BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS DO EXÉRCITO (BDGEx) Omar Antônio Lunardi Wladmir da Silva Meyer 1 Carlos Alberto Trindade 2 Samuel Novaes Moura Júnior - PDF
BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS DO EXÉRCITO (BDGEx) Omar Antônio Lunardi Wladmir da Silva Meyer 1 Carlos Alberto Trindade 2 Samuel Novaes Moura Júnior
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Ana Clara Farias Garrido
1 BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS DO EXÉRCITO (BDGEx) Omar Antônio Lunardi Wladmir da Silva Meyer 1 Carlos Alberto Trindade 2 Samuel Novaes Moura Júnior DIRETORIA DE SERVIÇO GEOGRÁFICO Centro de Cartografia automatizada do Exército Estrada Parque Contorno, Km 4,5 Setor Habitacional Taquari, CEP RESUMO O objetivo deste trabalho é apresentar o Sistema de Imagens e Informações Geográficas do Exército (SI2GEx) à comunidade Cartográfica. Este Sistema integrará, em um Banco de Dados Geográfico (BDG), o grande acervo de dados cartográficos referentes ao Espaço Geográfico Brasileiro (EGB). Independentemente da estrutura de dados distribuída, o acesso dos usuários será gerenciado pelo BDG central. Considerando a magnitude da empreitada serão apresentados apenas os principais aspectos sobre as etapas de implantação e suas respectivas metas. O SI2GEx encontra-se atualmente em fase de implantação através do Núcleo do Centro de Imagens e Informações Geográficas do Exército (NuCI2GEx), situado no Centro de cartografia Automatizada do Exército (CCAuEx), na cidade de Brasília-DF. O Sistema será implementado inicialmente em três fases, em um ambiente de Intranet do Exército Brasileiro (EBNet). Na EBNet, o Sistema minimizará o tempo de acesso aos diversos produtos cartográficos de posse da DSG, além de solidificar o uso de dados Georreferenciados como elemento essencial no planejamento e execução dos trabalhos, objetivo primordial da Tecnologia da Informação. A Primeira Fase, cuja implementação já está concluída, visa disponibilizar, no formato matricial, todo o acervo da DSG disponível no servidor de arquivos matriciais (cartas topográficas, imagens de satélites, ortofotos, etc). Através da EBNet, o usuário pode realizar uma navegação interativa até o produto de interesse ou mesmo uma navegação seletiva por uma pesquisa a um banco de metadados. Na Segunda Fase, a pesquisa seletiva será balizada pela massa de dados vetoriais já carregada em um banco de dados geográficos. O usuário poderá consultar um BDG, via EBNet, a fim de identificar a área de interesse, que fornecerá um link para o servidor de arquivos, possibilitando a descarga dos dados selecionados na forma de imagem e vetor. Na Terceira Fase, a base vetorial referente Espaço Geográfico Brasileiro será armazenada no Banco de Dados Geográfico Orientado a Objetos (BDGOO), assumindo a condição de atributo das instâncias de classes de objetos. O BDGOO foi implementado seguindo a modelagem do EGB segundo a tecnologia OO (Orientação a Objetos). Após a consolidação da divulgação dos dados geográficos, através da EBNet, e estando definida a política de distribuição destes dados em ambiente aberto, parte deste acervo será disponibilizado na Internet. ABSTRACT The objective of this work is to present the Army Image and Geographic Information System (SI2GEx) to the Cartographic community. This System will integrate, in a Geographic Dada Bank (BDG), the great quantity of referring cartographic data concerning the Brazilian Geographic Space (EGB). Independently of the structure of data distributed, the access of the users will be managed by the central BDG. Considering the magnitude of the taken over on a contract basis one the main aspects on the stages of implantation and its respective goals will be presented only. The SI2GEx meets currently in phase of implantation through the Nucleus of the Army Image and Geographic Information System Center (NuCI2GEx), situated in the Army Automatized Cartography Center (CCAuEx), in the city of Brasilia-DF. The System will be implemented initially in three phases, in an environment of Intranet of the Brazilian Army (EBNet). In the EBNet, the System will minimize the time of access to the diverse cartographic products of ownership of the DSG, besides making solid the use of Geodata as essential element in the planning and execution of the works, primordial objective of the Information Technology (IT). The first Phase, whose implementation already is concluded, aim at availability, in the matricial format, all the quantity of the available on-line the DSG data into the matricial server (topographic charts, satellite images, ortho-photos, etc ). Through the EBNet, the user can you perform a interactive navigation until the product of interest or even a selective navigation for a research to a bank of metadata. On Second Phase, the selective navigation will be marked out with buoys by the mass of vectorial data already loaded in a geographic data base. The user will be able to consult a BDG for the purpose of identify the zone of interest, what he will be providing a link about to the file server, accessing image and vector files. On Third Phase, the base vector-based concerning Brazilian Geographic Space will be stored into the Object-Oriented Geographic DataBase (BDGOO), assuming the condition of characteristic from the instances of classes of objects. The BDGOO was implemented following the O-O data modeling of the EGB. After the consolidation of the spreading of the geographic data, through the EBNet, and being defined the politics of distribution of these data in opened environment, part of this quantity will be available in the Internet.
2 1. INTRODUÇÃO A observação e a representação da superfície terrestre é parte importante nas atividades de organização das sociedades. Da antiguidade até os tempos atuais, informações espaciais têm sido observadas por guerreiros, navegadores, geógrafos, pesquisadores e descritas de forma gráfica pelos antigos cartógrafos. Seguramente, o que hoje se conhece como mapa, nada mais é que uma das mais antigas formas de comunicação visual da humanidade. No século vinte, o desenvolvimento de mapas topográficos e temáticos foi amplo. A fotogrametria e o sensoriamento remoto permitiram o mapeamento de amplas áreas, com elevado grau de exatidão. Surgiram os métodos matemáticos e computacionais para o tratamento dos dados contidos nos mapas visando as análises espacial e nãoespacial. Estas técnicas de produção e análise tomaram grande impulso com a evolução dos computadores e nas duas últimas décadas possibilitam uma maior aproximação entre as várias disciplinas relacionadas com a identificação, registro e apresentação dos fenômenos geográficos. Os fenômenos geográficos ao mesmo tempo que potencializam, restringem as atividades humanas. O domínio do terreno define a oportunidade e a eficiência da execução de atividades humanas extremamente variadas. A maioria das análises do terreno podem ser feitas sobre uma carta, no que comumente se denomina Estudo na Carta. Este processo é realizado de forma visual, com o emprego de instrumentos gráficos extraindo um conjunto limitado informações como perfis topográficos, distâncias, áreas de visibilidade, etc. Este processo é notadamente demorado e artesanal, além de que normalmente se trabalha com um grande conjunto de cartas, aliada a um conjunto de informações dispostas em calcos e relatórios em papel. Deve-se ainda observar que, normalmente, as informações geográficas se originam de um amplo espectro de fontes de dados. Estes dados quando apresentados em sua forma bruta ou seja, sem o devido tratamento possui aplicações limitadas, onde a habilidade do usuário e as ferramentas tecnológicas que lhe são disponíveis serão os principais fatores limitantes para o seu uso. O mapeamento sistemático é a fonte de dados que melhor representa nosso país. Estes dados de forma abrangente e confiável fornecem informações vitais para o planejamento e utilização do nosso território. No Brasil o mapeamento sistemático do espaço geográfico é atribuição de duas Instituições, o Exército Brasileiro é uma delas e o faz através da Diretoria de Serviço Geográfico (DSG). Cabe a DSG normalizar as escala de 1: até 1: , conforme determinado em lei federal. Os produtos da DSG são disponibilizados para usuários civis e militares. Considerando-se esta conjuntura tornou-se vital para a DSG criar uma estrutura para facilitar aos usuários o acesso a essas informações. Assim a implantação de um Sistema de Imagens e Informações Geográficas do Exército visa, armazenar e facilitar o acesso a informações geográficas de forma a imprimir alta velocidade de interpretação do terreno. Além disso reduz ao máximo a dependência dos usuários de ferramentas de geoprocessamento, transferindo ao sistema a responsabilidade de processar e disponibilizar os dados. 2. Motivação do Projeto Motivações para a criação do Sistema de Informações Geográficas do Exército, SIGEx: Integrar, em um Banco de Dados Geográfico do Exército BDGEx - as várias fontes de dados geográficos existentes, permitindo que as informações sejam centralizadas em um local e possam ser disponibilizadas no menor tempo possível; Permitir o acesso, via WEB, aos dados geográficos e respectivos metadados; Construir uma base geográfica isenta da descontinuidade histórica das cartas topográficas existentes, fruto de sistemas geodésicos distintos. Para as atividades militares o Sistema deverá disponibilizar ferramentas de apoio, objetivando: O domínio da tridimensionalidade do campo de batalha, pelo uso de dados de sensores remotos, com informações oportunas, confiáveis e permanentes; No processo de Comando e Controle, constituir-se em uma ferramenta para acessar e analisar informações georreferenciadas, auxiliando o processo decisório em todos os níveis de comando da Força; A vigilância em grandes áreas territoriais, particularmente as de difícil acesso ou de grandes vazios demográficos, que sejam de interesse do Estado Brasileiro; Um estímulo à pesquisas tecnológicas, basicamente, nos campos de sensoriamento remoto, geoprocessamento, bancos de dados geográficos e cartografia digital; A integração direta com a sociedade civil, particularmente, no monitoramento e controle ambiental, uso de solo e previsão de safras agrícolas, bem como integração de dados georreferenciados com um SIG; Integrar as fontes, os processos de obtenção, o tratamento, o armazenamento e a interpretação de imagens do Exército Brasileiro.
3 3. VISÃO CONTEXTUAL DO SISTEMA Na Figura 1, é mostrada a visão esquemática do SI2GEx, destacando-se as diversas fontes de dados, e os usuários que serão atendidos com esses dados. SISTEMA DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS DO EXÉRCITO Grupo 1 Grupo 5 Grupo 2 Imagens Órgãos Públicos Direção e Controle Geo-Objetos e Geo-Imagens DSG o teste de protótipos visando a gradual otimização dos recursos instalados e dos serviços oferecidos. A implementação do BDGEx se dará em duas fases, descritas a seguir ª Fase: Considerando a atual demanda de produtos, esta fase foi elaborada para ser implementada de forma rápida. Assim sendo, o fornecimento de produtos ficou limitado aos de formato matricial. Na Figura 2, é apresentada a visão esquemática desta fase. Empresas Instituições Acadêmicas Aquisição de Imagens Tratamento Aquisição de Objetos Objetos Não-Espaciais OM do EB Difusão Grupo 3 Grupo 4 Operações USUÁRIOS Inteligência Cartografia FIGURA 1 Visão Contextual do SIGEX. Conforme a Figura 1, o SIGEX é composto por 05 (cinco) grupos, a saber: Grupo 1 - fornecedores de imagens de sensores remotos (aerotransportados e orbitais), de diferentes faixas do espectro eletromagnético (ópticos e microondas); Grupos 2 - produtores de dados georreferenciados (vetoriais e matriciais); Grupos 3 produtores de dados não-espaciais; Grupo 4 usuários do EB; Grupo 5 - núcleo do sistema, responsável por adquirir, armazenar, integrar, processar, analisar e disponibilizar os dados aos usuários. 4. IMPLANTAÇÃO DO BDGEX A pedra basilar do SI2GEx é o Banco de dados Geográfico do Exército (BDGEx). O BDGEx, na sua unidade central, é constituído de um servidor de arquivos e outros dois destinados aos bancos de dados, além dos servidores regionais. O BDGEx está sendo implantado pelo CI2GEx (Centro de Imagens e Informações Geográficas do Exército), cujo Núcleo inicial (NuCI2GEx) já está em funcionamento no Centro Automatizado de Cartografia do Exército (CCAuEx), localizado em Brasília-DF. A implantação do CI2GEx está sendo realizada gradualmente para possibilitar: o desenvolvimento da cultura de geoprocessamento no EB; FIGURA 2 -Visão Esquemática da 1 a Fase Os principais aspectos da 1ª Fase são os seguintes: São disponibilizados apenas dados matriciais (imagens de satélite, cartas topográficas e fotografias digitalizadas) segundo o enquadramento do mapeamento sistemático. O usuário realiza o pedido via Web, após acesso e consulta a um Mapa Índice Digital, onde pode verificar a disponibilidade do produto desejado no servidor de arquivos Cronograma Etapas Modelagem Conceitual Modelagem lógica Carga de dados matriciais Disponibilização EBNet Meses (2003) Dez Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Arquitetura de Programas O Site do CI2GEx é baseado na seguinte estrutura: Sistema Operacional: Linux (Red Hat 9.0); Banco de Dados (metadados): PostGresSQL 7.3.2; Servidor WEB: Apache e Tomcat ; Software de desenvolvimento WEB: Dreamweaver Linguagem de programação: JSP Interface com o Usuário A interface com o usuário na 1ª Fase se dá através da página na EBNet (Intranet do Exército Brasileiro). Nela é disponibilizada todo o acervo de Cartas Topográficas, Imagens de Satélites, Ortofotos e outros produtos matriciais de posse da DSG, segundo o
4 enquadramento do Mapeamento Sistemático. Na figura 3 é mostrada a página inicial do BDGEx. enquadrados e georrefenciados pela carta topográfica base (no caso 1: ), correspondente à escala selecionada. A visualização inicial se dá a partir de um arquivo no formato PDF, de baixa resolução, a fim de se certificar da região de interesse. Exemplos desta visualização rápida podem ser vistos nas figuras 6 e 7. Após a visualização rápida, o arquivo pode ser baixado (download) no formato GeoTiff (TIF). FIGURA 3 Página Inicial do BDGEx. O portal, na EBNet, permite que usuário realize uma navegação interativa até o produto de interesse ou realize uma navegação seletiva através de uma pesquisa a um banco de dados, escolhendo o produto e a área (Cidades, Organizações Militares, Campos de Instrução, Carta Topográfica) de interesse, descarregando o arquivo desejado. A navegação interativa pode ser visualizada através das figuras 4, 5, 6 e 7, mostradas a seguir. FIGURA 6 Imagem de Satélite LandSat 7 Região de Brasília-DF FIGURA 7 Carta Topográfica 1: Brasília-DF FIGURA 4 Navegação Interativa do BDGEx Seleção do Estado da Federação A navegação Interativa inicia pela Unidade da Federação e segue por todas as escalas do mapeamento sistemático, 1: até a escala 1:25.000, maior escala contemplada pelo Sistema, como se vê na figura 8. Os produtos disponibilizados são compatíveis com a escala de visualização. Por exemplo, na escala se 1:25.000, será o disponibilizadas imagens dos satélites com resolução espacial de no mínimo 5 metros. FIGURA 5 Navegação Interativa do BDGEx - Seleção da área correspondente à uma folha 1: , em Goiás Ao ser selecionada a área de interesse, região correspondente a uma folha 1: , pode-se visualizar a carta topográfica, uma imagem ou qualquer outros produto existente com a resolução da folha 1: Todos os produtos sempre serão FIGURA 8 Navegação. Interativa em uma área correspondente à uma folha 1:25.000
5 4.2.1 Cronograma FASE 2ª Fase Metas FIGURA 9 Imagem Ikonos correspondente à uma folha 1: Região de Brasília-DF produtos matriciais poderão ser disponibilizados na 1ª Fase do BDGEx, como modelos tridimensionais do terreno, ortofotos, Ortofoto-carta, e outros. Esta disponibilização se dará de acordo com a existência. FIGURA 10 Ortofoto-carta na escala 1: Região de Formosa-GO 4.2 2ª FASE A Segunda Fase visa disponibilizar dados matriciais, segundo o enquadramento do mapeamento sistemático, e vetoriais, armazenados de forma contínua, tendo a possibilidade de realizar consultas e pesquisas espaciais às informações armazenadas no Banco de Dados Geográficos visando: fase. Obter informações sobre as regiões geográficas de interesse; Descarregar dados no formato vetorial (disponíveis no BD Gothic) e/ou imagens do servidor de arquivos. A Figura 11 apresenta a visão esquemática desta Arquitetura de Programas Nesta fase, os programas empregados serão : Sistema Operacional: Linux (Red Hat 9.0); Banco de Dados: PostGresSQL (metadados); Banco de Dados Orientado a Objeto; Servidor WEB: Apache e Tomcat ; Software de desenvolvimento WEB: Dreamweaver Linguagem de programação: JSP Modelagem de dados A consistência e integridade dos dados armazenados em um BD são estreitamente dependentes da qualidade dos esquema criado no BD. Os esquemas são implementados sobre os banco de dados a partir da modelagem conceitual dos dados a serem armazenados. Assim nos anos de 1999, 2000 e 2001 a DSG dedicou-se a estudar o comportamento das feições geográficas presentes no Espaço Geográfico Brasileiro (EGB). Neste tópico serão apresentados apenas alguns dos principais aspectos da modelagem do EGB. Na modelagem do EGB para a DSG, o domínio do problema foi representar o espaço geográfico brasileiro. Assim, seguindo os preceitos da análise orientada a objetos, para especificar o domínio de um problema e seus requisitos, observou-se a classificação das feições segundo as classes de objetos e a perspectiva de compreensão dos termos usados. O primeiro passo foi identificar as feições e suas formas de representação. A princípio, as feições de interesse são as que possuem no mínimo uma das suas dimensões superior a 5 metros, ou que possuam aspectos relevantes para a sociedade. Estas feições estão presentes nas cartas topográficas do mapeamento sistemático nas escalas de 1: e de 1: A pesquisa para a identificação das feições resultou na classificação dos tipos de feições. Esta pesquisa foi elaborada sobre cartas topográficas e dos manuais técnicos da DSG. Deste estudo, resultou a classificação destas feições segundo classes de objetos. Na figura 12, são apresentados os temas enquadrantes destas classes. FIGURA 11 Visão Esquemática da 2 a Fase
6 TEMAS 5. Referência Bibliográficas Vegetação Infraestrutura Hidrografia Energia Geral Comunicações Transportes Economia Obra ARONOF, S. Geographic Information System: a management perspective, Canada: WDL Publications, 1989 Recreação Sist_Aeroportuário Saneamento Sist_Ferroviário Sist_Hidroviário Sist_Rodoviário Sist_Condutor BURROUGH, Peter A. Principles of Geographical Information Systems: Spatial Information Systems and Geostatistics, Oxford University Press, Relevo Edificações Localidades Referencial FIGURA 12 classes de objetos do EGB Manual de Convenções Cartográficas T Diretoria de Serviço Geográfico. BORGES, K. A. V. Modelagem de dados geográficos: uma extensão do modelo OMT para aplicações geográficas. Belo Horizonte: Fundação João Pinheiro, Dissertação de Mestrado.