SISTEMAS DE
INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS
(SIG)
Professor Diogo Santos Campos diogo.campos@ifmg.edu.br
CONTEÚDO PROGRAMÁTICO
1. Introdução aos Sistemas de Informações Geográficas 1.1. Definições
1.2. Evolução Histórica
1.3. Caracterização dos Sistemas de Informações Geográficas 1.4. Aplicações dos SIGs
2. Introdução à Cartografia 2.1. Histórico
2.2. Forma da Terra 2.3. Levantamentos
2.4. Representação Cartográfica 2.5. Escala
2.6. Projeções Cartográficas
3. Introdução aos Sistemas de Posicionamento Global (GPS) 3.1. O que é GPS?
3.2. Funcionamento do Sistema 3.3. Vantagens do GPS
3.4. Determinação da Distância do Satélite 3.5. Utilização do GPS
4. Noções Básicas de Sensoriamento Remoto e suas Aplicações (Ver arquivo anexo: conceitos_sm.pdf)
5. Bases de Dados Espaciais 5.1. Modelos de Realidade
5.2. Objetos Espaciais e Modelos de Bases de Dados 5.3. Relações entre Objetos Espaciais
6. Estrutura de Dados para SIG’s 6.1. Modelo Raster
6.2. Modelo Vetorial
6.3. Potencial e Limitações dos Modelos Raster e Vetorial
7. Coleta de Dados para SIG’s 7.1. Amostragem Espacial
7.2. Tipos de Entrada de Dados 7.3. Dados Sócio-Econômicos 7.4. Dados Ambientais
8. Fundamentos de Análise Espacial em SIG’s 8.1. Análise Espacial: Conceitos e Aplicações
8.2. Principais Funções de Análise Espacial Utilizados em SIG’s 8.3. Modelos Digitais de Terreno (DTM)
IFMG – Campus Bambuí
1. Introdução aos Sistemas de Informações Geográficas
1.1. Definições
O que são Sistemas de Informações Geográficas (SIG)?
O termo Sistemas de Informações Geográficas (SIG) é aplicado para
sistemas que utilizam tratamentos de dados geográficos. Possui várias
aplicações nas áreas de agricultura, floresta, cartografia, cadastro urbano,
redes de concessionárias (água, energia e telefonia), dentre outras.
Classicamente, existem pelo menos três grandes maneiras de se utilizar um
SIG:
Ferramenta para produção de mapas;
Suporte para análise espacial de fenômenos; e
Banco de dados geográficos para armazenamento e recuperação de informações espaciais.
SIG, segundo Burrough (1986), é um poderoso conjunto de ferramentas
capazes de colecionar, armazenar, recuperar, transformar e exibir dados
espaciais referenciados ao mundo real. Silva (1998) resumiu os requisitos
necessários para que um sistema seja considerado como SIG, são eles: Necessita de um ambiente digital (uso imprescindível da informática); Necessita de uma base de dados integrada (esses dados devem estar
georreferenciados e com possibilidade de controle de erros); e
Um SIG deve ser capaz de realizar análises de dados variando desde álgebra cumulativa (ex: operações de soma, subtração, multiplicação e
divisão) até álgebra não-cumulativa (ex: operações lógicas).
O SIG é um tipo especial de sistema de informações utilizados para
manipular, sintetizar, pesquisar, editar e visualizar informações, geralmente
armazenadas em bases de dados computacionais. O SIG utiliza informações
especiais sobre o que está/ou ocorre na superfície da Terra. Na realidade é um
Sistema especializado na modificação e análise de informação geográfica
Sistema de Informações Geográficas
O aspecto fundamental dos dados tratados em SIG é a natureza dual da
informação, ou seja, um dado geográfico possui uma localização geográfica,
geralmente expressa em coordenadas em um mapa e atributos descritivos que
podem ser representados em um banco de dados convencional. Vale ressaltar
que os dados geográficos não existem sozinhos no espaço, assim para cada
um desses dados geográficos existe pelo menos uma característica associada.
Na tabela abaixo são representados alguns exemplos de processos de análise
espacial típicos de um SIG.
Exemplos de análise espacial
Análise Pergunta Geral Exemplo
Condição O que está...? Qual a população deste município?
Localização Onde está...? Quais as áreas com declividade superior a 30%?
Tendência O que mudou...? O solo era produtivo a 10 anos atrás?
Roteamento Por onde ir...? Qual o melhor caminho para chegar ao centro da cidade?
Padrões Qual o padrão...? Qual a distribuição das repúblicas no município de Bambuí?
Modelos O que acontece se...?
Qual o impacto no clima se desmatarmos a
Amazônia?
Um dos primeiros exemplos que ilustra o poder explicativo da análise
espacial foi o mapa do doutor Snow. Em 1854, a cidade de Londres estava
IFMG – Campus Bambuí
forma de contaminação da doença. Já haviam ocorrido mais de 500 mortes,
quando Snow teve a ideia de colocar no mapa da cidade a localização dos
doentes de cólera e dos poços de água que eram a principal fonte de água dos
habitantes da cidade. Snow percebeu, com a espacialização dos dados, que a
maioria dos casos concentravam-se em torno da “Broad Street”. Assim, solicitou a lacração desse posso, o que contribuiu muito para minimizar a
epidemia. Esse caso forneceu evidência para a hipótese, depois confirmada,
que o cólera é transmitido pela ingestão de água contaminada.
Existem dois significados distintos para SIG, um deles se refere a uma
aplicação real de SIG, incluindo equipamentos, dados, programas
computacionais, recursos humanos e métodos necessários para resolver um
problema. Um outro significado de SIG se refere a um tipo de programa
computacional (software)vendido ou então disponibilizado por um
desenvolvedor de programas computacionais.
1.2. Evolução Histórica
A construção e a utilização de mapas é a solução mais antiga, e até hoje
mais comum, de trabalhar e resolver problemas de análise de informações
espaciais. Embora a técnica de produção de mapas em papel esteja bastante
dominada, visto que a Cartografia é uma ciência muito antiga, o processo de
produção e utilização de mapas é muito oneroso, principalmente
considerando-se os aspectos de levantamento de dados em campo, armazenamento e
atualização (Ferreira, 2006).
As primeiras tentativas de automatizar parte do processamento de dados
com características espaciais aconteceram na Inglaterra e nos Estados Unidos,
nos anos 50 do século XX, com o objetivo principal de reduzir os custos de
produção e manutenção de mapas. Dada a precariedade da informática na
época, e a especificidade das aplicações desenvolvidas (pesquisa em botânica,
na Inglaterra, e estudos de volume de tráfego, nos Estados Unidos), estes sistemas ainda não puderam ser classificados como “sistemas de informação”.
Os primeiros SIGs surgiram no Canadá, na década de 1960, como parte
de um esforço governamental para criar um inventário de recursos naturais que
foram projetados para a recuperação e o desenvolvimento de áreas agrícolas
gráficos de alta resolução. Os computadores eram excessivamente onerosos,
com capacidade de armazenamento e velocidade de processamento muito
baixas. A mão de obra tinha que ser altamente especializada e por isso
onerosa. Não existiam sistemas comerciais prontos para uso, e cada
interessado precisava desenvolver seus próprios programas/rotinas, o que
demandava muito tempo e, naturalmente, muitos recursos financeiros.
Ao longo dos anos 70 do século XX, foram desenvolvidos novos e mais
acessíveis recursos computacionais, tornando viável o desenvolvimento de
sistemas comerciais. Surge então o termo Sistema de Informações Geográficas
com avanços significativos nas áreas de processamento de imagens digitais e
sensoriamento remoto. Nessa época foi lançado o primeiro satélite da série
Landsat. Foi também nesta época que começaram a surgir os primeiros
sistemas comerciais de desenhos assistidos por computador (CAD - Computer
Aided Design) que melhoraram em muito as condições para a produção de
desenhos e plantas para engenharia. No entanto, devido aos custos e ao fato
destes sistemas ainda utilizarem exclusivamente computadores de grande
porte, apenas grandes organizações tinham acesso à tecnologia.
No decorrer dos anos 80 do século XX, com a grande popularização e
barateamento das estações de trabalho gráficas, além do surgimento e
evolução dos computadores pessoais, ocorreu uma grande difusão do uso de
SIG. Nessa época surgem os primeiros SIGs comerciais, como por exemplo
Arc/Info, SPANS e MGE (vetoriais) e GRASS (raster) de domínio público.
Ocorre o lançamento do satélite francês da série SPOT e entra em operação o
sistema de posicionamento global (GPS). No INPE, ocorre a evolução dos
SIGs (SITIM, SGI e finalmente o SPRING).
No final da década de 80 e início da década de 90 do século XX, os
Sistemas de Informações Geográficas eram orientados a pequenos projetos,
considerando-se pequenas áreas geográficas com poucos detalhamentos,
ainda eram precários os dispositivos de armazenamento, acesso e
processamento de dados. Desta forma, realizava-se o mapeamento de uma
pequena área, inseria-se este mapeamento em computadores, realizavam-se
algumas análises e elaboravam-se mapas e relatórios impressos com as
IFMG – Campus Bambuí
Em meados da década de 90, com a popularização da Internet, e a
consequente popularização das redes de computadores, os Sistemas de
Informações Geográficas puderam ser orientados às empresas e/ou
instituições. Nesta época também, os programas computacionais de SIG
incorporaram as funções de processamento de imagens digitais. No final da
década de 90 e início do século XXI, os Sistemas de Informações Geográficas
começam a se tornarem corporativos e orientados à sociedade, com a
utilização da Internet, de bancos de dados geográficos distribuídos e com os
esforços realizados em relação a interoperabilidade dos sistemas.
1.3. Caracterização dos Sistemas de Informações Geográficas
Os SIGs se caracterizam por permitir ao usuário, a realização de
operações complexas de análises sobre dados espaciais. Um sistema de
informação geográfica pode manipular dados gráficos e não gráficos,
permitindo a integração de informações para análise e consulta de informações
geográficas. Atualmente o desenvolvimento de SIG é feito de forma integrada e
seus dados podem ser armazenados em Sistemas Gerenciadores de Banco de
Dados que possuem funções e comandos para manipulação dos dados
espaciais.
Um SIG deve ser capaz de lidar eficientemente com grandes bases de
dados espaciais heterogêneas, consultar as bases de dados acerca da
existência, localização e características de uma grande variedade de objetos.
Deve operar eficientemente, de modo que o usuário possa trabalhar
interativamente tanto com as informações quanto com os modelos de análise
necessários. Deve ainda, se ajustar facilmente a uma grande variedade de
aplicações, bem como a diferentes perfis de usuários e gerar produtos
facilmente interpretáveis para o usuário menos versado.
O verdadeiro poder dos SIG’s advêm do fato de que a localização das feições do mundo real está conectada a informações sobre essas feições, que
estão armazenadas em um banco de dados relacional. Os planos de
informação armazenados em um SIG nada mais são que modelos da
realidade. Portanto, para o sucesso dos sistemas de informações geográficas,
Em um SIG, a informação geográfica é organizada em camadas ou
níveis de informação (layers), consistindo cada uma num conjunto selecionado
de objetos associados e respectivos atributos.
Planos de informação de um SIG
O SIG, segundo Lamparelliet al. (2001), integra diversos outros
sistemas, tais como:
Processamento de imagens digitais (PDI); Desenhos assistidos por computador (CAD); Geoprocessamento;
Sensoriamento remoto;
Análise estatística ou geoestatística.
Os sistemas que compõem um SIG podem ser divididos em:
Sistemas de entrada de dados: PDI, sistemas de posicionamento global (GPS), planilhas eletrônicas e dados estatísticos;
Sistemas de armazenamento de dados: banco de dados espaciais e
banco de dados de atributos;
Sistemas de análises de dados: sistema de análise geográfica (operações algébricas), sistema de análise estatística e sistema de
IFMG – Campus Bambuí
Sistemas de saída de dados: sistema de exibição cartográfica (saída de mapas para tela, impressora e arquivos digitais).
1.4. Aplicações dos SIGs
São várias as áreas onde são aplicados os sistemas de informações
geográficas. Dentre elas podemos destacar:
Cadastramento urbano: prestação de serviços, otimização de rotas (coleta de lixo, ônibus, redes de distribuição de água, de energia
elétrica), localização ideal de hospitais, de corpos de bombeiros, de
torres de telefonia, zoneamento escolar;
Gerenciamento de recursos naturais: mapeamento de áreas de riscos, aptidão de uso do solo, delimitação de áreas de preservação
permanente, identificação de eco regiões, delimitação de bacias
hidrográficas, avaliação de impactos ambientais, modelos de dispersão
(poluição, incêndios florestais), manejo de paisagens, exploração
florestal;
Monitoramento global: modelagem em macro escala apoiada por sensoriamento remoto;
Cartografia: criação e disseminação de bases cartográficas digitais, atualização mais frequente e menos onerosa de mapas, uso de GPS,
estação total e restituição digital para atualização, mudanças de
projeção em tempo real, servidores de mapas para a internet;
Agricultura de precisão: aumento da produtividade e redução dos impactos ambientais (otimização do uso de fertilizantes e de defensivos
