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anatomia

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Anatomia
de
Sistemas de Informação Geográ�ca
por
Gilberto Câmara
1
Marco A. Casanova
2
Andrea S. Hemerly
2
Geovane C. Magalhães
3;4
Claudia M. B. Medeiros
4
1
Divisão de Processamento de Imagens
2
Centro Latino Americano de Soluções
INPE para Educação Superior e Pesquisa
IBM Brasil
3
Departamento de Sistemas de Operação
4
Instituto de Computação
CPqD/TELEBRÁS UNICAMP
ii
Prefácio
Sistemas de Informação Geográ�ca, ou abreviadamente sigs, são sistemas de informação cons
truídos especialmente para armazenar, analisar e manipular dados geográ�cos, ou seja, dados
que representam objetos e fenômenos em que a localização geográ�ca é uma característica ine
rente e indispensável para tratá-los. Dados geográ�cos são coletados a partir de diversas fontes
e armazenados via de regra nos chamados bancos de dados geográ�cos.
Este texto trata da anatomia de um sig segundo três pontos de vista � usuário �nal, pro
jetista de aplicações e projetista de bancos de dados geográ�cos. Em função destes múltiplos
enfoques, o texto está dividido em quatro partes, abordando respectivamente: aspectos concei
tuais gerais; problemas de especi�cação de dados e de consultas; questões de processamento e
armazenamento de dados; e dois grandes projetos brasileiros envolvendo tecnologia de Geopro
cessamento.
Em detalhe, a parte I, dividida em três capítulos, apresenta os principais conceitos neces
sários ao entendimento do resto do texto. Assim, o capítulo 1 contém um breve apanhado de
questões relativas a cartogra�a e sensoriamento remoto. O capítulo 2 apresenta conceitos gerais
de sig, resumindo suas principais características funcionais e incluindo questões de modelagem
de processos e de dados do mundo real. O capítulo 3 introduz as principais classes de dados
geográ�cos.
A parte II é composta por quatro capítulos. O capítulo 4 concentra-se na modelagem de
dados para bancos de dados geográ�cos, propondo um modelo geral. O capítulo 5 discorre
sobre as principais operações primitivas de manipulação de dados encontradas em um sig. O
capítulo 6 trata de linguagens de consulta. O capítulo 7 discute a questão de interfaces para
sig, considerando os problemas de visualização do resultado de consultas e de arquitetura de
interfaces.
A parte III compreende três capítulos. O capítulo 8 analisa a arquitetura de um sig, a
partir do modelo proposto na parte II. O capítulo 9 discute as questões de armazenamento e
indexação de dados geográ�cos. O capítulo 10 aborda gerenciamento de transações e otimização
de consultas, dois aspectos da implementação de um sig.
A parte IV discorre sobre dois projetos desenvolvidos no Brasil e sobre tendências de ar
mazenamento distribuído de dados geográ�cos. O capítulo 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 capítulo 12 apresenta o projeto sagre, desenvolvido no
iii
iv
CPqD/TELEBRÁS, para gerenciamento da rede externa de telefonia. Encerrando o texto, o
capítulo 13 aborda a questão de centros de dados geográ�cos.
Este texto foi escrito como parte das atividades do Projeto GEOTEC, um projeto mul
ti-institucional dentro do Programa Temático em Ciência da Computação e voltado para o
desenvolvimento de ferramentas e tecnologias para Sistemas de Informação Geográ�ca. Os
autores gostariam de agradecer ao CNPq/MCT o apoio recebido para realização deste projeto.
Os agradecimentos se estendem também a Claudia Tocantins, Antonio Machado e Silva,
Juliano Oliveira, Cristina Ciferri e Mariano Cilia pelas inúmeras contribuições diretas e indiretas
à preparação do texto. A Maurício Mediano cabe um agradecimento especial pela cuidadosa
leitura da versão �nal do texto.
Rio de Janeiro, abril de 1996
A.S.H.
C.M.B.M.
G.C.
G.C.M.
M.A.C.
Sumário
PARTE I 5
1 Conceitos Básicos 5
1.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Conceitos de Cartogra�a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.1 De�nições Básicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2.2 Sistemas de Coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.3 Projeções Cartográ�cas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2.4 Mapas e Cartas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.3 Conceitos de Sensoriamento Remoto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.3.1 Princípios Físicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3.2 Sensores a Bordo de Satélites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3.3 Câmaras Fotográ�cas Aero-Transportadas . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2 Sistemas de Informação Geográ�ca 21
2.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2 Conceitos Básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.1 Caracterização e Componentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2.2 Processo de Implantação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.3 Breve Histórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.3 Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.1 Classi�cação das Aplicações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3.2 Aplicações Sócio-Econômicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.3 Aplicações Ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.3.4 Aplicações de Gerenciamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
v
vi SUMÁRIO
3 Caracterização de Dados Geográ�cos 37
3.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Características Gerais de Dados Geográ�cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.3 Campos e Objetos Geográ�cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.1 Modelos de Campos e de Objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.2 Representações para Campos e Objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.4 Principais Classes de Dados Geográ�cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4.1 Mapas Temáticos e Mapas Cadastrais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4.2 Redes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.4.3 Modelos Numéricos de Terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.4.4 Imagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
PARTE II 49
4 Modelagem de Dados Geográ�cos 49
4.1 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.2 Um Modelo de Dados Geográ�cos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.1 Níveis de Especi�cação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.2 Nível Conceitual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.3 Nível de Representação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2.4 Extensões ao Modelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.3 Padrões para SIG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3.1 Visão Geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.3.2 O Padrão SAIF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.3 O Padrão SDTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.4 O Padrão OGIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5 Operações sobre Dados Geográ�cos 65

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