INTRODUÇÃO À ANÁLISE ESPACIAL DE DADOS GEOGRÁFICOS

A compreensão da distribuição espacial de fenômenos ocorridos no espaço geo- gráfico3 é fundamental para compreensão de inúmeros problemas oriundos de diversas áreas do conhecimento tais como: saúde, geologia, agronomia, etc. Esses estudos são viabilizados e facilitados devido ao surgimento e popularização dos sistemas de informações geográficas (SIGs) ou geographic information system (GIS). Esses são programas computacionais com interface amigável e de baixo custo – alguns são livres, portanto, sem custo – que permitem a visualização espacial de variáveis tais como: população de doentes por região, renda, taxa de furto de veículos, etc. A partir de um banco de dados e de uma base geográfica (um mapa da região sob análise), o GIS permite a visualização do padrão espacial do fenômeno.

Além da visualização do padrão espacial do fenômeno, podem-se analisar os pa- drões existentes via considerações objetivas e mensuráveis. Conforme Druck et al. (2004), a ênfase da análise espacial é mensurar propriedades e relacionamentos, levando em conta a localização espacial do fenômeno em estudo de forma explícita. Em outras palavras, ela per- mite a incorporação do espaço à análise que se deseja realizar. A análise espacial é composta por um conjunto de ferramentas – muitas delas já implementadas nos GIS – para explorar e modelar processos que se expressam através de uma distribuição no espaço. Tais processos são denominados fenômenos geográficos. Seguem alguns problemas que são comumente es- tudados com o uso da análise espacial.

 Epidemiologistas coletam dados sobre ocorrência de doenças. A distribuição dos casos da doença estão dispostos em algum padrão no espaço? Existe associação com alguma fonte de contágio, algum local contaminado? Varia no tempo?

 Deseja-se investigar se há concentração espacial na distribuição no furto de veícu- los. Tais furtos, que ocorrem predominantemente em determinadas áreas da cida- de, estão correlacionados com as características socioeconômicas das mesmas?  Geólogos desejam estimar a extensão de um depósito mineral em uma região a

partir de algumas amostras. É viável estimar a distribuição do mineral na região a partir dessas amostras?

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 As UCs com fraudes estão dispostas em aglomerados? Existe alguma associação entre as fraudes e as condições socioeconômicas do lugar onde as mesmas ocor- rem? Variam com o tempo?

O processo de modelagem em análise espacial é precedido por uma fase de análi- se exploratória na qual se incluem a apresentação visual dos dados em forma de gráficos e mapas e a identificação de padrões de dependência espacial do fenômeno sob estudo, ou seja, avaliar se as características do lugar onde ocorre o fenômeno exerce influência sobre o mesmo (DRUCK et al., 2004).

Muitas das etapas de análise espacial realizadas em um GIS são iniciadas a partir de perguntas espaciais. As perguntas espaciais podem ser agrupadas em categorias conforme as técnicas de análise espacial envolvidas na construção dessas perguntas. As perguntas espa- ciais da Tabela 4 foram construídas em um contexto de investigação adaptado à área da epi- demiologia espacial. No entanto, podem ser ajustadas a outros contextos de pesquisa geográ- fica, substituindo a palavra tema de cada pergunta – os casos de dengue, por exemplo.

Tabela 4 – Exemplos de perguntas que podem dar início ao procedimentos de análise espacial em GIS e

categorias da análise espacial nas quais as mesmas estão associadas. Pergunta

Espacial

Categorias de Análise Espacial

Localização Distribuição Associação Mudança

Onde ocorrem casos de dengue? X Existe regularidade na distribuição espa-

cial dos casos de dengue X

Por que o padrão espacial da distribuição

dos casos de dengue exibe regularidade? X

Quais variáveis socioeconômicas estão associadas espacialmente aos casos de dengue em São Paulo?

X

Os casos de dengue ocorrem agrupados

em regiões ou em clusters de municípios? X X Os casos de dengue sempre ocorreram

neste mesmo lugar? X

Capítulo 3 – Análise Espacial de Dados Geográficos 45

Em Druck et al. (2004) e Fine et al. (2013), relata-se o trabalho pioneiro de John Snow que foi o primeiro a incorporar intuitivamente o espaço às suas análises. Em 1854, a cidade de Londres passava por mais uma epidemia de cólera. Pouco se sabia dos mecanismos causais da doença. Conforme se mostra na Figura 2, os locais dos óbitos por cólera e dos po- ços foram modelados como processos pontuais e identificados no mapa da cidade por pontos e cruzes, respectivamente. Observa-se visualmente uma maior concentração dos óbitos nos arredores de um poço localizado na Broad Street (região central) cuja água estava contamina- da pela bactéria transmissora da doença. Portanto, os óbitos estavam distribuídos espacial- mente em aglomerado ou cluster ao redor do poço contaminado. Esta é uma situação clara na qual a relação espacial dos dados contribuiu significativamente para melhor compreensão do fenômeno sob estudo.

Figura 2 – Mapa da cidade de Londres com óbitos por cólera e poços de água representados por pontos e cruzes,

respectivamente.

Capítulo 3 – Análise Espacial de Dados Geográficos 46

3.1.1 Tipos de Dados em Análise Espacial

Os problemas em análise espacial são caracterizados por três tipos de dados.  Padrões pontuais: fenômenos expressos por ocorrências identificadas como pon-

tos localizados no espaço – eventos pontuais. Exemplos: localização de crimes, ocorrência de doenças, localização de espécies vegetais, etc.

 Áreas com taxas agregadas: dados associados a levantamentos populacionais co- mo censos demográficos e estatísticas de saúde que se referem a indivíduos loca- lizados em pontos específicos no espaço. No entanto, por razões de confidenciali- dade, tais dados são agregados em unidades de análise, delimitadas por polígonos fechados tais como: setores censitários4, município, etc.

 Superfícies contínuas: estimadas a partir de um conjunto de amostras de campo – regular ou irregularmente distribuídas. Esses dados são comumente resultantes de levantamentos de recursos naturais representados, por exemplo, em mapas geoló- gicos, topográficos e ecológicos.

A representação dos dados em superfícies contínuas pressupõe que os mesmos podem ocorrer em qualquer parte do espaço geográfico. Esse não é o caso das PNTs que po- dem surgir apenas onde existem UCs. Portanto, neste trabalho, os dados de perdas são carac- terizados via análise espacial em padrões pontuais e em áreas com taxas agregadas.

3.1.2 Representação Computacional de Dados Geográficos

O GIS é um software que realiza o tratamento computacional dos dados geográfi- cos e armazena a geometria e os atributos dos dados georreferenciados que estão localizados na superfície terrestre e que são representados em uma projeção cartográfica (DRUCK et al., 2004).

Os principais componentes que constituem um GIS se relacionam de forma hie- rárquica. No nível mais próximo do usuário, a interface define como o sistema é operado e controlado. No nível intermediário, o GIS possui ferramentas de processamentos de dados espaciais (entrada, edição, análise, visualização, saída). Internamente um banco de dados geo- gráficos armazena e recupera dados espaciais.

O modelo de sistema de gerenciamento de banco de dados (SGBD) mais comum é georrelacional. Nesse, os atributos descritivos de cada objeto são organizados em tabelas cu- jas linhas e colunas correspondem aos dados e aos nomes dos atributos, respectivamente. Ca-

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O setor censitário é a menor unidade territorial das cidades, um polígono com limites físicos identificáveis e com dimensão adequada para levantamento das informações do censo demográfico (IBGE, 2010).

Capítulo 3 – Análise Espacial de Dados Geográficos 47

da linha da tabela contém valores associados a um evento ou objeto geográfico. Tais objetos possuem um identificador único que possibilita uma ligação lógica entre os atributos dos ob- jetos e suas representações geométricas.

Na Tabela 5 apresentam-se os tipos de representações geométricas mais comuns em análise espacial que variam conforme os tipos de dados utilizados.

Tabela 5 – Tipos de representações geométricas em análise espacial.

Representação Descrição

Pontos 2D

Par ordenado (x,y) de coordenadas espaciais. Um ponto indica um local de ocorrên- cia de um evento.

Polígonos

Conjunto de pares ordenados {(x,y)} de coordenadas espaciais, sendo o último ponto idêntico ao primeiro, formando uma região fechada no plano.

Amostras

Pares ordenados {(x,y,z)} onde z indica o valor do fenômeno estudado na localização indicada pelas coordenadas espaciais (x,y).

Grade Regular

Matriz onde cada elemento está associado a um valor numérico. Em geral tal matriz representa uma região da superfície terrestre. Possui comumente espaçamentos regu- lares nas direções horizontal e vertical.

Imagem

Matriz onde cada elemento associa-se a um valor inteiro (de 0 a 255 no padrão RGB5). Os valores numéricos da grade são escalonados para o intervalo de apresen- tação da imagem.

Fonte: Adaptado de Druck et al. (2004).