Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências e Tecnologia
Coordenação de Pós-Graduação em Informática
SIGTRANS: Um s i s t e m a de informações
geográficas p a r a o p l a n e j a m e n t o
viário
Vladimir Costa de Alencar
CAMPINA GRANDE
MARÇO - 1993
SIGTRANS - Um s i s t e m a de informações geográficas p a r a o p l a n e j a m e n t o viário Dissertação a p r e s e n t a d a ao C u r s o de MESTRADO EM INFORMÁTICA d a U n i v e r s i d a d e F e d e r a l da Paraíba, em cumprimento às exigências p a r a obtenção do G r a u de M e s t r e .
ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
Marcus S a l e r n o de A g u i n o ( O r i e n t a d o r ) Hélio de Menezes S i l v a ( C o - o r i e n t a d o r ) Campina Grande Março - 1993
S I G T R A N S : UM SISTEMA DE I N F O R H A Ç O E S G E O G R Á F I C A S PARA O P L A N E J A -MENTO V I Á R I O
V L A D I M I R COSTA DE ALENCAR
D I S S E R T A Ç Ã O APROVADA EM 2 3 . 0 3 . 1 9 9 3
M
MARCUS SALERNO"DE AQUINO, M.Sc P r e s i d e n t e
-C a m p i n a G r a n d e , 2 3 de m a r ç o d e 1 9 9 3
DIGITALIZAÇÃO:
À DEUS, que sempre e s t e v e comigo.
A minha mãe ( S a l e t e ) que sempre me a p o i o u nas p i o r e s e m e l h o r e s h o r a s . O b r i g a d o mãe.
Ao meu p a i ( I v a n ) p o r sempre a c r e d i t a r na minha c a p a c i d a d e , aos meus irmãos ( I a n a , I v n a e Vinícius) e ao meu s o b r i n h o J o r g e ("0 l o u r o " ) .
Ao meu o r i e n t a d o r Marcus S a l e r n o , Delma ( s u a esposa) e C a m i l l e ( f i l h a ) , p o r a c r e d i t a r e m em mim. E ao meu e x -o r i e n t a d -o r Hamurabi p -o r i n i c i a r e s t e t r a b a l h -o
( i m p o s s i b i l i t a d o de concluí-lo d e v i d o ao seu d o u t o r a d o na França).
Aos c o l e g a s J a n e i d e , J o r g e ("Boi") e Lunguinho ("O v e l h o Lungus") que sempre me deram i n c e n t i v o s e a p o i o p a r a a realização d e s t e t r a b a l h o .
Ao meu C o - o r i e n t a d o r p r o f . Hélio de Menezes, e aos P r o f e s s o r e s : Cesar C a v a l c a n t i (UFPE), Eduardo (UFPB-DSC) e E d i l s o n Ferneda (UFPB-DSC).
Às meninas da Superintendência de T r a n s p o r t e s Públicos - STP ( N i l z a , Cláudia Procópio e Valéria).
Ao p e s s o a l da Fundação Parque Tecnológico (Telmo Araújo e F r a n c i l e n e Procópio), ao p e s s o a l do Núcleo de Coordenação - NUCOR ( L u i z G e r a l d o ) , L u i z C a r l o s (Laboratório de A l t a Tensão - UFPB), V i c e n t e ( T e c n a l H o l d i n g ) , p r o fa N e c i (UFPB), J o r g e ( C a i x a Económica F e d e r a l ) , A n i n h a (COPIN) e W l a d i m i r Catão.
Às amigas V i l a n e , C o r r i n h a , Cláudia G r a n j a , Edlange, L i e l m a ("morena boca de o u r o " ) e Dra. Teca.
Resumo
Devido às d i f i c u l d a d e s de gerência do p l a n e j a m e n t o de malhas viárias, f o i d e s e n v o l v i d o um s i s t e m a de informações geográficas - SIG p a r a o p l a n e j a m e n t o viário (um SIG é um s i s t e m a que i n t e g r a mapas e informações d e s c r i t i v a s ) . E s t e s i s t e m a s e r v e p a r a a u x i l i a r o e n g e n h e i r o de t r a n s p o r t e s a tomar decisões de uma m a n e i r a mais rápida e e f i c i e n t e , l i v r a n d o - o de métodos manuais até então usados. 0 s i s t e m a chamado de SIGTRANS, usa mapas contendo t o d a s as informações r e l e v a n t e s à malha viária. E l e g e r a , a u t o m a t i c a m e n t e , r o t a s ótimas p a r a t r a n s p o r t e s c o l e t i v o s l e v a n d o em c o n t a os critérios e s t a b e l e c i d o s p e l o e n g e n h e i r o de t r a n s p o r t e s e também c a l c u l a p o n t o s de demanda usando heurísticas e a l g o r i t m o s de Pesquisa O p e r a c i o n a l . SIGTRANS f o i t e s t a d o com sucesso u t i l i z a n d o dados do b a i r r o Novo Bodocongó I I I da c i d a d e de Campina Grande, PB.
Due t o t h e d i f f i c u l t i e s i n managing v i a r y n e t w o r k s , a G e o g r a f i c I n f o r m a t i o n System, GIS, was d e v e l o p e d f o r v i a r y p l a n n i n g (GIS i s a system w h i c h i n t e g r a t e s maps and d e s c r i p t i v e i n f o r m a t i o n ) . T h i s system h e l p s t h e t r a n s p o r t a t i o n e n g i n e e r make d e c i s i o n s q u i c k l y and e f f i c i e n t l y , w i t h o u t t h e manual methods t h a t have been used. The system, c a l l e d SIGTRANS, works w i t h maps w h i c h h o l d a l i t h e i n f o r m a t i o n t h a t i s r e l e v a n t t o t h e v i a r y n e t w o r k . I t g e n e r a t e s , a u t o m a t i c a l l y , e x c e l l e n t r o u t e s f o r p u b l i c t r a n s p o r t a c c o r d i n g t o t h e c r i t e r i a f o r m u l a t e d by t h e t r a n p o r t a t i o n e n g i n e e r . I t a l s o c a l c u l a t e s p o i n t s o f demand u s i n g H e u r i s t i c s and Operationaí Research a l g o r i t h m s . SIGTRANS was s u c c e s s f u l l y t e s t e d u s i n g d a t a f r o m Novo Bodocongó I I I , Campina Grande's s u b u r b i n Paraíba, S t a t e o f B r a z i l .
Sumário
C a p i t u l o I
1 - Introdução, 1 1.1 - Sistemas de informações u r b a n a s , 2 1.2 - A malha viária, 3C a p i t u l o I I
2 - Sistemas de informações geográficas, 7 2.1 - Descrição de um SIG, 8 2.1.1 E n t r a d a de dados, 9 2.1.2 Bancos de dados, 18 2.1.3 P r o c e s s a d o r dos dados, 22 2.1.4 I n t e r f a c e com o usuário, 23 2.2 - Vantagens, 25 2.3 - A l g u n s SIGs e x i s t e n t e s , 26
C a p i t u l o I I I
3 - SIGTRANS: Descrição e A r q u i t e t u r a do S i s t e m a , 33 3.1 - Descrição do s i s t e m a , 33 3.1.1 - 0 p a c o t e gráfico, 34 3.1.2 - Bancos de dados, 3 5 3.1.3 - Sistema de c o n t r o l e , 35 3.1.4 - Usuário, 3 5 3.2 - A r q u i t e t u r a i n t e r n a do s i s t e m a , 36 3.2.1 - AutoCad, 37 3.2.2 - I n t e r f a c e , 37 3.2.3 - Sistema de C o n t r o l e , 40 A) A n a l i s a d o r , 41 B) Banco de A l g o r i t m o s , 4 2 C) Formatador de dados, 42 D) Banco de dados, 464 . 1 - Determinação dos p o n t o s de demanda
( p - m e d i a n a s ) , 50
4 . 1 . 1 A p-mediana, 51
4.1.2 Alocação de c e n t r o s , 5 4
4.1.3 Múltiplas medianas ( p - m e d i a n a s ) , 5 4 4.1.4 A l g o r i t m o de alocação das p-medianas, 5 5 4.2 - Determinação do Caminho e n t r e D o i s P o n t o s , 5 9 4 . 2 . 1 - Menor caminho, 5 9 4.2.2 - M e l h o r caminho, 61 A) Usando o a l g o r i t m o de D i j k s t r a , 62 B) Usando um a l g o r i t m o heurístico, 63 4.2.3 - A n a l o g i a do m e l h o r caminho em relação ao menor caminho, 66 4.3 - Determinação de r o t a s , 68 4 . 3 . 1 - Rota menor, 69 4.3.2 - Rota m e l h o r , 7 2
C a p i t u l o V
5 - Estudo de caso, 76 5 . 1 - Características do b a i r r o , 825.2 - Análises da malha viária do b a i r r o , 85
C a p i t u l o V I
6 - Conclusão, 90T r a b a l h o s f u t u r o s , 91
B i b l i o g r a f i a , 9 4
Apêndice A: Manual do usuário, 9 7
Capítulo I
1- INTRODUÇÃO
Em decorrência da industrialização, i n i c i o u - s e um p r o c e s s o acentuado de concentração u r b a n a , consequência de migrações i n t e r n a s , desde o f i n a l da Segunda Guerra M u n d i a l .
A n t e s da industrialização, as c i d a d e s se encontravam em condições de a d m i n i s t r a r o seu d e s e n v o l v i m e n t o e s u p r i r as n e c e s s i d a d e s de suas populações com os meios disponíveis que, se não eram abundantes, eram s u f i c i e n t e s p a r a o quadro de exigências da época. A t u a l m e n t e i s t o não mais o c o r r e .
Em v i s t a da urbanização a c e l e r a d a i m p o s t a às c i d a d e s , os p r o c e d i m e n t o s até então adotados de p l a n e j a m e n t o f o r a m d e s e s t a b i l i z a d o s p e l a s circunstâncias. H o j e , mesmo com a utilização de novos p r o c e s s o s de administração, os problemas tendem a aumentar, apesar de t o d o s os esforços.
Os problemas a e n f r e n t a r t r a n s f o r m a m - s e em questões complexas, p o i s , em c e r t o s casos, problemas de saneamento básico começam a i n t e r f e r i r com questões r e l a t i v a s ao traçado u r b a n o , que, p o r sua v e z , n e c e s s i t a revisão p a r a a t e n d e r a problemas de t r a n s p o r t e .
Tendo em v i s t a a urbanização a c e l e r a d a , o aumento p o p u l a c i o n a l t r o u x e como consequência os problemas de habitação e uma demanda m a i o r de serviços públicos na área de e n e r g i a , a b a s t e c i m e n t o , saúde, educação, l a z e r e t r a n s p o r t e s .
Os i n v e s t i m e n t o s necessários p a r a a solução desses problemas s o f r e r a m acréscimos acima de uma s i m p l e s p r o p o r c i o n a l i d a d e aritmética, p o i s os s i s t e m a s a i m p l a n t a r assumiram configurações m u i t o mais complexas.
Para e n f r e n t a r t a l situação, a ação g o v e r n a m e n t a l r e q u e r , na a t u a l i d a d e , um enfoque g e r e n c i a l g l o b a l , em substituição à ação i s o l a d a e não coordenada dos vários s e t o r e s responsáveis.
Para p e r m i t i r uma decisão c o e r e n t e com as n e c e s s i d a d e s e de acordo com as d i s p o n i b i l i d a d e s m u n i c i p a i s , a informação deve s e r v i s u a l i z a d a com a abrangência e p r o f u n d i d a d e desejável. E l a é necessária desde a f a s e de diagnósticos até a decisão de i n v e s t i r na sua solução.
R e f e r i n d o - s e à informação, no caso, a um u n i v e r s o extremamente mutável de situações, deve e s t a s e r o r g a n i z a d a sob forma sistemática, p a r a que possa p r o d u z i r r e s u l t a d o s c o n s t a n t e m e n t e a t u a l i z a d o s de forma contínua, rápida e confiável. Atendendo às n e c e s s i d a d e s da ação g o v e r n a m e n t a l no campo de serviços e i n f r a - e s t r u t u r a u r b a n a e r e g i o n a l , u t i l i z a - s e a informação como o b j e t o f u n d a m e n t a l de um s i s t e m a de informações u r b a n a s .
1.1 Sistemas de informações Urbanas
Um s i s t e m a de informações urbanas é um s i s t e m a de informações geográficas - SIG ( d e s c r i t o no capítulo 2 ) , o r g a n i z a d o p a r a as n e c e s s i d a d e s g e r e n c i a i s dos órgãos m u n i c i p a i s . E l e e n v o l v e a sequência de e t a p a s na síntese de informações p r o v e n i e n t e s de d i v e r s o s dados de e n t r a d a como o uso de automação p a r a r e f e r i r - s e à definição, apresentação e
Introdução 3
solução do c o n j u n t o de problemas r e l a t i v o s às decisões de p l a n e j a m e n t o , política e g e r e n c i a m e n t o de a s s u n t o s urbanos
[HUTC79].
Um s i s t e m a de informações urbanas é e s t r u t u r a d o numa base cartográfica, ou s e j a , um mapa com elementos r e f e r e n c i a d o s p o r coordenadas, r e p r o d u z i n d o e p e r m i t i n d o l o c a l i z a r : regiões, e s t r a d a s , municípios, b a i r r o s , t r a m a viário, q u a d r a s , l o t e s , edificações, r e d e s , e t c .
Dessa f o r m a , o s i s t e m a f o r n e c e subsídios p a r a uma melhor tomada de decisão, no s e n t i d o de modernização e racionalização a d m i n i s t r a t i v a , p r o p i c i a n d o um m e l h o r a p r o v e i t a m e n t o dos r e c u r s o s m a t e r i a i s e humanos, através da p e r f e i t a compreensão da r e a l i d a d e e s p e l h a d a n a q u e l a s informações.
Para atendermos às n e c e s s i d a d e s da gestão dos serviços u r b a n o s , f o i estudada a malha viária e seus problemas de p l a n e j a m e n t o , d e s c r i t o s a s e g u i r .
1.2 A malha viária
No c o n t e x t o a t u a l , o g e r e n c i a m e n t o e expansão dos t r a n s p o r t e s são t a r e f a s de grande c o m p l e x i d a d e . A chave p a r a um m e l h o r sucesso n e s t a s t a r e f a s é uma organização e f i c i e n t e e a utilização i n t e n s i v a de infomações p e r t i n e n t e s .
0 o b j e t i v o da análise da malha viária e determinação de r o t a s é de f o r n e c e r o melhor serviço (ao usuário) com um mínimo de c u s t o (ao empresário e também ao usuário). Mas como e s t e s d o i s o b j e t i v o s são f r e q u e n t e m e n t e c o n f l i t a n t e s , a s a b e r , o m e l h o r serviço é g e r a l m e n t e mais c a r o , a empresa de
t r a n s p o r t e s deve o t i m i z a r seus r e c u r s o s p a r a e n c o n t r a r uma m a n e i r a económica de d i s t r i b u i r suas m e r c a d o r i a s ( o u s e j a , a t e n d e r seus c l i e n t e s ) , mantendo os o b j e t i v o s e restrições de sua estratégia de mercado [LAPA92].
A t u a l m e n t e , em m u i t a s c i d a d e s , o p l a n e j a m e n t o viário é f e i t o de forma quase a r t e s a n a l . M u i t o s e n g e n h e i r o s de t r a n s p o r t e s usam a intuição p a r a r e s o l v e r problemas viários, como p o r exemplo: a definição de r o t a s . Ao d e f i n i r r o t a s e l e s p r e c i s a m t e r em mãos a l g u n s parâmetros t a i s como: t o p o g r a f i a , d e n s i d a d e p o p u l a c i o n a l da região, as v i a s p r i n c i p a i s , o r a i o de c u r v a t u r a das v i a s de rodagem, e n t r e o u t r o s , m u i t a s vezes difíceis de o b t e r até mesmo p o r f a l t a de atualização dessas informações, o b r i g a n d o quase sempre à realização de e x a u s t i v a s p e s q u i s a s de campo p a r a obtenção desses parâmetros.
Com i s s o , o método c o n v e n c i o n a l de análise da malha viária g e r a l m e n t e t o r n a - s e oneroso ( p o r s e r f e i t o manualmente) e às vezes i n e f i c i e n t e ( d e v i d o à f a l t a de informações p r e c i s a s ) .
Para s u p r i r t a l deficiência, em Campina Grande Paraíba f o i c o n c e b i d o e implementado um Sistema de Informações Geográficas p a r a T r a n s p o r t e s com uma i n t e r f a c e amigável, p o s s i b i l i t a n d o a visualização de mapas, e i x o s , e t c . e p e r m i t i n d o ao e n g e n h e i r o de t r a n s p o r t e s uma m a i o r compreensão e acesso a t o d o s os t i p o s de dados r e l e v a n t e s à análise da malha viária.
O s i s t e m a , chamado de SIGTRANS, f o i c r i a d o com o o b j e t i v o de s u p r i r as d i f i c u l d a d e s de gerência e p l a n e j a m e n t o da malha viária, a u x i l i a n d o o e n g e n h e i r o de t r a n s p o r t e s a tomar decisões de uma m a n e i r a mais rápida, segura e e f i c i e n t e , l i v r a n d o - o de métodos r u d i m e n t a r e s até então u t i l i z a d o s [ALEN92],
Introdução 5
Na definição de r o t a s p a r a t r a n s p o r t e s c o l e t i v o s numa d e t e r m i n a d a região, é necessário a t e n d e r à sua população de uma m a n e i r a e f i c i e n t e . Para i s s o , e s t a s r o t a s devem s u p r i r a n e c e s s i d a d e da população e p r o p o r c i o n a r - l h e um deslocamento aceitável até o p o n t o de parada do ônibus.
E s t a s r o t a s devem d a r p r i o r i d a d e s às r u a s com características b a s t a n t e favoráveis como: l a r g u r a , pavimentação, t o p o g r a f i a , e t c . E s t a s características são f u n d a m e n t a i s p a r a uma melhor conservação do t r a n s p o r t e c o l e t i v o e um melhor a t e n d i m e n t o à população. É necessário que os r e s u l t a d o s gerados p e l o s i s t e m a sejam e x i b i d o s de uma maneira b a s t a n t e c l a r a , p r e c i s a e de uma forma amigável.
SIGTRANS f o i d e s e n v o l v i d o p a r a a t e n d e r e s t e s p r o b l e m a s , e u t i l i z a uma f i l o s o f i a de representação, exibição e manipulação das informações ( f i l o s o f i a S I G ) . A s s o c i a d a a e s t a f i l o s o f i a , f o r a m a d i c i o n a d o s módulos de análises de malha viária p a r a a u x i l i a r o e n g e n h e i r o de t r a n s p o r t e s na definição de r o t a s p a r a t r a n s p o r t e s c o l e t i v o s . Na análise e geração de r o t a s , f o r a m u t i l i z a d o s heurísticas e a l g o r i t m o s de Pesquisa O p e r a c i o n a l [CHRI78].
0 s i s t e m a SIGTRANS f o i v a l i d a d o com um e s t u d o de caso (Capítulo 5) num b a i r r o de b a i x o poder a q u i s i t i v o e a l t a densidade p o p u l a c i o n a l ( B a i r r o : Novo Bodocongó I I I , em Campina Grande, Paraíba) t e n d o o a p o i o técnico da Superintendência de T r a n s p o r t e s Públicos - STP da c i d a d e de Campina Grande.
No capítulo 2 são d e s c r i t o s a a r q u i t e t u r a , as v a n t a g e n s e aplicações dos s i s t e m a s de informações geográficas;
No capítulo 3 é d e s c r i t o o s i s t e m a SIGTRANS, e sua a r q u i t e t u r a i n t e r n a ;
0 capítulo 4 m o s t r a as técnicas que f o r a m u t i l i z a d a s p a r a a análise e p l a n e j a m e n t o da malha viária;
O capítulo 5 a b o r d a , com d e t a l h e s , o e s t u d o de caso que f o i r e a l i z a d o na c i d a d e de Campina Grande, onde SIGTRANS f o i v a l i d a d o p o r um e s p e c i a l i s t a de t r a n s p o r t e s ;
No capítulo 6 são d i s c u t i d a s as contribuições do p r e s e n t e t r a b a l h o e as p o s s i b i l i d a d e s de f u t u r a continuação do mesmo.
Capítulo II
2- Sistemas de Informações Geográficas - SIG.
Um Sistema de Informações Geográficas - SIG, é um s i s t e m a d e s t i n a d o ao t r a t a m e n t o dos dados r e f e r e n c i a d o s e s p a c i a l m e n t e . E s t e s s i s t e m a s manipulam dados de d i v e r s a s f o n t e s como mapas, imagens de satélites, c a d a s t r o e o u t r o s , p e r m i t i n d o r e c u p e r a r e combinar informações e e f e t u a r os mais d i v e r s o s t i p o s de análises s o b r e os dados [ALVE90].
Em essência, um SIG é um s i s t e m a de administração de dados e s p e c i f i c a m e n t e p r o j e t a d o p a r a o t r a t a m e n t o simultâneo de dados e s p a c i a i s e informação d e s c r i t i v a , ou s e j a , dados alfanuméricos ( f i g u r a 2 . 1 ) .
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Tabela Alfanumérica
Objeto Atributos E S C O L A P a r d a l 15 f i n e . 300 Alunos COO mz da Axmm. Supermercado SSa Jo3n Hospital Pedro I T a b e l a 1 Coordenada X 234. 2,1 67 . 8 L i g a ç ã o TabeXa 1 *Um SIG é composto de vários e l e m e n t o s , i n c l u i n d o h a r d w a r e , s o f t w a r e , usuários, aplicações e dados. Em organizações que usam SIG, o hardware e s o f t w a r e são e s c o l h i d o s de a c o r d o com as suas n e c e s s i d a d e s , os membros da e q u i p e devem s e r bem t r e i n a d o s , as aplicações devem s e r d e s e n v o l v i d a s de t a l forma que o e n v o l v i m e n t o da organização l e v e à incorporação da nova t e c n o l o g i a nas a t i v i d a d e s do d i a - a - d i a . No e n t a n t o , o sucesso e a p o s s i b i l i d a d e de utilização das informações nos p r o c e s s o s de tomada de decisão dependem em p a r t e da qualificação e precisão dos dados que r e s i d e m no s i s t e m a .
Os SIGs vêm e n c o n t r a n d o uma u t i l i d a d e cada vez m a i o r em d i v e r s a s áreas como análise e m o n i t o r a m e n t o a m b i e n t a l , p l a n e j a m e n t o urbano e r e g i o n a l , e s t u d o de r e c u r s o s t e r r e s t r e s , c o n t r o l e de r e d e s de t r a n s p o r t e , de distribuição de e n e r g i a , e t c . A utilização em l a r g a e s c a l a de t a i s s i s t e m a s t o r n o u - s e possível a p a r t i r da d i s p o n i b i l i d a d e , a c u s t o s aceitáveis, de d i v e r s a s t e c n o l o g i a s como a c a r t o g r a f i a d i g i t a l , os bancos de dados e o processamento d i g i t a l de imagens. T i p i c a m e n t e , um SIG combina e s t a s t e c n o l o g i a s com técnicas de análise e manipulação da informação e s p a c i a l .
2.1 Descrição de um SIG
A configuração básica de um SIG é mostrada na f i g u r a 2.2.
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 9
Sistema de Informações Geográficas - SIG
D A D O S
MAPAS E DESENHOS DADOS ALFANUMÉRICOS
Gerenciador de Banco de Dados Espacial Gerenciador de Banco de Dados Alfanumérico
Processador dos Dados
- Consultas no vídeo - Plantas Temáticas - Simulações - Plantas Cadastrais
Interface com o Usuário
GRÁFICA IMPRESSA
Consultas Estatísticas - Relatórios
Simulações
figura 2.2: Descrição de um SIG
2.1.1 ENTRADA DE DADOS
São os dados o b t i d o s de mapas, desenhos e também de dados t a b u l a r e s ( o b t i d o s de uma base de dados alfanumérica).
Um SIG é a l i m e n t a d o p o r informações de f o n t e s d i v e r s a s , e n t r e as q u a i s as mais f r e q u e n t e s são l e v a n t a m e n t o de campo, c a d a s t r o s , mapas e dados de s e n s o r e s r e m o t o s .
FONTES DE DADOS
Levantamentos em campo são uma i m p o r t a n t e f o n t e de dados em um SIG, usada sempre que não e x i s t e m documentos s o b r e a área de e s t u d o . E s t e s p r o c e d i m e n t o s p e r m i t e m c o l e t a r dados d i r e t a m e n t e no t e r r e n o e i n t r o d u z i - l o s na base de dados do s i s t e m a .
Em campo, as limitações são várias, t a i s como p o r exemplo, técnico-financeiras, que d i f i c u l t a m a observação p l e n a dos a t r i b u t o s e s p e c i f i c a d o s . Assim há que se lançar mão de métodos que p e r m i t a m e s t i m a r a p a r t i r de observações p a r c i a i s , as características do c o n j u n t o que desejaríamos o b s e r v a r . É necessário que a seleção das observações que faremos nos p e r m i t a uma confiável e s t i m a t i v a do r e a l . Métodos de amostragem e s p a c i a l cumprem e s t e propósito.
A título de exemplo, podem s e r c i t a d o s a l g u n s dados c o l e t a d o s , t i p i c a m e n t e , a p a r t i r de l e v a n t a m e n t o s em campo:
- Teor em m i n e r a i s , t e m p e r a t u r a , precipitação: e s t e s dados são, em g e r a l , amostrados em vários p o n t o s do t e r r e n o ; após introdução no computador, e l e s são a n a l i s a d o s de modo a r e c o n s t r u i r as características da variável no espaço e a e n c o n t r a r d i v e r s o s parâmetros;
- Censos: v i s a m i d e n t i f i c a r t o d o s os indivíduos de uma população e c o l e t a r informações s o b r e cada um d e l e s ;
- Amostragens: v i s a m r e c o n s t i t u i r as características de uma população a p a r t i r da c o l e t a de informações de um c e r t o número de indivíduos.
Cadastros são c o n j u n t o s de infomações de caráter
d e s c r i t i v o ou alfanumérico. Ex: C a d a s t r o de l o g r a d o u r o s onde levamos em c o n t a informações s o b r e as r u a s , t a i s como nome, l a r g u r a , t i p o de p a v i m e n t o , t o p o g r a f i a , e t c . Também, v a l e r e s s a l t a r o c a d a s t r o de áreas urbanas [MANS90] que a j u d a à
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 11^
utilização r a c i o n a l de áreas disponíveis e usam d i v e r s o s a t r i b u t o s p a r a uma m a i o r compreensão do usuário, como: s e t o r l o c a c i o n a l , zona, número do t e r r e n o , s e t o r e quadra de c a d a s t r o técnico u r b a n o , área a p r o x i m a d a , características de r e l e v o , uso a t u a l do s o l o , adequação do s o l o p a r a edificação, e t c .
Mapas permitem r e p r e s e n t a r características genéricas do
espaço, como as c a r t a s p r o d u z i d a s p e l o mapeamento sistemático e também características de d i s c i p l i n a s específicas, como p o r exemplo, c a r t a s geológicas e mapas de aptidão agrícola.
Informações c a r t o g r a f a d a s podem s e r i n t r o d u z i d a s em SIGs através de várias técnicas. A técnica mais comum u t i l i z a mesas d i g i t a l i z a d o r a s , através das q u a i s é possível
" r e s t i t u i r " feições com l i n h a s e áreas s o b r e um mapa já p r o n t o . O u t r o método c o n s i s t e na l e i t u r a de mapas em a p a r e l h o s do t i p o ns c a n n e r sn, Neste c a s o , é recomendável a l i m e n t a r e s t e s a p a r e l h o s com temas separados ( p o r temas, entenda-se um c o n j u n t o de informações com caraterísticas s e m e l h a n t e s , p o r exemplo: mapas viários, onde o tema são os e i x o s e o t i p o de p a v i m e n t o ) no l u g a r de u t i l i z a r uma c a r t a já p r o n t a , em que informações d i f e r e n t e s estão m i s t u r a d a s .
O u t r a forma i m p o r t a n t e de introdução de mapas em SIGs c o n s i s t e na aquisição de mapas d i g i t a i s . Devido ao c u s t o e l e v a d o de criação e atualização de bases de dados cartográficas, o intercâmbio d e s t e t i p o de dados tem grande importância, p r i n c i p a l m e n t e num país como o B r a s i l . Para a disseminação de dados d i g i t a i s é m u i t o i m p o r t a n t e a adoção de f o r m a t o s p a d r o n i z a d o s p e l o s U.S. G e o l o g i c a l Survey (DLG, GRID) e p e l o Bureau o f Census (DIME) dos Estados U n i d o s .
Para a reprodução de mapas, os d i s p o s i t i v o s u t i l i z a d o s são os " p l o t t e r s " , as i m p r e s s o r a s (em p a r t i c u l a r as i m p r e s s o r a s c o l o r i d a s ) e os " p h o t o - p l o t t e r s " .
O t r a t a m e n t o de informações nos SIGs e x i g e uma série de c u i d a d o s q u a n t o a c e r t a s características dos mapas. Têm p a r t i c u l a r importância as operações baseadas na sobreposição de dados de d i f e r e n t e s f o n t e s , que i m p l i c a m na n e c e s s i d a d e de c o m p a t i b i l i z a r parâmetros de e s c a l a e projeção.
Sensores remotos: Dados de s e n s o r e s remotos são, p o r
exemplo, f o t o s aéreas e imagens de satélites. Do p o n t o de v i s t a do uso em SIGs, podem s e r f e i t a s algumas considerações q u a n t o a e s t e t i p o de dado.
F o t o s aéreas são usadas f r e q u e n t e m e n t e p a r a restituição fotogramétrica (através de r e s t i t u i d o r e s ) e interpretação v i s u a l .
Por sua v e z , imagens de satélite r e p r e s e n t a m i n t e r e s s e p e l a s suas características de n a t u r e z a e s p e c t r a l e t e m p o r a l . E l a s podem s e r m a n i p u l a d a s através das técnicas t r a d i c i o n a i s de interpretação v i s u a l o u , também, com o auxílio de s i s t e m a s de t r a t a m e n t o d i g i t a l de imagens.
Da mesma forma que os mapas, dados de s e n s o r e s o r b i t a i s são u t i l i z a d o s em sobreposição com o u t r a s informações. As considerações f e i t a s a n t e r i o r m e n t e s o b r e e s c a l a e projeção valem também p a r a e s t e caso.
Podem s e r f e i t a s duas observações f i n a i s no t o c a n t e a imagens de satélite e aos parâmetros de e s c a l a e projeção. Em p r i m e i r o l u g a r , a resolução de imagem de um satélite d e t e r m i n a as e s c a l a s aceitáveis de uso. Quanto à projeção, é necessário l e m b r a r que a sobreposição com mapas e x i g e que as
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 13
imagens sejam c o r r i g i d a s g e o m e t r i c a m e n t e ou r e g i s t r a d a s com mapas.
ESTRUTURAS DA INFORMAÇÃO EM SIGs
A operação e a manipulação de um SIG requerem a utilização de técnicas e s p e c i a i s p a r a a organização dos dados, p r i n c i p a l m e n t e p a r a p e r m i t i r a definição de p r o p r i e d a d e s de n a t u r e z a e s p a c i a l .
Numa abordagem s i m p l i f i c a d a , um SIG p o s s u i dados de d o i s t i p o s p r i n c i p a i s - de um l a d o , pode-se f a l a r de dados geométricos, que descrevem características do próprio espaço ou características geométricas de o b j e t o s e, de o u t r o , dados não geométricos, que descrevem o u t r o s t i p o s de características.
DADOS GEOMÉTRICOS
Dados geométricos têm características as mais d i v e r s a s . D i f e r e n t e s t i p o s desses dados são m o s t r a d o s na f i g u r a 2.3.
Dados geométricos podem d e s c r e v e r p r o p r i e d a d e s como as s e g u i n t e s :
* Posicionais: C a r a c t e r i z a m a posição de um o b j e t o .
A t r i b u t o s de posição são necessários p a r a c a r a c t e r i z a r d i f e r e n t e s o b j e t o s como uma c i d a d e , a f r o n t e i r a e n t r e d o i s e s t a d o s ou um p o n t o de c o l e t a de uma amostra de m i n e r a l .
*Topológicas: C a r a c t e r i z a m r e l a c i o n a m e n t o s de vizinhança ou de conexão e n t r e 2 o b j e t o s .
Dois municípios d i v i d i d o s p o r um r i o ou duas c i d a d e s conectadas através de uma malha viária são exemplos de o b j e t o s e n t r e os q u a i s podem e x i s t i r r e l a c i o n a m e n t o s de n a t u r e z a topológica.
*Amostrais: C a r a c t e r i z a m v a l o r e s de grandezas físicas ou de o u t r a s p r o p r i e d a d e s de um p o n t o ou de uma região.
Dados a m o s t r a i s podem s e r , p o r exemplo, o v a l o r da a l t u r a de um p o n t o , num MNE (Modelo Numérico de Elevação), ou o nível de reflectância de um p i x e l numa imagem de satélite.
De uma maneira s i m p l i f i c a d a , dados geométricos são comumente d i f e r e n c i a d o s em d o i s t i p o s : dados " r a s t e r " e dados v e t o r i a i s .
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 15
DADOS RASTER
Dados r a s t e r descrevem características do espaço q u a n t o a uma p r o p r i e d a d e e correspondem à divisão da área numa m a t r i z de células, a cada uma das q u a i s é atribuído um v a l o r . Exemplos podem s e r imagens de satélite e mapas temáticos c o d i f i c a d o s na forma de uma malha q u a d r i c u l a d a .
Um dado " r a s t e r " é composto p o r e l e m e n t o s que serão chamados de " p i x e l s " ou células. Nesta representação, a referência e s p a c i a l é p r o v i d a p o r códigos de localização das células s o b r e as q u a i s i n c i d e m p o n t o s , l i n h a s e áreas. Mais comum é a utilização da malha r e t a n g u l a r como m o s t r a d o na f i g u r a 2.4, onde a referência às quadrículas s o b r e as q u a i s i n c i d e m p o n t o s , l i n h a s e áreas é f e i t a através de uma m a t r i z binária. \ DDQDDDDDDDl • • I I I I I • • • D i n n n a i D n a • i I I 0 • 0 • I • • • • • • • • • • • • a • • • • • • D a n a I 0 1 0 D I D D D D I D D 0 D 1 D D D D I D 0 0 0 • I I I I I D D D D D D D D I I D D O D D D D I D • D D O D D O I D O D J. I • • • • D 0. 0 OJ » / Matriz de Pontos
E n t r e as p r i n c i p a i s v a n t a g e n s ( + ) e desvantagens (-) dos dados r a s t e r podem s e r l i s t a d a s :
+ f a c i l i d a d e de manipulação de c e r t o s r e l a c i o n a m e n t o s de vizinhança; + f a c i l i d a d e de i m p l e m e n t a r d i v e r s a s opções de manipulação, p a r t i c u l a r m e n t e do espaço; + p o s s i b i l i d a d e de representação de dados q u a n t i t a t i v o s e q u a l i t a t i v o s ; - c o m p l e x i d a d e de i d e n t i f i c a r e m a n i p u l a r o b j e t o s i n d i v i d u a l m e n t e ; d i f i c u l d a d e de a s s o c i a r a t r i b u t o s a o b j e t o s i n d i v i d u a l m e n t e ;
- geração de grandes volumes de dados;
resolução e precisão d e t e r m i n a d a s p e l a s dimensões da divisão do espaço;
n e c e s s i d a d e de conversão r a s t e r - v e t o r p a r a aquisição de mapas;
- d i f i c u l d a d e p a r a r e p r e s e n t a r em d i s p o s i t i v o s do t i p o " p l o t t e r " .
DADOS VETORIAIS
Dados v e t o r i a i s descrevem o b j e t o s na forma de v e t o r e s de p o n t o s . Exemplos podem s e r mapas de f r o n t e i r a s de municípios e mapas de r e d e s viárias.
Nas representações v e t o r i a i s , os p o n t o s , l i n h a s e áreas, são em g e r a l , a s s i m i l a d o s a p o n t o s , l i n h a s p o l i g o n a i s e polígonos. A cada um dos p o n t o s d e s t a s representações
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 17
associamos um p a r de coordenadas. A l t e r n a t i v a m e n t e u t i l i z a m -se coordenadas p o l a r e s , v e t o r e s ou v e t o r e s unitários ( f i g u r a 2.5) .
figura 2.5: Representação vetorial de um polígono
No caso de dados v e t o r i a i s , suas p r i n c i p a i s características são:
+ manipulação i n d i v i d u a l de o b j e t o s f a c i l i t a d a ; f a c i l i d a d e de a s s o c i a r a t r i b u t o s a o b j e t o s ;
+ geração de menores volumes de dados;
+ precisão depende somente do p r o c e d i m e n t o de aquisição;
+ f a c i l i d a d e de e n t r a d a ;
- manipulação complexa de p r o p r i e d a d e s topológicas ou do espaço (exigem armazenar t o p o l o g i a e x p l i c i t a m e n t e ou têm a l t o c u s t o c o m p u t a c i o n a l ) .
DADOS NÃO GEOMÉTRICOS
Dados não geométricos são a t r i b u t o s de o b j e t o s ou informações a u x i l i a r e s que descrevem características não geométricas.
Frequentemente, p a r a manipulação de dados não e s p a c i a i s são usados bancos de dados c o n v e n c i o n a i s ( m u i t o s SIGs usam um g e r e n c i a d o r de banco de dados e s p a c i a l , d e s e n v o l v i d o p e l o s p r o j e t i s t a s do SIG e a c o p l a d o a um g e r e n c i a d o r de bancos de dados alfanumérico p a r a aplicações c o n v e n c i o n a i s ) . E n t r e esses bancos de dados convém l e m b r a r os bancos de dados r e l a c i o n a i s , que o r g a n i z a m os dados na forma de t a b e l a s .
2.1.2 BANCOS DE DADOS
Um g e r e n c i a d o r de bancos de dados é um s i s t e m a de armazenamento de dados baseado em computador; i s t o é, um s i s t e m a c u j o o b j e t i v o g l o b a l é r e g i s t r a r e m a n t e r a informação [DATE86]. E s t a informação pode s e r q u a l q u e r uma c o n s i d e r a d a s i g n i f i c a t i v a à organização s e r v i d a p e l o s i s t e m a - em o u t r a s p a l a v r a s , q u a l q u e r uma necessária ao p r o c e s s o de decisão da gerência d a q u e l a organização ( f i g u r a 2 . 6 ) .
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 19
SISTEMA DE GERENCIAMENTO DE Bancos de Dados
figura 2.6: Imagem simplificada de um gerenciador de bancos de dados
A f i g u r a 2.6 p r e t e n d e m o s t r a r que um s i s t e m a de banco de dados e n v o l v e q u a t r o componentes m a i o r e s : dados, hardware, s o f t w a r e e usuários.
A) DADOS; são informações de caráter alfanumérico e e s p a c i a l , t a i s como: nome, CPF, salário, número de matrícula, p l a n t a s de uma c i d a d e , desenhos, e t c .
B) HARDWARE: C o n s i s t e dos volumes de memória secundária - d i s c o s , tambores, CD-ROM, e t c . - nos q u a i s r e s i d a o banco de dados, j u n t a m e n t e com os d i s p o s i t i v o s a s s o c i a d o s , unidades de c o n t r o l e , c a n a i s e assim p o r d i a n t e .
C) SOFTWARE: E n t r e o banco de dados físico ( i s t o é, os dados armazenados) e os usuários do s i s t e m a , e n c o n t r a - s e uma camada de s o f t w a r e , u s u a l m e n t e chamada de s i s t e m a de g e r e n c i a m e n t o de bancos de dados ou DBMS. Todas as solicitações dos usuários p a r a acesso ao banco de dados são m a n i p u l a d a s p e l o DBMS.
D) USUÁRIOS: É o usuário que interagirá com o banco de dados através de uma l i n g u a g e m de c o n s u l t a . Assim, e l e obterá r e s p o s t a s às suas c o n s u l t a s .
Um s i s t e m a que u t i l i z a a f i l o s o f i a SIG usa 2 g e r e n c i a d o r e s de banco de dados i n t e r l i g a d o s : um g e r e n c i a d o r de bancos de dados e s p a c i a l (responsável p e l a manipulação e representação gráfica) e um g e r e n c i a d o r de bancos de dados Alfanumérico (responsável p e l a manipulação de informações de caráter d e s c r i t i v o ou alfanumérico).
GERENCIADOR DE BANCOS DE DADOS ESPACIAL
M a n i p u l a t o d a s as informações de caráter gráfico ou e s p a c i a l [BOUE90], t a i s como:
A) Integração de mapas traçados em e s c a l a s d i f e r e n t e s ou com projeções d i s t i n t a s ;
B) Sobreposição de t i p o s d i s t i n t o s de mapas de uma d e t e r m i n a d a zona p a r a f o r m a r um novo mapa no q u a l se i n c l u e m os dados d e s c r i t i v o s de cada um d e l e s ;
C) Criação de zonas intermediárias ou próximas em t o r n o das l i n h a s ou polígonos dos mapas;
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 21
D) Mudanças de e s c a l a , projeções, l e g e n d a s , inscrições, mapas, e t c .
E) Recuperação de informações gráficas:
E x e m p l o l : " L i s t e / E x i b a t o d o s os b a i r r o s da c i d a d e de Campina Grande que tenham uma a l t a d e n s i d a d e p o p u l a c i o n a l e um b a i x o poder a q u i s i t i v o " .
Exemplo2: " L i s t e / E x i b a t o d a s as e s c o l a s da c i d a d e de Campina Grande s i t u a d a s a menos de 5 Km do c e n t r o da c i d a d e " .
Exemplo3: " L i s t e / E x i b a t o d a s as r u a s do b a i r r o de Bodocongó que estão p a v i m e n t a d a s " .
Um g e r e n c i a d o r de bancos de dados e s p a c i a l m a n i p u l a e n t i d a d e s geométricas ( p o n t o s , r e t a s , e t c ) r e a l i z a n d o d e t e r m i n a d a s operações, como p o r exemplo: mudança na l a r g u r a de uma r e t a , alteração do a t r i b u t o de um p o n t o , rotação de de um e n t i d a d e geométrica, e t c .
GERENCIADOR DE BANCOS DE DADOS ALFANUMÉRICO
Um G e r e n c i a d o r de Bancos de Dados Alfanumérico m a n i p u l a dados de caráter d e s c r i t i v o , e s t a b e l e c e n d o acessos aos dados dos a t r i b u t o s , como: nome, salário, endereço,etc.
E l e p e r m i t e que o usuário d e f i n a a e s t r u t u r a de armazenamento dos dados e os q e r e n c i e , ou s e j a , i n s i r a , e l i m i n e , m o d i f i q u e e r e c u p e r e registros ( p o r r e g i s t r o s entenda-se uma coleção de i t e n s de dados [ C h e n 9 0 ] , como: NOME, SALÁRIO, ENDEREÇO, e t c ) .
A manipulação desses dados é f e i t a através de f e r r a m e n t a s p a r a c o n s u l t a como, p o r exemplo, a l i n g u a g e m SQL ("STRUCTURED QUERY LANGUAGE" ou Linguagem E s t r u t u r a d a de C o n s u l t a ) [DATE86]. Essa l i n g u a g e m p e r m i t e e x t r a i r as informações armazenadas no banco de dados através de um mecanismo c o n v e r s a c i o n a l de interação. A s e g u i r são a p r e s e n t a d o s a l g u n s exemplos de c o n s u l t a em SQL: A) consulta 1: SELECT b a i r r o s FROM c i d a d e s WHERE c r e c h e s < 2 Nesta c o n s u l t a , são r e c u p e r a d o s os v a l o r e s do a t r i b u t o b a i r r o s p a r a as c i d a d e s com o número de c r e c h e s menor que 2. B) consulta 2:
SELECT nome, salário FROM l o j a WHERE c a r g o = 'vendedor'
É mostrada n e s t a c o n s u l t a , os nomes e salários de t o d o s os vendedores da l o j a .
2.1.3 P R O C E S S A D O R DOS DADOS
O p r o c e s s a d o r e x e c u t a operações t a i s como: manipulação, transformação ( t r o c a s de e s c a l a , e t c ) , adaptação às novas projeções, cálculos (superfícies, perímetros).
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 23
Também pode s e r u t i l i z a d o p a r a r e s p o n d e r às p e r g u n t a s f o r m u l a d a s p e l o usuário do SIG. Pode-se r e f e r i r t a n t o aos a s p e c t o s e s p a c i a i s q u a n t o aos não-espaciais ou ambos.
É no p r o c e s s a d o r que também são c r i a d a s aplicações de um SIG, como: s i s t e m a de g e r e n c i a m e n t o e p l a n e j a m e n t o da malha viária, s i s t e m a s de análise a m b i e n t a l , s i s t e m a s de p l a n e j a m e n t o urbano e r e g i o n a l , d e n t r e o u t r o s .
2.1.4 INTERFACE COM O USUÁRIO
Nosso s i s t e m a c o n s i d e r a como i n t e r f a c e a visualização gráfica, alfanumérica, ou um mapa i m p r e s s o através de um traçador gráfico, i m p r e s s o r a l a s e r ou r e g i s t r a d o magneticamente.
A q u i , são r e a l i z a d a s c o n s u l t a s , e x i b i d o s mapas e relatórios alfanuméricos.
A exibição de informações pode s e r f e i t a segundo critérios de n a t u r e z a e s p a c i a l e não e s p a c i a l . É possível
i l u s t r a r esses r e q u i s i t o s através de exemplos como os s e g u i n t e s :
A) Recuperação de informações espaciais segundo critérios não espaciais:
" L i s t e / E x i b a as c i d a d e s com população m a i o r que 250.000 h a b i t a n t e s " .
B) Recuperação de informações não espaciais segundo critérios não espaciais:
" L i s t e a c a p a c i d a d e de drenagem dos t i p o s de s o l o com bom p o t e n c i a l de mecanização".
" L i s t e os nomes de t o d a s as r u a s onde a t o p o g r a f i a é p l a n a " .
C) Recuperação de informações espaciais segundo critérios de natureza espacial:
" L i s t e / E x i b a as c i d a d e s s i t u a d a s a menos de 35 km do R i o São F r a n c i s c o " .
D) Recuperação de informações não espaciais segundo
critérios espaciais:
" L i s t e a população das cidades situadas numa altura de mais de 1500 metros acima do nível do mar".
A manipulação de dados não e s p a c i a i s , segundo critérios não e s p a c i a i s pode s e r f e i t a f a c i l m e n t e em bancos de dados c o n v e n c i o n a i s .
No uso de dados e s p a c i a i s , o SIG deve o f e r e c e r r e c u r s o s que os banco de dados c o n v e n c i o n a i s não têm; e l e deve s e r capaz de m a n i p u l a r seus dados e r e c u p e r a r informações segundo critérios como p r o x i m i d a d e , pertinência a uma área, interseção e n t r e o b j e t o s , e t c .
Além de l i n g u a g e n s de c o n s u l t a , a utilização de i n t e r f a c e s gráficas i n t e r a t i v a s é uma f e r r a m e n t a de grande a j u d a p a r a a recuperação de informações em SIGs.
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 25
2.2 Vantagens
A informação geográfica é armazenada numa base de dados alfanumérica podendo s e r o b j e t o de busca segundo critérios do usuário.
A visualização da informação pode s e r f e i t a em d i f e r e n t e s níveis ou camadas e d e p o i s s o b r e p o s t a . Ex: v i s u a l i z a r a malha viária e a t o p o g r a f i a de um b a i r r o .
SIG p o s s i b i l i t a uma m e l h o r manipulação do banco de dados e o seu uso é d i r e c i o n a d o na análise e interpretação de grande q u a n t i d a d e de dados e s p a c i a i s [BOUE90]. E l e i n c l u i uma coleção de i n s t r u m e n t o s analíticos e manipuláveis, difíceis de e x e c u t a r em um banco de dados g r a f i c a m e n t e e s t r u t u r a d o , p o i s f a z interrelações, análises, e busca o caminho e f i c a z .
Um SIG o f e r e c e a p o s s i b i l i d a d e de g e r a r documentos de d i v e r s a s formas p a r a p e r m i t i r a distribuição das informações r e c u p e r a d a s e c a l c u l a d a s n e l e s .
0 uso da t e c n o l o g i a SIG pode s e r a p l i c a d o em várias áreas, d e n t r e e l a s :
- Empresas de serviços t a i s como as e s p e c i a l i z a d a s em T o p o g r a f i a , C a r t o g r a f i a e empresas de c o n s u l t o r i a em E n g e n h a r i a e áreas a f i n s ( G e o l o g i a , Meio A m b i e n t e , S i l v i c u l t u r a , e t c ) ;
- Empresas e órgãos e s t a t a i s que em suas a t i v i d a d e s estão e n v o l v i d o s com o p l a n e j a m e n t o , administração, m o n i t o r a m e n t o e g e r e n c i a m e n t o do meio físico, i n c l u s i v e os r e s u l t a n t e s da a t i v i d a d e humana ( r e d e s de t r a n p o r t e s e transmissão, reservatórios, e t c ) .
Concessionárias de serviços públicos, que p r o j e t a m , i m p l a n t a m , operam e g e r e n c i a m r e d e s de água, e s g o t o , e l e t r i c i d a d e , gás e t e l e f o n e ;
- P r e f e i t u r a s m u n i c i p a i s , na implantação de suas bases cartográficas, elaboração de seus c a d a s t r o s imobiliários p a r a cobrança de IPTU e elaboração de p l a n o s d i r e t o r e s ;
Empresas agrícolas, em suas a t i v i d a d e s de p r o j e t o , implantação, c u l t i v o , c o r t e / c o l h e i t a , t r a n s p o r t e e manutenção;
- Empresas de mineração, em suas a t i v i d a d e s de prospecção, l a v r a e mapeamento;
- U n i v e r s i d a d e s e i n s t i t u t o s de p e s q u i s a em suas a t i v i d a d e s de e n s i n o , p e s q u i s a e d e s e n v o l v i m e n t o .
A t u a l m e n t e , há organizações a t u a n t e s na área t a n t o no B r a s i l , como no E x t e r i o r .
2.3 Alguns SIGs Existentes
Os Sistemas de Informações Geográficas vêm e n c o n t r a n d o uma u t i l i d a d e cada vez m a i o r em d i v e r s a s áreas como p l a n e j a m e n t o u r b a n o , m o n i t o r a m e n t o a m b i e n t a l e c o n t r o l e de r e d e s de t r a n s p o r t e s .
SIGs no BRASIL
Em nosso país, e n t r e os p r i n c i p a i s s i s t e m a s d e s e n v o l v i d o s nas áreas de SIG e c o r r e l a t a s podem s e r c i t a d o s [RODR90]:
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 2_7_
A) O p r o j e t o RADAM, que p e r m i t i u c r i a r uma e x t e n s a base de dados d i g i t a i s c o b r i n d o a t o t a l i d a d e do território b r a s i l e i r o com informações r e l a t i v a s aos temas de g e o l o g i a , g e o m o r f o l o g i a , s o l o s , vegetação, r e c u r s o s n a t u r a i s , metalogenética e p o t e n c i a l hidrológico;
B) O s i s t e m a SGI, d e s e n v o l v i d o p e l o INPE p a r a f a c i l i t a r as t a r e f a s de integração de dados de s e n s o r e s o r b i t a i s com mapas de o u t r a s f o n t e s de dados. E s t e s i s t e m a m a n i p u l a dados
" r a s t e r " e v e t o r i a i s , combinando mapas, imagens de satélites, modelos numéricos de t e r r e n o e informações d e s c r i t i v a s . A t u a l m e n t e , o s i s t e m a é usado em d i v e r s a s
instituições de t o d o o país;
C) SIGs e aplicações em áreas como análise a m b i e n t a l , l e v a n t a m e n t o e m o n i t o r a m e n t o de r e c u r s o s n a t u r a i s e p l a n e j a m e n t o urbano e r e g i o n a l , como os e x e c u t a d o s em u n i v e r s i d a d e s (UNESP-Rio C l a r o , UnB, IOUSP) e d i v e r s a s instituições e n t r e as q u a i s podem s e r c i t a d a s a EMBRAPA (Campinas, Jaguariúna e o u t r a s ) , o IPPUC e o IPARDES ( C u r i t i b a ) e o Gerenciamento C o s t e i r o (em p a r t i c u l a r , no e s t a d o de Santa C a t a r i n a ) ;
D) O s i s t e m a de P l a n e j a m e n t o Urbano, manutenção de equipamentos públicos e arrecadação de i m p o s t o s m u n i c i p a i s , d e s e n v o l v i d o p e l a Empresa M u n i c i p a l de Processamento Eletrônico - EMPREL, da c i d a d e do R e c i f e , Pernambuco;
E) O Sistema INFOSUL, construído em P o r t o A l e g r e com o o b j e t i v o de a p o i a r a administração m u n i c i p a l no p l a n e j a m e n t o urbano de forma compatível com a c r e s c e n t e demanda de serviços;
F) O SIMÀV, que é um s i s t e m a p a r a monitoração automática de v i a g e n s de t r a n p o r t e s c o l e t i v o s , com o uso de c o l e t o r e s s i t u a d o s nos p o s t e s , l e v a n d o a informação p a r a o c o n t r o l e no computador;
G) O SIG p a r a Administração M u n i c i p a l da PRODAM (Companhia de Processamento de Dados do Município de São P a u l o ) que tem como o b j e t i v o c o l o c a r a Informática como f e r r a m e n t a de viabilização do programa de g o v e r n o , s u p o r t a n d o a tomada de decisões e a g i l i z a n d o os p r o c e s s o s a d m i n i s t r a t i v o s (cobrança de IPTU e ISS, c a d a s t r o i n t e g r a d o de f o r n e c e d o r e s , c a d a s t r a m e n t o e c o n t r o l e de e s c o l a s e de A l u n o s , e t c ) .
SIGs no Exterior
No e x t e r i o r há uma v a r i e d a d e de SIGs contruídos, d e n t r e e l e s :
A) ARC/INFO
É um SIG que f o i d e s e n v o l v i d o nos Estados Unidos p e l a ESRI - E n v i r o n m e n t a l Systems Research I n s t i t u t e , Redlands, CA, p a r a propósito g e r a l ( f e i t o p a r a s u p o r t a r vários t i p o s de aplicações).
E s t e s i s t e m a p o s s u i uma gama de aplicações de análises geográficas e modelagem, com um s i s t e m a i n t e r a t i v o c o m p l e t o p a r a e n t r a d a , g e r e n c i a m e n t o e saída de dados e s p a c i a i s
[ARC91].
Ele f o i d e s e n v o l v i d o e s p e c i a l m e n t e p a r a usuários e i n t e g r a modernos princípios de e n g e n h a r i a de s o f t w a r e , g e r e n c i a m e n t o de banco de dados e c a r t o g r a f i a .
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 29
ÀRC/INFO p o s s u i t o d a s as características de um SIG moderno, e f i c i e n t e m e n t e i n t e g r a d a s d e n t r o de um único s i s t e m a . E s t a s características i n c l u e m a f a c i l i d a d e de u s a r uma l i n g u a g e m de comandos, uma e f i c i e n t e digitalização e e n t r a d a s de a t r i b u t o s , edição automática e criação de uma base de dados com a t o p o l o g i a ARC/NODE.
O u t r a s características i n c l u e m a e s t r u t u r a de dados e s p a c i a l i n d e x a d a p a r a c o n s u l t a s e manipulação de grandes bases de dados geométricos, um e f i c a z e p o t e n t e s i s t e m a p a r a análise de c a r t o g r a f i a , e um g e r e n c i a d o r gráfico i n t e r a t i v o com uma a l t a q u a l i d a d e na exibição das informações.
Também pode s e r usado p a r a g e r e n c i a m e n t o urbano e r e g i o n a l , mapas temáticos e g e r e n c i a m e n t o de r e c u r s o s n a t u r a i s ( i n c l u i n d o áreas de proteção), m i n e r a i s , energéticos, de a g r i c u l t u r a , de pesca, e t c .
B) GEO/SQL
É um banco de dados que gerência g e o m e t r i a , imagens, números e t e x t o s , d e s e n v o l v i d o nos Estados Unidos
( G e n e r a t i o n 5 T e c n o l o g y , I n c . ) [Geo90]. Como o u t r o s s i s t e m a s de bancos de dados, o GEO/SQL "gerência informações". A p r i n c i p a l diferença é que e l e gerência não só t e x t o e números, mas também g e o m e t r i a - ou mais p r e c i s a m e n t e , o b j e t o s geométricos e s p a c i a i s .
GEO/SQL s i g n i f i c a "GEOGRAPHIC STRUCTURED QUERY LANGUAGE" (Linguagem de C o n s u l t a E s t r u t u r a d a p o r Padrões Geográficos). Como o próprio nome d i z , GEO/SQL combina seu método de indexação de o b j e t o s e s p a c i a i s com o padrão SQL
-" S t r u c t u r e d Query Language-" (Linguagem de C o n s u l t a E s t r u t u r a d a ) , de c o n s u l t a a bancos de dados. GEO/SQL f o r n e c e uma extensão n a t u r a l à l i n g u a g e m SQL ( m a i o r e s d e t a l h e s s o b r e
SQL em [HURS91]), p r o p i c i a n d o uma l i n g u a g e m comum p a r a g e r e n c i a r e p e s q u i s a r t a n t o dados e s p a c i a i s como alfanuméricos em um ambiente i n t e g r a d o de g e r e n c i a m e n t o de banco de dados.
As aplicações que u t i l i z a m o GEO/SQL são d i v e r s a s , como: s i s t e m a de c a d a s t r a m e n t o imobiliário, cobrança de I m p o s t o s , c a d a s t r o de l o g r a d o u r o s , s i s t e m a de i n f r a -e s t r u t u r a urbana ( r -e d -e d-e t -e l -e f o n i a , água, -e s g o t o s , l i m p -e z a u r b a n a , e t c ) .
C) GEOROUTE
É um p a c o t e gráfico p a r a o g e r e n c i a m e n t o de informações a s s o c i a d a s à malha viária d e s e n v o l v i d o p e l a LOGIROUTE Computer Systems I n c , M o n t r e a l , Québec, Canadá [LAPA92].
Georoute é composto de vários módulos:
Editor de Eixos É usado p a r a c r i a r , m o d i f i c a r informações s o b r e as r u a s , como: v i a s de mão-única, c o n t o r n o s p r o i b i d o s , restrições de v e l o c i d a d e s , e t c . Editor de Mapas A q u i é r e a l i z a d a a construção, alteração e l e i t u r a de mapas. Conversor
Faz a transformação dos dados gráficos ( a r c o s , r u a s ) p a r a a e s t r u t u r a i n t e r n a de Georoute.
Sistemas de Informações Geográficas - SIG 31
Otimizador
Neste módulo, são u t i l i z a d o s a l g o r i t m o s p a r a resolução de problemas r e l a c i o n a d o s com r o t e a m e n t o . Ex: c a i x a p o s t a l , paradas de ônibus e s c o l a r , c o l e t a de l i x o , distribuição de correspondência, e t c .
Georoute é a integração de m u i t o s anos de t r a b a l h o . E l e tem s i d o usado em vários s e t o r e s ( e n t r e g a de encomendas, t r a n s p o r t e e s c o l a r e c o l e t a de l i x o ) . E l e é amplamente usado com aplicações que requerem uma representação d e t a l h a d a de um s i s t e m a viário e é uma p l a t a f o r m a na q u a l s i s t e m a s específicos podem s e r construídos.
D) SURF
SURF é o Sistema Urbano de C o n t r o l e de Semáforos da c i d a d e de P a r i s [SURF91]. I n i c i a l m e n t e p r o j e t a d o em 1979 e aperfeiçoado r e c e n t e m e n t e , e l e tem como o b j e t i v o c o n t r o l a r o tráfego adaptando o f u n c i o n a m e n t o dos semáforos de três c o r e s às condições r e a i s do trânsito.
Sensores que são c o l o c a d o s d e b a i x o da p i s t a medem c o n t i n u a m e n t e as características do tráfeqo em cada v i a . As informações são d e s t a forma r e c o l h i d a s e t r a n s m i t i d a s aos c o n t r o l a d o r e s de cruzamento e, em s e g u i d a , ao p o n t o c e n t r a l de c o n t r o l e . Em s e g u i d a , e l a s passam a s e r a n a l i s a d a s p o r um computador que e s t a b e l e c e então o m e l h o r c o n t r o l e possível dos semáforos, e d e p o i s e n v i a suas o r d e n s aos c o n t r o l a d o r e s de cruzamento.
SURF atende e s s e n c i a l m e n t e os s e g u i n t e s o b j e t i v o s :
- redução e r e g u l a r i d a d e dos tempos de d e s l o c a m e n t o ;
- m e l h o r i a do tráfego do ônibus;
- m a i o r monitoração dos equipamentos;
reforço na segurança viária p a r a t o d o s os usuários ( m o t o r i s t a s e p e d e s t r e s ) .
- a animação sinóptica gráfica, que p e r m i t e ao usuário do s i s t e m a e s t a r permanentemente i n f o r m a d o s o b r e a evolução do trânsito e o e s t a d o dos equipamentos.
E) SITU
É um g u i a de r u a s p r o j e t a d o p a r a d a r informações de locomoção ao usuário de t r a n s p o r t e s c o l e t i v o s da c i d a d e de P a r i s [HEYM89].
SITU f o r n e c e informações de itinerários mais rápidos p a r a se chegar a d e t e r m i n a d o l o c a l . SITU contém uma p l a n t a d e t a l h a d a da c i d a d e e também l e v a em c o n t a a v e l o c i d a d e dos ônibus e sua frequência. Para u s a r SITU não é p r e c i s o s a b e r o endereço c o m p l e t o de onde se q u e r i r . Apenas o nome da r u a , praça, estação do m e t r o ou monumento famoso servem p a r a que e l e p r o c e s s e a c o n s u l t a .
No capítulo 3 a s e g u i r , veremos a descrição e a r q u i t e t u r a de um s i s t e m a de informações geográficas p a r a p l a n e j a m e n t o viário ( s i s t e m a SIGTRANS), p o r nós p r o j e t a d o e d e s e n v o l v i d o .
Capítulo 111
Capítulo 3: SIGTRANS
3.1 Descrição do Sistema
O s i s t e m a SIGTRANS é baseado na f i l o s o f i a dos Sistemas de Informações Geográficas - SIG; e l e tem como o b j e t i v o p r i n c i p a l a análise da malha viária e a geração automática de r o t a s p a r a t r a n s p o r t e s c o l e t i v o s . E l e também mantém o usuário (o E n g e n h e i r o de T r a n s p o r t e s ) sempre a t u a l i z a d o a r e s p e i t o das informações e modificações e f e t u a d a s , e f o r n e c e r o t a s a l t e r n a t i v a s na ocorrência de e v e n t o s f e s t i v o s , o b r a s , d e s v i o s ou até a n a l i s a o i m p a c t o viário de d e t e r m i n a d a o b r a se f o r contruída n a q u e l e l o c a l .
- Descrição e Arquitetura do
Sistema
A a r q u i t e t u r a de SIGTRANS é mostrada na f i g u r a 3 . 1 .figura 3.1:0 sistema SIGTRANS
3.1.1 O Pacote Gráfico
Como p a c o t e gráfico, f o i u t i l i z a d o o AutoCad, que é um s i s t e m a de p r o j e t o a s s i s t i d o p o r computador (CAD - Computer A i d e d D e s i g n ) [CAST88]. Os b a i r r o s , e i x o s , v i a s p r i n c i p a i s , nomes de r u a s , e t c , estão t o d o s armazenados no banco de dados gráfico do A u t o c a d .
SIGTRANS: Descrição e A r q u i t e t u r a do Sistema 35
3.1.2 Banco de Dados
Informações r e l e v a n t e s à malha viária de caráter d e s c r i t i v o f o r a m armazenadas num banco de dados alfanumérico. Informações t a i s como: l a r g u r a de v i a , t o p o g r a f i a , r a i o de c u r v a t u r a , t i p o de p a v i m e n t o , p o n t o s g e r a d o r e s de v i a g e n s , e t c .
3.1.3 Sistema de Controle
No Sistema de C o n t r o l e é f e i t a a análise de r o t a s ótimas, u t i l i z a n d o a l g o r i t m o s e heurísticas da T e o r i a dos G r a f o s , d e n t r e e l e s o a l g o r i t m o das P-Medianas e o de Menor Caminho [CHRI78]. E s t e módulo também c o n t r o l a a ativação dos demais módulos, a s s i m como c o n s u l t a s ao banco de dados. É n e s t e módulo que é f e i t a a transferência, modificação e recuperação de informações gráficas e d e s c r i t i v a s .
3.1.4 Usuário
0 s i s t e m a p e r m i t e de m a n e i r a amigável (gráfica) ao e n g e n h e i r o de t r a n s p o r t e s a interação d i r e t a p a r a a obtenção de soluções. O e n g e n h e i r o de t r a n s p o r t e s pode e s c o l h e r as regiões e sub-regiões que d e s e j a r , f o r n e c e r os p o n t o s de o r i g e m e d e s t i n o (O.D) p a r a determinação de r o t a s ótimas, e f e t u a r uma "simulação" com p o n t o s fictícios ou com p o n t o s g e r a d o r e s de v i a g e n s , ou s o l i c i t a r um possível d e s v i o numa r o t a já e x i s t e n t e .
3.2 Arquitetura Interna do Sistema
SIGTRANS é um s i s t e m a que i n t e r a g e com o AutoCad, da empresa Autodesk [RACK89]. E l e usa uma i n t e r f a c e gráfica
( f e i t a em l i n g u a g e m A u t o l i s p [THOM89] e em l i n g u a g e m C [KERN87]), e seus r e s u l t a d o s são e x i b i d o s através do AutoCad na forma de mapas ou através de a r q u i v o s t e x t o na forma de relatórios s o b r e a malha viária, itinerários, q u i l o m e t r a g e m da r o t a , e t c . A a r q u i t e t u r a do SIGTRANS é mostrada na f i g u r a 3.2.
Usuário
A U T O C A D
< — l i f SInterface
' A . . . .Sistema de
Controle
SIGTRANS
SIGTRANS: Descrição e A r q u i t e t u r a do Sistema 3 7
3.2.1 AUTOCAD
0 Sistema AutoCad é u t i l i z a d o p o r SIGTRANS p a r a a exibição de mapas e desenhos.
No AutoCad são f e i t a s ampliações de regiões ("zoom"), r o t a c i o n a m e n t o de p l a n t a s , mudança de e s c a l a s , construções dos e i x o s das r u a s , quadras ou até l o t e s .
Todas essas informações f o r a m o b t i d a s através da digitalização de mapas da c i d a d e .
3.2.2 I N T E R F A C E
A i n t e r f a c e com o usuário é f e i t a através de menus e de mapas e x i b i d o s p e l o AutoCad, onde o usuário e s c o l h e as opções o f e r e c i d a s p e l o s menus e são e x i b i d a s informações nos mapas ou geradas em a r q u i v o s .
Menu "Pull-Down"
Área Gráfica
Menu de TelaÁrea de Comando
figura 3.3: Estrutura da interface de SIGTRANS
* ÁREA GRÁFICA: É onde
mapas. E s t a área p e r m i t e a m p l i a r , e t c . , os mapas e
se v i s u a l i z a m os desenhos ou c r i a r , a l t e r a r , r o t a c i o n a r , desenhos;
* MENU DE TELA: é um menu composto de comandos
s i m p l e s t a i s como: apagar um o b j e t o , c a n c e l a r operação, e t c . ;
SIGTRANS: Descrição e A r q u i t e t u r a do Sistema 39
* MENU "PULL-DOHN": é uma l i n h a s u p e r i o r que contém os comandos do s i s t e m a . Ao acioná-lo, aparecerá um sub-menu e suas opções;
* ÁREA DE COMANDO: São as três l i n h a s i n f e r i o r e s d e d i c a d a s à recepção de comandos através do t e c l a d o . Também podem a p a r e c e r A v i s o s ou Mensagens p a r a o usuário;
Também na área gráfica e x i s t e o c u r s o r de t e l a (composto de duas l i n h a s p e r p e n d i c u l a r e s ) que i n d i c a o p o n t o de referência de posição do usuário, podendo s e r movimentado através do "mouse", da mesa d i g i t a l i z a d o r a ou do t e c l a d o .
Um exemplo prático de uso da i n t e r f a c e de SIGTRANS é mostrado na f i g u r a 3.4, onde é mostrado o mapa de uma região
( b a i r r o Novo Bodocongó I I I ) contendo os nomes de r u a s e as q u a d r a s .
Demandei P I . G e r a d Parâmetros Biírar.v Informações M o s t r a r A r q u i w u
B a i r r o : NOVO BODOCONGÓ
Setup SISTEMA DE PLANEJAM ÍUIARIO Cannand: REDRAU Comina nd: ACAD APAGAR C a n c e l a DESFAZ Redesenhfigura 3.4: Exemplo de utilização da interface de SIGTRANS
3.2.3 SISTEMA DE CONTROLE
É n e s t e módulo que é r e a l i z a d a a análise e geração de r o t a s , caminhos e n t r e 2 p o n t o s e a alocação de c e n t r o s
( p o n t o s de demanda ou P-Medianas).
Também é f e i t a a t r o c a de informações gráficas do AutoCad p a r a os módulos de análises viárias, e o acesso à base de dados é r e a l i z a d o m e d i a n t e solicitações do usuário.
SIGTRANS: Descrição e A r q u i t e t u r a do Sistema 41
A e s t r u t u r a i n t e r n a do SISTEMA DE CONTROLE é mostrada na f i g u r a 3.5. Pacote Gráfico
Sistema de Controle
£4
Formatador
de Dados
A N A L I S A D O R
1
Interface
Banco de
Algoritmos
Banco
de Dados
figura 3.5: Estrutura interna do SISTEMA DE CONTROLE
A) ANALISADOR
É o módulo p r i n c i p a l do s i s t e m a ativação de t o d o s os o u t r o s módulos.
E l e c o n t r o l a a
Dada uma c o n s u l t a , e l e v a i a t i v a r os a l g o r i t m o s necessários p a r a o a t e n d i m e n t o da mesma e a c e s s a r o banco de dados p a r a a obtenção das informações que f o r e m necessárias.
Em s e g u i d a , os r e s u l t a d o s são c o n v e r t i d o s p a r a um f o r m a t o manipulável p e l o AutoCad.
E) BANCO DE ALGORITMOS
Contém t o d o s os a l g o r i t m o s r e f e r e n t e s à análise viária.
O SIGTRANS c a l c u l a p o n t o s de demanda, caminhos e r o t a s p a r a t r a n s p o r t e s c o l e t i v o s . No Capítulo I V , são d e s c r i t o s cora d e t a l h e s os a l g o r i t m o s e as heurísticas usadas p a r a a análise e geração de r o t a s .
C) FORMATADOR DE DADOS
0 Formatador de Dados f a z a conversão dos dados o b t i d o s do AutoCad p a r a dados manipuláveis p e l o A n a l i s a d o r . E l e também f a z a conversão de dados do A n a l i s a d o r p a r a o f o r m a t o de dados do AutoCad.
Para a manipulação dos dados do AutoCad p e l o A n a l i s a d o r , f o i usada a l i n g u a g e m DXF ("Drawing eXchange Format") [RACK89]. A l i n g u a g e m DXF f o i d e s e n v o l v i d a p a r a p e r m i t i r aos usuários de s i s t e m a s CAD o g e r e n c i a m e n t o e a manipulação dos dados (desenhos, mapas) p a r a a r q u i v o s do t i p o t e x t o p a r a p o s t e r i o r m e n t e serem l i d o s p o r programas de aplicações ou o u t r o s programas CAD (VersaCad, AutoCad, e t c )
[JONE89].
A l i n g u a g e m DXF t o r n o u - s e um padrão i n t e r n a c i o n a l de transferência de dados e n t r e s i s t e m a s CAD. A m a i o r i a dos s i s t e m a s CAD i n c l u i f a c i l i d a d e s p a r a l e r e e s c r e v e r a r q u i v o s DXF. Este f o r m a t o é cada vez mais r e c o n h e c i d o p o r p a c o t e s gráficos, s e r v i n d o a s s i m de raeio de transferência de desenhos (raapas).
