Modelos Conceituais Geográficos na Literatura

Modelos Conceituais Geográficos na
Literatura...
MGeo+
Valéria Times e Flávio Pimentel
Ana Carolina Salgado
UFPE
1
Modelo MGeo+
O modelo MGeo+ é um modelo conceitual
orientado a objetos para aplicações geográficas.
Consiste de uma hierarquia de classes que foi
desenvolvida a partir da representação gráfica do
modelo de objetos OMT e é capaz de representar
um grande conjunto de requisitos normalmente
presentes em aplicações geográficas.
Características básicas do Modelo MGeo+:
Representação das camadas temáticas;
Definição de um grande número de operações espaciais;
Elevado nível de abstração;
Integração de ambas as representações gráficas: raster
e vetorial;
Dados geográficos com características descritivas,
geométricas e gráficas.
Modelo MGeo+
O modelo permite a concepção de um banco de
dados geográfico a partir de uma visão topdown, onde uma instância da classe BD-GEO é
criada para agregar todas as informações de um
determinado projeto.
Principais Classes do Modelo:
No topo da hierarquia, a classe BD_GEO representa a
estrutura mais genérica do modelo.
A esta classe estão associados vários modelos de
representação.
2
Modelo MGeo+ - Principais Classes
A classe Modelo de Representação tem a função de definir
qual a região onde seus planos de informação estão
delimitados e estabelecer qual o tipo de projeção adotada.
Os atributos, escala e região espacial do plano de
informação, são definidos livremente.
A classe Plano de Informação é um conjunto de
características referentes a um determinado tema do
mundo real.
Determina uma região qualquer do espaço, desde que
dentro do modelo de representação e na escala na qual
as informações estão armazenadas.
A classe Entidade Geográfica representa a organização de
diversas
informações
geo-referenciadas
e
interrelacionadas por características comuns. Propriedades são
características específicas de uma entidade geográfica,
como altimetria, ou pedregosidade.
Modelo MGeo+ - Principais Classes
A classe Representação Espacial apresenta a
estrutura responsável pela distribuição espacial
das informações geo-referenciadas, ou seja, a
forma como o espaço é visualizado, utilizando
elementos contínuos e discretos.
Um Elemento Espacial pode ser contínuo ou discreto.
Um Elemento Contínuo corresponde à generalização dos
elementos que preenchem todo o espaço, seja através
de células ou de tesselações.
Uma célula representa a menor unidade de informação
da parte que representa os elementos contínuos do
modelo.
Uma Tesselação, por sua vez, representa a visualização
do agrupamento de elementos mínimos de informação
contínua que correspondem às células.
Um Elemento Discreto corresponde aos objetos
espaciais cuja estrutura está baseada em pontos, linhas
e polígonos.
3
BD_GEO
Modelo
de
Representação
Acoplar
Plano
de
Informação
Propriedades
Informações
Espaciais
Descritivas
Entidade
Geográfica
1+
Contexto
Espacial
Representação
Descritiva 1+
1+
Informação 1+
Elementar
1+
Elemento
Espacial
Elementos
Contínuos
Tesselações
1+
Representação
1+
Espacial
Célula
Representação
Simbólica
Símbolo
1+
Elementos
Discretos
Com
Extensão
Texto
Ponto
1+
Região
Aberta
Fechada
Mista
Símbolo
Pictórico
Nó
Linha
Segmento
Segmento
Orientado
Linha
Orientada
Contorno
Contorno
Orientado
GMOD
Fátima Pires
Cláudia Bauzer
Unicamp
4
Modelo GMOD
O Modelo
principais:
GMOD
tem
como
características
Ser independente de qualquer modelo de dados utilizado
pelos SIG comerciais, permitindo um nível mais alto de
abstração;
Ser extensível, permitindo ao usuário derivar classes a
partir de classes pré-definidas;
Permitir a especificação de processos e de aplicações;
Permitir representar relacionamentos temporais;
Permitir a especificação de regras que retratam a
dinâmica do mundo real.
O GMOD está baseado em três conceitos principais:
classes, relacionamentos e restrições.
Classes e
relacionamentos podem ser temporais ou atemporais,
e restrições podem realizar a modelagem dinâmica.
Modelo GMOD
Uma aplicação geográfica compreende uma seqüência
de execução de atividades de coleta, tratamento,
processamento e análise de dados, segundo um
conjunto de algoritmos e processos definidos a priori.
O GMOD contém basicamente três grupos de classes
que são utilizadas para a modelagem estática,
dinâmica e funcional.
O modelo de objetos abstrai a estrutura de dados das
entidades geográficas sendo modeladas.
O modelo dinâmico abstrai o comportamento temporal
do sistema com relação a seus objetos.
O modelo de processos abstrai como os valores são
computados independentemente de ordem, decisões ou
estrutura de dados.
5
Documento
Projeto
Relacionamentos:
Especialização
Área do
Projeto
Agregação
Causa
Associação
Camada de
Informação
Classe
Convencional
V
Geo-Classe
Geo-Objeto
Versionamento
Geo-Região
Geo-Campo
Tempo
Modelo GMOD
O GMOD assume que um objeto é uma instância de
uma classe e o mesmo é representado pelo seu
estado, ou conjunto dos valores de seus atributos, e o
seu comportamento ou conjunto de operações e
métodos que podem ser aplicados ao objeto.
No nível conceitual existem duas classes básicas:
Geo-classe cujas instâncias são objetos com algum
componente espacial, e
Classe Convencional que descreve entidades do mundo
real que não estão necessariamente geo-referenciadas.
Esta
distinção
entre
Geo-classes
e
classes
Convencionais possibilita que diferentes aplicações
compartilhem dados não espaciais e auxilia no projeto
de aplicações e reuso de dados.
6
GeoOOA
Kösters e Pagel
Universidade de Hagen
Alemanha
GeoOOA
É uma extensão do método de analise orientada
a objetos (OOA), de Coad/Yourdon.
Suportam as seguintes abstrações:
Tipos de classes espaciais;
Estruturas topológicas “todo-parte”;
Estruturas de rede.
Distingue entidades com e sem representação espacial e
suporta um conjunto fixo de tipos geométricos utilizando
pictogramas que distinguem, dentro da classe
georeferenciada (geoclass) classes do tipo ponto, linha,
polígono e raster.
As classes sem propriedades gráficas são mdoeladas
como uma classe convencional.
7
GeoClasses do Modelo GeoOOA
Classe
Convencional
Classe
Região
Classe
Ponto
Classe
Linha
Classe
Matricial
GeoOOA
Devido à necessidade de representar as
relações topológicas de conectividade
existentes entre os elementos da rede,
apresenta primitivas para representar a
classe nó, a classe ligação e a classe que
representa a rede como um todo.
Distingue classes temporais e nãotemporais, e representa relacionamentos
temporais entre classes.
8
Geo OMT
Karla Borges
Alberto Laender
UFMG
Modelo Geo-OMT
Apresenta-se como uma extensão do modelo
OMT, agrupando de forma unificada as primitivas
geográficas propostas por outros autores além de
introduzir outras, como por exemplo, a
representação de múltiplas visões das entidades
geográficas.
Características básicas do modelo Geo-OMT:
Segue o paradigma de orientação a objetos;
Representa e diferencia diversos tipos de dados
geográficos utilizando uma representação simbólica do
mesmo, facilitando a percepção da natureza do dado;
Fornece uma visão integrada do espaço modelado;
Caracteriza as classes em contínuas e discretas;
É de fácil visualização e entendimento.
9
Modelo Geo-OMT – Classes Básicas
O modelo trabalha com dois tipos principais de classes:
Classes geo-referenciadas e Classes convencionais.
Tanto as classes geo-referenciadas como as classes
convencionais podem ser especializadas. O modelo
formaliza a especialização da classe geo-referenciada em
Geo-campo e Geo-objeto.
Na classe Geo-campo representa-se objetos distribuídos
continuamente pelo espaço, correspondendo a grandezas
como tipo de solo, topografia e teor de minerais.
As classes tipo Geo-objeto são usadas para representar
objetos individualizáveis, ou seja, que possuem identificação
própria com o mundo real, como rios, lotes de terrenos, e
cidades. Estes objetos podem ou não ter atributos nãoespaciais, e podem estar associados a mais de uma
representação geométrica, dependendo da escala.
Modelo Geo-OMT – Classes Básicas
Todas
as
classes
geo-referenciadas
possuem
representações simbólicas, construindo, assim, um sistema
semântico onde cada símbolo possui significado próprio
incorporando a sua natureza e a sua geometria.
Utilizando este tipo de abordagem elimina-se pelo menos um
relacionamento por classe gráfica e elimina-se a necessidade
de modelar a estrutura de dados geométrica que descreve a
classe, a qual vai depender da técnica de implementação de
cada SIG.
Utilizam-se pictogramas para representar os objetos
clássicos, onde o ponto representa um símbolo geográfico,
como uma árvore, ou um poste, a linha representa
segmentos de reta como um trecho de uma rua, e um
polígono representa uma área como um lote.
10
Modelo Geo-OMT – Classes Básicas
Classes do tipo Geo-objeto com geometria e Geoobjeto com geometria e topologia, também
possuem representações simbólicas.
Uma classe do tipo Geo-objeto com geometria
representa objetos que possuem apenas propriedades
geométricas e se especializa em classes do tipo, Ponto,
Linha e Polígono.
Uma classe do tipo Geo-objeto com geometria e
topologia representa os objetos que possuem além das
propriedades geométricas, propriedades topológicas de
conectividade.
Modelo Geo-OMT - Relacionamentos
Geo-OMT
considera
a
modelagem
de
relacionamentos entre fenômenos do mundo real.
O Geo-OMT representa os seguintes tipos de
relacionamentos entre duas classes: associações
simples, relações topológicas de rede e relações
espaciais.
O modelo considera as seguintes relações
espaciais entre as classes geo-referenciadas:
disjunto, contém, dentro-de, toca (encontra),
cobre, coberto por, sobrepõe, adjacente, perto
de, acima, abaixo, sobre, sob, entre, coincide,
cruza, atravessa, em frente a, à esquerda, à
direita.
11
Classe
GeoOMT
Classe
GeoReferenciada
Classe
Convencional
Geo-Campo
Rede
Triangular
Regular
Polígonos
Adjacentes
Geo-Objeto
Tesselação Amostragem Isolinhas
Polígono
Ponto
Geo-Objeto com
Geometria e
Topologia
Geo-Objeto
com Geometria
Linha
Nó
Linha
Linha
UniBidirecionada Direcionada
Geo-OMT
Todas
as
classes
georeferenciadas
apresentam uma representação simbólica,
construindo assim um sistema semântico
onde cada símbolo possui significado
próprio que incorpora a sua natureza e a
sua geometria.
O uso deste tipo de abstração elimina pelo
menos um tipo de relacionamento por classe
gráfica.
12
Restrições Espaciais
Restrições Espaciais
Relacionamentos topológicos precisam ser
explicitamente representados no banco de
dados.
A consistência espacial deve ser mantida.
Sem considerar restrições comuns de
projeto de bancos de dados, como de
cardinalidade ou de chaves, nem restrições
impostas na manipulação de geometrias,
em [Bor97] definiu-se algumas restrições
espaciais que devem ser levadas em
consideração:
13
Restrições Espaciais
Regras
Regras
Regras
Regras
Regras
Regras
Regras
de
de
de
de
de
de
de
Dependência Espacial
Continência
Generalização Espacial
Disjunção
Conectividade
Associação Espacial
Geo-Campo
Dependência Espacial (Agregação)
O objeto da classe primitiva deve dar origem a pelo menos
dois objetos de classe derivada;
Qualquer porção do espaço contido dentro do objeto
primitivo dever conter um e somente um objeto derivado;
Os limites geográficos dos objetos derivados devem estar
totalmente contidos no limite geográfico do objeto
primitivo;
A alteração do limite geográfico do objeto primitivo implica
na alteração nos limites geográficos dos objetos derivados;
A alteração do limite geográfico de um dos objetos
derivados implicará na alteração do limite dos outros
objetos derivados;
A exclusão de um objeto primitivo implicará na exclusão de
todos os objetos pertencentes à classe derivada.
Exemplo: Quadra e Lotes.
14
União Espacial
A origem de um objeto derivado depende da união de pelo
menos dois objetos disjuntos pertencentes à classe
primitiva;
O limite geográfico do objeto derivado deve coincidir com o
limite geográfico externo formado pela união da geometria
dos objetos pertencentes à classe primitiva;
A alteração do limite geográfico do objeto derivado só
poderá ser feita através da alteração dos limites dos
objetos primitivos;
A exclusão de um dos objetos primitivos implica na
alteração do limites do objeto derivado;
A exclusão de todos os objetos primitivos que originaram o
objeto derivado implica na exclusão do objeto derivado.
Continência
A geometria do objeto que contém deve
conter a geometria dos objetos contidos;
Os limites do objeto contido não pode
extrapolar o limite do objeto que o
contém;
Qualquer objeto contido só deve pertencer
a uma única instância dentro de
determinada classe.
Exemplo: Bairro contém Quadra
15
Generalização Espacial
Total
A geometria que descreve uma superclasse é herdada
pelas subclasses, porém cada subclasse deve atribuir
gráficos diferentes, como tipo de traço, cor, ou
simbologia.
Todas as instâncias da superclasse tem que ser
instância de uma e somente uma subclasse.
Parcial
A geometria que descreve uma superclasse é herdada
pelas subclasses, mas podem existir instâncias da
superclasse que não pertencem a nenhuma subclasse.
As instâncias da superclasse podem ou não eprtencer a
uma subclasse.
Disjunção
A interseção entre as geometrias dos
objetos pertencentes às classes disjuntas
deverá ser vazia.
É uma importante regra na definição do
modelo de dados. Por exemplo, a classe
Avenida deve ser sempre disjunta da classe
Residência.
Isto implica dizer que não pode existir uma
avenida que cruze uma residência.
16
Regras Relativas ao GeoCampo
Isolinhas
Uma isolinha não pode
interceptar
outra
isolinha
Uma isolinha deve ser
contínua
Regras Relativas ao GeoCampo
Tesselação
Qualquer
ponto
do
espaço geográfico deve
pertencer a uma e
somente uma célula de
cada classe do tipo
tesselação.
17
Regras Relativas ao GeoCampo
Polígonos Adjacentes
Qualquer ponto do
espaço
geográfico
deve
pertencer
a
uma e somente uma
instância
de
uma
classe
do
tipo
polígono adjacente.
As instâncias desta
classe
devem
ser
todas
adjacentes,
não devendo existir
nenhuma
espaço
vazio.
Regras Relativas ao GeoCampo
Rede
Triangular
Irregular
Qualquer
ponto
do
espaço geográfico deve
pertencer
a
um
triângulo da rede de
triangulação.
Não existe sobreposição
de instâncias destas
classes. Cada objeto
ocupa
uma
única
posição no espaço, não
havendo sobreposição.
18
Regras Relativas ao GeoCampo
Amostragem
Não existe sobreposição de instâncias de uma
mesma classe do tipo amostragem.
Associação Espacial
Proximidade
As relações de proximidade são consideradas
relações fuzzy, ou seja, devem ter parãmetros
que forneçam o que é deve ser considerado
perto ou longe.
Dentro de
A instância que contém deve ser uma área ou
uma linha.
19
Conectividade
Estrutura grafo-nó
Todo nó deverá estar conectado a pelo menos um
segmento orientado.
Todo
segmento
orientado
intermediário
estará
conectado a dois nós.
Os segmentos orientados inicial e final começam e
terminam em um nó.
Estrutura grafo-grafo
Todo
segmento
orientado
intermediário
estará
conectado a dois outros segmentos orientados de uma
mesma classe, um posterior e um anterior.
Os segmentos orientados inicial e final devem estar
conectados a um segmento orientado posterior e um
anterior, respectivamente.
Exemplo de Rede Espacialmente
Conectada
20