Disseminação de Dados Geográficos através de Mapas Interativos na Web

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Disseminação de Dados Geográficos através de Mapas

Interativos na Web

Norton F. Araújo1, Paulo Lima1 1

Sistemas de Informação Universidade Presidente Antônio Carlos (UNIPAC) MG 482 KM 3 36400-000 Conselheiro Lafaiete MG Brasil

{norton,plima}@lafaiete.unipac.br

Resumo. Em um ambiente heterogêneo de Sistemas de Informação, o acesso

transparente aos dados através da Web surge como importante solução para a tomada de decisões. Quando as decisões envolvem informação geográfica, além do acesso, a interação com os dados deve ser considerada. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um aplicativo para a criação de mapas interativos a partir de dados de Sistemas de Informação Geográfica para divulgação e disseminação através da Web.

1. Introdução

Um dos fatores de sucesso organizacional em vários setores é o uso de Sistemas de Informação como infra-estrutura para tomada de decisões. Quando a decisão inclui a localização geográfica das entidades envolvidas, entram em cena os Sistemas de Informação Geográfica (SIG). Estes assumem um importante papel em aplicações como gestão municipal, meio ambiente e agronegócios.

Apesar dos avanços no uso de gerenciadores de dados geográficos, a primeira geração de SIGs possui suporte limitado a banco de dados e utilizava principalmente arquivos para armazenamento e exportação. Hoje se pode encontrar um acervo relevante em arquivos de diferentes formatos, próprios dos softwares que os geraram, e não visualizados diretamente através da Web, disponíveis em bases de dados ou na Internet. Diferentes abordagens para a disseminação de dados geográficos na Internet são apresentadas em [Casanova et al., 2005], a saber: Disseminação direta, Bibliotecas Digitais de Informações Geográficas e Infra-estruturas de dados espaciais.

A disseminação direta trata do uso do navegador e suas características gráficas para apresentação dos dados geográficos, isto inclui:

Mapas em formato de imagem como GIF e JPEG: Estáticos, gerados a partir de formulários ou mapas-chave;

Mapas em formato vetorial como Geographic Markup Language (GML) [Cox, 2003] e Scalable Vector Graphics (SVG) [W3C, 2000].

O uso de imagens tem limitações como falta de interatividade com elementos geográficos apresentados e custo de transmissão que não pode ser diretamente reduzido pelo simples processamento da imagem. Portanto, este trabalho aborda, em um primeiro momento, a disseminação direta em formato vetorial.

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Formatos vetoriais são mais relevantes no contexto de SIGs, pois preservam a geometria das entidades geográficas possibilitando melhor interatividade e reaproveitamento além de permitirem processamento das coordenadas vetoriais, como simplificação de geometria para promover a transmissão dos dados.

Portanto, uma forma para a publicação na Web de dados existentes em formatos proprietários, é a conversão destes para formatos padrões entendidos pelos navegadores, como o formato SVG. Entretanto a maioria dos algoritmos encontrados, de forma gratuita [FreeGis, 2005] realiza a conversão entre formatos específicos, além de não incluírem manipulação direta dos dados. Outras ferramentas que incluem estas características apresentam alto custo [Safe, 2002] ou são específicas para um software como [Neten, 2005].

Um outro fator relevante é a limitação de interação entre o usuário e os dados representados. Em um SIG, usuários realizam eventos como zoom e visualização simultânea de geometria e atributos: usuários selecionam uma geometria e os atributos não espaciais relacionados são apresentados. Esta interação não é considerada no processo de conversão de dados espaciais para formatos suportados pela maioria dos navegadores, bem como a alteração de valores de apresentação como cores, espessura e tipo de linhas.

O objetivo deste trabalho é promover a disseminação direta e publicação de dados geográficos na Web através do desenvolvimento de um aplicativo, gratuito e de código aberto, para criação de mapas interativos gerados a partir de dados geográficos armazenados em arquivos de formatos diferentes, a saber: Shape Files (.shp)[ESRI, 1998], MapInfo Interchange Files (.mif)[MapInfo, 2002], Spring (.spr)[INPE, 2000] e

GeoBr (.gbr) [Lima, 2002] e bancos de dados no modelo conceitual da biblioteca

TerraLib [Câmara, 2000].

2. Modelos de Dados Geográficos em Sistemas de Informação

No processo de tradução de informação geográfica para o computador, a Ciência da Geoinformação considera o paradigma dos quatro universos [Gomes e Velho, 1995], [Câmara, 1995], [Casanova et al., 2005] a saber: Universo Ontológico, Universo Formal, Universo Estrutural e Universo de Implementação.

No Universo Ontológico a percepção do mundo real é materializada em conceitos generalizados para modelos lógicos e matemáticos pelo Universo Formal. Estes modelos são mapeados, no Universo Estrutural, para estruturas de dados geométricas e alfanuméricas, implementadas em diferentes arquiteturas, linguagens e paradigmas de programação no Universo de Implementação.

Para o Universo Formal, a literatura de Geoinformação define dois modelos para representação do espaço absoluto de entidades geográficas, são eles: campos e geo-objetos [Couclelis, 1992]. No Universo Estrutural, geo-campos e geo-geo-objetos são mapeados em estruturas de dados vetoriais e matriciais. Estruturas vetoriais representam coordenadas das entidades geográficas. Através das primitivas: ponto, linha e polígono definem a geometria desta entidade. Estruturas matriciais são abstraídas como uma grade regular onde cada célula armazena um valor.

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Figura 1. Mapas representando geo-campos e geo-objetos em diferentes SIGs

Este trabalho considera a representação de geo-campos e geo-objetos em mapas vetoriais. O Universo de Implementação considerado inclui a biblioteca TerraLib e seu modelo para geometria e a linguagem de marcação SVG como tecnologia para armazenamento de dados geográficos vetoriais

3. Biblioteca TerraLib

A TerraLib é uma biblioteca de classes e funções escrita em C++ para criação de aplicativos geográficos. É gratuita e possui código-fonte aberto. Sua arquitetura inclui: Estruturas de dados espaço-temporais, suporte a projeções cartográficas, operadores espaciais, interface para armazenamento e recuperação de dados espaço-temporais em banco de dados objeto-relacionais e mecanismos de controle de visualização.

3.1. Primitivas

TePoint: ponto, uma coordenada vetorial, instância única de TeCoord2D;

TeLine2D: linha, um ou mais segmentos. Vetor de duas ou mais coordenadas

vetoriais TeCoord2D;

TeLinearRing: linha fechada. Linha que garante a restrição onde última

coordenada é igual à primeira;

TePolygon: polígonos. São considerados polígonos com um ou mais buracos e

filhos, pela implementação de um vetor de TeLinearRing. O primeiro anel é o externo os demais são buracos ou filhos do anel externo. Usualmente delimitam entidades individuais;

Existem também classes que representam um conjunto de pontos, linhas ou polígonos, respectivamente: TePointSet, TeLineSet e TePolygonSet. A composição destes objetos é feita conforme o padrão de projeto Composite [Gamma, et al., 1995].

O modelo inclui as classes para geometrias relacionadas a dados com topologia arco-nó, e toponímia, não mostradas na figura 2, mas abordadas neste trabalho:

TeNode: nó em uma rede;

TeArc: arco composto de nós de origem e destino; TeText: texto relativo a alguma entidade.

Também para estes elementos são considerados seus conjuntos: TeNodeSet, TeArcSet,

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A opção pela TerraLib como referência se justifica pela consistência do modelo, mapeamento direto para arquivos de dados espaciais, disponibilidade de código-fonte e aplicativos.

4. Scalable Vector Graphics

SVG é um formato de arquivos baseado em Extensible Markup Language (XML) [Bray, 2000]. Portanto é também uma linguagem de marcação para descrever gráficos vetoriais bidimensionais.

O formato vetorial SVG não é apresentado diretamente na maioria dos navegadores, necessita de plugin, mas é uma alternativa relevante para a publicação de dados geográficos na Web principalmente por preservar a geometria das entidades geográficas possibilitando melhor interatividade e reaproveitamento, além disto é escrito segundo o padrão XML, portanto não proprietário e portável, inclui vários recursos de animação e apresentação de gráficos complexos, permite a inclusão de scripts o que garante interatividade entre usuários e dados e possui sistemas de coordenadas e funções de transformação de sistemas de coordenadas.

Os tipos básicos pré-definidos para representar formas geométricas são descritos através de tags e atributos de apresentação comuns a todos como cor e preenchimento e específicos como altura e largura de um retângulo e raio de um círculo. As formas básicas são:

Retângulos: descritos pela tag <rect> e seus atributos:

Círculos: descritos por <circle> e seus atributos:

Ellipses: descritos por <ellipse> e seus atributos:

Linhas: descritas por <line> e seus atributos:

Polilinhas: descritas por <polyline> e seus atributos:

Polígonos: denotados por <polygon> e seus atributos:

Outro elemento útil de SVG é o agrupamento, descrito pela tag <g>. Este cria uma composição de formas geométricas que podem ser tratadas como uma única forma. 4.1. Mapeamento TerraLib - SVG

Os mapas interativos representam geo-campos e geo-objetos por geometria e atributos descritos em arquivos vetoriais SVG. O modelo de geometria considerado foi o modelo da TerraLib, portanto, a seguir é apresentado a descrição da geometria TerraLib em formato SVG. A tabela 1 mostra na primeira coluna a classe TerraLib, o elemento SVG utilizado para representá-la e na terceira um fragmento exemplo de SVG :

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Tabela 1. Descrição da geometria TerraLib em SVG Terralib SVG Exemplos SVG

TePoint Circle

TeLine2D Polyline

TeLinearRing Polygon <polygon id="" fill="" stroke="" stroke-width="" points="10,10 10,50 50,50 50,10"/>

TePolygon

Conjunto de

Polygon

<g id="" fill="" stroke="" stroke-width="" >  <polygon points="10,500 500,110 700,50"/>  <polygon points="..."/> </g> TePointSet Conjunto de circle

<g id="" fill="" stroke="" stroke-width=""> <circle cx="900" cy="800" r="5" /> <circle cx="860" cy="780" r="5" /> </g> TeLineSet Conjunto de Polyline

<g id="" fill="" stroke="" stroke-width= > <polyline points="10,10 20,50 25,10 10,10"/> <polyline points="250,100 300,60 150,60"/> </g> TePolygonSet Conjunto de conjuntos de Polygon

TeNode Circle <circle fill="black" stroke="black" stroke-width="" /> id="" onclick="" cx="800" cy="800" r="5"

TeArc Line

TeText Text

<text id="" x="500" y="500"

style="text-anchor:middle;font-size:20pt;font family:Times Roman;fill:black"> T E X T O </text>

5. Estratégia de desenvolvimento

A disseminação direta trata do uso do navegador e suas características gráficas para apresentação dos dados geográficos em formato de imagem como GIF e JPEG ou em formato vetorial como SVG. Este é mais relevante no contexto de SIGs pois com imagens não há interatividade com elementos geográficos apresentados.

Neste contexto, o aplicativo proposto apóia a criação de mapas vetoriais interativos a partir de dados estáticos em arquivos de formatos diferentes como Shape Files (.shp),

MapInfo Interchange Files (.mif), Spring (.spr) e GeoBr (.gbr) e bancos de dados no

modelo conceitual da biblioteca TerraLib.

A criação destes mapas não é uma simples de conversão entre formatos, já que assim a interatividade não é incluída de forma configurável. Para tanto, o processo de conversão é apoiado pelo aplicativo proposto, conforme descreve a figura 2.

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Figura 2. Processo de Conversão para SVG

1: Os SIGs têm um formato de exportação de dados. O arquivo gerado contêm geometria e atributos dos dados exportados e carrega as características do SIG que o gerou, como modelo de dados e sistema de referência espacial, em alguns casos dados de apresentação como cor e espessura das linhas, mas não incluem formas de interagir com as entidades representadas a não ser se lidos pelo próprio software criador ou importados para outro que entenda seu formato.

2: O aplicativo proposto utiliza os leitores, disponíveis na TerraLib, para diversos tipos de arquivos. Estes carregam os dados em memória segundo o modelo desta biblioteca. A interação usuário mapa desejada é configurada na interface do aplicativo bem como definições de apresentação. A versão inicial do aplicativo considera interação básica como: zoom, pan, visualização de atributos das feições em tabelas ou menu suspenso ao clique do mouse, espacialização de atributos e seleção de layers. E como opções de apresentação: definição de cores, tipo de linha e espessura da mesma para a geometria. 3: O aplicativo então salva geometria, atributos, características de apresentação e a interação. A geometria e suas características de apresentação são escritas em SVG segundo o mapeamento. A interação é salva em forma de scripts incluídos no arquivo no momento da criação. Os atributos também são armazenados em scripts que preserva a indexação geométrica.

4: O arquivo resultante é aberto em navegadores com o plugin para SVG. A geometria é desenhada e os scripts são interpretados e executados pelo navegador, no cliente, garantindo a interação através de eventos do mouse.

A biblioteca adotada, TerraLib, é escrita em C++, assim como linguagem de codificação do aplicativo também se optou por esta. Para a interface gráfica com o usuário optou-se pela biblioteca de classes Qt [TrollTech, 2001] o que garante a portabilidade entre sistemas operacionais. A linguagem para os scripts adotada é

JavaScript por sua disponibilidade de recursos e portabilidade.

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O aplicativo funciona como um Wizard para a criação dos mapas, conforme mostra a figura 3. O usuário escolhe o tipo de layout do mapa e configura os eventos e características de apresentação.

6. Conclusões e perspectivas

Este trabalho apresenta que a questão de tomada de decisões envolvendo informação geográfica não se restringe a acesso aos dados, inclui também interação com os dados. A combinação SVG + Javascript se apresenta como uma alternativa relevante para a criação de mapas interativos. Apesar de SVG possuir vantagens como: padronização, portabilidade e resolução, deve ser utilizado com critérios para representar dados geográficos. Dado a própria natureza complexa da informação geográfica, a conversão gera arquivos pesados para a web. Algoritmos de redução de pontos devem ser considerados neste processo.

A abordagem apresentada para a disseminação direta é relevante para a publicação de dados existentes em formatos mais comuns no mercado. Não considera a atualização destes dados de forma direta. Caso o dado seja alterado, um novo mapa deve ser gerado. Como trabalho seguinte pretende-se criar uma biblioteca de classes, gratuita e de código aberto, para a criação de mapas interativos. Assim esta funcionalidade poderá ser incorporada a outros aplicativos SIG bem como à TerraLib. Também são perspectivas:

Manipulação dos demais tipos da TerraLib: TeRaster, TeSample e TeCell; Maior flexibilidade para alterar o layout do mapa interativo;

Incluir algoritmos para simplificação de polígonos;

Possibilidade de manter atributos não espaciais em Banco de Dados no servidor, e realizar a interação via XMLHttpRequest + PHP;

7. Referências Bibliográficas

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