Importante

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3. Dado Vetorial

	Objetivos:	Entendendo os modelos de dados vetoriais usados em SIG.
	Palavras chave:	Vetor, ponto, polígono, vértice, geometria, escala, qualidade de dado, simbologia, fontes de dados

3.1. Enquadramento

Vector data provide a way to represent real world features within the GIS environment. A feature is anything you can see on the landscape. Imagine you are standing on the top of a hill. Looking down you can see houses, roads, trees, rivers, and so on (see Fig. 3.29). Each one of these things would be a feature when we represent them in a GIS Application. Vector features have attributes, which consist of text or numerical information that describe the features.

Fig. 3.29 Olhando sobre uma paisagem você pode ver as principais características, tais como estradas, casas e árvores.

Uma feição vetorial tem sua forma representada usando geometria. A geometria é composta de um ou mais vertices interconectados. Um vétice descreve a posição no espaço usando eixos X, Y e opcionalmente Z. Geometrias que tem vértices com um eixo Z são frequentemente chamadas de 2.5D uma vez que descrevem altura ou profundidade em cada vértice, mas não para ambos.

When a feature’s geometry consists of only a single vertex, it is referred to as a point feature (see illustration Fig. 3.30). Where the geometry consists of two or more vertices and the first and last vertex are not equal, a polyline feature is formed (see illustration Fig. 3.31). Where three or more vertices are present, and the last vertex is equal to the first, an enclosed polygon feature is formed (see illustration Fig. 3.32).

Fig. 3.30 Um elemento de ponto é descrito por sua coordenada X, Y e opcionalmente Z. Os atributos do ponto o descrevem, por exemplo, se este é uma árvore ou um poste de luz.

Fig. 3.31 Uma linha é uma sequência de vértices unidos. Cada vértice possui uma coordenada X, Y (e opcionalmente uma coordenada Z). Os atributos descrevem a linha.

Fig. 3.32 Um polígono, assim como uma linha, é uma sequencia de vértices. No entanto, em um polígono, o primeiro e o último vértice estão sempre na mesma posição.

Looking back at the picture of a landscape we showed you further up, you should be able to see the different types of features in the way that a GIS represents them now (see illustration Fig. 3.33).

Fig. 3.33 Elementos da paisagem como nós poderíamos apresentá-los em um SIG. Rios (azul) e estradas (verde) podem ser representados como linhas, arvores como pontos (vermelho) e casas como polígonos (branco).

3.2. Feições de ponto em detalhes

A primeira coisa que precisamos entender quando falamos de feições de ponto é que o que descrevemos em ponto em um SIG é uma questão de opinião, e muitas vezes dependente da escala. Vamos olhar para as cidades, por exemplo. Se você tem um mapa em escala pequena (que cobre uma grande área), pode fazer sentido representar uma cidade usando feições de ponto. Porém, se você aumentar o zoom no mapa, movendo-se para uma escala maior, isso fará ter mais sentido apresentar os limites da cidade como um polígono.

Quando você opta por usar pontos para representar uma feição é, na maioria das vezes, uma questão de escala (quão longe você está da feição), conveniência (isto leva menos tempo e esforço para criar feições de ponto do que feições de polígono), e o tipo da feição (algumas coisas como, como uma cabine de telefone, apenas não fazem sentido serem armazenadas como polígonos).

As we show in illustration Fig. 3.30, a point feature has an X, Y and optionally, Z value. The X and Y values will depend on the Coordinate Reference System (CRS) being used. We are going to go into more detail about Coordinate Reference Systems in a later tutorial. For now let’s simply say that a CRS is a way to accurately describe where a particular place is on the earth’s surface. One of the most common reference systems is Longitude and Latitude. Lines of Longitude run from the North Pole to the South Pole. Lines of Latitude run from the East to West. You can describe precisely where you are at any place on the earth by giving someone your Longitude (X) and Latitude (Y). If you make a similar measurement for a tree or a telephone pole and marked it on a map, you will have created a point feature.

Como sabemos que a terra não é plana, muitas vezes é útil adicionar um valor Z para uma feição de ponto. Isso descreve o quão acima do nível do mar você está.

3.3. Feições de linha em detalhes

Where a point feature is a single vertex, a polyline has two or more vertices. The polyline is a continuous path drawn through each vertex, as shown in Fig. 3.31. When two vertices are joined, a line is created. When more than two are joined, they form a ‘line of lines’, or polyline.

Uma linha é usada para representar geometrias de feições lineares como estradas, rios, contornos, trilhas, rotas de voo e assim por diante. Algumas vezes temos regras especiais para as linhas além de sua geometria básica. Por exemplo, linhas de contorno podem tocar (ex. em um penhasco) mas nunca devem cruzar entre si. Similarmente, linhas usadas para apresentar uma rede de estradas devem ser conectadas nas interseções. Em alguns aplicativos de SIG você pode definir regras especiais para um tipo de feição (ex. estradas) e o SIG irá garantir que estas linhas sempre obedeçam a estas regras.

If a curved polyline has very large distances between vertices, it may appear angular or jagged, depending on the scale at which it is viewed (see Fig. 3.34). Because of this it is important that polylines are digitised (captured into the computer) with distances between vertices that are small enough for the scale at which you want to use the data.

Fig. 3.34 Linhas vistas em uma escala pequena (1:20.000 para a esquerda) podem aparecer suave e curvada. Quando aplicamos zoom para uma escala grande (1:500 para a direita) as linhas podem se apresentar bastante angulares.

Os atributos de uma polilinha descrevem suas propriedades ou características. Por exemplo, uma polilinha de estrada pode ter atributos que descrevem se sua superfície é de cascalho ou asfalto, quantas vias ela tem, se é uma rua de uma mão só, e assim por diante. O SIG pode usar esses atributos para simbolizar a feição polilinha com estilo de linha ou cor adequada.

3.4. Feições de polígono em detalhes

Feições de polígono são áreas fechadas como represas, ilhas, limites de um país e assim por diante. Como as feições de linhas, os polígonos são criados a partir de uma série de vértices que são conectados por uma linha contínua. No entanto, porque um polígono descreve sempre uma área fechada, o primeiro e o último vértice devem sempre estar no mesmo lugar! Polígonos muitas vezes possuem geometria compartilhada –– limites que são em comum com um polígono vizinho. Muitos aplicativos de SIG possuem a capacidade de assegurar que os limites de polígonos vizinhos coincidam exatamente. Nós iremos explorar isso no :ref:`gentle_gis_topology`tópico mais adiante neste tutorial.

Assim como pontos e linhas, polígonos possuem atributos. Os atributos descrevem cada polígono. Por exemplo, uma represa pode ter atributos para profundidade e qualidade da água.

3.5. Dados vetoriais em camadas

Agora que descrevemos o que é um vetor de dados, vamos ver como um vetor de dados é gerenciado e usado em um ambiente SIG. A maior parte dos aplicativos SIG agrupa feições vetoriais em camadas. As feições em uma camada tem a mesma tipo de geometria (e.g. todas são pontos) e o mesmo tipo de atributos (e.g. informação sobre qual espécie de árvore há em uma camada de árvores). Por exemplo se você registrou as posições de todas as trilhas na sua escola, elas usualmente estarão armazenadas juntas no disco rígido do computador e mostradas no SIG como uma única camada. Isso é conveniente, pois permite que você mostre ou não todas as feições para aquela camada em seu aplicativo SIG com um único clique do mouse.

3.6. Editando dados vetoriais

O aplicativo SIG permitirá que você criar e modificar os dados de geometria em uma camada –– um processo chamado digitalização –– o que vamos olhar mais de perto mais tarde em um tutorial. Se uma camada contém polígonos (ex. açudes), o aplicativo SIG irá somente permitir que você crie novos polígonos nesta camada. Da mesma forma, se você quiser alterar a forma de uma feição, o aplicativo só irá permitir que você faça isso se a forma alterada estiver correta. Por exemplo, isso não permitirá que você edite uma linha de forma que esta tenha apenas um vértice –– lembre-se de nossa discussão acima sobre linhas onde todas as linhas devem possuir pelo menos dois vértices.

Criar e editar dados vetoriais são uma importante função em um SIG, sendo que essa é uma das principais maneiras em que você pode criar dados pessoais para as coisas que você está interessado. Digamos, por exemplo, que você está monitorando a poluição em um rio. Você poderia usar o SIG para digitalizar todos os emissários de esgotos de águas pluviais (como feição de ponto), você também pode digitalizar o próprio rio (como uma feição de linha), e finalmente você poderá efetuar análises dos níveis de pH ao longo do curso do rio e digitalizar os lugares onde você fez essas leituras (como feições de ponto).

Além de criar seus próprios dados, há uma grande quantidade de dados vetoriais gratuito que você pode obter e usar. Por exemplo, você pode obter dados vetoriais de cartas topográficas a partir do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE).

3.7. Escala e dados vetoriais

Map scale is an important issue to consider when working with vector data in a GIS. When data is captured, it is usually digitised from existing maps, or by taking information from surveyor records and global positioning system devices. Maps have different scales, so if you import vector data from a map into a GIS environment (for example by digitising paper maps), the digital vector data will have the same scale issues as the original map. This effect can be seen in illustrations Fig. 3.35 and Fig. 3.36. Many issues can arise from making a poor choice of map scale. For example using the vector data in illustration Fig. 3.35 to plan a wetland conservation area could result in important parts of the wetland being left out of the reserve! On the other hand if you are trying to create a regional map, using data captured at 1:1000 000 might be just fine and will save you a lot of time and effort capturing the data.

Fig. 3.35 Dados vetoriais (linhas vermelhas) digitalizados a partir de um mapa de escala pequena (1:1.000.000).

Fig. 3.36 Dados vetoriais (linhas verdes) digitalizados a partir de um mapa de escala grande (1:50.000).

3.8. Simbologia

When you add vector layers to the map view in a GIS application, they will be drawn with random colours and basic symbols. One of the great advantages of using a GIS is that you can create personalised maps very easily. The GIS program will let you choose colours to suite the feature type (e.g. you can tell it to draw a water bodies vector layer in blue). The GIS will also let you adjust the symbol used. So if you have a trees point layer, you can show each tree position with a small picture of a tree, rather than the basic circle marker that the GIS uses when you first load the layer (see illustrations Fig. 3.37, Fig. 3.38 and Fig. 3.39).

Fig. 3.37 No SIG, você pode usar um painel (como este acima) para ajustar como as feições em sua camada deve ser desenhadas.

Fig. 3.38 Quando uma camada (por exemplo a camada de árvores acima) é carregada pela primeira vez, o aplicativo de SIG irá mostrar esta com uma simbologia genérica.

Fig. 3.39 Depois de fazer os nossos ajustes é muito mais fácil de ver que nossos pontos representam árvores.

Simbologias são um poderoso recurso, dando vida aos mapas e tornando os dados em seu SIG mais fáceis de entender. No tópico que se segue (Dado de Atributo Vetorial) nós iremos explorar mais fundo como as simbologias podem ajudar o usuário a entender dados vetoriais.

3.9. O que podemos fazer com os dados vetoriais em um GIS?

Em um nível mais simples, podemos usar dados vetoriais em um aplicativo SIG, da mesma maneira que você usaria um mapa topográfico normal. O verdadeiro poder do SIG começa a mostrar-se quando você começa a fazer perguntas como ‘quais casas estão dentro do nível de inundação de 100 anos de um rio?’; ‘onde é o melhor lugar para colocar um hospital para que seja facilmente acessível ao maior número de pessoas possível?’; ‘quais os alunos que morram em um bairro específico?’. Um SIG é uma grande ferramenta para responder a esses tipos de perguntas com a ajuda de dados vetoriais. Geralmente nos referimos ao processo de responder a esses tipos de perguntas como análises espaciais. Em tópicos posteriores deste tutorial, vamos olhar para a análise espacial com mais detalhes.

3.10. Problemas comuns com dados vetoriais

Trabalhar com dados vetoriais possui alguns problemas. Já mencionamos os problemas que podem surgir com vetores capturados em diferentes escalas. Dados vetoriais também precisam de muito trabalho e de manutenção para garantir que estes são precisos e confiáveis. Dados vetoriais imprecisos podem ocorrer quando os instrumentos utilizados para capturar os dados não estão configurados corretamente, quando as pessoas que capturam os dados não estão tomando o devido cuidado, quando o tempo ou o dinheiro não permitem detalhes suficientes no processo de coleta, e assim por diante.

If you have poor quality vector data, you can often detect this when viewing the data in a GIS. For example slivers can occur when the edges of two polygon areas don’t meet properly (see Fig. 3.40).

Fig. 3.40 Frestas podem ocorrer quando os vértices de dois polígonos não coincidem em suas bordas. E uma pequena escala (ex. 1 para esquerda) você pode não ser capaz de ver estes erros. Em uma grande escala eles são visíveis como finas tiras entre dois polígonos (2 para direita).

Overshoots can occur when a line feature such as a road does not meet another road exactly at an intersection. Undershoots can occur when a line feature (e.g. a river) does not exactly meet another feature to which it should be connected. Figure Fig. 3.41 demonstrates what undershoots and overshoots look like.

Fig. 3.41 Ante passagens (1) ocorrem quando digitalizado um vetor de linha que deveria se conectar a outra mas estas não se tocam. Ultrapassagens (2) acontecem se uma linha termina adiante da linha à qual deveria estar conectada.

Por causa destes tipos de erros, é muito importante digitalizar os dados cuidadosamente e precisamente. No próximo tópico sobre topologia, examinaremos alguns desses tipos de erros em mais detalhes.

3.11. O que aprendemos?

Vamos terminar o que abrangemos nesta ficha de trabalho

• Dados vetoriais são usados para representar feições do mundo real em um SIG.

• Uma feição vetorial pode ter sua geometria do tipo ponto, linha ou polígono.

• Cada feição vetorial possui dados de atributo os quais descrevem este.

• Feição de geometria é descrita em termos de vértices.

• Geometrias de ponto são feitas de um único vértice (X, Y e opcionalmente Z).

• Geometrias de linhas são formadas por dois ou mais vértices formando uma linha conectada.

• Geometrias de polígono são formadas por pelo menos três vértices formando uma área fechada. O primeiro e o último vértice estão sempre no mesmo local.

• A escolha de qual tipo de geometria a ser utilizada depende da escala, da conveniência e de o quê você pretende fazer com os dados no SIG.

• A maioria das aplicações de SIG não permitem misturar mais de um tipo de geometria em uma única camada.

• Digitalização é o processo de criação de dados vetoriais digitais através do desenho deste em um aplicativo GIS.

• Dados vetoriais podem possuir erros de qualidade, como ante passagens, ultrapassagens e frestas, os quais você deve estar sempre atento.

• Dados vetoriais podem ser usados para análises espaciais em um aplicativo SIG, por exemplo, para encontrar o hospital mais próximo de uma escola.

We have summarised the GIS Vector Data concept in Figure Fig. 3.42.

Fig. 3.42 Este diagrama mostra como aplicações GIS lidam com dados vetoriais.

3.12. Agora experimente!

Aqui estão algumas ideias para experimentar com os seus alunos

• Using a copy of a toposheet map for your local area (like the one shown in Fig. 3.43), see if your learners can identify examples of the different types of vector data by highlighting them on the map.

• Pense em como você criaria feições vetoriais em um SIG para representar características do mundo real em suas dependências da escola. Crie uma tabela de características diferentes dentro e em torno de sua escola e, em seguida, encarregue seus alunos de decidir se eles seriam melhor representados no SIG como um ponto, linha ou polígono. Veja table_vector_1 como um exemplo.

Fig. 3.43 Você consegue identificar dois elementos de ponto e uma feição de polígono neste mapa?

Elemento do mundo real	Tipo de Geometria Adequada
O mastro da escola
O campo de futebol
As trilhas dentro e ao redor da escola
Locais onde as torneiras estão localizadas
Etc.

Tabela Vetor 1: Crie uma tabela como esta (deixando a coluna do tipo de geometria vazia) e pedir a seus alunos para decidir sobre os tipos de geometria adequada.

3.13. Alguma coisa em que devemos pensar

Se você não tiver um computador disponível, você pode usar uma carta topográfica e papel transparência para mostrar a seus alunos sobre dados vetoriais.

3.14. Outras leituras

O Guia do Usuário QGIS também possui informações mais detalhadas sobre como trabalhar com dados vetoriais no QGIS.

3.15. O que vem a seguir?

Na seção seguinte, vamos dar uma olhada mais de perto sobre dado de atributo para ver como ele pode ser usado para feições do vetor.