Apresentação sobre banco de dados geográficos para disciplina de Banco de Dados do Departamento de Computação da UFSJ.

1. Banco de Dados Geogr´aficos
Frederico Resende
Gilma Campos
Marcos Peres
Mauro C´esar
DCOMP - UFSJ
Frederico Resende Gilma Campos Marcos Peres Mauro C´esar Banco de Dados Geogr´aficos

2. Introdu¸c˜ao
O que s˜ao banco de dados geogr´aficos?
S˜ao banco de dados preparados para armazenar dados sobre
informa¸c˜oes espaciais;
Relacionados ao SIG;
Manipulam grande volumes de informa¸c˜oes como mapas e imagens de
sat´elites.
Fonte: https://www.labgis.uerj.br
Frederico Resende Gilma Campos Marcos Peres Mauro C´esar Banco de Dados Geogr´aficos

3. Introdu¸c˜ao
Fonte: Medeiros(2012)
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4. Introdu¸c˜ao
Geoprocessamento:
Processamento informatizado de dados georreferenciados;
Conjunto de conceitos, m´etodos e t´ecnicas para produ¸c˜ao de
informa¸c˜ao geogr´afica;
´Area tamb´em conhecida como Geom´atica.
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5. Introdu¸c˜ao
Geotecnologias s˜ao o conjunto de tecnologias para coleta, processamento,
an´alise e disponibiliza¸c˜ao de informa¸c˜ao geogr´afica como:
Topografia cl´assica;
Cartografia digital;
SIGs;
Sensoriamento remoto por sat´elites;
Sistema de posicionamento global(GPS);
Banco de dados geogr´aficos.
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6. Introdu¸c˜ao
Geotecnologias s˜ao o conjunto de tecnologias para coleta, processamento,
an´alise e disponibiliza¸c˜ao de informa¸c˜ao geogr´afica como:
Topografia cl´assica;
Cartografia digital;
SIGs;
Sensoriamento remoto por sat´elites;
Sistema de posicionamento global(GPS);
Banco de dados geogr´aficos.
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7. Introdu¸c˜ao
Geotecnologias s˜ao o conjunto de tecnologias para coleta, processamento,
an´alise e disponibiliza¸c˜ao de informa¸c˜ao geogr´afica como:
Topografia cl´assica;
Cartografia digital;
SIGs;
Sensoriamento remoto por sat´elites;
Sistema de posicionamento global(GPS);
Banco de dados geogr´aficos.
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8. Introdu¸c˜ao
Geotecnologias s˜ao o conjunto de tecnologias para coleta, processamento,
an´alise e disponibiliza¸c˜ao de informa¸c˜ao geogr´afica como:
Topografia cl´assica;
Cartografia digital;
SIGs;
Sensoriamento remoto por sat´elites;
Sistema de posicionamento global(GPS);
Banco de dados geogr´aficos.
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9. Introdu¸c˜ao
Geotecnologias s˜ao o conjunto de tecnologias para coleta, processamento,
an´alise e disponibiliza¸c˜ao de informa¸c˜ao geogr´afica como:
Topografia cl´assica;
Cartografia digital;
SIGs;
Sensoriamento remoto por sat´elites;
Sistema de posicionamento global(GPS);
Banco de dados geogr´aficos.
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10. Introdu¸c˜ao
Geotecnologias s˜ao o conjunto de tecnologias para coleta, processamento,
an´alise e disponibiliza¸c˜ao de informa¸c˜ao geogr´afica como:
Topografia cl´assica;
Cartografia digital;
SIGs;
Sensoriamento remoto por sat´elites;
Sistema de posicionamento global(GPS);
Banco de dados geogr´aficos.
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11. Introdu¸c˜ao
Primeiramente sobre os SIGs, o que s˜ao?
Geographic Information System;
Conjunto de sistemas de softwares e hardwares capazes de produzir,
armazenar, processar, analisar e representar informa¸c˜oes sobre o
espa¸co geogr´afico;
Geram mapas, imagens de sat´elites, cartas topogr´aficas, gr´aficos, etc.
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12. Introdu¸c˜ao
Entre as quest˜oes em que um SIG pode ter um papel importante
encontram-se:
Localiza¸c˜ao: inquirir caracter´ısticas de um lugar concreto;
Tendˆencia: compara¸c˜ao entre situa¸c˜oes temporais ou espaciais
distintas;
Rotas: c´alculo de caminhos ´otimos entre dois ou mais pontos;
Modelos: gera¸c˜ao de modelos explicativos a partir do
comportamento observado de fenˆomenos espaciais;
Material jornal´ıstico: utiliza-se SIGs para aprofundar coberturas
jornal´ısticas, inclusive em tempo real.
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13. Introdu¸c˜ao
Entre as quest˜oes em que um SIG pode ter um papel importante
encontram-se:
Localiza¸c˜ao: inquirir caracter´ısticas de um lugar concreto;
Tendˆencia: compara¸c˜ao entre situa¸c˜oes temporais ou espaciais
distintas;
Rotas: c´alculo de caminhos ´otimos entre dois ou mais pontos;
Modelos: gera¸c˜ao de modelos explicativos a partir do
comportamento observado de fenˆomenos espaciais;
Material jornal´ıstico: utiliza-se SIGs para aprofundar coberturas
jornal´ısticas, inclusive em tempo real.
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14. Introdu¸c˜ao
Entre as quest˜oes em que um SIG pode ter um papel importante
encontram-se:
Localiza¸c˜ao: inquirir caracter´ısticas de um lugar concreto;
Tendˆencia: compara¸c˜ao entre situa¸c˜oes temporais ou espaciais
distintas;
Rotas: c´alculo de caminhos ´otimos entre dois ou mais pontos;
Modelos: gera¸c˜ao de modelos explicativos a partir do
comportamento observado de fenˆomenos espaciais;
Material jornal´ıstico: utiliza-se SIGs para aprofundar coberturas
jornal´ısticas, inclusive em tempo real.
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15. Introdu¸c˜ao
Entre as quest˜oes em que um SIG pode ter um papel importante
encontram-se:
Localiza¸c˜ao: inquirir caracter´ısticas de um lugar concreto;
Tendˆencia: compara¸c˜ao entre situa¸c˜oes temporais ou espaciais
distintas;
Rotas: c´alculo de caminhos ´otimos entre dois ou mais pontos;
Modelos: gera¸c˜ao de modelos explicativos a partir do
comportamento observado de fenˆomenos espaciais;
Material jornal´ıstico: utiliza-se SIGs para aprofundar coberturas
jornal´ısticas, inclusive em tempo real.
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16. Introdu¸c˜ao
Entre as quest˜oes em que um SIG pode ter um papel importante
encontram-se:
Localiza¸c˜ao: inquirir caracter´ısticas de um lugar concreto;
Tendˆencia: compara¸c˜ao entre situa¸c˜oes temporais ou espaciais
distintas;
Rotas: c´alculo de caminhos ´otimos entre dois ou mais pontos;
Modelos: gera¸c˜ao de modelos explicativos a partir do
comportamento observado de fenˆomenos espaciais;
Material jornal´ıstico: utiliza-se SIGs para aprofundar coberturas
jornal´ısticas, inclusive em tempo real.
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17. Introdu¸c˜ao
Fonte: https://www.geoeasy.com.br
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18. Banco de dados espaciais
Banco de dados espaciais/geogr´aficos:
Semelhante aos relacionais, com a grande e importante diferen¸ca de
suportar fei¸c˜oes geom´etricas;
Demandam grande quantidade de espa¸co para armazenamento dos
dados;
Fornecem armazenamento, recupera¸c˜ao e an´alise muito mais
eficientes de dados espaciais.
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19. Banco de dados espaciais
Dados espaciais:
S˜ao associados `a uma posi¸c˜ao geogr´afica;
Representam uma localiza¸c˜ao ou forma(cidades, estados, rios, etc);
An´alises e consultas espaciais:
C´alculo entre distˆancias, ´areas e centr´oides;
Consultas por proximidades ou por regi˜ao.
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20. Banco de dados espaciais
Os dados espaciais podem ser representados sob duas formas:
Modelo matricial:
Caracterizada por uma matriz de c´elulas de tamanho regulares;
Cada c´elula representa um determinado conjunto de valores;
Imagens de sat´elites e modelos digitais.
Fonte: https://ibis.colostate.edu
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21. Banco de dados espaciais
Modelo vetorial:
Representa¸c˜ao mais realista, de f´acil visualiza¸c˜ao;
Utiliza pontos, linhas e pol´ıgonos para representa¸c˜ao;
Fonte: https://www.colorado.edu/geography
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22. Banco de dados espaciais
Elementos de uma representa¸c˜ao vetorial:
Entidade: abstra¸c˜ao do mundo real que n˜ao pode ser subdividido
como abstra¸c˜ao de mesmo tipo(cidade, pa´ıs, estrada);
Tipo-Entidade: conjunto de abstra¸c˜oes do mundo real;
Atributo: caracter´ısticas de uma entidade;
Objeto: representa¸c˜ao digital de uma entidade;
Camadas: objetos espaciais podem ser agrupados por camadas.
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23. Banco de dados espaciais
Objetos:
Ponto:
Representado pela sua localiza¸c˜ao;
N˜ao possuem dimens˜oes significativas.
Fonte: FILHO; IOCHPE(1996)
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24. Banco de dados espaciais
Objetos:
Linha:
Representam objetos com tamanhos vari´aveis;
Possuem uma distribui¸c˜ao espacial linear.
Fonte: FILHO; IOCHPE(1996)
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25. Banco de dados espaciais
Objetos:
Pol´ıgono:
Representa¸c˜ao bidimensional;
´Areas(estados, pa´ıses, florestas).
Fonte: https://www.tempoagora.com.br
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26. Banco de dados espaciais
Camadas de objetos:
Fonte: https://saylordotorg.github.io/text essentials-of-geographic-information-systems
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27. Banco de dados espaciais
Compara¸c˜ao entre os modelos matricial e vetorial:
Fonte: https://sqlserverrider.files.wordpress.com
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28. Banco de dados espaciais
Compara¸c˜ao entre os modelos matricial e vetorial:
Modelo Vetorial Modelo Matricial
Estrutura Complexa Simples
Topologia Melhor defini¸c˜ao Defini¸c˜ao fraca
Sa´ıdas Gr´aficas Boa qualidade Baixa qualidade
Manipula¸c˜ao F´acil Imposs´ıvel
Visualiza¸c˜ao R´apida Lenta
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29. Banco de dados espaciais
Dados espaciais s˜ao armazenados usando o sistema de coordenadas
de uma proje¸c˜ao em particular;
Cada instˆancia espacial tem um SRID(Spatial Reference Identifier);
Permite saber em que proje¸c˜ao determinada tabela est´a.
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30. Modelos, ´Algebra e Linguagens
Modelo:
Modelo relacional estendido;
´Algebra:
Rose Algebra;
Linguagens de query:
SQL estendido: GEOSQL, PSQL;
Linguagem gr´afica: GEO-SAL.
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31. Modelos, ´Algebra e Linguagens
O SGDB ´e estendido para o SDT(Spatial Data Transfer) ao n´ıvel de tipos
de dados atˆomicos.
relation provinces(pname: STRING; area: REGION; ppop:INTEGER);
relation cities (cname: STRING; center: POINT; ext: REGION;
cpop: INTEGER);
relation rivers (rname: STRING; route: LINE).
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32. Modelos, ´Algebra e Linguagens
Rose Algebra:
Usada para calcular distˆancia, superf´ıcies e proximidade de objetos;
Uma opera¸c˜ao pode ter a forma:
Un´aria: op (Tipo1) = Tipo2;
Bin´aria: (Tipo1) op (Tipo2) = Tipo3;
Exemplos:
lines intersection lines = points;
{lines, regions} inside regions = bool;
regions intersection regions = regions;
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33. Modelos, ´Algebra e Linguagens
Uso de express˜oes SQL para determinar:
Distˆancia;
Ordem;
Topologia;
´Area;
Comprimento;
Intersec¸c˜ao;
Uni˜ao.
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34. Modelos, ´Algebra e Linguagens
Consultas:
Abstraem a apresenta¸c˜ao gr´afica dos dados espaciais para gerarem as
consultas;
Dois tipos de consultas:
Spatial select - retorna objetos que satisfazem um predicado espacial
com o objeto de consulta;
Spatial join - uma jun¸c˜ao que compara quaisquer dois objetos unidos
com base em um predicado em seus valores de atributo espacial.
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35. Modelos, ´Algebra e Linguagens
Exemplos de consultas:
CREATE TABLE Country(Name varchar(30), State Integer, Pop
Integer, Shape Polygon);
Fonte: https://i.stack.imgur.com
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36. Modelos, ´Algebra e Linguagens
Spatial select:
Todas as cidades da It´alia:
SELECT sname FROM cities c WHERE c.center inside Italy.area;
Todas as cidades a menos de 50 Km de Belo Horizonte:
SELECT d.nome, d.populacao FROM d Cidade, c Cidade WHERE
c.nome = ”Belo Horizonte”and distance(d,c) <50 and d.populacao
>50.000
Spatial join:
SELECT cname, sname FROM cities, provinces WHERE center
inside area.
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37. Modelos, ´Algebra e Linguagens
Joins:
Non-spatial join:
SELECT S.name FROM Senator S, Business B WHERE S.soc-sec =
B.soc-sec;
Spatial join:
SELECT S.name FROM Senator S, Business B WHERE
S.district.Area() >300 AND Within(B.location, S.district)
Fonte: FILHO; IOCHPE(1996)
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38. Aplica¸c˜oes
Formatos de BDE:
Sistema de coordenadas;
Fonte: http://www.geographyalltheway.com/ks3g eography
Proje¸c˜ao.
Fonte: http://www.mundovestibular.com.br
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39. Aplica¸c˜oes
Crit´erios para avalia¸c˜ao de um BDE:
Precis˜ao espacial;
Precis˜ao dos atributos;
Escala;
Capacidade de atualiza¸c˜ao;
Al´em de todos os outros crit´erios de qualidade de banco de dados
aplic´aveis.
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40. Aplica¸c˜oes
Um bom BDE possui regras e restri¸c˜oes como:
Proteger a integridade dos dados;
Prevenir erros humanos;
Possuem dados est´aticos:
Geralmente associados `a geometria;
Separado dos dados dinˆamicos;
E dados dinˆamicos:
Gerados de forma automatizada;
Dados meteorol´ogicos por exemplo.
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41. Aplica¸c˜oes
Algumas ferramentas:
PostgreSQL/PostGIS;
MySQL Spatial;
Oracle Spartial;
Microsoft SQL Server(with ESRI SDE);
Hybernate Spatial.
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42. PostGIS
´E uma extens˜ao do PostGreSQL;
Desenvolvido pela Refractions Research;
Gratuito e possui c´odigo-fonte livre;
Segue os padr˜oes de interoperabilidade da OGC;
Atualmente na vers˜ao 2.3.3.
Fonte: http://www.gislounge.com
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43. PostGIS
´E apenas um m´odulo de extens˜ao;
Necessita do PostGreSQL como base(SGBD).
Fonte: http://www.andersonmedeiros.com
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44. PostGIS
Por padr˜ao, roda na porta 5432;
Uma instˆancia pode conter diversos bancos, com diversos schemas e
tabelas;
PostGIS vs Oracle Spatial vs MySQL Spatial:
Fonte: https://trends.google.com
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45. PostGIS
Objetos espaciais:
POINT(0 0);
LINESTRING(0 0, 1 1, 2 2);
POLYGON((0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),(1 1, 2 1, 2 3, 3 2, 0 1));
MULTIPOINT(0 0, 1 2);
MULTILINESTRING((0 0, 1 1, 2 1),(2 2, 3 3, 1 0));
MULTIPOLYGON(((0 0, 4 0, 4 4, 0 4, 0 0),(1 1, 2 1, 2 3, 3 2, 0
1),(-1 -1, -2 -2, -1 -1, -2 -2, -1 -2))).
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46. PostGIS
Estrutura dos dados definida pelo padr˜ao OGC SFS(Simple Feature
Specification).
Fonte: http://www.fernandoquadro.com.br/html/postgis/
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47. PostGIS
Trabalha com duas tabelas de meta-dados:
GEOMETRY COLUMN;
SPATIAL REF SYS.
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48. PostGIS
Na tabela GEOMETRY COLUMN consistem as informa¸c˜oes das tabelas
espaciais, da seguinte forma:
F TABLE CATALOG;
F TABLE SCHEMA;
F TABLE NAME;
F GEOMETRY COLUMN;
COORD DIMENSION;
SRID;
TYPE.
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49. PostGIS
Na tabela SPATIAL REF SYS ´e onde s˜ao carregadas as informa¸c˜oes dos
sistemas de coordenadas utilizados pelo banco:
SRID;
AUTH NAME;
AUTH SRID;
SRTEXT;
PROJ4TEXT.
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50. PostGIS
Rela¸c˜ao entre as tabelas GEOMETRY COLUMN e SPATIAL REF SYS:
Fonte: http://tsunamiportal.nacse.org/documentation
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51. PostGIS
Criando tabelas com dados espaciais:
Fonte: http://www.fernandoquadro.com.br/html/postgis/
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52. PostGIS
Inserindo dados espaciais:
Fonte: http://www.fernandoquadro.com.br/html/postgis/
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53. PostGIS
Recuperando dados espaciais:
Fonte: http://www.fernandoquadro.com.br/html/postgis/
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54. PostGIS
Algumas fun¸c˜oes do PostGIS:
ST Area: retorna a ´area de um pol´ıgono;
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55. PostGIS
ST Contains: retorna TRUE se A estiver em B;
Fonte: https://postgis.net/docs
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56. PostGIS
ST Intersects: retorna TRUE se houver algum tipo de intersec¸c˜ao;
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57. PostGIS
ST Centroid: retorna o ponto central da ´area;
Fonte: https://postgis.net/docs/
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58. PostGIS
V´arios softwares utilizam PostGIS como um backend:
ArcGIS;
GeoMidia;
Kosmo;
MapSurfer.NET;
QGIS;
TerraView;
Uber.
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59. PostGIS
Vantagens do PostGIS:
Ser um software livre e gratuito;
Possui poderosas funcionalidades;
F´acil importa¸c˜ao/exporta¸c˜ao de dados;
Integra¸c˜ao com SIG e WebGIS;
Amplamente utilizado, possui grande comunidade de suporte.
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60. WebMapping
O que ´e WebMapping?
Trata-se da disponibiliza¸c˜ao de mapas digitais online;
Permite que sejam acessados de forma h´abil e atraente;
Utiliza um BDE para armazenamento dos dados;
Tamb´em chamado de WebGIS.
Fonte: http://resources.arcgis.com
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61. WebMapping
Vis˜ao geral de um SIG:
Fonte: http://explorations.cl
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62. WebMapping
Arquitetura do WebMapping:
Fonte: https://www.e-education.psu.edu
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63. WebMapping
Trˆes tipos de WebGIS:
Mapas est´aticos;
Mapas gerados `a partir de formul´arios;
Mapas dinˆamicos.
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64. WebMapping
Mapas est´aticos:
Em formato de imagem(*.jpg, *.gif, *.png, etc) integrados `a p´aginas
da internet;
Forma mais b´asica de WebMapping;
Baixa interatividade.
Fonte: https://www.infoescola.com/geografia/web-mapping
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65. WebMapping
Mapas gerados `a partir de formul´arios:
Fornece-se parˆametros para gera¸c˜ao de mapas na forma de imagem;
Pouca versatilidade de navega¸c˜ao sobre o mapa;
Pouca usabilidade.
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66. WebMapping
Mapas dinˆamicos:
Usu´ario seleciona uma ´area de seu interesse, gerando navega¸c˜ao para
outro mapa;
Interface mais atraente, com consultas espaciais dispon´ıveis;
Mais frequente na atualidade.
Fonte: https://www.infoescola.com/geografia/web-mapping
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67. WebMapping
Vantagens de usar WebMapping:
Facilidades de manuseio pelo usu´ario final(aplica¸c˜oes amig´aveis);
Independˆencia de sistema operacional;
O usu´ario s´o precisa de um computador com navegador e acesso `a
internet;
Dependendo da arquitetura da qual se fez uso, n˜ao ´e necess´ario
carregar, instalar ou manter qualquer software ou dados no cliente;
Podem interagir com sistemas desktop ou outros sistemas da
internet(interoperabilidade);
Permite diferentes tipos de acesso aos dados.
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68. WebMapping
Desvantagens de usar WebMapping:
Tempo de carga de dados;
Limita¸c˜oes das an´alises espaciais;
N˜ao substitui uma aplica¸c˜ao de SIG por completo.
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69. WebMapping
Softwares e frameworks para desenvolvimento de WebGIS:
MapServer;
GeoServer;
i3Geo;
Alov Map;
Open Layers.
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70. WebMapping
Servi¸cos que utilizam WebGIS:
Google Earth e Google Maps;
Whereis;
liveMaps;
Portais governamentais;
MultiMap.
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71. Obrigado!