Análise Espacial Parte 01

(1)

DISCIPLINA

INTRODUÇÃO À

ANÁLISE ESPACIAL

Prof. Júlio Francisco Barros Neto

Cursos: Estatística e Matemática Industrial

Departamento de Estatística e Matemática

(2)

Sistema de Informações Geográficas

•

_{SIG – Sistemas de Informações Geográficas}

GIS – Geographic Information Systems

•

_{GIS é uma tecnologia de rápido crescimento que}

incorpora recursos gráficos com dados tabulares,

a fim de avaliar os problemas do mundo real.

•

_{Na literatura o SIG teve início por volta de 1960,}

período que se identificou a possibilidade de

codificar computacionalmente mapas simples e,

em seguida, armazená-los em um computador

que permitia uma futura modificação quando

necessário.

(3)

SIG

• _{Para muitos, essa foi uma mudança bem-vinda para}

os trabalhavam com cartografia, visto que, até então, tudo era feito à mão, e mesmo pequenas mudanças podiam exigir a criação de um novo mapa.

• _{A versão mais antiga de um SIG era conhecida}

cartografia de computador e envolvia linhas de trabalho (linework) simples para representar elementos característicos do terreno.

• _{Em seguida surgiu o conceito de overlaying}

(sobreposição de diferentes camadas) para representar características mapeadas com o objetivo de determinar padrões espaciais e as causas do fenômeno.

(4)

SIG

•

_{A capacidade do SIG está muito além da produção de simples}

mapas da cartografia em computador.

•

_{Ao nível mais simples, SIG pode ser pensado como uma}

tecnologia de alto nível na produção de um mapa.

•

_{Com o SIG, não só se poder produzir mapas muito mais rápido e}

mais eficiente do que em papel, como também o

armazenamento de informações (dados) em um formato digital

facilmente acessíveis permite realizar análises e modelagens

complexas que não eram anteriormente possíveis.

(5)

SIG

• _{O alcance do SIG expande em todas as áreas e tem sido amplamente utilizado} para os mais variados problemas, tais como planejamento urbano, expansão imobiliárias, análise de desmatamento, impactos ambientais, distribuição de

produtos, análise de epidemias, análise de mercado para expansão de negócios, etc.

• _{A palavra-chave para esta tecnologia é Geografia - isso significa geralmente que} os dados (ou pelo menos alguma parte deles) é espacial, em outras palavras, as informações estão de alguma maneira ligados a locais referenciados na terra.

O acoplamento dessas informações, usualmente ditos dados tabulares, é agora conhecida como dados de atributo.

(6)

SIG

• _{Os dados de atributo geralmente}

definidos como informações adicionais sobre cada um dos aspectos em estudo, podem então ser amarrado (“linkados”) a dados geográficos.

• _{Um exemplo disto seriam as escolas. A}

localização real das escolas são dados geográficos. Dados adicionais como o nome da escola, nível de ensino, número de alunos, número de turmas de cada série, entre outras compõem os dados de atributo.

• _{É a junção destes dois tipos de dados}

que permite ao SIG se transformar em uma ferramenta eficaz na busca de

solução de problemas através de análise espacial.

(7)

Conceitos Formais sobre SIG

• _{SIG opera em vários níveis. Sobre o nível mais básico, SIG é} utilizado como cartografia de computador, ou seja, mapeamento. • _{O poder real em SIG está na utilização de métodos estatísticos e} espaciais para analisar as informações geográficas e de atributo. • _{O resultado final da análise permite gerar novas informações sobre}

os fenômenos em estudo e, por conseguinte, a proposição de ações para o monitoramento do problema.

• _{Na acepção mais estrita, um GIS é um sistema de computador}

capaz de reunir, armazenar, manipular e exibir dados referenciados geograficamente, isto é, dados identificados de acordo com as

(8)

GEOPROCESSAMENTO

O Geoprocessamento é o

conjunto de tecnologias

voltadas à coleta e ao

tratamento de informações

espaciais para um objetivo

(9)

(10)

O Início de tudo

Mapa de Londres com os casos de cólera (pontos) e poços de águas (cruzes) Dr. John Snow, em 1854, percebeu que a maioria dos casos estava ao redor do poço da Broad Street

Fonte:

http://www.dpi.inpe.br/gilberto/tutoriai s/gis_ambiente/1introd.pdf

(11)

O Início de tudo

As primeiras tentativas de automatizar parte

do processamento de dados com

características espaciais aconteceram na

Inglaterra e nos Estados Unidos, nos anos

50, com o objetivo principal de reduzir os

custos de produção e manutenção de

(12)

História

•

_{1964 Primeiro sistema a reunir as características básicas}

de um SIG foi implementado no Canadá (Canadiana

Geographic Information System)

•

_{1967 New York Landuse and Natural Resources}

Information System

•

_{1969 Minnesota Land Management Information System}

•

_{Década 70 - GPS (Global Positioning System)}

(13)

Evolução

Evolução do SIG Fonte: OLAYA, VÍCTOR (2015)

(14)

Conceitos

•

_{As definições são condicionadas pelo ambiente em que}

surgem e pela realidade dos problemas que ajudam a

resolver

(15)

Conceitos

•

_{O ambiente comum entre o processamento da}

informação e as muitos áreas utilizando técnicas de

análise espacial.

(Tomlinson, 1972)

•

_{O ambiente comum entre o processamento da}

informação e as muitos áreas utilizando técnicas de

análise espacial.

(Tomlinson, 1972)

•

_{Um poderoso conjunto de ferramentas para coletar,}

armazenar, recuperar, transformar e exibir dados espaciais

do mundo real.

(Burroughs, 1986)

•

_{Um poderoso conjunto de ferramentas para coletar,}

armazenar, recuperar, transformar e exibir dados espaciais

do mundo real.

(16)

Conceitos

•

_{Um sistema de gerenciamento de banco de dados}

informatizado de captura, armazenamento, recuperação,

análise e visualização de dados espaciais.

(NCGIA, 1987)

•

_{Um sistema de gerenciamento de banco de dados}

informatizado de captura, armazenamento, recuperação,

análise e visualização de dados espaciais.

(NCGIA, 1987)

•

_{Um sistema de apoio à decisão que envolve a integração de}

dados espacialmente referenciados em um ambiente de

resolução de problemas.

(Cowen, 1988)

•

_{Um sistema de apoio à decisão que envolve a integração de}

dados espacialmente referenciados em um ambiente de

resolução de problemas.

(17)

Conceitos

•

_{Ferramenta com avançadas capacidades de modelação}

geográfica.

(Koshkariov, 1989)

•

_{Ferramenta com avançadas capacidades de modelação}

geográfica.

(Koshkariov, 1989)

•

_{Conjunto de funções automatizadas, que fornecem aos}

profissionais, capacidades avançadas de armazenamento,

acesso, manipulação e visualização de informação

georreferenciada.

(Azemoy, Smith e Sicherman, 1981)

•

_{Conjunto de funções automatizadas, que fornecem aos}

profissionais, capacidades avançadas de armazenamento,

acesso, manipulação e visualização de informação

georreferenciada.

(18)

SIG – Descrição intuitiva

•

_{Um mapa com um banco de dados}

interligado.

•

_{Uma representação virtual do mundo real}

e sua infraestrutura.

•

_{Uma consistente construção do mundo}

real, natural e artificial.

•

Os quais são:

•

_{consultados para apoiar as operações;}

•

_{sumarizados para apoiar a formulação}

estratégica e políticas de tomada de

decisão;

•

_{analisados para apoiar a investigação}

científica.

(19)

Conceitos

•

_{Na realidade é um Sistema especializado na modificação}

(20)

Fases

•

_{1ª fase (1950-1975) nasce nos EUA e no Reino Unido, há}

poucos dados em máquina e são ações individuais

•

_{2ª fase (1973-1980) forte financiamento do estado e}

diminuição do protagonismo individual

•

_{3ª fase (até 1982) forte esforço por parte do sector}

privado e desenvolvimento de bases de dados

geográficas em grande escala

•

_{4ª fase (atualidade) dados centralizados, acessíveis}

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Componentes de SIG

Componentes

SIG

Hardware (PC, estações de trabalho, palmtops – coletores de dados,...) Hardware (PC, estações de trabalho, palmtops – coletores de dados,...) Software (Programas SIG, BD, Desenho, Estatística,...) Software (Programas SIG, BD, Desenho, Estatística,...) Dados/Informação (2x superior ao custo do equipamento) Dados/Informação (2x superior ao custo do equipamento) Pessoas (Liveware) Pessoas (Liveware) Métodos ou Procedimentos Métodos ou Procedimentos

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Tecnologias Associadas

•

_{CAD – Desenho Assistido por Computador}

•

_{Cartografia numérica}

•

_{Sistema de Gestão de Bases de Dados (SGBD)}

•

_{Detecção Remota}

(23)

Por que se estudar SIG?

• _{Estima-se que 80% das atividades dos governos locais (municipais) usam base geográfica como}

plantas, zoneamento, obras públicas (pavimentação de ruas), coleta de lixo, valorização da propriedade da terra.

• _{Uma parcela significativa dos governos dos estados e federal tem um componente geográfica}

- gestão de recursos naturais - rodovias e transporte

- segurança pública (bombeiros e polícia) - abastecimento de água, esgotos

• _{Empresas utilizam SIG para uma ampla gama de aplicações:}

- escolha da localização de um novo ponto de varejo e análise do cliente

- logística: Rastreamento e roteamento - exploração de recursos naturais (petróleo, gás, etc)

- agricultura de precisão - engenharia civil e construção

• _{Militares e de defesa}

- gestão do campo de batalha - Interpretação de imagens de satélite

• _{Pesquisa científica emprega GIS}

- geografia, geologia, botânica, antropologia, sociologia, economia, ciência política - Epidemiologia, criminologia

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Maiores utilização de GIS

• _{Governos nos três níveis}

- Obras Públicas / gestão de infraestrutura (estradas, água, esgoto) - Planejamento e gestão ambiental

- registros de propriedade e avaliação

• _{Imóveis e Marketing}

- Escolha do local de varejo, avaliação local

• _{Segurança pública e defesa}

- Análise Crime, prevenção de incêndios, gestão de emergências - Militar / defesa

• _{Exploração e Extração de recursos naturais}

- Petróleo, minerais, pedreiras

• _Transporte

- Planejamento/Modelagem de rotas aviões, de transporte urbano, de carga

• _{A saúde pública e epidemiologia} • _{A indústria geoespacial}

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Exemplos de aplicações SIG

Planejamento, Gestão e Política Urbana

• _Zoneamento

• _{aquisição de terras}

• _{desenvolvimento econômico} • aplicação Código

• _{programas de renovação de Habitação} • _{resposta de emergência}

• _{análise criminal} • Autuação

Ciências Ambientais

• _{Monitoramento de risco ambiental}

• _{Modelagem de escoamento de águas pluviais}

• Gestão de bacias hidrográficas, planícies de inundação, pântanos, florestas, aquíferos

• _{Análise de Impacto Ambiental}

• _{Localização de instalações que possuem produtos}

perigosos e tóxicos

• _{Modelagem de águas subterrâneas e monitoramento de}

contaminação

Ciência Política

• Limites distritais

• _{Análise de resultados eleitorais} • _{Modelagem preditiva}

• Censo

Engenharias

• Localização de facilidades • Planejamento de linhas

ferroviárias, áreas, trânsito

• Coordenação de infraestrutura de manutenção

Negócios

• Análise demográfica

• Análise e penetração de mercado • Seleção de locais

Educação

• Áreas de atendimento

• Controle de matrículas • Rotas de ônibus escolares

Imobiliária

• Preço de imóveis • Análise de impacto

• Determinação de maior e melhor uso da terra Saúde • Epidemiologia • Análise de necessidades de atendimento • Inventário de serviços

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O que as aplicações SIG fazem:

Gerencia, Analisa e Comunica

• _{possibilita a automação de atividades envolvendo dados geográficos}

- _{produção de mapas}

- _{cálculo de áreas, distâncias, comprimentos de rota} - _{medição de inclinação, aspecto, visualização}

- _{logística: planejamento de rotas, rastreamento de veículos, gerenciamento de tráfego}

• _{permite a integração de dados até então confinados em domínios}

independentes (por exemplo, mapas de propriedade e fotos aéreas).

• _{por dependência de dados para mapas, permite a comunicação sucinta}

de padrões espaciais complexos (por exemplo, sensibilidade ambiental).

• _{fornece respostas às consultas espaciais}

- Quantos idosos com mais de 65 anos em um determinado município?

- Que trajeto uma ambilância pode levar mais de 10 minutos para chegar a atendimento durante a hora do rush?

• _{realiza a modelagem espacial complexa}

- que ações devem ser tomadas para diferentes cenários de planejamento de

(27)

Arquitetura e Componentes de SIG

Entrada de Dados Entrada de Busca (Query) Banco de Dados Geográficos Saída: Visualização e Relatórios Transformação e Análise

(28)

Ciências da Computação MIS (Management Information System) Gráficos Visualização Banco de dados Administração de sistemas Segurança

Base de Conhecimento em SIG

SIG Áreas de Aplicação: Admin. Pública Planejamento Geologia Exploração mineral Agronomia Seleção de locais Marketing Engenharias Justiça criminal … Geografia e afins: cartografia geodesia fotogrametria Acidentes geográficos Estatística Espacial

A convergência de áreas tecnológicas e disciplinas tradicionais.

(29)

Vantagens e Desvantagens do SIG

Vantagens

o _{Explorando ambos os componentes geográficos e temáticos de dados de}

uma forma holística

o _{Salienta os aspectos geográficos de uma questão de pesquisa}

o _{Permite a manipulação e exploração de grandes volumes de dados} o _{Permite a integração de dados de fontes mais díspares}

o _{Permite a análise de dados para incorporar explicitamente localização} o _{Permite uma grande variedade de formas de visualização}

Limitações

o _{Os dados são caros}

o _{Curva de aprendizado de um software GIS pode ser longa}

o _{Mostra as relações espaciais, mas não fornece soluções absolutas} o _{Pela origem ser das ciências da Terra e da computação, as soluções}

(30)

Tipos de Dados

•

_{Dados de Atributo:}

Diz o que é uma característica

exemplos: estatísticas, textos, imagens, som, informação, etc.

•

_{Dados Espaciais:}

Diz aonde a característica está/ocorreu, tendo base coordenadas

 _{Dados vetoriais - características distintas:}

 Pontos

 Linhas

 Polígonos (zonas ou áreas)

 _{Dados Raster - Uma superfície contínua}

(31)

Dados Georreferenciados

•

_{Capturando Dados}

 _{Escanear: todo o mapa é convertido em dados raster}

 _{Digitalizar: características individuais selecionados a partir de}

mapa, como pontos, linhas ou polígonos

•

_{Georreferenciamento}

 _{Digitalização de varredura inicial das coordenadas iniciando pelo}

canto (borda) inferior esquerdo do digitalizador/scanner

 _{As coordenadas do mundo real são encontrados por quatro pontos}

de registro sobre os dados capturados

 _{Estes são utilizados para converter o mapa inteiro em um sistema}

(32)

(33)

Modelos de Dados Espaciais

Modelo Vetorial Modelo Raster

Estrutura Mais complexa Mais simples Topologia Melhor Definição Fraca

Saídas gráficas Com qualidade Fraca qualidade Manipulação dos

doados Fácil (altamente difícil)Impossível Sobreposição de

coberturas Com erros Fácil

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Camadas (Layers)

• _{Os dados sobre os diferentes}

temas são armazenados em "camadas“ (layers) separadas

• _{As diferentes de camadas}

georreferenciadas mesmo de fontes diferentes podem ser integradas a partir da

localização geográfica

• _{Pode-se então serem}

utilizadas para construir modelos complexos do mundo real

(35)

Busca de Dados SIG

•

_{Busca (consulta) por Atributo}

_{Selecione recursos (características) usando dados de atributo (por}

exemplo, usando SQL)

_{Os resultados podem ser mapeados ou apresentados em forma de banco}

de dados convencional

_{Pode ser usado para a produção de mapas de subconjuntos de dados ou}

mapas coloridos (sub-temáticos)

•

_{Busca (consulta) Espacial}

_{Clicando sobre recursos (propriedades – características) no mapa para}

descobrir seus valores de atributos

•

_{Combinação de Ambos}

_{forma poderosa de explorar padrões espaciais em seus dados}

(36)

(37)

Respostas a Problemas

•

_{Localização}

_Onde?

•

_{Tendência/movimento}

_{Houve alteração?} •

_{Rota/Proximidade}

_{Qual o melhor caminho?} •

_Padrões

_{Há algum padrão espacial?}

(38)

Futuro do SIG

Antes Atualmente

Mapas estáticos Mapas dinâmicos Baixo nível de interatividade Muito interativo