatodooutrosistema; Tambmsignificauniformidadedeculturaepolticaorganizacionalquantomanipulao eaoacessoaosdados.

Para o Open Geospatial Consortium o termo interoperabilidade de software referse a capacidadedossistemasemtrocardadoseinstruesemtemporealparaproverservios.Ainda conformeoOGC,interoperabilidadetambmreferese aquestodotempo,umavezqueocorre evoluo tecnolgica ao longo do tempo, sendo necessrio observar a compatibilidade entre os sistemasconcebidosemtemposdiferentes.

4.1OpenGeospatialConsortiumOGCOOpenGeospatialConsortiumOGCumconsrciointernacionalquerenemaisde300 instituies,englobandoempresas,agnciasgovernamentaiseuniversidades. AmissodoOGC servir como um frum global para a colaborao de desenvolvedores e usurios de produtos e

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servios baseados em dados espaciais, e avanar no desenvolvimento de padres para a interoperabilidadegeoespacial. SoquatroosobjetivosestratgicosdoOGC,asaber:

Proverlivreeabertamentepadresdisponveisparaomercado,valortangvelparaseus membros,ebenefciosmensurveisparausurio; Conduzir a rede mundial na criao e estabelecimento de padres que permitam contedos e servios geoespaciais serem continuamente integrados em processos de negcio,naweb,emambientescorporativos,etc.; Facilitaraadoodearquiteturasdereferncia abertaseespacialmentehabilitadasem ambientescorporativosdetodoomundo; Avanarempadresnosuporteformaodenovoseinovadoresmercadoseaplicaes paratecnologiageoespacial. Aceleraraassimilaopelomercadodaspequisassobreinteroperabilidade,atravsde processoscolaborativos. Um termo geralmente associado ao OGC OpenGIS. OpenGIS um adjetivo que descreveespecificaeseprodutosOGC,quesuportamacessotransparenteparadados espaciais heterogneos e recursos de geoprocessamento em ambiente de rede. As expressesOpenGISeOpenGISsomarcasregistradasdoOGC.

NadefiniodoOGC,umpadroconsideradoabertoaqueleque:

criadocomoumprocessoaberto,internacionalecomparticipaodaindstria; Possuidireitosgratuitosdedistribuio; Possuiacessoabertoespecificao; Nodiscriminapessoasougrupos; Garantequeaespecificaoealicenadevamsertecnologicamenteneutras.

4.2OmodeloderefernciadoOGCOModelodeRefernciadoOGC(OGCReferenceModelORM)provumadescriodos trabalhosemdesenvolvimentonoOGC.Estemodeloapresentaasespecificaeseimplementaes desolueseaplicaesinteroperveisparadadoseserviosgeoespaciais. Omodelofoiconcebidoconsiderandocincovise:visodenegcio;visodainformao; visocomputacional;visodaengenharia;visotecnolgica.Nasseesseguintes,apresentaremose discutiremosalgunspontosdescritosnoModelodeRefernciadoOGC.

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4.2.1OWSServiceFrameworkO OGC Web Service Framework (OSF) identifica servios, interfaces e protocolos de intercmbioquepodemserutilizadosporumaaplicao.ServiosOpenGISsoimplementaesde serviosemconformidadecomasespecificaesOpenGIS. Atravs da construo de aplicaes para interfaces comuns, cada aplicao pode ser constudasemdependnciasdeoutrasaplicaesouservios.Destemodo,aplicaeseservios podem ser adicionados, modificados ou substitudos sem impactar outras aplicaes. Consequentemente,ossistemastornamsemaisflexveiseadaptveisfrenteaosnovosrequisitose aoavanotecnolgico.Afigura16abaixoapresentaaestruturadoOSF.

Figura16:OWSServiceFramework.

OOSFclassificaosserviosemcincocategorias,asaber:

ServiosdeAplicao(ApplicationServices):Soacessveisapartirdosaplicativosque operamnosterminaisdeusuriosouservidoresemrede.

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Servios de Registro (Registry Services): Fornecem um mecanismo comum para classificar, registrar, descrever, buscar, manter e acessar informaes sobre recursos disponvelemumarede. ServiosdeProcessamento(ProcessingServices):Compreendemoperaescomdados espaciais,podendotrasformar,combinaroucriardados. Servios de Visualizao (Portrayal Services): Fornecem visualizao de informao geoespacial. ServiosdeDados(DataServices):Provacesosparacoleesdedadosemrepositrios ebasededados.

4.2.2CodificaesOGCO OGC define alguns mtodos para codificao baseados em XML (Extensible Markup Language).Estesmtodossorelacionadosabaixo:

Geographic Markup Language: llinguagem para descrever e codificar infomao espacial; SensorModelLanguage:linguagemparadescreverecodificarsensores; Styled Layer Descriptors (SLD): linguagem para produzir estilos para mapas, definidospelosusurios; XML for Imagery and Map Annotations (XIMA): para codificar anotaes em imagens,mapaseoutrosdadosespaciais; XML for Location Services (XLS): mtodo de codificao para tipos de dados abstratosbaseadosemOpenLS; WebServicesDescriptionLanguage:linguagemparadescreverecodificarservios.

4.2.3RepresentaesWellKnownTexteWellKnownBinaryO OGC definiu duas representaes para geometrias: WellKnown Text (WKT) e Well KnowBinary(WKB). Na representao WKTuma geometria representada emformato textual, considerando umagramticaespecfica.OWKTconsistenumacadeiadecaracterescompostadepalavraschaves determinadaspeloOpenGISquedeterminamaformadageometriaaserrepresentada. Atabela4aseguirapresentarepresentaesWKTparaostiposdegeometriapropostopelo

OGC.

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Tabela4:RepresentaoWKTparaGeometriasOGC TipodaGeometria Point LineString Polygon RepresentaoWKT POINT(1010) LINESTRING(1010,2020,3040) POLYGON((1010,1020,2020, 2015,1010)) Multipoint MultiLineString MULTIPOINT(1010,2020) MULTILINESTRING((1010,2020), (1515,3015)) MultiPolygon MULTIPOLYGON( ((1010,1020,2020,2015,1010)), ((6060,7070,8060,6060))) GeomCollection GEOMETRYCOLLECTION(POINT(1010), POINT(3030), LINESTRING(1515,2020)) Umacoleogeomtricacomdoispontos eumalinha. Ummultipolgonocomdoispolgonos. Ummultipontocomdoispontos. Umamultilinhacomduaslinhas. Umponto. Umalinhacomtrspontos. Umpolgonocomumanelexterior. Descrio

ArepresentaoparageometriaWellKnownBinaryprovumarepresentaoportvelde uma geometriacomoumasequnciadebytes detipos numricos.Esta representao permite o intercmbiodedadosnaformabinria,entreclientesODBCeumbancodedadosSQL. No exemplo da figura 17 abaixo observase a representao WBK para um objeto geomtriconosseguintestermos:codificaobinrianoformatoNDR(B=1),tipopolgono(T=3) comdoisanis(NR=2)ecadaanlpossuindotrspontos(NP=3).

Figura17:ExemploderepresentaoWKBparapolgono.

Paiva(2007)discutiuemseutrabalhoousodasrepresentaoparaobjetosgeomtricos:

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Para tornar possvel a criao de objetos geomtricos na especificao SQLdoOpenGIS,algumasfunesforamdefinidasparaatenderaessas necessidades.Cadaobjetocomdeterminadotipodegeometriapossuiuma representao textual conhecida WKT (Well Know Text), que pode ser usadaparaaconstruodenovasinstncias.Pormnemtodosostipos geomtricos so instanciveis, ou seja, nem todos podem ser criados a partir de uma WKT. Geometria, curva, superfcie, multicurva e multisuperfcie so exemplos de tipos geomtricos que no tm uma representao textual WKT. Entretanto, so definidas funes GeoFromWKBqueconstroeminstncias,tomandocomoargumento uma representaobinriabemformada(WKBGeometry),eumIDparauma sistemaderefernciaespacial(SRID).

4.2.4PlataformaparaServiosWebO Modelo de Referncia OGC apresenta as tecnologias e padres escolhidos para a plataformainteroperveldeserviosWeb(OGCWebServices). Afigura18abaixoapresentaumaarquiteturaemcamadasondefiguramtecnologiasepadresque suportamodesenvolvimentoeimplementaodeserviosweb.Osnveismaisbaixospossibilitam conectividade decomponentesdesoftwarepermitindoos enviarerecebermensagens.Os nveis maisaltospossibilitamqueoscomponentesdesofwarepossamtrabalharjuntosdeformaintegradae dinmica.

Figura18:PilhadeServiosWebOGC.

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4.2.5PadresOGCConformeespecificadoanteriormente,oOGCvisaestabelecerpadresparaespecificaoe implementaodesistemasquetrabalhemcominformaoespacialdeformainteroperveleaberta. Neste sentido, diversos padres foram propostos e so amplamente utilizados em solues proprietrias e livres. Nesta seo sero apresentados, resumidamente, alguns dos padres especificadospeloOGC,sendoelesWMS,WFS,WCSeSFS.

4.2.5.1WebMappingServiceWMSOpadroWebMappingServiceWMSprovumasimpleinterfaceHTTPpararequerer dados de bases de dados espaciais. A especificao WMS padroniza a forma como os clientes requisitammapas. UmarequisioWMSdefineacamadageogrficaeareadeinteresseparaserprocessada. Clientesrequisitammapaspormeiodonomedacamadaefornecendoparmetroscomootamanho domaparetornadoeosistemaderefernciaespacial.Arespostaconsisteemumaoumaisimagens (geralmenteretornadasnoformatoJPEG,PNG,etc.)quepodemserexibidasnumaaplicao. AespecificaodefinietrsoperaesWMS:

GetCapabilities:retornaumadescriodoservio,contedoeparmetros; GetMap:retornaumaimagemcomosparmetrosgeoespacialedimensionaisdefinidos; GetFeatureInfo: retorna informao sobre uma caracterstica particular mostrada no mapa.

4.2.5.2WebFeatureServiceWFSOpadroWebFeatureServiceWFSsuportainsero,atualizao,deleoeconsultade feiesgeogrficas. EstepadrogerarepresentaesGMLdefeiesgeogrficas,emresposta consultasoriundasdeclientesHTTP. O padro WFS bsico, tambm chamado ReadOnly WFS, implementa as interfaces GetCapabilities,DescribeFeatureTypeeGetFeature.Poroutrolado,opadroWFST,implementa umainterfacetransacional. OpadroWebFeatureServicedefineumainterfacepararequererfeiesgeogrficaspela Web, independente da plataforma utilizada. WFS define interfaces e operaes para acesso, manipulaodeumconjuntodefeiesgeogrficas,incluindo:

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Obterouconsultarfeiesbaseadoemrestriesespaciaisenoespaciais; Criarumanovainstnciadafeio; Obteradescriodaspropriedadesdafeio. Removerumaocorrnciadafeio; Atualizarumaocorrnciadafeio.

4.2.5.3WebCoverageServiceWCSO WebCoverageServicedefineumainterface padro e operaes quepermitemacesso interoperveladadosmatriciais.WCSsuporta ointercmbiode imagens,taiscomoimagensde satlite e fotos areas digitais. O WCS suportq trs operaes: GetCapabilities, GetCoverage e DescribeCoverageType.

4.2.6SimpleFeaturesspecificationSFSOpadroSimpleFeaturesSpecificationSFSprovumaformacomumparaarmazenamento eacessodadosdefeiesembancodedadosobjetorelacionais.Estaespecificaodescrevedados vetoriaisatravsdepontos,linhasepolgonos. O objetivo desta especificao definir um esquema SQL padro que suporte o armazenamento,recuperao,consultaeatualizaodecoleesdefeiesgeoespaciaissimplesvia APIODBC. AabordagempropostapeloOGCconsistebasicamenteemarmazenarumdadoespaciaisem uma tabela pormeiodeumacolunaqueconterumvalorrelativo suageometria.Emoutras palavras,afeioouparteespacialdoobjetoemquestoserarmazenadanumcampoespecfico. Conceitualmente,sugereseautilizaodetiposdedadosgeomtricosadicionaisparaSQL. Por outro lado,osatributosnoespaciaisdoobjetoseroarmazenadosnormalmenteem colunascujostiposdedadosreferemseaoconjuntopadroODBC/SQL92.Nestaabordagemuma feiopodeserarmazenadacomoumalinhanatabela.permitidoquecadatabelapoderconter umaoumaiscolunasparaarmazenargeometrias.

4.2.6.1ModelodeObjetosGeometricosAespecificaoSFSdefineummodelodedadospararepresentarageometriasdosdados espaciais. No decorrerdestaseoapresentaremoso modeloestabelecido,conformedescrito no DocumentodeProjetoOpenGIS99049.

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Conformepodeserobservadonafigura19aseguir,aclassebaseGeometrypossuecomo subclassesPoint,Curve,SurfaceeGeometryCollection.Cadaobjetogeomtricoassociadocom umSistemadeRefernciaEspacial,quedescreveoespaoemqueoobjetogeomtricofoidefinido (OGC,1999).

Figura19:HierarquiadasclassesgeomtricasdopadroSFS.

Geometry a classe raiz da hierarquia. uma classe abstrata (no instncivel). As subclasses instnciveis de Geometry so restritas objetos geomtricos de no mximo duas dimenses. Todas as classes geomtricas instnciveis so topolgicamente fechadas, ou seja, a definiodageometriainclueseuslimites. GeometryCollectionrepresentaumageometriaqueconsistenumacoleodeumaoumais geometrias.TodososelementosdeGeometryCollectiondevemteramesmarefernciaespacial. A classe Point representa geometrias do tipo ponto. Um ponto representa um objeto adimensional,relativoaumalocalizaonicanoespao.necessrioqueumpontopossuavalores paraascoordenadasxey.

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Um multiponto, representado pela classe MultiPoint, uma coleo geomtrica cujos elementossoobrigatriamentepontos.Taispontosnosoconectadosouordenados. Uma curva um objeto geomtrico unidimensional geralmente armazenado como uma sequnciadepontos,comosubtipodacruvaespecificandoaformadeinterpolaoentrepontos. CurvassorepresentadasnomodeloatravsdaclasseCurve.Umacurvaquesimplesefechada um anel. Uma multicurva, representada pela classe MultiCurve, uma coleo geomtrica unidimensionaldeelementosdaclasseCurve. LineStringumasubclassedeCurvequeusainterpolaolinearentreospontos.Cadapara de pontos define um segmento de linha. A classe Line uma subclasse de LineString e possui exatamente dois pontos. LinearRing uma subclasse de LineString que fechada e simples. MultiLineStringrefereseaumacoleogeomtricacujoselementossodaclasseLineStrings. AclasseSurfacerepresentaobjetosgeomtricosbidimensionaisdenominadossuperfcie.A nicasubclasseinstanciveldeSurfacerefereseaPolygon.Umpolgono,representadopelaclasse Polygon,umasuperfcieplanardefinidaporumlimiteexteriorezerooumaislimitesinteriores. Cadalimiteinteriordefinieumburaconopolgono. AclasseMultiSurfacerefereseacoleesgeomtricascujoselementossopertencentesa classeSurface.MultipolygonumasubclassedeMultiSurfacecujoselementossoPolygons. Atabela5abaixoapresentaosmtodossuportadosporcadaumadasclassesgeomtricas especificadaspeloSFS.Tabela5:HierarquiadasClassesGeomtricas. Classe Geometry Mtodo Dimension():Integer GeometryType():String SRID():Integer Envelope():Geometry AsText():String AsBinary():Binary IsEmpty():Integer IsSimple():Integer RetornodoMtodo Asdimensesdoobjetogeomtrica O nome do subtipo instancivel do qual a instncia do objetoummembro O identificador (ID) relativo ao Sistema de Referncia Espacialdoobjeto Oretnguloenvolventedoobjeto. ExportaageometriaparaumarepresentaoWKT ExportaageometriaparaumarepresentaoWKB 1(TRUE)seageometriavazia 1(TRUE)seageometrianopossuipontosanmalos,tais comoautointerseoouautotangncia.

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Tabela5(continuao):HierarquiadasClassesGeomtricas. Classe Mtodo Boundary():Geometry Point X():Double Y():Double Curve Length():Double StartPoint():Point EndPoint():Point IsClosed():Integer IsRing():Integer RetornodoMtodo Olimitedageometria. OvalordacoordenadaXdoponto OvalordacoordenadaYdoponto Otamanhodacurvaemsuarefernciaespacialassociada. Opontoinicialdacurva. Opontofinaldacurva. 1(TRUE)seacurvafechada,ouseja,opontoinicial igualaopontofinal. 1(TRUE)seacurvafechada,ouseja,opontoinicial igual aopontofinal, eestacurvasimples,ouseja,no passapelomesmopontomaisdeumavez. Onmerodepontosdalinha. RetornaopontoNeespecificado 1 (TRUE) se a multicurva fechada, ou seja, o ponto inicialigualaopontofinalparacadaumadascurvas. O tamanho da multicurva, que igual a soma dos tamanhosdascurvasqueacompem. A rea da superfcie, medida conforme seu sistema de refernciaespacial Ocentridematemticoparaestasuperfcie. Umpontoquecertamenteestpresentenasuperfcie. Oanelexteriordopolgono. Onmerodeanisinterioresdopolgono. RetornaoNsimoanlinteriordopolgono.

LineString

NumPoints():Integer PointN(N:Integer):Point

MultiCurve

IsClosed():Integer Length():Double

Surface

Area():Double Centroid():Point PointOnSurface():Point

Polygon

ExteriorRing():LineString NumInteriorRing():Integer InteriorRingN(N:Integer):LineString

4.2.6.2OperadoresRelacionaisConformeOGC,operadoresrelacionaissomtodosbooleanosquesousadosparatestasa existnciadeumrelacionamentotopolgicoespecficoentreduasgeometrias.Aabordagembsica paracompararduasgeometriasrealizartestesdeinterseoconsiderandoointerior,oexterioreos limitesdasduasgeometrias,eclassificarorelacionamentobaseadoementradasexistentesnamatriz deinterseoresultante.

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Atabela6aseguirapresentaosoperadoresrelacionaisdefinidosnaespecificaoSFS.Tabela6:OperadoresRelacionaisSFS. Mtodo Equals(anotherGeometry:Geometry):Integer Disjoint(anotherGeometry:Geometry):Integer Intersects(anotherGeometry:Geometry):Integer Touches(anotherGeometry:Geometry):Integer Crosses(anotherGeometry:Geometry):Integer Within(anotherGeometry:Geometry):Integer Contains(anotherGeometry:Geometry):Integer Overlaps(anotherGeometry:Geometry):Integer RetornodoMtodo 1 (TRUE) se a geometria espacialmente igual outra geometria 1 (TRUE) se a geometria espacialmente disjunta outra geometria 1(TRUE)seageometriaintersectaumaoutrageometria 1(TRUE)seageometriatocaumaoutrageometria 1(TRUE)seageometriacruzaumaoutrageometria 1(TRUE)seageometriaestdentrodeumaoutrageometria 1(TRUE)seageometriacontmumaoutrageometria 1(TRUE)seageometriasobrepeumaoutrageometria

Deformacomplementar,atabela7abaixoapresentaoutrosmtodosquesuportamanlise espacial:Tabela7:MtodosdaEspecificaoSFSqueSuportamAnliseEspacial Mtodo Distance(anotherGeometry:Geometry):Double Buffer(distance:Double):Geometry RetornodoMtodo Amenordistnciaentredoispontos,calculadoconformeseu SistemadeRefernciaEspacial. Umageometriaquerepresentatodosospontoscujadistncia para a geometria igual ou menor ao valor informado, calculadoconformeseuSistemadeRefernciaEspacial. Umageometriaquerepresentaoconjuntodepontosderivado dainterseoentreduasgeometrias. Umageometriaquerepresentaoconjuntodepontosderivado daunioentreduasgeometrias. Umageometriaquerepresentaoconjuntodepontosderivado dadiferenaentreduasgeometrias. Umageometriaquerepresentaoconjuntodepontosderivado dadiferenasimtricaentreduasgeometrias.

Intersection(anotherGeometry:Geometry): Geometry Union(anotherGeometry:Geometry):Geometry Difference(anotherGeometry:Geometry):Geometry SymDifference(anotherGeometry:Geometry): Geometry

Nocaptulo5,ondeserabordadoasfunesdoPostGIS,voltaremosadiscutirosmtodos paraverificarorelacionamentoespacialentreosobjetosgeomtricos.

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Captulo

5

ManipulandoDadosEspaciaiscomPostgreSQLePostGIS5.1OSistemaGerenciadordeBancodeDadosPostgreSQLConformeespecificadoemseuManualOficialoPostgreSQLumSistemaGerenciadorde Banco de Dados Objeto Relacional baseado no Postrgres verso 4,21, desenvolvido pelo DepartamentodeCinciadaComputaodeBerkeley,UniversidadedaCalifrnia. O PostgreSQL um software livre e de cdigo aberto, e consequentemente pode ser utilizado,modificadoedistribudolivrementeporqualquerpessoaouorganizao. Alm de suportar o SQL padro, o PostgreSQL possibilita a realizao de consultas complexas, o uso de chaves estrangeiras, gatilhos, vises, integridade transacional, controle de concorrncia,etc. OutracaractersticaimportantedoPostgreSQLrefereseacapacidadedeserextendidopela adio de novos tipos de dados, funes, operadores, mtodos de indexao e linguagens procedurais. A flexibilidade do PostgreSQL, potencializada pelas vantagens inerentes a qualquer ferramenta livre e de cdigo aberto, tem motivado o desenvolvimento de cdigos e novas estruturasparasuportaroperaesespecficasoumanipulartiposdedadosdiferenciados.neste contexto que surge o PostGIS, uma extenso do PostgreSQL para dados espaciais que ser apresentadanaseoseguinte.

5.2PostGISO PostGIS umaextenso parao PostgreSQL que permiteo armazenamentodedados espaciais vetoriais, seguindo padres OGC. O PostGIS mantido pela empresa canadense RefractionsResearch.Constituisenumprojetodecdigoaberto,sendodistribudosoblicenlaGNU GeneralPublicLicenseGPL.

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PostGISfornecesuporteparaousodendicesespaciaiseprovumconjuntodefunesque permitemarealizaodeanliseespacialdosdadosarmazenadosnoPostgreSQL.PostGIS vem sendo utilizado amplamente, juntamente como o PostgreSQL, para o armazenamento de dados espaciasemSistemasdeInformaoGeogrfica. NodesenvolvimentodaextensoPostGIS,foramobservadosasdefiniesespecificadaspelo OGCnopadroSFS.Destemodo,PostGISestemconformidadecomospadresOGC.Opadro SQLMM tambm foi observado durante o desenvolvimento do PostGIS, resultando na implementaodediversasfunesprevistasnestepadro.SQLMMrefereseaumpadroISO, correspondendoaumapartedaespecificaoSQL:99comextensesparatratardetexto,dados espaciaiseimagensestticasouemmovimento. Dentre os projetos futuros da Refractions Research para o PostGIS destacamse os seguintessuportes:dadosmatriciais,redeeroteamento,dadostridimensionaisesuportecompletoa topologia. Atabela8abaixoapresentaasversesdoPostGISeasrespectivasdatasdelanamento.Tabela8:VersesdoPostGIS. Verso 0.1 0.2 0.5 0.6.0 0.6.1 0.6.2 0.7.0 0.7.1 0.7.2 0.7.3 0.7.4 0.8.0 0.8.1 0.8.2 0.9.0 DatadoLanamento 31/05/2001 20/06/2001 21/07/2001 19/09/2001 15/10/2001 11/07/2001 05/05/2002 14/05/2002 04/09/2002 05/09/2002 13/02/2003 25/11/2003 12/01/2004 27/05/2004 10/09/2004

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Tabela8(continuaao):VersesdoPostGIS. Verso 0.9.1 0.9.2 1.0.0 1.0.1 1.0.2 1.0.3 1.0.4 1.0.5 1.0.6 1.1.0 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4 1.1.5 1.1.6 1.1.7 1.2.0 1.2.1 1.3.0 1.3.1 1.3.2 1.3.3 DatadoLanamento 12/12/2004 25/07/2005 20/04/2005 24/05/2005 05/07/2005 07/08/2005 09/09/2005 25/11/2005 12/12/2005 12/12/2005 22/01/2006 05/04/2006 30/06/2006 27/09/2006 13/10/2006 06/11/2006 31/01/2007 08/12/2006 11/01/2007 09/08/2007 13/08/2007 03/12/2007 12/04/2008

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5.2.1InstalaodoPostGISNestaseoapresentaremososrequisitosiniciaiseoscomandosnecessriosinstalaodo PostGIS. As etapasaqui descritasso detalhadas no Manual do PostGIS, disponvel nosite da RefractionsResearch. Inicialmente,oPostgreSQLdeverestardevidamenteinstalado.necessrioumainstalao completadoPostgreSQL.RelativamenteinstalaodoPostgreSQL,(RAMSEY,2008)recomenda quesejaexplicitadoaligaocomabibliotecapadroC++.Estaopopermiteutilizarlivrementeas funcionalidadesdabibliotecaGEOS.Estaoporequerrecompilaodainstalao,considerandoa opoabaixo: LDFLAGS=-lstdc++ ./configure [OPES] OutrorequisitorefereeaocompiladorGNUC.indicadoousodogcc.Semelhantemente, oGNUMakenecessrioparacompletarainstalao. Recomendaseainstalaodeduasbibliotecas:Proj4eGEOS.AbibliotecaProj4suportaa reprojeodecoordenadas.GEOSprovfuneseoperadoresgeomtricos. Conforme(UCHOA,2008): Proj4bibliotecamaisutilizadanossistemaslivres(edecdigoaberto) para tratamento de projees. Ela a responsvel, por exemplo, pelo recursodemudanadeprojeoemtemporealpresentenoMapServer. Comcapacidadedetransformaesentrediferenteselipsidesedatums, esta biblioteca muito poderosa, tendo implementado complexos algoritmosmatemticos. Uchoa(2008)tambmapresentaconsideraesacercadabibliotecaGEOS: EstabibliotecaumatraduodaJTSdeJavaparaC++.Esteprojeto de traduo surgiu para atender uma demanda existente no cdigo do PostGIS, pois este no contempla a especificao SFS em 100%. A criaodaGEOStornoupossvelatotalcompatibilidadedoPostGIS comaSFS,poisagorapossvelcompilaroPostGISincluindoocdigo da GEOS. Este um exemplo de interao entre empresas dentro da filosofiadoSoftwareLivre. JTS Topology Suite uma biblioteca para anlises espaciais sobre geometrias bidimensionais,quesegueaespecificaoSFSdoOGC.

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ObtenhaeprocedaadescompactaodosarquivosfontesrelativossbibliotecasProj4e GEO. O arquivo fonte para a instalao da biblioteca Proj4 poder ser obtido no endereo http://trac.osgeo.org/proj/.

wget http://download.osgeo.org/proj/proj-4.6.1.tar.gz tar xvzf proj-4.6.1.tar.gz cd proj-4.6.1 ./configure make make install O arquivo fonte para a instalao da biblioteca GEOS poder ser obtido no endereo http://trac.osgeo.org/geos/. wget http://download.osgeo.org/geos/geos-3.0.2.tar.bz2 tar xvzf geos-3.0.2.tar.bz2 cd geos-3.0.2 ./configure make make install ObtenhaeprocedaadescompactaodoarquivofontedoPostGIS,quepoderserobtido diretamentenositedaRefractionsResearchhttp://postgis.refractions.net/download/.wget http://postgis.refractions.net/download/postgis-1.3.3.tar.gz

tar xvzf postgis-1.3.3.tar.gz cd postgis-1.3.3 ./configure make make install DuranteacompilaodoPostGIS,poderaservlidoobservarosseguintesaspectos:

A opo with-proj=PATH poder ser utilizada para informar o diretrio de instalaodabibliotecaProj4;

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A opo with-geos=PATH poder ser utilizada para informar o diretrio de instalaodabibliotecaGEOS; OsarquivosdoPostGISsoinstaladoscombaseeminformaesdoarquivopg_config, cuja localizao poder ser informada pela opo --withpgsql=PATH/pg_config.

OpcionalmenteainstalaodoPostGIS poderserrealizadaatravsdegerenciadores de pacotes,taiscomoAdept,Synaptic,Yumeaptget.Estaopogeralmentemaisprticaquea instalao compilada acima descrita. Entretanto, nem sempre as verses mais recentes esto disponveis por meio de gerenciadores de pacotes. No caso de instalaes com suporte do gerenciadordepacotes,deveroseradequadamenteobservadososcomandosinerentesacadaum dosaplicativos,bemcomoonomecorretodospacotescontidosnosrespectivosrepositrios. Nostrechosabaixo,demonstraremososcomandosnecessriosparaainstalaodoPostGIS comaptgeteYum. aptget apt-get install proj apt-get install libgeos-c1 libgeos-dev apt-get install postgis Yum yum install proj yum install geos yum install postgis

5.2.2CriaodeBancodeDadosEspacialOscomandosdemonstradosabaixodeveroserexecutadosparaacriaodebancoespacial noPostgreSQL.Basicamenteoprocessoidenticoaosbancostradicionais,excetopelacargade comandoscontidosemarquivosSQLquecriamfuneseoperadoresespaciais,almdetabelas especficasparaobanco. Oprimeiropassoconsistenacriaodeumusurioqueacessarobanco: createuser nome_usuario Emseguidacriaseobancodedados:

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createdb nome_banco -U nome_usuario necessriohabilitaralinguagemproceduralPL/pgSQL,requeridapeloPostGIS. createlang plpgsql postgres Nesta etapa da criao do banco, devero ser carregados os arquivos lwpostgis.sql e spatial_ref_sys.sql. psql -f lwpostgis.sql d nome_banco psql -f spatial_ref_sys.sql d nome_banco Oarquivolwpostgis.sqlcontmumasriedeinstruesSQLquecriamfuneseoperadores espaciaisquepermitemadicionartiposespaciaisparaoPostgreSQL. O arquivo spatial_ref_sys.sql insere na tabela apropriada uma lista dos Sistemas de RefernciaEspacialsuportados. Nacriaodobancodedados,duastabelassocriadas:spatial_ref_sysegeometry_columns. TaistabelassochamadasdetabelasdemetadadosecorrespondemespecificaoSFSdoOGC. A tabela spatial_ref_sys contm um identificador numrico e a a descrio textual dos sistemas de coordenadas utilizados no banco de dados. A estrutura da tabela spatial_ref_sys apresentadanatabela9abaixo.Tabela9:EstruturadaTabelaspatial_ref_sys Nomedo Campo srid Domnio Integer NotNullPrimary Key auth_name auth_srid srtext proj4text Varchar(256) Integer Varchar(2048) Varchar(2048) OnomedopadrodoSistemadeRefernciaEspacial. O identificar do Sistema de Referncia Espacial, conforme determinado pelo padrocitadoemauth_name. ArepresentaoWKTdoSistemadeRefernciaEspacial. Umacadeiadecaracteresquedefinemosparmetrosdaprojeo. Descrio IdentificadornicodoSistemadeRefernciaEspacialdabasededados.

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A table geometry_columns armazena informaes sobre os objetos espaciais contidos no bancodedados.Aestruturadatabelageometry_columnsapresentadanatabela10abaixo.Tabela10:EstruturadaTabelageometry_columns NomedoCampo f_table_catalog Domnio Varchar(256) NotNull f_table_schema Varchar(256) NotNull f_table_nam Varchar(256) NotNull f_geometry_column Varchar(256) NotNull coord_dimension Integer NotNull srid Integer NotNull type Varchar(30) Integer NotNull O identificador do Sistema de Referncia Espacial usado pela geometrianatabelaespacial. Aclasseaquepertenceageometriadoobjetoespacial. Adimensoespacialdacoluna. Onomedacolunageomtricadatabelaespacial. Onomecompletodatabelaespacial. Onomecompletodoesquemaquecontmatabelaespacial. Descrio Onomecompletodocatlogoquecontmatabelaespacial.

5.2.3CriaodetabelasespaciaisAdiferenaentreumatabelacomumdeumbancoPostgreSQL,paraumatabelaespacial comPostGIS,podesernotadaapenasnocampodestinadoaarmazenarumvalorcorrespondente geometriadoobjetoespacial. Assim,acriaodatabelaespacialsemelhanteacriaodasdemaistabelas,excetopelo usodafunoAddGeometryColumn.Oexemploaseguirdemonstraacriaodetabelasespaciais paraarmazenamentodedadosdepontoemultipolgono,respectivamente. CREATE TABLE base_operacional( codigo integer, descricao varchar); SELECT AddgeometryColumn('base_operacional', 'geometria', 4618, 'POINT', 2);

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CREATE TABLE area_atuacao( codigo integer, descricao varchar); SELECT AddgeometryColumn('area_atuacao', 'geometria', 4618, 'poPOINT', 2); Podeseverificar,emtodososexemplos,queaestratgiaadotadaparaacriaodatabela consistemem,inicialmente,criaratabelasemacolunadegeometria.Emseguida,pormeioda funoAddGeometryColumnsoadicionadasosrespectivoscamposparaarmazenamentoda geometriadosobjetos. AfunoAddGeometryColumnconsistenumafunoOpenGISqueadicionaumacoluna geomtrica para uma tabela existente. A funo pressupe o fornecimento dos seguintes parmetros,conformeabaixo: AddGeometryColumn(, , , , , ); onde schema_name o nome do esquema que contm a tabela; srid corresponde ao identificador do Sistema de Referncia Espacial, type referese a uma cadeia de caracteres maisculos correspondenterepresentao textualdotipodageometriaedimensionreferese quantidadededimensesdageometria.

5.2.4InserodedadosespaciaisOPostGISsuportaousodasformasWKBeWKTparaexpressarobjetosespaciais.Para inserirobjetosemumatabelaespacial,considerandotaisformatos,necessrioautilizaodeuma dasseguintesinterfaces:

asBinary(geometry); asText(geometry); GeomFromWKB(byteaWKB,SRID); GeometryFromText(textWKT,SRID);

As instruesaseguirdemonstramexemplosdeinseresdedadosnastabelasespaciais base_operacionalearea_atuacao,considerandoaformaOpenGISWKTeousodafunoasText(). INSERT INTO ponto VALUES (1, 'Base Modelo', GeomfromText('POINT(-60.675328 2.823842)', 4618));

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INSERT INTO area_atuacao VALUES (1,'Projeto Modelo', GeomfromText('MULTIPOLYGON(((-46.4728194130712 -24.0305557716514,-46.4738151886102 -24.0172810591925,-46.4733295926537 -24.0166271712872,-46.470100648918 -24.0165504527854,-46.4655942710686 -24.0194519543861,-46.4643994917175 -24.0194642571202,-46.4574173022783 -24.015473234362,-46.4491388835048 -24.012812920034,-46.4457911868078 -24.0127377633783,-46.4407544798087 -24.0113609120984,-46.4394254359995 -24.0101666580073,-46.4390194586516 -24.0062181906273,-46.4257414701422 -24.0052543007905,-46.4205734477402 -24.0027804792366,-46.4163607545294 -23.9998998155403,-46.409666903437 -23.9998977081679,-46.4069570081882 -24.0035747124025,-46.4043071927399 -24.0017342866321,-46.4032147847648 -23.9998983171887,-46.4003448958919 -23.9998995192859,-46.3964878871056 -24.0033050901213,-46.3951428051589 -24.0077022936492,-46.3972749957382 -24.0109957795718,-46.4029756338999 -24.011046184437,-46.4128485330221 -24.0097723646579,-46.4155275972195 -24.0100670653977,-46.4148769587637 -24.0140549953541,-46.4377739543069 -24.0182284351711,-46.4659995971715 -24.0268926601723,-46.4728194130712 -24.0305557716514)))', 4618)) PostGIS extendeu o padro OGC pela criao das formas EWKB e EWKT. Alm de permitir dados com mais de duas dimenses, possvel associar o identificador do Sistema de RefernciaEspacialnasrepresentaes. Outrapossibilidadedemanipulardadosespaciaisemtabelasespaciaisconsiderarasformas canonicasdetiposPostgreSQL.Paraestetipoderepresentao,podeserealizarsimplesconsultas, semanecessidadedousodefunes,parainserir,atualizaroucopiarvalores. Alternativamente,poderosercriadosarquivosdetextocomcomandosdeinseroemSQL, quepoderosercarregadosdiretamentenoPostgreSQL.Aformataodetaisarquivossegueas regrasdoSQLpadrosuportadopeloPostgreSQL.

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ParainserirosdadoscontidosemumarquivodecomandosSQLbastaexecutaroseguinte comando: psql -d nome_banco -f nome_arquivo.sql

5.2.5IndicesEspaciaisAmanipulaodeobjetosespaciais,armazenadosnaformadetabelasembancodedados, pode representar um alto custo computacional. Por vezes, o volume de dados em uma tabela espacialpodesermuitogrande.Nestescasos,oacessosequencialaosdados,nomomentodeuma consulta,poderresultarnumtempoderespostanodesejvel,almdecomprometersensivelmente odesempenhodosistema. Nestecontextoimperativoautilizaodeindexaoespacialdeformaafacilitaroacesso aosdadoseotimizarodesempenhoduranteasconsultas.Comousodeindicespodesemelhorara performance de um banco de dados. Os indices melhoram o acesso aos dados, possibilitando encontrarerecuperardadosdeformamaisrpida. Porm,deveseressaltarqueindicesnopodem sercriadossemcritrios,poisoexcessodeindicespoderresultarnadiminuiododesempenhodo bancodedados. PostgreSQLprovdiversostiposdendices,taiscomoBtree,Hash,GiSTandGIN.Cada tipodendiceutilizaumalgoritmodiferenciadoquemaisadequadoparadeterminados tiposde consultas.PostGISutilizaindiceRTreeimplementadosobreGiSTparaindexardadosespaciais. Conforme especificado no Manual do Postgresql Generalized Search Tree GiST um mtodo deacessobaseadoemrvorequeatuacomoummodeloparaimplementaresquemasde indexao.EsquemasdeindexaoBtreeseRtrees,dentreoutros,podemserimplementadosem GiST.Estavantagensdestacadapeloautor,queafirmaserpossvelcomGiSTodesenvolvimento detiposdedadoscustomizadoscomosmtodosdeacessosapropriados. GiST um estrutura de dados extensvel, que permite aos usurios desenvolveremndicessobrequalquertipodedados.Estepacoteunificaas diversas rvores de pesquisa populares em uma estrutura de dados, eliminandoanecessidadedeconstruirmltiplasrvoresdepesquisapara usoemaplicaesdiversas(GISTPROJECT,2008). Para a criao do indice espacial realizada com o comando CREATE INDEX, referenciandoseacolunaquearmazenaageometriadoobjetoespacial. CREATE INDEX nome_index ON nome_tabela USING GIST (nome_campo_geometria);

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5.2.6ConsultasEspaciaisNestaseosoapresentadasfunessuportadaspeloPostGISemconsultasespaciais.O usodealgumasdestasfunesexemplificadopormeiodosexemplosaseguir.a) Quais Estados fazem divisa com o Estado do Amazonas? SELECT b.nm_nome FROM limite_politico_administrativo a, limite_politico_administrativo b WHERE a.nm_nome = 'AMAZONAS' AND ST_intersects(a.the_geom, b.the_geom); b) Quais as rodovias no pavimentadas do Estado do Par? SELECT b.nm_sigla FROM limite_politico_administrativo a, rodovia_nao_pavimentada b WHERE a.nm_nome = 'PAR' AND a.the_geom && b.the_geom; c) Quais as rodovias que tocam a BR-116. SELECT DISTINCT b.* FROM rodovia_pavimentada a, rodovia_pavimentada b WHERE a.nm_sigla='BR-116' AND ST_intersects(a.the_geom, b.the_geom) d) Qual a rodovia no pavimentada com maior extenso? SELECT nm_sigla, sum (st_length(st_transform(the_geom,29101)))/1000 FROM rodovia_nao_pavimentada GROUP BY nm_sigla ORDER BY KM desc LIMIT 1 e) Qual o total de rodovias em pavimentao no Estado do Mato Grosso? SELECT a.* FROM rodovia_em_pavimentacao a, limite_politico_administrativo b WHERE b.nm_nome='MATO GROSSO' AND st_intersects(a.the_geom, b.the_geom) f) Quais as distncias entre as capitais Porto Velho e So Paulo? SELECT ST_Distance(ST_Transform(a.the_geom,29101), ST_Transform(b.the_geom,29101))/1000 FROM capital_estadual a, capital_estadual b WHERE a.nm_nome = 'PORTO VELHO' AND b.nm_nome = 'SO PAULO';

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g) Qual o porto mais prximo da cidade de Cuiab? SELECT a.nm_nome, ST_Distance(ST_Transform(a.the_geom, 29101), ST_Transform(b.the_geom, 29101))/1000 AS distancia FROM porto a, capital_estadual b WHERE b.nm_nome = 'CUIAB' ORDER BY distancia; h) Quais os Estados cruzados pela Rodovia BR-364? SELECT distinct b.gid, b.the_geom, b.nm_nome FROM rodovia_pavimentada a, limite_politico_administrativo b WHERE a.nm_sigla = 'BR-364' AND ST_Crosses(a.the_geom, b.the_geom); i)Quais so os trechos de rodovias ligadas pela ponte Presidente Costa e Silva? SELECT b.gid, b.the_geom, b.nm_sigla FROM ponte a, rodovia_pavimentada b WHERE a.nm_nome = 'Ponte Presidente Costa e Silva' AND ST_Touches(a.the_geom, b.the_geom); j)Quais so os povoados localizados num raio de at 500 quilometros do Municpio de Cacoal? SELECT b.gid, b.the_geom, b.nm_nome FROM cidade a, povoado b WHERE a.nm_nome = 'Cacoal' AND ST_Distance(ST_Transform(b.the_geom, 29101), ST_Transform(a.the_geom,29101))/1000