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Sistemas de Informações Geográficas

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Sistemas de Informações Geográficas. Unidade 4: Arquitetura de SIG Prof. Cláudio Baptista 2010.1. Arquitetura em Camadas. Separar as camadas de Armazenamento Manipulação Visualização. Arquitetura em Camadas. Arquitetura em Camadas. Primeira camada trata da Visualização e Manipulação:

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sistemas de informa es geogr ficas

Sistemas de Informações Geográficas

Unidade 4: Arquitetura de SIG

Prof. Cláudio Baptista

2010.1

arquitetura em camadas
Arquitetura em Camadas
  • Separar as camadas de
    • Armazenamento
    • Manipulação
    • Visualização
arquitetura em camadas2
Arquitetura em Camadas
  • Primeira camada trata da Visualização e Manipulação:
    • Visualização
      • oferece funções básicas para visualização de objetos tradicionais e georeferenciados
    • Manipulação
      • oferece funções para denição e manipulação destes objetos.
arquitetura em camadas3
Arquitetura em Camadas
  • Segunda Camada corresponde ao nível de representação do modelo
    • oferece separadamente serviços de manipulação de alto nível para atributos convencionais
    • representação raster
    • representação vetorial
arquitetura em camadas4
Arquitetura em Camadas
  • Terceira Camada engloba os subsistemas que oferecem serviços de armazenamento
    • Armazenamento de dados não-espaciais
    • Armazenamento de dados em formato raster
    • Armazenamento de dados em formato vector
    • Fazem uso do subsistema de Armazenamento Físico (SAF) que está na quarta camada
estrat gias de implementa o
Estratégias de Implementação
  • Existem diferentes estratégias de implementação para a arquitetura em camadas, baseadas em sistemas de gerência de bancos de dados com grau crescente de funcionalidade
  • Estudaremos as estratégias:
    • Relacional
    • Dual
    • Campos Longos
    • Integrada
estrat gias de implementa o1
Estratégias de Implementação
  • Relacional
    • Representação de temas por relações. Um objeto geográfico é uma tupla de uma relação
    • Atributos são tipos simples
    • Permite uso de SQL para consulta aos dados
    • Não há implementação de SV, SAM, SMM
estrat gias de implementa o2
Estratégias de Implementação

Borda

País

  • Relacional - Exemplo

Ponto

Contorno

estrat gias de implementa o3
Estratégias de Implementação

Consulta: “Obtenha os contornos da França”

select Borda.contornoId, X, Y

from Pais, Borda, Contorno, Ponto

where nome = ‘França’

and Pais.bordaId = Borda.BordaID

and Borda.ContornoID = Contorno.contornoID

and Contorno.pontoID = Ponto. pontoID

ORDER BY Borda.ContornoId, Ponto_num

  • Relacional - Exemplo
estrat gias de implementa o4
Estratégias de Implementação
  • Relacional
    • Desvantagens
      • Dificuldade em elaborar consultas (princípio de independência de dados é quebrado)
      • Baixa performance (muitas junções!)
      • Não amigável, tem que se manipular pontos sempre
      • Dificuldade de definir tipos espaciais
      • Impossibilidade de expressar consultas espaciais (SMV e SMM)

Conclusão: Alternativa POUCO VIÁVEL!!!!! DON’T USE IT!

estrat gias de implementa o5
Estratégias de Implementação
  • DUAL
    • Um SIG usando a arquitetura DUAL possui:
      • um SGBD relacional para armazenar em tabelas a componente convencional de todos os objetos (dados não espaciais)
      • arquivos normais para a componente espacial dos objetos.
    • Em termos da arquitetura proposta:
      • SMC e SAC sob um SGBD Relacional
      • smm, sam, smv e sav sobre o sistema de arquivos do sistema operacional
estrat gias de implementa o6
Estratégias de Implementação
  • DUAL
      • Estratégia seguida pela grande parte de fabricantes de SIG:
        • ARC/Info
        • Geomedia
        • MapInfo
        • Autodesk
estrat gias de implementa o7
Estratégias de Implementação
  • DUAL
    • Consulta
      • A execução de uma consulta em um ambiente dual tipicamente segue um plano bem rígido: a componente convencional da consulta é processada pelo sgbd relacional, em separado das restrições espaciais, que são deixadas a cargo do smm e do smv; os resultados parciais são posteriormente combinados pelo sm para gerar o resultado nal da consulta.
      • => redução da possibilidade de otimização da consulta com um todo!! ( reduz performance)
estrat gias de implementa o8
Estratégias de Implementação
  • DUAL
    • Problemas:
      • Requer treinamento em dois mundos distintos (SGBD + SIG)
      • Não utiliza recursos de SGBD (concorrência, tolerância a falhas, otimização, integridade) para os dados espaciais
      • SAM e SAV só usam as funcionalidades de sistema de arquivo (pobre)
      • Problema de integridade: se removermos um objeto espacial, quem garante que os respectivos dados convencionais também serão removidos???
estrat gias de implementa o9
Estratégias de Implementação
  • Campos Longos (BLOBS)
    • Esta estratégia baseia-se no uso de SGBDs relacionais com suporte para campos longos, nos quais são armazenadas as componentes espaciais dos objetos
    • Então, SMC, SAC, SAV e SAM estão no SGBD
    • Porém, SMM e SMV ainda estão fora do SGBD
estrat gias de implementa o10
Estratégias de Implementação
  • Campos Longos (BLOBS)
    • Vantagens
      • uso de um SGBD para representação de dados convencionais e espacias, fazendo uso de toda funcionalidade de um SGBD
    • Desvantagens
      • Um BLOB é uma caixa preta (binário) em que se pode acessar todo o objeto ou parte deste, mas sem conhecer a semântica do objeto
      • Em consequência, a implementação do SIG ainda deve incluir métodos de acesso espacial e um otimizador de consultas que prepare planos de execução que façam uso destes métodos
estrat gias de implementa o11
Estratégias de Implementação
  • Integrada
    • uso de um SGBD estensível (Orientado -a objeto ou Objeto -Relacional) que disponha de mecanismos que permitam implementar o tratamento das componentes espaciais através de extensões ao seu ambiente
    • Exemplos: PostgresQL, Oracle 9i, Informix Universal Server, IBM DB2 Universal Server, O2 e ObjectStore
estrat gias de implementa o12
Estratégias de Implementação
  • Integrada
    • SGBD’s estensíveis permitem adicionar novos tipos de dados e operações voltadas para as funcionalidades espaciais.
    • DDL e DML são estendidas para usar estes novos tipos e operações
    • Mecanismos de indexação espacial (Rtree) podem ser criados e o SGBD saberá como otimizar consultas usando estes novos mecanismos
estrat gias de implementa o13
Estratégias de Implementação
  • Integrada
    • Vantagens:
      • Total integração de dados convencionais com espaciais, inclusive usando toda funcionalidade provida por um SGBD
      • Semântica de dados espaciais conhecida
      • smm, sam, smv e o sav como extensões do sgbd
      • Melhor performance
evolu o dos sigs
Evolução dos SIGs
  • No princípio existia apenas uma coleção de rotinas com as quais um bom programador poderia contruir um SIG
  • 1980: uso de uma API mais sofisticada com interface via linha de comando, execução em workstations
  • 1990: Introdução de GUI, capacidade de customização => permitiu o desenvolvimento de aplicações para um domínio específico
arquitetura distribu da cliente servidor
Arquitetura Distribuída Cliente-Servidor
  • Duas Camadas

Desktop

Data Server

arquitetura distribu da cliente servidor1
Arquitetura Distribuída Cliente-Servidor
  • 3 (n) Camadas

Desktop

Application

Server

Data Server

Uso massivo de componentes

Introdução dos g-services

tipos de sigs
Tipos de SIGs
  • Podemos classificá-los em 6 categorias:
    • Profissional
    • Desktop
    • Hand-held
    • Component
    • Viewer
    • Internet
sig profissional
Sig Profissional
  • É o SIG completo capaz de realizar
    • coleta de dados, display e edição
    • administração de BD
    • geoprocessamento e análise avançada
    • transformação
    • geo-estatística
    • suporte a vector e raster
    • análise em 3D
  • Exemplo: ESRI ARC/GIS 8
  • Preço varia entre US$ 8.000 a 20.000 por licença
sig desktop
SIG Desktop
  • Mais focado em uso dos dados do que na sua criação
  • Inclui ferramentas para fazer mapas, relatórios, gráficos
  • É o tipo de SIG mais usado hoje em dia (custo X benefício)
  • Exemplos: ESRI Arc/View, Intergraph GeoMedia, Idrisi, MapInfo
  • Preços: de US$ 1000 a 2000
sig hand held
SIG Hand held
  • Capacidade de SIG móvel
  • displays de 320 X 240 pixels
  • Programa e dados residem em memória (não há discos) e memória é pequena (16K, 64K, 16M, 64M)
  • Ex.: Autodesk OnSite, ESRI ArcPad, Smallworld Scout
  • Preços: US$ 500,00
componentes de sig
Componentes de SIG
  • Fabricantes fornecem coleções de componentes para SIG
  • Progamadores usam estes componentes para desenvolver aplicações específicas e otimizadas
  • Ex: ESRI MapObjects, MapInfo MapX
  • Preços: US$ 1000 a 2000 pelo kit de desenvolvimento + US$ 100 por aplicação deployed
sig viewers
SIG Viewers
  • Provêm apenas funcionalidade limitada (display, query e mapas simples)
  • Desenvolvidos no final da década de 90, são em geral de graça.
  • Ex. ESRI ArcExplorer, Intergraph GeoMedia Viewer, MapInfo ProViewer
  • Razão maior de existência: ajuda a vender o formato de dados e terminologia específica de um dado fabricante!
internet sig
Internet SIG
  • É o tipo que mais promete para uso em massa dado o sucesso da Internet
  • Na maioria dos casos deseja-se apenas display e query, tende a mudar no futuro quando tecnologia se aperfeiçoar
  • Ex de aplicações MS Expedia tem mapas interativos (www.expediamaps.com ) MapQuest permite encontrar caminhos com direções (www.mapquest.com)
  • Ex de Fabricantes: ESRI ArcIMS, Intergraph Geomedia Web Map, MapInfo MapXtreme
  • Preço: US$ 5000 a 25000
internet sig usando arquitetura integrada
Internet SIG usando Arquitetura Integrada
  • Grande projetos de SIG usam arquitetura em n camadas
  • Uso de SGBD com estensibilidade de SIG
  • Ex.: AutoDesk Vision, ESRI ArcSDE, MapInfo SpatialWare
  • Preço US$ 10000-25000 dependendo do número de usuários
sig corporativo
SIG-Corporativo
  • Não é:
    • uma licença corporativa (Enterprise License)
    • um repositório centralizado de mapas e dados cadastrais
sig corporativo1
SIG-Corporativo
  • por um conjunto de componentes que, integrados ao fluxo de trabalho da empresa, geram uma melhoria dos processos primordiais da mesma
sig corporativo caracter sticas
SIG-Corporativo: características
  • O alinhamento com as prioridades da empresa;
  • A definição de um conjunto de dados precisos, atualizados e bem definidos para dar suporte ao negócio da empresa;
  • A acessibilidade a todos os níveis de usuários;
  • A relevância ao fluxo de trabalho operacional da empresa nas áreas de operação, planejamento e expansão;
  • A integração com os demais sistemas e dados corporativos da empresa;
  • Retorno de investimento (ROI) demonstrado; e
  • Sustentabilidade.
sig corporativo n veis de maturidade
SIG-Corporativo: níveis de maturidade
  • implantação do SIG-Corporativo, contempla cinco níveis:
    • Nível 1: Entusiastas
    • Nível 2: Departmental
    • Nível 3: Centralizado
    • Nível 4: Integrado
    • Nível 5: Corporativo
n vel 1 entusiastas
Nível 1: Entusiastas
  • existe na empresa um grupo de indivíduos que de maneira isolada adquirem ferramentas de SIG e usam a tecnologia com o único interesse de suportar algumas das suas tarefas isoladamente.
  • tecnologia SIG é licenciada de maneira individual e usada como aplicações Desktop – SIG Desktop
  • dados são adquiridos, usados uma vez e descartados.
n vel 2 departamental
Nível 2: Departamental
  • Departamentos específicos da empresa reconhecem o valor da tecnologia SIG para seu uso interno
  • Departamentos criam uma infraestrutura própria de hardware e software e disponibilizam serviços baseados em tecnologia SIG para outros setores da empresa.
  • Dados relevantes para o departamento são gerados e armazenados a nível de departamento
n vel 3 centralizado
Nível 3: Centralizado
  • empresa busca a centralização, preocupada inicialmente com a consolidação de uma base de dados única e otimização da infraestrutura computacional.
  • é estabelecida uma unidade centralizada para disponibilizar serviços SIG para diversos equipamentos
  • O sistema centralizado inicia a definição de padrões que melhoram a qualidade dos dados e de processos de fluxo de trabalho internos, além da formalização de solicitações.
  • resulta em redução de custos e otimização dos recursos.
n vel 4 integra o
Nível 4: Integração
  • busca-se a integração da tecnologia SIG aos diversos fluxos de trabalho da empresa, resultando na integração das aplicações corporativas com as funcionalidades SIG, o que resulta na demanda por modelos de dados e tecnologias mais avançadas.
  • São definidos comitês de lideres operacionais (ou grupos temáticos) para coletar as demandas e direcionar a política SIG dentro da empresa.
n vel 5 corporativo
Nível 5: Corporativo
  • o plano estratégico de tecnologia SG está alinhado com o plano estratégico corporativo
  • a tecnologia SIG é reconhecida como fundamental para incremento da eficiência da empresa e como ferramenta de apoio à decisão
  • a integração da tecnologia SIG com os sistemas corporativos e críticos da empresa é estabelecida
  • os atributos do SIG são embutidos nos bancos de dados espaciais (Geodatabases)
sig corporativo2
SIG-Corporativo
  • Quanto à integração dos dados:
    • Arquitetura Dual
    • ArquiteturaIntegrada
  • Quanto à distribuição dos dados:
    • Dados Centralizados
    • Dados Distribuídos
  • Quanto à funcionalidade:
    • Arquitetura em 3 Camadas
    • Arquitetura Multicamadas
    • Arquitetura Orientada a Serviços – SOA
arquitetura quanto distribui o dos dados
Arquitetura: quanto à distribuição dos dados
  • Arquitetura com Dados Centralizados
arquitetura quanto distribui o dos dados1
Arquitetura: quanto à distribuição dos dados
  • Arquitetura com Dados Centralizados:
    • Requisitos: aquisição/instalação/configuração de hardware (servidor) e software (banco de dados espacial e SIG).
    • Vantagens: baixo custo de instalação; baixo custo de manutenção (atualização de documentos externos, cópias de segurança, reinstalação/reconfiguração de hardware e software). Maior segurança na atualização dos dados que ficaria a cargo de um único setor na empresa.
    • Desvantagens: dependência total da rede de comunicação de dados de longa distância (WAN); ponto único de fragilidade caso não seja montada uma estrutura com redundância de servidores e banco de dados; potencialmente maior latência de rede para recuperar informação.
arquitetura quanto distribui o dos dados2
Arquitetura: quanto à distribuição dos dados
  • Arquitetura com Dados Distribuidos Sem Réplica
arquitetura quanto distribui o dos dados3
Arquitetura: quanto à distribuição dos dados
  • Arquitetura com Dados DistribuidosSemRéplica:
    • Requisitos: aquisição/instalação/configuração de hardware (servidor) e software (banco de dados espacial e SIG) para cada centro.
    • Vantagens: independência parcial de rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) – no caso, não é preciso ter conectividade até um único servidor central o tempo todo.
    • Desvantagens: custo médio de instalação; custo médio de manutenção (atualização dos dados espaciais, cópias de segurança, reinstalação/reconfiguração de hardware e software); dependência da rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) para unidades não instaladas junto do centro regional; potencialmente maior latência de rede para recuperar informação.
arquitetura quanto distribui o dos dados4
Arquitetura: quanto à distribuição dos dados
  • Arquitetura com Dados Distribuidos Com Réplica
arquitetura quanto distribui o dos dados5
Arquitetura: quanto à distribuição dos dados
  • Arquitetura com Dados Distribuidos Com Réplica
    • Requisitos: aquisição/instalação/configuração de hardware (servidor) e software (banco de dados espacial e SIG) para sede e para cada centro. As instalações do centro fariam acessos de consulta aos seus dados através de LAN e aos dados de externos àquela instalação através de WAN.
    • Vantagens: independência parcial de rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) – no caso, não é preciso ter conectividade até um único servidor central o tempo todo. Maior disponibilidade dos serviços em função da replicação dos dados, isto implica em menor vulnerabilidade do sistema.
    • Desvantagens: custo alto de aquisição (várias licenças de SGBD espacial e SIG), alto custo de instalação (pois tem que instalar na sede e outras unidades); custo alto de manutenção (atualização dos dados espaciais requer sincronismo das réplicas com o banco de dados central, cópias de segurança, reinstalação/reconfiguração de hardware e software); dependência da rede de comunicação de dados de longa distância (WAN) para unidades não instaladas junto do centro regional; potencialmente maior latência de rede para recuperar informação no caso de acesso às informações externas à instalação.
arquitetura quanto funcionalidade
Arquitetura: quanto à funcionalidade
  • Arquitetura em 3 Camadas
  • Arquitetura Multicamadas
  • Arquitetura Orientada a Serviços – SOA
arquitetura quanto funcionalidade3
Arquitetura: quanto à funcionalidade
  • Arquitetura Orientada a Serviços (SOA)
arcgis server1
ARCGIS SERVER
  • Vantagens: solução bastante completa incluindo manipulação de dados vetoriais, raster e 3D. Suporte à plataformas móveis, serviços de geocoding e roteamento. Acesso a vários SGBDs incluindo Oracle Spatial. Implementação de padrões OGC e ISO, catálogo. Solução Web e desktop.
  • Desvantagens: custo mais elevado, não possui nada em comunidade opensource.
autodesk mapguide enterprise1
Autodesk Mapguide Enterprise
  • Vantagens: custo mais reduzido, versão opensource que provê uma gama de componentes a custo reduzido.
  • Desvantagens: Web services: só implementa WMS e WFS. Gerência de metadados limitada, implementada através do Topobase. Não dá suporte a edição de mapa via Web (Web mapediting). Não contempla serviços para plataformas móveis.
geomedia1
Geomedia
  • Vantagens: solução bastante completa e aberta com relação à utilização de dados de diversas fontes e formatos, incluindo manipulação de dados vetoriais, raster e 3D. Suporte a plataformas móveis, serviços de geocoding e roteamento. Acesso a vários SGBDs incluindo Oracle Spatial. Implementação de padrões OGC e ISO, catálogo. Solução Web e desktop.
  • Desvantagens: custo mais elevado, não possui nada em comunidade opensource, modelo de desenvolvimento e tecnologias extremamente acopladas aos modelos proprietários da Microsoft.
mapinfo1
MapInfo
  • Vantagens: custo reduzido quando comparado à plataforma ESRI. Plataforma escalável e estensível. Acesso ao Oracle Spatial e diversos outros SGBDs.
  • Desvantagens: Falta de suporte no Brasil e em Recife. Não provê suporte para aplicações 3D nem plataformas móveis. Limitado suporte a Raster. Só roda em plataforma Windows e .NET.
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