GEOTECNOLOGIA

1. Introdução a Sistema
de Informações
Geográficas - SIG
Universidade Federal de Viçosa
Departamento de Solos
Rogério Mercandelle Santana

2. Flying Blind
Jul 24th 2003
The Economist

3. Vivemos em Dois Mundos
Mundo Natural Mundo Construído
Auto-Regulado Gerenciado (Bem ou Mal?)
. . . Estão Cada Vez Mais em Conflito

4. Visão Espacial
Visão Global
Planejamento Local
• Padrões • Bacias Hidrográficas
• Ligações • Estados
• Tendências • Municípios
• Distritos

6. Abstração do Mundo Real

7. O que é SIG?

8. O Que é SIG ?
• Sistemas de Informação Geográfica
(SIG) é sistema baseado na interação
software, hardware, pessoas e
informações espaciais.
• O SIG propicia:
 criar, editar, pesquisar, analisar e
apresentar as informações em um mapa
ou no computador.

9. Definições
• Um poderoso conjunto de ferramentas para coletar, armazenar,
recuperar, transformar e exibir dados espaciais do mundo real
(Burrough, 1986).
• Um sistema para capturar, armazenar, controlar, manipular,
analisar e visualizar dados que são espacialmente
referenciados à Terra (Departamento de Meio Ambiente, 1987).
• Uma tecnologia de informação que armazena, analisa e
exibe tanto espaciais e não espaciais de dados (Parker,1988).
• Um sistema de base de dados no qual a maioria dos dados são
indexados espacialmente, e sobre a qual um conjunto de processos
acionados de forma a responder perguntas sobre entidades
espaciais na base de dados (Smith et al., 1987).
• Sistema de apoio à decisão que envolve a integração de dados
espacialmente referenciados na resolução de um problema
ambiental (Cowen, 1988).

10. Sistemas de Informação Geográfica
• Sistema – uma operação que ilimitada que vincula a
informação à sua localização geográfica, por meio de
hardware,redes software, dados e procedimentos
operacionais.
• Informação – atributos ou características (dados) podem
ser usados para melhor descrever uma localização espacial.
• Geográfica – Localização Espacial - 80% dos dados do
governo EUA estão associados a algum localização espacial.
... Não é simplesmente um software!
... Não é usado somente para fazer mapas!
Mais de 7.000 universidades ensinam SIG no mundo (Angela Lee
ESRI Education Program)

11. Quem usa SIG?
• Organizações Internacionais
 UN-HABITAT (Programa das Nações Unidas para os
Assentamentos Humanos), Banco Mundial, UNEP
(Program de Meio ambiente das Nacções Unidas) , FAO
(Organização das Nações Unidas para a Agricultura e a
Alimentação) , Organização Mundial da Saúde (OMS),
etc.
• Industria Privada
 Transportes (rotas), bens imobiliários, Seguros, etc.
• Governo
 Ministério do Meio Ambiente, Habitação, Agricultura, etc.
 Municípios, autarquias (SAAE, COPASA, CEMIG), etc.
 Agências de Planejamento, Parques, transportes, etc
• Agencias não-governamentais ONG´s
 WRI - Instituto Mundial de Recursos, WWF, SOS - Mata
Atlântida, etc.
• Universidades e Centrosd de Paequisa
 LABGEO – UFV, INPE, USGS, IBGE, etc.

12. O que você pode fazer com o SIG?
• As possibilidades são ilimitadas…
 Estudo de Impacto Ambiental
 Gestão de Recursos
 Planejamento do uso do solo
 Saneamento Básico e rede de
distribuição de águas
 Rotas de Transporte
 mais ...

13. Como um SIG trabalha?
• Os dados no SIG possuem
referência espacial (geográfica)
 Descreve uma feição sobre a superfície
terrestre usando por exemplo:
• coordenadas
• sistema de referencia (datum)
• seu endereço
• seu município
• nome da rua
• bacia hidrográfica

14. O SIG armazena informações sobre a superfície
terrestre em uma coleção de camadas (layers). Essas
se ligam a um banco de dados descritivos e se
relacionam umas com as outras por meio de sua
localização espacial

15. O SIG permite a Integração de Dados
107’
Vetores
Topologia Dimensão
• Estradas
• Uso da Terra Medições
• População ABC
• Serviços
• Redes - Trajetos Imagens
Escolas Anotações
• Hospitais Desenhos
CAD
• Campo de Refugiados 27 Main St.
• Nascentes
• Saneamento Objetos 3D
Endereços Atributos
Terreno

16. História
A 35.000 anos, caçadores representavam animais
nas paredes de cavernas próximo a Lascaux, França.
Associados aos desenhos dos animais, foram traçados locais de
pastagem, repouso e rotas migratórias.
Estes primeiros registros representam dois elementos
estruturais dos sistemas de informação geográfica (SIG):
Um arquivo gráfico ligada a um atributo de dados.

17. • Epidemia de cólera em Londres 1854
• Bairro Soho ••+ por cólera
Mortes
•Bomba de água
•Historicamente coube a John
Snow, no século XIX, a
percepção de que a epidemia
de cólera na Londres de então
podia estar sendo propagada
através do escoamento
superficial das águas
contaminadas. Recorrendo a
mapas nos quais se
representavam a distribuição
geográfica de mortes por
cólera bem como a infra-
estrutura de distribuição de
águas, em 1854, este
pesquisador provou a
associação entre mortalidade e
regiões drenadas por águas
contaminadas. 17
Kingston Centre for GIS

18. Informação Espacial Tratada
1854
••+ por cólera
Mortes
•Bomba de água
18
Kingston Centre for GIS

19. Existem dois tipos fundamentais
de dados
• Vetoriais
 Usa coordenadas x,y para definir as feições
 Para dados discretos representados por pontos,
linhas e polígonos
• Raster (matriciais)
 Formado por grades e células
 Usado para dados contínuos como elevações
(MDE), declividades, superfícies
• Os SIG´s possuem ferramentas para
utilização correta desses dois tipos de dados

20. Representação dos dados
Raster
Vetor
Mundo Real

21. •Raster – Grid
 “pixels”
 Localização e valor
 Imagens de satélite e
fotografias áreas são de
formato raster
Mundo Real
• Vetorial
 Pontos, linhas e polígonos
 “Feições” (casa, lago, rede
de transmissão, etc.)
 Atributos (tamanho, tipo,
comprimento, etc.)

22. Modelo de Dados Vetoriais
• Abstração espacial das feições
 Pontos
 Linhas
 Áreas (polígonos)
• Grava as coordenadas dos
vértices
• Bom para representar objetos
com limites bem definidos
• As relações espaciais podem ser
definidas

23. Modelo de dados Raster
• Grade regular de células
 Cada célula representa
uma área no terreno
 Depende da resolução
espacial
• O valor atribuído para cada
célula representa seu
atributo
 Declividade
 Cobertura vegetal
 Elevação
• Imagem de Satélites
• DEMs
• Utilizado para representar
atributos que apresentam
mudanças contínuas

24. Representação Espacial Vetorial
Permite ao usuário representar uma localização especifica
no espaço geográfico por meio de pontos, linhas e
polígonos.
Mesmo uma entidade contínua pode ser representada por
meio de uma representação vetorial (ex. mapa de solos).
Cabe ao usuário determinar de que forma os dados serão
utilizados.
(X,Y)

25. Representação Espacial Vetorial Cont.
Utilizamos esses três elementos espaciais para
representar o mundo real.
É importante que o usuário tenha em mente a escala do
trabalho, pois feições poligonais em campo poderão, segundo a
escala, ser representadas como feições lineares ou até mesmo
pontuais.
Ponto – Elementos simples
Nó Nó
Vértice
Linhas (arcos – Nós conectados por
vértices)
Nó
Vértice
Polígonos – Conjunto de linhas conectadas

26. Representação Raster ou Matricial
Armazena as imagens em linhas e colunas com um valor numérico
digital para cada célula.
As células são uniformes (mesmo tamanho) e apresentam sua área
com sua unidade ao quadrado .
O usuário no momento da rasterização (transformação de feições
vetoriais para raster) define o tamanho do pixel de trabalho. O tamanho do
pixel determinará a precisão e o nível de detalhe da imagem gerada, tendo-
se em conta a escala de trabalho. Imagens com pixel muito pequeno são
difíceis para armazenamento e manipulação dos dados, o que demanda
uma grande rotina computacional, muitas vezes desnecessária ao estudo.
Os dados são classificados como
“contínuos” (como em uma imagem,
ex. MDE, declividade, etc), ou
“temático” (onde cada pixel possui um
valor relacionado com uma
característica ex. solos, cobertura
vegetal, etc).
Diversos formatos existentes (TIFF,
GIF, ERDAS.img etc)
Contínuos

29. • Tamanho Menor Célula • Tamanho Maior da Célula
• Maior resolução • Menor resolução
• Maior precisão da feição • Menor precisão na localização da
espacial feição espacial
• Apresentação mais lenta • Apresentação mais rápida
• Processamento mais lento • Processamento mais rápido
• Arquivo de armazenagem maior • Arquivo de armazenagem menor

31. Raster vs. Vetor
Vantagens - Raster
• Formato de dado mais comum
• Operações matemáticas e de overlay mais fáceis
• Informações de imagens de satélites facilmente incorporadas
• Melhor para representar dados “contínuos”
Vantagens - Vetor
• Informação com maior precisão em sua posição. Melhor forma de
armazenar feições temáticas discretas (ex. Estradas, rios, limites ).
• Dados mais compactos para armazenamento
• Podemos associar números ilimitados de atributos com
características específicas

32. Equação Universal de Perdas de Solos
A=R.K.L.S.C.P
• A é a perda de solos em T/(ha.ano)
•· R é o fator de erosividade das chuvas, em t.h.Mj.mm
•· K é o fator de erosividade do solo em t.h./(M.J/mm)
•· L é o fator comprimento de rampa
•· S é a declividade
•· C é o fator uso e manejo e
•· P o fator práticas conservacionistas.
QUAL É A MELHOR SOLUÇÃO?
VETORIAL OU RASTER?
A=R.K.L.S.C.P
= X X X X X

33. Atributos
• Para o modelo de dados raster, o valor da célula (número
digital) é o atributo.
Examples: elevação, declividade, cobertura vegetal(?),
Solos (?), etc.
• Para dados vetoriais os atributos são gravados e
relacionados (“linkados”) as feições pontos, linhas ou
polígonos. Cada dado pode possuir múltiplos atributos
para a feição (ex. Latossolo (cor, textura, estrutura. etc.).
Torna-se possível realizar análises a partir de cada
atributo individualmente.
• As feições vetoriais estão “linkados” aos atributos
através de uma única característica numérica.

34. !!!! – O uso do software de SIG não
dispensa conceitos básicos de
cartografia
(o que “sai” depende do que “entra” )
• Pontos a serem analisados na
construção de um mapa e na análise
espacial...
 Escala/Resolução
 Projeção
 Princípios cartográficos, design,
generalização, etc…

35. Relações Espaciais
• Características geométricas individuais de
cada feição
 Comprimento, área, perímetro, forma
• Relação espacial entre 2 ou mais objetos
 Distancia, direção, topologia
• Distribuição espacial dos objetos
 Como os objetos estão distribuídos no espaço.

36. Topologias no SIG
• No contexto do SIG, uma topologia é um
conjunto de regras e comportamentos que
estipulam como pontos, linhas e polígonos
partilham geometrias coincidentes.
 Por exemplo:
• Objetos adjacentes, tais como
países ou parcelas de terreno, têm
uma fronteira comum, isto é,
partilham uma aresta.
• O conjunto de países ou
parcelas de terreno adjacentes
cobrem completamente (sem
sobreposições) uma região do
espaço.

37. No SIG a topologia é usada para garantir a
integridade dos dados.
Assegura a qualidade dos dados e permite a
execução de algumas funções de análise espacial (por
exemplo, a operação dissolução).
Um modelo de dados topológico representa os
objetos espaciais (ponto, linha e polígono) tendo
subjacente um grafo composto por nós e arcos.
• Um arco é definido por 2 nós. •Nó
• O ponto de intersecção de 2 arcos é •Arco
sempre um nó •Nó

38. Utilização de topologias
• Uma topologia pode ser utilizada
 para definir regras de integridade dos dados,tais
como:
• entre parcelas de terreno não podem existir “buracos”
• parcelas de terreno não podem ser sobrepostas
• as estradas têm que estar ligadas entre si
 para suporte de funções de análise espacial que
requerem, por exemplo:
• identificação de objetos adjacentes
• identificação de objetos ligados
 para suporte de ferramentas de edição que
respeitem as restrições topológicas do modelo de
dados, por exemplo:
• alterar uma aresta comum e, automaticamente, alterar
todos os objetos que partilham essa aresta

39. Funções de edição
• Para edição de dados respeitando regras
topológicas o ArcGIS disponibiliza funções
especialmente úteis:
 snapping – garante arestas ligadas
• snapping tolerance – definição de
uma distância de tolerância para
snapping
 extend – estende uma linha até
que esta toque numa feature
previamente seleccionada
 trim – trunca uma linha que é
cortada por uma feature
previamente selecionada
 cut polygon – para dividir um
polígono em dois
 auto-complete polygons – garante que 2 polígonos
possuem uma aresta comum (isto é, são adjacentes)

40. Topologia
• Topologia é definido como a relação
espacial entre feições vizinhas ou
adjacentes.
Tipos de Topologia
Linhas que compartilham Feições poligonais com
pontos sobreposição a outros
polígonos
Topologia Arc-Nó
Topologia de região ou
área
Feições Lineares que
Áreas que compartilham
compartilham seu ponto
limites
final com outras feições
Topologia de Polígono pontuais
Topologia de Nó
Linhas que compartilham Feições Pontuais que
segmentos com outras compartilham vértices com
linhas feições lineares
Topologia de rota ou Evento de Ponto
caminho

41. Ferramentas Avançadas
• Extração de dados
 Cria um subconjunto de
feições baseado na
extensão geográfica de
outro dado
• Overlays
 Combinam duas ou mais
feições para criar um novo
dado
• Proximidade
 Busca de áreas que são
próximas de uma feição

42. Operações Fundamentais em SIG
• Capturar
• Armazenar
• Editar
• Analisar
• Visualizar
• Apresentar

43. Capturar
Obtenção de Dados
• Digitalização
• Base de Dados
• GPS
• Sensoriamento Remoto
• Scaneamento
• Outros (Fotos, gráficos, etc.)

44. Digitalização
•RMS – Erro Médio Quadrático.
•Representa o erro nas
coordenadas da entre a posição
informada e a posição correta ou
conhecida.
•Quanto menor o erro RMS, o mais
acurado a digitalização ou
transformação.

45. Base de Dados
•GEOMINAS www.geominas.mg.gov.br/
•IBGE
www.ibge.gov.br/home/mapa_site/mapa_site.php
SRTM
The Shuttle Radar Topography Mission
http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp – LABGEO/UFV
Geonetwork

46. GPS/ESTAÇÃO Obtenção
TOTAL de
Obtenção
coordenadas precisas de
pontos, linhas e
polígonos de terminando
feições vetoriais.
A determinação de
superfícies contínuas
como por exemplo MDE,
pode ser gerado no SIG
a partir de uma
densificação de pontos.

47. Sensoriamento Remoto
Imagens de Satélite
Fotografias Aéreas
• Menor custo
• Recobrimento periódico
• Precisão limitada, mas em • Maior precisão
Evolução. • Obtenção de estereoscopia
• Maior custo

48. SCANEAMENTO

49. Outros (Fotos, gráficos, etc)

50. Armazenamento

51. Editar
•Correção dos erros do processo de entrada de dados

52. Análise
Extensões de Análise para o software ArcGIS
ArcGIS Spatial Analyst
ArcGIS Network Analyst
ArcGIS 3D Analyst
ArcGIS Schematics
ArcGIS Geostatistical Analyst
ArcGIS Data Interoperability
ArcGIS Publisher
ArcGIS Survey Analyst
ArcScan for ArcGIS
ArcGIS Tracking Analyst
Maplex for ArcGIS
ArcMap
ArcScene

53. ArcGIS Spatial Analyst Novos dados
Fornece uma gama de ferramentas de
modelagem e análise espacial.
Possibilita criar, consultar, analisar, gerar
mapas, a partir dos dados célula de base;
Realizar análise integrada entre dados vetoriais
e raster,
Gerar novas informações a partir de dados
existentes;
Realizar consultas através de múltiplas
camadas de dados;
Menor Caminho
Menor Custo
Cria uma superfícies de custo,
permitindo compreender o Integração
“valor” do deslocamento de um Raster - Vetor
local para outro com base num
conjunto de critérios de entrada
que especificados.

54. Interpolação de superfícies
Importante rotina
em SIG sendo
utilizada na maioria
dos estudos

55. Álgebra de Mapas
•Elev_meters = Elev_feet * 3.2808
Rain_total = Rain_April + Rain_May + Rain_June
Outgrid = (Con (elevation > 1000, Slope (elevation * 3.2808)))

56. Análise Hidrológica
Ferramentas
especializadas e
modelagem hidrológica.
Calculo de fluxo em uma
rede de drenagem;
Determinação de áreas
inundáveis;
(alerta durante uma
tempestade)
Ferramentas utilizam
além modelagem de
superficie também a
modelagem de fluxo de
águas subterrâneas que
levam em conta
conceitos hidro-
geológicos.
Modelo de dispersão de
um produto químico ao
longo do fluxo.

57. Análise densidade
•A função densidade distribui uma quantidade de
medida uma camada de entrada em torno de um
ponto para produzir uma superfície contínua.
Mapa de
densidade de
campos de golfe
em Phoenix,
Arizona.

58. Análise de Distância
• Medidas de distância em linha
reta (Euclidiana) e distância
medida em termos de outros
fatores como o declive, infra-
estrutura rodoviária e uso da
terra (distancia de custo).
• A distância euclidiana e
distância custo são duas
principais formas de análise.
• A distância euclidiana
determina a linha reta fonte
destino,determinar a
atribuição, mas também é
possível calcular a distância e
à direção da fonte mais
próxima.
• A distancia de custo equivale
ao custo de se “viajar”
através de uma determinada
célula.
• Exemplo: Escalar uma
montanha versus realizar uma
caminhada.

59. ArcGIS Network Analyst
Permite criar e realizar análise em uma rede de
dados, incluindo rotas, direções de viagem, e
analise de áreas de serviços.
Permite modelar de forma realista as redes com
condicionantes de incluindo limites de
velocidade, altura (viadutos) e condições de
tráfego, em diferentes momentos do dia.
• Análise de tempo de viagem
.
• Rota Ponto-a-Ponto
• Direções das Rotas
• Definição de área de serviços
• Caminho mais curto
• Melhor rota
O custo inicial de implantação de
• Serviço mais próximo uma rede é elevado, onde as
• Análise Origem-Destino variáveis devem ser obtidas em
campo com estudos especializados.

60. Redes no mundo real

61. Rota para Ônibus Escolares

62. Atendimento Emergência Médica

63. Melhor rota de resposta para uma chamada emergencial

64. Serviços de Entrega

65. Gerenciamento de uma complexa de transporte público

66. ArcGIS 3D Analyst
Permite visualizar e analisar eficazmente os dados superficiais.
• Possibilidades:
 Ver uma superfície a partir de múltiplos pontos de vista;
 Determinar o que é visível a partir de uma localização
escolhida em uma superfície;
 Criar uma perspectiva realista de uma superfície
baseado em uma imagem raster e dados vetoriais;
 Navegar continuamente pelo terreno analisado;
 Fazer a análise espacial em duas ou três dimensões;
 Usar modelos tridimensionais e símbolos reais;
 Gerar vídeos das análises.

72. SID em Rápida Evolução
Projetos Sistemas Redes Sociedade
Integrados Coordenados Cooperativos Colaborativos

73. Trabalhos Integrados…
…todos participam!

74. Aplicações do SIG
 Agricultura  Gerenciamento de recursos Naturais
 Arqueologia  Geografia
 Arquitetura  Geologia
 Business  Meteorologia
 Ciências da Computação  Oceanografia
 Ciências Ambientais  Saúde Pública
 Engenharia  Historia
 Jornalismo  Sociologia
 Ciências Militares  Planejamento Urbano

75. SIG para planejamento de áreas carentes
Realidade de
duas cidades
A formal e a
informal
Utilização de SIG
para ambas
Pesquisa: Rosario Giusti de Perez

76. SIG para planejamento de áreas carentes
Carência urbana medido em termos de quantidade e qualidade do espaço público.
A falta de espaço público aberto. A ausência de infra-estrutura
Barrios tem uma percentagem de adequada,
Mobiliário urbano e de manutenção
espaço público entre 5% e 10%.
que
Na cidade a média de espaço total combinada produz condições
constituem mais de 30% do total do inseguras e insalubres.
espaço.

77. SIG para planejamento de áreas carentes
A Morfologia complexa requer:
• Conhecer o ordenamento físico atual
• Identificar a ordem social conforme os laços apresentados pela
comunidade, que geralmente não tem vínculos com o ordenamento físico
O melhora do ordenamento está baseado em uma revisão
detalhada das atuais construções.

78. SIG para planejamento de áreas carentes
Analise de rede social e dos
laços comunitário
Sustentabilidade preservando
Os pequenos grupos sociais
Topologia da rede social existente

79. Agricultura
– Gestão Agrícola
– Monitoramento de
Pragas/Doenças
– Monitoramento de Culturas
– Previsão de Safra
– Análise de Solos

80. Gerenciamento de Recursos Naturais
• Florestas
• Ecologia
• Mineração
• Petróleo
• Recursos Hídricos

81. Planejamento e Desenvolvimento Econômico
• Zoneamento e Uso da Terra
• Prontidão a Emergências
• Previsão de Crescimento
Populacional
• Análise de Mercado
• Avaliação de Imóveis
• Transporte

82. Gerenciamento de Ecossistemas
Gerenciamento de Ecossistemas

83. Mineração 3D com Poços
Mineração 3D com Poços

84. Monitoramento Ambiental
Monitoramento Ambiental
de Pluma Tóxica
de Pluma Tóxica

85. Vários formas de apresentação de
Vários formas de apresentação de
dados
dados

86. Mancha de Óleo de
Mancha de Óleo de
Contaminação
Contaminação

87. Modelagem de Tendências
Modelagem de Tendências
Futuras (Cenários)
Futuras (Cenários)

88. Agrupamento e Comparação de
Agrupamento e Comparação de
Dados
Dados

89. Definição
Decisão
do Problema
Definição
Saída CICLO SIG do critério
SIG
Análise Geração de
SIG dados

90. CICLO SIG
Tomada de decisão Coleção de Dados
Mundo Real
Fonte de Dados
Usuários Entrada de Dados
Gerenciamento de Dados
Análises
Informação para
Tomada de decisão
Análise e
Envio de dados

91. CONSULTAS E REFERÊNCIAS