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Sistema de Informação Geográfica

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Na imagem capas raster e vectoriais no SIG de código livre QGIS, usado como interface gráfica de utente de GRASS .
Um exemplo de uso de capas em uma aplicação SIG. Neste exemplo a capa da coberta florestal (em verde) encontra-se na parte inferior, seguida da capa topográfica com as curvas de nível. A seguir a capa com a rede hidrográfica e a seguir a capa de limites administrativos. Nos SIG a ordem de sobreposição da informação é muito importante para obter visualização correcta do mapa final. Note-se que a capa que recolhe as lâminas de águas se encontra justo por embaixo da capa de rios, de modo que uma linha de fluxo pode se ver que cobre um dos estanques.

Um Sistema de Informação Geográfica (SIG ou GIS, em seu acrónimo inglês [Geographic Information System]) é uma integração organizada de hardware, software e dados geográficos desenhada para capturar, armazenar, manipular, analisar e despregar em todas suas formas a informação geograficamente referida com o fim de resolver problemas complexos de planejamento e gestão. Também pode se definir como um modelo de uma parte da realidade referido a um sistema de coordenadas terrestre e construído para satisfazer umas necessidades concretas de informação. No sentido mais estrito, é qualquer sistema de informação capaz de integrar, armazenar, editar, analisar, compartilhar e mostrar a informação geograficamente referida. Em um sentido mais genérico, os SIG são ferramentas que permitem aos utentes criar consultas interactivas, analisar a informação espacial, editar dados, mapas e apresentar os resultados de todas estas operações.

A tecnologia dos Sistemas de Informação Geográfica pode ser utilizada para investigações científicas, a gestão dos recursos, gestão de activos, a arqueologia, a avaliação do impacto ambiental, o planejamento urbano, a cartografía, a sociologia, a geografia histórica, o marketing, a logística por nomear uns poucos. Por exemplo, um SIG poderia permitir aos grupos de emergência calcular facilmente os tempos de resposta em caso de um desastre natural, o SIG pode ser usado para encontrar os humedales que precisam protecção contra a contaminação, ou podem ser utilizados por uma empresa para localizar um novo negócio e aproveitar as vantagens de uma zona de mercado com escassa concorrência.

Conteúdo

Funcionamento de um SIG

Um Sistema de Informação Geográfica pode mostrar a informação em capas temáticas para realizar análise multicriterio complexos

O SIG funciona como um banco com informação geográfica (dados alfanuméricos) que se encontra associada por um identificador comum aos objectos gráficos de um mapa digital. Desta forma, assinalando um objecto conhecem-se seus atributos e, inversamente, perguntando por um registo do banco pode-se saber sua localização na cartografía.

A razão fundamental para utilizar um SIG é a gestão de informação espacial. O sistema permite separar a informação em diferentes capas temáticas e armazena-as independentemente, permitindo trabalhar com elas de maneira rápida e singela, e facilitando ao profissional a possibilidade de relacionar a informação existente através da topologia dos objectos, com o fim de gerar outra nova que não poderíamos obter de outra forma.

As principais questões que pode resolver um Sistema de Informação Geográfica, ordenadas de menor a maior complexidade, são:

  1. Localização: perguntar pelas características de um lugar concreto.
  2. Condição: o cumprimento ou não de umas condições impostas ao sistema.
  3. Tendência: comparação entre situações temporárias ou espaciais diferentes de alguma característica.
  4. Rotas: cálculo de rotas óptimas entre duas ou mais pontos.
  5. Pautas: detecção de pautas espaciais.
  6. Modelos: geração de modelos a partir de fenómenos ou actuações simuladas.

Por ser tão versáteis, o campo de aplicação dos Sistemas de Informação Geográfica é muito amplo, podendo utilizar na maioria das actividades com um componente espacial. A profunda revolução que têm provocado as novas tecnologias tem incidido de maneira decisiva em sua evolução.

História de seu desenvolvimento

Faz uns 15.000 anos[1] nas paredes das grutas de Lascaux (França) os homens de Cro-Magnon pintavam nas paredes os animais que caçavam, associando estes desenhos com traças lineares que, se crê, cuadraban com as rotas de migração dessas espécies.[2] Conquanto este exemplo é simplista em comparação com as tecnologias modernas, estes antecedentes temporões imitam a dois elementos dos Sistemas de Informação Geográfica modernos: uma imagem associada com um atributo de informação.[3]

Mapa original do Dr. John Snow. Os pontos são casos de cólera durante a epidemia em Londres de 1854. As cruzes representam os poços de água dos que bebiam os doentes.

Em 1854 o pioneiro da epidemiología, o Dr. John Snow, proporcionaria outro clássico exemplo deste conceito quando cartografió a incidencia dos casos de cólera em um mapa do distrito de Soho em Londres . Este protoSIG, quiçá o exemplo mais temporão do método geográfico[4] , permitiu a Snow localizar com precisão um poço de água contaminado como fonte causante do brote.

Conquanto a cartografía topográfica e temática já existia previamente, o mapa de John Snow foi o único até o momento, que, utilizando métodos cartográficos, não só representava a realidade, senão que pela primeira vez analisava conjuntos de fenómenos geográficos dependentes.

O começo do século XX viu o desenvolvimento da "foto litografia" onde os mapas eram separados em capas. O avanço do hardware impulsionado pela investigação em armamento nuclear daria lugar, a começos dos anos 60, ao desenvolvimento de aplicações cartográficas para computadores de propósito geral.[5]

No ano 1962 viu a primeira utilização real dos SIG no mundo, concretamente em Ottawa (Ontario, Canadá) e a cargo do Departamento Federal de Silvicultura e Desenvolvimento Rural. Desenvolvido por Roger Tomlinson, o chamado Sistema de Informação Geográfica do Canadá (Canadian Geographic Information System, CGIS) foi utilizado para armazenar, analisar e manipular dados recolhidos para o Inventario de Terras Canadá (Canada Land Inventory, CLI) - uma iniciativa orientada à gestão dos vastos recursos naturais do país com informação cartográfica relativa a tipos e usos do solo, agricultura, espaços de recreio, vida silvestre, aves acuáticas e silvicultura, todo isso escala de 1:50.000. Acrescentou-se, assim mesmo, um factor de classificação para permitir a análise da informação.

O Sistema de Informação Geográfica do Canadá foi o primeiro SIG no mundo similar a tal e como os conhecemos hoje em dia, e um considerável avanço com respeito às aplicações cartográficas existentes até então, já que permitia sobrepor capas de informação, realizar medidas e levar a cabo digitalizações e escaneos de dados. Assim mesmo, suportava um sistema nacional de coordenadas que abarcava todo o continente, uma codificação de linhas em arcos" que possuíam uma verdadeira topológica integrada e que armazenava os atributos da cada elemento e a informação sobre sua localização em arquivos separados. Como consequência disto, Tomlinson está considerado como "o pai dos SIG", em particular pelo emprego de informação geográfica convergente estruturada em capas, o que facilita sua análise espacial.[6] O CGIS esteve operativo até a década dos 90 chegando a ser o banco sobre recursos do território maior do Canadá. Foi desenvolvido como um sistema baseado em um computador central e sua fortaleza radicaba em que permitia realizar análise complexos de conjuntos de dados que abarcavam todo o continente. O software, decano dos Sistemas de Informação Geográfica, nunca esteve disponível de forma comercial.

Em 1964 , Howard T. Fisher formou na Universidade de Harvard o Laboratório de Computação Gráfica e Análise Espacial na Harvard Graduate School of Design (LCGSA 1965-1991), onde se desenvolveram uma série de importantes conceitos teóricos no manejo de dados espaciais, e na década de 1970 tinha difundido código de software e sistemas germinales, tais como SYMAP, GRID e ODYSSEY - os quais serviram como fontes de inspiração conceptual para seus posterior desenvolvimentos comerciais - a universidades, centros de investigação e empresas de todo mundo.[7]

Na década dos 80, M&S Computing (mais tarde Intergraph), Environmental Systems Research Institute (ESRI) e CARIS (Computer Aided Resource Information System) emergiriam como provedores comerciais de software SIG. Incorporaram com sucesso muitas das características de CGIS, combinando o enfoque de primeira geração de Sistemas de Informação Geográfica relativo à separação da informação espacial e os atributos dos elementos geográficos representados com um enfoque de segunda geração que organiza e estrutura estes atributos em banco# de dados.

Na década dos anos 70 e princípios dos 80 iniciou-se em paralelo o desenvolvimento de dois sistemas de domínio público. O projecto Map Overlay and Statistical System (MOSS) iniciou-se em 1977 em Fort Collins (Colorado, EE.UU.) baixo os auspicios da Western Energy and Land Use Team (WELUT) e o Serviço de Pesca e Vida Silvestre dos Estados Unidos (US Fish and Wildlife Service). Em 1982 o Corpo de Engenheiros do Laboratório de Investigação de Engenharia da Construção do Exército dos Estados Unidos (USA-CERL) desenvolve GRASS como ferramenta para a supervisión e gestão medioambiental dos territórios baixo administração do Departamento de Defesa.

Esta etapa de desenvolvimento está caracterizada, em general, pela diminuição da importância das iniciativas individuais e um aumento dos interesses a nível corporativo, especialmente por parte das instâncias governamentais e da administração.

Os 80 e 90 foram anos de forte aumento das empresas que comercializavam estes sistemas, devido o crescimento dos SIG em estações de trabalho UNIX e computadores pessoais. É o período no que se veio a conhecer nos SIG como a fase comercial. O interesse das diferentes grandes indústrias relacionadas directa ou indirectamente com os SIG cresce em sobremaneira devido à grande avalanche de produtos no mercado informático internacional que fizeram generalizar a esta tecnologia.v

Na década dos noventa inicia-se uma etapa comercial para profissionais, onde os Sistemas de Informação Geográfica começaram a difundir ao nível do utente doméstico devido à generalização dos computadores pessoais ou microordenadores.

No final do século XX princípio do XXI o rápido crescimento nos diferentes sistemas consolidou-se, restringindo a um número relativamente reduzido de plataformas. Os utentes estão a começar a exportar o conceito de visualização de dados SIG a Internet , o que requer uma estandardização de formato dos dados e de normas de transferência. Mais recentemente, tem tido uma expansão no número de desenvolvimentos de software SIG de código livre, os quais, a diferença do software comercial, costumam abarcar uma faixa mais ampla de sistemas operativos, permitindo ser modificados para levar a cabo tarefas específicas.

Técnicas utilizadas nos Sistemas de Informação Geográfica

A criação de dados

A teledetección é uma das principais fontes de dados para os SIG. Na imagem artística uma representação da constelação de satélites RapidEye.

As modernas tecnologias SIG trabalham com informação digital, para a qual existem vários métodos utilizados na criação de dados digitais. O método mais utilizado é a digitalização, onde a partir de um mapa impresso ou com informação tomada em campo se transfere a um médio digital pelo emprego de um programa de Desenho Assistido por Computador (DAO ou CAD) com capacidades de georreferenciación.

Dada a ampla disponibilidade de imagens orto-rectificadas (tanto de satélite e como aéreas), a digitalização por esta via se está a converter na principal fonte de extracção de dados geográficos. Esta forma de digitalização implica a busca de dados geográficos directamente nas imagens aéreas em lugar do método tradicional da localização de formas geográficas sobre um tabuleiro de digitalização.

A representação dos dados

Os dados SIG representam os objectos do mundo real (estradas, o uso do solo, altitudes). Os objectos do mundo real podem-se dividir em duas abstracções: objectos discretos (uma casa) e contínuos (quantidade de chuva caída, uma elevação). Existem duas formas de armazenar os dados em um SIG: raster e vectorial.

Os SIG que se centram no manejo de dados em formato vectorial são mais populares no mercado. Não obstante, os SIG raster são muito utilizados em estudos que requeiram a geração de capas contínuas, necessárias em fenómenos não discretos; também em estudos medioambientales onde não se requer uma excessiva precisão espacial (contaminação atmosférica, distribuição de temperaturas, localização de espécies marinhas, análises geológicas, etc.).

Raster

Um tipo de dados raster é, em esencia, qualquer tipo de imagem digital representada em malhas. O modelo de SIG raster ou de retícula centra-se nas propriedades do espaço mais que na precisão da localização. Divide o espaço em celas regulares onde a cada uma delas representa um único valor.

Interpretação cartográfica vectorial (esquerda) e raster (direita) de elementos geográficos.

Qualquer que esteja familiarizado com a fotografia digital reconhece o pixel como a unidade menor de informação de uma imagem. Uma combinação destes pixels criará uma imagem, a distinção do uso comum de gráficos vectoriais escalables que são a base do modelo vectorial. Conquanto uma imagem digital refere-se à saída como uma representação da realidade, em uma fotografia ou a arte transferidos ao computador, o tipo de dados raster refletirá uma abstracção da realidade. As fotografias aéreas são uma forma comummente utilizada de dados raster com um só propósito: mostrar uma imagem detalhada de um mapa baseie sobre a que realizar-se-ão labores de digitalização. Outros conjuntos de dados raster conterá informação relativa a elevações (um Modelo Digital do Terreno), ou de reflexão de uma particular longitude de onda da luz (as obtidas pelo satélite LandSat), etc.

Os dados raster compõe-se de bichas e colunas de celas, a cada cela armazena um valor único. Os dados raster podem ser imagens (imagens raster), com um valor de cor na cada cela (ou pixel). Outros valores registados para a cada cela pode ser um valor discreto, como o uso do solo, valores contínuos, como temperaturas, ou um valor nulo se não se dispõe de dados. Conquanto uma trama de celas armazena um valor único, estas podem ampliar mediante o uso das bandas do raster para representar as cores RGB (vermelho, verde, azul), ou uma tabela estendida de atributos com uma bicha para a cada valor único de células. A resolução do conjunto de dados raster é o largo da cela em unidades sobre o terreno.

Os dados raster armazenam-se em diferentes formatos, desde um arquivo regular baseado na estrutura de TIFF , JPEG, etc. a grandes objectos binários (BLOB), os dados armazenados directamente em Sistema de gestão de banco# de dados. O armazenamento em banco# de dados, quando se indexan, pelo geral permitem uma rápida recuperação dos dados raster, mas a costa de requerer o armazenamento de milhões registos com um importante tamanho de cor. Em um modelo raster quanto maiores sejam as dimensões das celas menor é a precisão ou detalhe (resolução) da representação do espaço geográfico.

Vectorial

Em um SIG, as características geográficas expressam-se com frequência como vetores, mantendo as características geométricas das figuras.

Representação de curvas de nível sobre uma superfície tridimensional gerada por uma malha TIN.

Nos dados vectoriais, o interesse das representações centra-se na precisão de localização dos elementos geográficos sobre o espaço e onde os fenómenos a representar são discretos, isto é, de limites definidos. A cada uma destas geometrias está vinculada a uma bicha em um banco que descreve seus atributos. Por exemplo, um banco que descreve os lagos pode conter dados sobre a batimetría destes, a qualidade da água ou o nível de contaminação. Esta informação pode ser utilizada para criar um mapa que descreva um atributo particular conteúdo no banco. Os lagos podem ter uma faixa de cores em função do nível de contaminação. Ademais, as diferentes geometrias dos elementos também podem ser comparados. Assim, por exemplo, o SIG pode ser usado para identificar aqueles poços (geometria de pontos) que estão em torno de 2 quilómetros de um lago (geometria de polígonos) e que têm um alto nível de contaminação.

Dimensão espacial dos dados em um SIG.

Os elementos vectoriais podem criar-se respeitando uma integridade territorial através da aplicação de umas normas topológicas tais como que "os polígonos não devem se sobrepor". Os dados vectoriais podem-se utilizar para representar variações contínuas de fenómenos. As linhas de contorno e as redes irregulares de triângulos (TIN) utilizam-se para representar a altitude ou outros valores em contínua evolução. Os TIN são registos de valores em um ponto localizado, que estão ligados por linhas para formar uma malha irregular de triângulos. A cara dos triângulos representam, por exemplo, a superfície do terreno.

Para modelar digitalmente as entidades do mundo real utilizam-se três elementos geométricos: o ponto, a linha e o polígono.[8]

Os pontos utilizam-se para as entidades geográficas que melhor podem ser expressar por um único ponto de referência. Em outras palavras: a simples localização. Por exemplo, as localizações dos poços, bicos de elevações ou pontos de interesse. Os pontos transmitem a menor quantidade de informação destes tipos de arquivo e não são possíveis as medidas. Também se podem utilizar para representar zonas a uma escala pequena. Por exemplo, as cidades em um mapa do mundo estarão representadas por pontos em lugar de polígonos.
As linhas unidimensionales ou polilinhas são usadas para rasgos lineares como rios, caminhos, caminhos-de-ferro, rastros, linhas topográficas ou curvas de nível. De igual forma que nas entidades pontuas, em pequenas escalas podem ser utilizados para representar polígonos. Nos elementos lineares pode medir-se a distância.
Os polígonos bidimensionais utilizam-se para representar elementos geográficos que cobrem uma área particular da superfície da terra. Estas entidades podem representar lagos, limites de parques naturais, edifícios, províncias, ou os usos do solo, por exemplo. Os polígonos transmitem a maior quantidade de informação em arquivos com dados vectoriais e neles se podem medir o perímetro e a área.

Vantagens e desventajas dos modelos raster e vectorial

Existem vantagens e desventajas à hora de utilizar um modelo de dados raster ou vetor para representar a realidade.

Vantagens

Vectorial Raster
A estrutura dos dados é compacta. Armazena os dados só dos elementos digitalizados pelo que requer menos memória para seu armazenamento e tratamento. A estrutura dos dados é muito simples.
Codificação eficiente da topologia e as operações espaciais. As operações de sobreposição são muito singelas.
Boa saída gráfica. Os elementos são representados como gráficos vectoriais que não perdem definição se se amplia a escala de visualização. Formato óptimo para variações altas de dados.
Têm uma maior compatibilidade com meios de banco# de dados relacionales. Bom armazenamento de imagens digitais
As operações de re-escalado, reproyección são mais fáceis de executar.
Os dados são mais fáceis de manter e actualizar.
Permite uma maior capacidade de análise, sobretudo em redes.

Desventajas

Vectorial Raster
A estrutura dos dados é mais complexa. Maior requerimiento de cor de armazenamento. Todas as celas contêm dados.
As operações de sobreposição são mais difíceis de implementar e representar. As regras topológicas são mais difíceis de gerar.
Eficácia reduzida quando a variação de dados é alta. As saídas gráficas são menos vistosas e estéticas. Dependendo da resolução do arquivo raster, os elementos podem ter seus limites originais mais ou menos definidos.
É um formato mais laborioso de manter actualizado.
Tem muito limitada a quantidade de informação que armazena.

Dados não espaciais

Os dados não espaciais também podem ser armazenados junto com os dados espaciais, aqueles representados pelas coordenadas da geometria de um vetor ou pela posição de uma cela raster. Nos dados vectoriais, os dados adicionais contém atributos da entidade geográfica. Por exemplo, um polígono de um inventario florestal também pode ter um valor que funcione como identificador e informação sobre espécies de árvores. Nos dados raster o valor da cela pode armazenar a informação de atributo, mas também pode ser utilizado como um identificador referido aos registos de uma tabela.

A captura dos dados

Com um par de fotografias aéreas tomadas em dois pontos deslocados, como as da imagem, se consegue realizar a estereoscopía. Mediante este paralaje cria-se uma ilusão de profundidade que permite ao observador reconhecer informação visual tridimensional como as elevações e pendentes da área fotografada.

A captura de dados e a introdução de informação no sistema consome a maior parte do tempo dos profissionais dos SIG. Há uma ampla variedade de métodos utilizados para introduzir dados em um SIG armazenados em um formato digital.

Os dados impressos em papel ou mapas em filme PET podem ser digitalizados ou escaneados para produzir dados digitais.

Com a digitalização de cartografía em suporte analógico produzem-se dados vectoriais através de traças de pontos, linhas, e limites de polígonos. Este trabalho pode ser desenvolvido por uma pessoa de forma manual ou através de programas de vectorización que automatizam o labor sobre um mapa escaneado. Não obstante, neste último caso sempre será necessário sua revisão e edição manual, dependendo do nível de qualidade que se deseja obter.

Os dados obtidos de medidas topográficas podem ser introduzidos directamente em um SIG através de instrumentos de captura de dados digitais mediante uma técnica chamada geometria analítica . Ademais, as coordenadas de posição tomadas através um Sistema de Posicionamento Global (GPS) também podem ser introduzidas directamente em um SIG.

Os sensores remotos também jogam um papel importante na recolección de dados. São sensores, como câmaras, escáneres ou LIDAR acoplados a plataformas móveis como aviões ou satélites.

Actualmente, a maioria de dados digitais provem da interpretação de fotografias aéreas. Para isso se utilizam estações de trabalho que digitalizam directamente elementos geográficos através de pares estereoscópicos de fotografias digitais. Estes sistemas permitem capturar dados em dois e três dimensões, com elevações medidas directamente de um par estereoscópico de acordo aos princípios da fotogrametría.

Erro ao criar miniatura:
Erros topológicos e de digitalização em Sistemas de Informação Geográfica (SIG).

A teleobservación por satélite proporciona outra fonte importante de dados espaciais. Neste caso os satélites utilizam diferentes sensores para medir a reflectancia das partes do espectro electromagnético, ou as ondas de rádio que se enviam a partir de um sensor activo como o radar. A teledetección reúne dados raster que podem ser processados usando diferentes bandas para determinar as classes e objectos de interesse, tais como as diferentes cobertas da terra.

Quando se capturam os dados, o utente deve considerar se estes devem ser tomados com uma exactidão relativa ou com uma absoluta precisão. Esta decisão é importante já que não só influi na interpretação da informação, senão também no custo de sua captura.

Além da captura e a entrada em dados espaciais, os dados de atributos também são introduzidos em um SIG. Durante os processos de digitalização da cartografía é frequente que se dêem falhas topológicos involuntarios (dangles, undershoots , overshoots, switchbacks, knots, loops, etc.) nos dados vectoriais e que deverão ser corrigidos. Depois de introduzir os dados em um SIG, estes normalmente requererão de uma edição ou processado posterior para eliminar os erros citados. Dever-se-á de fazer uma "correcção topológica" dantes de que possam ser utilizados em alguma análise avançada e, assim por exemplo, em uma rede de estradas as linhas deverão estar ligadas com nós nas interseções.

No caso de mapas escaneados, quiçá seja necessário eliminar a trama resultante gerada pelo processo de digitalização do mapa original. Assim, por exemplo, uma mancha de sujeira poderia unir duas linhas que não deveriam estar conectadas.

Conversão de dados raster-vectorial

Os SIG podem levar a cabo uma reestruturação dos dados para tranformarlos em diferentes formatos. Por exemplo, é possível converter uma imagem de satélite a um mapa de elementos vectoriais mediante a geração de linhas em torno de celas com uma mesma classificação determinando a relação espacial destas, tais como proximidade ou inclusão.

A vectorización não assistida de imagens raster mediante algorítmos avançados é uma técnica que se vem desenvolvido desde finais dos anos 60 do século XX. Para isso se recorre à melhora do contraste, imagens em falsa cor bem como o desenho de filtros mediante a implementação de transformadas de Fourier em duas dimensões.

Ao processo inverso de conversão de dados vectorial a uma estrutura de dados baseada em uma matriz raster denomina-se-lhe rasterización.

Dado que os dados digitais recolhem-se e armazenam-se em ambas formas, vectorial e raster, um SIG deve ser capaz de converter os dados geográficos de uma estrutura de armazenamento a outra.

Projecções, sistemas de coordenadas e reproyección

Dantes de analisar os dados no SIG a cartografía deve estar toda ela em uma mesma projecção e sistemas de coordenadas. Para isso muitas vezes é necessário reproyectar as capas de informação dantes de integrar no Sistema de Informação Geográfica.

A Terra pode estar representada cartográficamente por vários modelos matemáticos, a cada um dos quais podem proporcionar um conjunto diferente de coordenadas (por exemplo, latitud, longitude, altitude) para qualquer ponto dado de sua superfície. O modelo mais simples é assumir que a Terra é uma esfera perfeita. À medida que foram-se acumulando mais medidas do planeta os modelos do geoide voltaram-se mais sofisticados e mais precisos. De facto, alguns destes se aplicam a diferentes regiões da Terra para proporcionar uma maior precisão (por exemplo, o European Terrestrial Reference System 1989 - ETRS89 – funciona bem na Europa mas não na América do Norte).

A projecção é um componente fundamental à hora de criar um mapa. Uma projecção matemática é a maneira de transferir informação desde um modelo da Terra, o qual representa uma superfície curva em três dimensões, a outro de duas dimensões como é o papel ou o ecrã de um computador. Para isso se utilizam diferentes projecções cartográficas segundo o tipo de mapa que se deseja criar, já que existem determinadas projecções que se adaptam melhor a uns usos concretos que a outros. Por exemplo, uma projecção que representa com exactidão a forma dos continentes distorsiona, pelo contrário, seus tamanhos relativos.

Dado que grande parte da informação em um SIG prove de cartografía já existente, um Sistema de Informação Geográfica utiliza a potência de processamento do computador para transformar a informação digital, obtida de fontes com diferentes projecções e/ou diferentes sistemas de coordenadas, a uma projecção e sistema de coordenadas comum. No caso das imagens (ortofotos, imagens de satélite, etc.) este processo denomina-se rectificação.

Análise espacial mediante SIG

Exemplo de um processo levado a cabo em um SIG vectorial para a obtenção de eixos de ruas mediante o uso de polígonos de Thiessen.

Dada a ampla faixa de técnicas de análise espacial que se desenvolveram durante o último meio século, qualquer resumem ou revisão só pode cobrir o tema a uma profundidade limitada. Este é um campo que muda rapidamente e os pacotes de software SIG incluem a cada vez mais ferramentas de análise, já seja nas versões regulares ou como extensões opcionais deste. Em muitos casos tais ferramentas são proporcionadas pelos provedores do software original, enquanto em outros casos as implementações destas novas funcionalidades desenvolveram-se e são proporcionados por terceiros. Ademais, muitos produtos oferecem kits de desenvolvimento de software (SDK), linguagens de programação, linguagens de scripting , etc. para o desenvolvimento de ferramentas próprias de análise ou outras funções.

Modelo topológico

Um SIG pode reconhecer e analisar as relações espaciais que existem na informação geográfica armazenada. Estas relações topológicas permitem realizar renderizações e análises espaciais complexos. Assim, por exemplo, o SIG pode discernir a parcela ou parcelas catastrales que são atravessadas por uma linha de alta tensão, ou bem saber que agrupamento de linhas formam uma determinada estrada.

Em soma podemos dizer que no âmbito dos Sistemas de Informação Geográfica se entende como topologia às relações espaciais entre os diferentes elementos gráficos (topologia de nó/ponto, topologia de rede/arco/linha, topologia de polígono) e sua posição no mapa (proximidade, inclusão, conectividade e vencidad). Estas relações, que para o ser humano podem ser óbvias a simples vista, o software as deve estabelecer mediante uma linguagem e umas regras de geometria matemática.

Para levar a cabo análise nos que é necessário que exista consistência topológica dos elementos do banco costuma ser necessário realizar previamente uma validação e correcção topológica da informação gráfica. Para isso existem ferramentas nos SIG que facilitam a rectificação de erros comuns de maneira automática ou semiautomática.

Redes

Arquivo:OpenStreetMap routing service.png
Cálculo de uma rota óptima para veículos entre um ponto de origem (em verde) e um ponto de destino (em vermelho) a partir de dados do projecto OpenStreetMap.

Um SIG destinado ao cálculo de rotas óptimas para serviços de emergências é capaz de determinar o caminho mais curto entre dois pontos tendo em conta tanto direcções e sentidos de circulação como direcções proibidas, etc. evitando áreas impracticables. Um SIG para a gerencia de uma rede de abastecimento de águas seria capaz de determinar, por exemplo, a quantos abonados afectaria o corte do serviço em um determinado ponto da rede.

Um Sistema de Informação Geográfica pode simular fluxos ao longo de uma rede linear. Valores como a pendente, o limite de velocidade, níveis de serviço, etc. podem ser incorporados ao modelo com o fim de obter uma maior precisão. O uso de SIG para a modelagem de redes costuma ser comummente empregado no planejamento do transporte, hidrológica ou a gestão de infra-estrutura lineares.

Sobreposição de mapas

A combinação de vários conjuntos de dados espaciais (pontos, linhas ou polígonos) pode criar outro novo conjunto de dados vectoriais. Visualmente seria similar ao empilhamento de vários mapas de uma mesma região. Estas sobreposições são similares às sobreposições matemáticas do diagrama de Venn. Uma união de capas superpostas combina as características geográficas e as tabelas de atributos de de todas elas em uma nova capa. No caso de realizar uma interseção de capas esta definiria a zona nas que ambas se sobrepõem, e o resultado mantém o conjunto de atributos para a cada uma das regiões. No caso de uma sobreposição de diferença simétrica define-se uma área resultante que inclui a superfície total de ambas capas a excepção da zona de interseção.

Na análise de dados raster, a sobreposição de conjunto de dados leva-se a cabo mediante um processo conhecido como "álgebra de mapas", através de uma função que combina os valores da cada matriz raster. No álgebra de mapas é possível ponderar em maior ou menor medida determinadas coberturas mediante um "modelo índice" que reflita o grau de influência de diversos factores em um fenómeno geográfico.

Cartografía automatizada

Precisão e generalização de um mapa em função de sua escala.

Tanto a cartografía digital como os Sistemas de Informação Geográfica codifican relações espaciais em representações formais estruturadas. Os SIG são usados na criação de cartografía digital como ferramentas que permitem realizar um processo automatizado ou semiautomatizado de elaboração de mapas denominado cartografía automatizada.

Na prática isto seria um subconjunto dos SIG que equivaleria à fase de composição final do mapa, dado que na maioria dos casos não todos o software de Sistemas de Informação Geográfica possuem esta funcionalidade.

O produto cartográfico final resultante pode estar tanto em formato digital como impresso. O uso conjunto que em determinados SIG se dá de potentes técnicas de análise espacial junto com uma representação cartográfica profissional dos dados, faz que se possam criar mapas de alta qualidade em um curto período. A principal dificuldade em cartografía automatizada é o utilizar um único conjunto de dados para produzir vários produtos segundo diferentes tipos de escalas, uma técnica conhecida como generalização.

Geoestadística

Modelo de relevo sombreado gerado por interpolação a partir de um Modelo Digital de Elevações (MDE) de uma zona dos Apeninos (Itália)

A geoestadística analisa padrões espaciais com o fim de conseguir predições a partir de dados espaciais concretos. É uma forma de ver as propriedades estatísticas dos dados espaciais. A diferença das aplicações estatísticas comuns, na geoestadística emprega-se o uso da teoria de grafos e de matrizes algébricas para reduzir o número de parámetros nos dados. Depois disso, a análise dos dados associados a entidade geográfica levar-se-ia a cabo em segundo lugar.

Quando se medem os fenómenos, os métodos de observação ditam a exactidão de qualquer análise posterior. Devido à natureza dos dados (por exemplo, os padrões de tráfico em um meio urbano, as pautas meteorológicas no oceano, etc.), grau de precisão constante ou dinâmico perde-se sempre na medida. Esta perda de precisão determina-se a partir da escala e a distribuição dos dados recolhidos. Os SIG dispõem de ferramentas que ajudam a realizar estas análises, destacando a geração de modelos de interpolação espacial.

Geocodificación

Artigo principal: Geocodificación
Arquivo:Housenumber-karlsruhe-de-OSM.png
Geocodificación mediante SIG. Por um lado existem uns números de polícia conhecidos e por outras linhas discontinuas entre esses números de portal orçamentos, as quais representam os trechos nos quais se aplica o método de interpolação.

Geocodificación é o processo de atribuir coordenadas geográficas (latitud-longitude) a pontos do mapa (direcções, pontos de interesse, etc.). Um dos usos mais comuns é a georreferenciación de direcções postales. Para isso se requer uma cartografía base sobre a que referir os códigos geográficos. Esta camada base pode ser, por exemplo, um tramero de eixos de ruas com nomes de ruas e números de polícia. As direcções concretas que se desejam georreferenciar no mapa, que costumam proceder de tabelas tabuladas, se posicionam mediante interpolação ou estimativa. O SIG a seguir localiza na capa de eixos de ruas o ponto no lugar mais aproximado à realidade segundo os algorítmos de geocodificación que utiliza.

A geocodificación pode realizar-se também com dados reais mais precisos (por exemplo, cartografía catastral). Neste caso o resultado da codificação geográfica ajustar-se-á em maior medida à realizada, prevalecendo sobre o método de interpolação.

No caso da geocodificación inversa o processo seria ao revés. Atribuir-se-ia uma direcção de rua estimada com seu número de portal a umas coordenadas x,e determinadas. Por exemplo, um utente poderia clicar sobre uma capa que representa os eixos de via de de uma cidade e obteria a informação sobre a direcção postal com o número de polícia de um edifício. Este número de portal é calculado de forma estimada pelo SIG mediante interpolação a partir de uns números já orçamentos. Se o utente clica no ponto médio de um segmento que começa no portal 1 e termina com o 100, o valor devolvido para o lugar seleccionado será próximo do 50. Há que ter em conta que a geocodificación inversa não devolve as direcções reais, senão só estimativas do que deveria existir em base a dados já conhecidos.

Software SIG

Editando uma capa vectorial de polígonos com o Sistema de Informação Geográfica de código livre gvSIG.
Visualizando capas WMS com o SIG 3D de código aberto Capaware.
SIG SAGA abrindo diferentes tipo de dados e uma vista em 2.5D

A informação geográfica pode ser consultada, transferida, transformada, superposta, processada e mostradas utilizando numerosas aplicações de software. Dentro da indústria empresas comerciais como ESRI, Intergraph, Mapinfo, Autodesk ou Smallworld oferecem um completo conjunto de aplicações. Os governos costumam optar por modificações ad-hoc de programas SIG, produtos de código aberto ou software especializado que responda a uma necessidade bem definida.

O manejo deste tipo de sistemas são levados a cabo geralmente por profissionais de diversos campos do conhecimento com experiência em Sistemas de Informação Geográfica (cartografía, geografia, topografía, etc.), já que o uso destas ferramentas requer uma aprendizagem prévia que precisa de conhecer as bases metodológicas sobre as que se fundamentam. Ainda que existem ferramentas gratuitas para ver informação geográfica, o acesso do público em general aos geodatos está dominado pelos recursos em linha, como Google Earth e outros baseados em tecnologia site mapping.

Originalmente até finais dos 90, quando os dados do SIG se localizavam principalmente em grandes computadores e se utilizam para manter registos internos, o software era um produto independente. No entanto com a a cada vez maior acesso a Internet/Intranet e à demanda de dados geográficos distribuídos, o software SIG tem mudado gradualmente sua perspectiva para a distribuição de dados através de redes. Os SIG que na actualidade se comercializam são combinações de várias aplicações interoperables e APIs.

Hoje por hoje dentro do software SIG distingue-se com frequência seis grandes tipos de programas informáticos:

Comparativa de software SIG

Listagem incompleta dos principais programas SIG existentes no sector e os sistemas operativos nos que podem funcionar sem emulación,[9] bem como seu tipo de licença.

Software SIG Windows Mac VOS X GNU/Linux BSD Unix Meio Site Licença de software
ABACO DbMAP Sim Sim Sim Sim Sim Java Software não livre
ArcGIS Sim Não Sim Não Sim Sim Software não livre
Autodesk Map Sim Não Não Não Não Sim Software não livre
Capaware Sim (C++) Não Não Não Não Não Livre: GNU GPL
Caris Sim Não Não Não Não Sim Software não livre
CartaLinx Sim Não Não Não Não Não Software não livre
Geomedia Sim Não Não Não Sim Sim Software não livre
GeoPista Java Java Java Java Java Sim Livre: GNU
GeoServer Sim Sim Sim Sim Sim Java Livre: GNU
GRASS Sim Sim Sim Sim Sim Mediante pyWPS Livre: GNU
gvSIG Java Java Java Java Java Não Livre: GNU
IDRISI Sim Não Não Não Não Não Software não livre
ILWIS Sim Não Não Não Não Não Livre: GNU
Generic Mapping Tools Sim Sim Sim Sim Sim Sim Livre: GNU
JUMP Java Java Java Java Java Não Livre: GNU
Kosmo Java Java Java Java Java Em desenvolvimento Livre: GNU
LocalGIS Java Java Java Java Java Sim Livre: GNU
LatinoGis Sim Não Não Não Não Sim Software não livre
Manifold Sim Não Não Não Não Sim Software não livre
MapGuide Open Source Sim Sim Sim Sim Sim LAMP/WAMP Livre: LGNU
MapInfo Sim Não Sim Não Sim Sim Software não livre
MapServer Sim Sim Sim Sim Sim LAMP/WAMP Livre: BSD
Maptitude Sim Não Não Não Não Sim Software não livre
MapWindow GIS Sim (ActiveX) Não Não Não Não Não Livre: MPL
Bentley Map Sim Abandonado Não Não Abandonado Sim Software não livre
Quantum GIS Sim Sim Sim Sim Sim Sim Livre: GNU
SAGA GIS Sim Sim Sim Sim Sim Não Livre: GNU
GE Smallworld Sim  ? Sim  ? Sim Sim Software não livre
SavGIS Sim Não Não Não Não Integração com Google Maps Software não livre: Freeware
SEXTANTE Java Java Java Java Java Não Livre: GNU
SITAL Sim Não Não Não Não Integração com Google Maps Software não livre
SPRING Sim Não Sim Não Solaris Não Software não livre: Freeware
SuperGIS Sim Não Não Não Não Sim Software não livre
TatukGIS Sim Não Não Não Não  ? Software não livre
TNTMips Sim Não Não Não Sim Sim Software não livre
TransCAD Sim Não Não Não Não Sim Software não livre
uDIG Sim Sim Sim Não Não Não Livre: LGNU
GeoStratum Sim (Flex/Java) Sim (Flex/Java) Sim (Flex/Java) Sim (Flex/Java) Sim (Flex/Java) Sim (Flex/Java) Software não livre

O futuro dos SIG

Muitas disciplinas beneficiaram-se da tecnologia subjacente nos SIG. O activo mercado dos Sistemas de Informação Geográfica traduziu-se em uma redução de custos e melhoras contínuas nos componentes de hardware e software dos sistemas. Isto tem provocado que o uso desta tecnologia tenha sido assimilada por universidades, governos, empresas e instituições que o aplicaram a sectores como os bens raízes, a saúde pública, a criminología, a defesa nacional, o desenvolvimento sostenible, os recursos naturais, a arqueologia, a classificação do território, o urbanismo, o transporte ou a logística entre outros.

Na actualidade os SIG estão a ter uma forte implantação nos chamados Serviços Baseados na Localização (LBS) devido ao abaratamiento e masificación da tecnologia GPS integrada em dispositivos móveis de consumo (telefones móveis, PDAs, computadores portáteis). Os LBS permitem aos dispositivos móveis com GPS mostrar sua localização com respeito a pontos de interesse fixos (restaurantes, gasolineras, caixas, hidrantes, etc. mais próximos), móveis (amigos, filhos, autocarros, carros de polícia) ou para transmitir sua posição a um servidor central para sua visualização ou outro tipo de tratamento.

Cartografía em meios site

Por outro lado o mundo dos SIG tem assistido nos últimos anos a uma explosão de aplicações destinadas a mostrar e editar cartografía em meios site como Google Maps, Bing Maps ou OpenStreetMap entre outros. Estes lugares site dão ao público acesso a enormes quantidades de dados geográficos. Alguns deles utilizam software que, através de um API, permitem aos utentes criar aplicações personalizadas. Estes serviços oferecem pelo geral de rua, imagens aéreas ou de satélite, geocodificación, buscas em nomenclátores ou funcionalidades de roteamento.

O desenvolvimento de Internet e as redes de comunicação, bem como o surgimiento de estándares OGC que facilitam a interoperabilidade dos dados espaciais, tem impulsionado a tecnologia site mapping, com o surgimiento de numerosas aplicações que permitem a publicação de informação geográfica no site. Aliás este tipo de serviços site mapping baseado em servidores de mapas que se acedem através do próprio navegador têm começado a adoptar as características mais comuns nos SIG tradicionais, o que tem propiciado que a linha que separa ambos tipos de software se esmaeça a cada vez mais.

Semántica e SIG

As ferramentas e tecnologias emergentes desde a W3C Semantic Site Activity estão a resultar úteis para os problemas de integração de dados nos sistemas de informação. De igual forma, essas tecnologias propuseram-se como um médio para facilitar a interoperabilidade e a reutilização de dados entre aplicações SIG[10] [11] e também para permitir novos mecanismos de análise.[12]

As ontologías são um componente finque deste enfoque semántico, já que permitem uma legibilidad por parte das máquinas de conceitos e relações em um domínio dado. Isto a sua vez permite ao SIG se centrar no significado dos dados em lugar de sua sintaxe ou estrutura. Por exemplo, podemos razonar que um tipo de cobertura do solo classificada como bosques de frondosas caducifolias são um conjunto de dados detalhados de uma capa sobre cobertas vegetales de tipo florestal com uma classificação menos minuciosa, o que poderia ajudar a um SIG a fundir automaticamente ambos conjuntos de dados em uma capa mais geral de classificação da coberta vegetal terrestre.

Ontologías muito profundas e exhaustivas têm sido desenvolvidas em áreas relacionadas com o uso dos SIG, como por exemplo a Ontología de Hidrología desenvolvida pelo Ordnance Survey no Reino Unido e as ontologías SWEET levadas a cabo pelo Laboratório de Propulsão a Chorro da NASA.

Os SIG temporários

Uma das principais fronteiras aos que se enfrenta os Sistemas de Informação Geográfica é a de agregar o elemento tempo aos dados geoespaciales. Os SIG temporários incorporam as três dimensões espaciais (X, E e Z) acrescentando ademais o tempo em uma representação 4D que se assemelha mais à realidade. A temporalidad nos SIG recolhe os processos dinâmicos dos elementos representados. Por exemplo, imaginemos-nos as possibilidades que ofereceria um Sistema de Informação Geográfica que permita reduzir e acelerar o tempo dos processos geomorfológicos que nele se renderizam e analisar as diferentes sequências morfogenéticas de um determinado relevo terrestre; ou renderizar o desenvolvimento urbano de uma área determinada ao longo de um período dado.[13]

Veja-se também

Notas e referências

  1. «Lascaux Cave». Ministério de Cultura francês. Consultado o 13-02-2008.
  2. Curtis, Gregory. The Cave Painters: Probing the Mysteries of the World's First Artists, NY, USA: Knopf. ISBN 1-4000-4348-4.
  3. Dr David Whitehouse. «Ice Age star map discovered». BBC. Consultado o 09-06-2007.
  4. «John Snow's Cholera Map». York University. Consultado o 09-06-2007.
  5. Joseph H. Fitzgerald. «Map Printing Methods». Consultado o 09-06-2007.
  6. «GIS Hall of Fame - Roger Tomlinson». URISA. Consultado o 09-06-2007.
  7. Lucia Lovison-Golob. «Howard T. Fisher». Harvard University. Consultado o 09-06-2007.
  8. É comum no âmbito dos Sistemas de Informação Geográfica referir a estes elementos gráficos que representam elementos do mapa com sua denominação inglesa feature.
  9. Note-se que aqueles produtos nos que existem versões para Unix e/ou Linux, a disponibilidade para MacOS X e BSD é também muito factible dado que o sobrecoste de sua compilação é escasso para o programador, especialmente quando o código fonte é público. As aplicações Java funciona em todas as plataformas em cujas versões existem uma Máquina Virtual de Java ou um compilador de Java (nestes momentos Windows, MacOS X, Linux e Solaris).
  10. Federico Fonseca e Amit Sheth (2002). «The Geospatial Semantic Site» (em inglês). Consultado o 18-10-2008.
  11. Federico Fonseca e Max Egenhofer (1999). «Ontology-Driven Geographic Information Systems» (em inglês). Consultado o 18-10-2008.
  12. Perry, Matthew; Hakimpour, Farshad; Sheth, Amit (2006), «Analyzing Theme, Space and Time: an Ontology-based Approach» (PDF), [Expressão errónea: operador < inesperado Proc. ACM International Symposium on Geographic Information Systems], pp. 147-154 
  13. Matt Ball (2009). «What are some of the technological frontiers for GIS advancement?» (em inglês). Consultado o 02-02-2009.

Bibliografía

Enlaces externos

Obtido de http://ks312095.kimsufi.com../../../../articles/a/t/e/Ate%C3%ADsmo.html"