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Segundo Aronof (1989), os Sistemas de Informação Geográfica (SIG) são conjuntos de dados geográficos, HW, SW, pessoas e procedimentos computacionais que permitem e facilitam a modelagem, armazenamento, recuperação, análise, visualização e gestão de informações georreferenciadas em um ambiente de resolução de problemas, auxiliando a tomada de decisão. A Figura 2.17 apresenta um diagrama no qual pode ser observada a integração dos elementos que compõem um SIG.

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Figura 2.17 - Esquema geral de um SIG (PINTO, 2009).

Os SIGs são aplicáveis às mais diversas áreas. Dentre as muitas tecnologias relacionadas aos SIGs pode-se citar:

 Sensoriamento Remoto;

 Sistemas Gerenciadores de Banco de Dados (SGBD);  Projeto Assistido por Computador (CAD);

 Estatística;

 Sistemas AM/FM (Automated Mapping/Facilities Management).

O SIG lida com informações georreferenciadas que podem ser: entidades geográficas ou atributos. Nesses sistemas a informação geográfica é organizada em camadas ou níveis de informação (layers), consistindo cada uma em um conjunto selecionado de objetos associados e seus respectivos atributos. A Figura 2.18 apresenta um modelo de representação do mundo real estratificado em camadas de informação geográfica. Dentro de um SIG, cada camada pode ser analisada isoladamente ou ser integrada a outras para auxiliar a tomada de decisão do usuário.

Figura 2.18 - Modelo de mundo real estratificado em camadas de informação, adaptada

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O mundo real pode ser representado em forma de imagens (raster) ou de vetores conforme está ilustrado na Figura 2.19.

a) Modelo Vetorial (vetores)

Composto pelas seguintes entidades topológicas:  Ponto = 1 par de coordenadas;

 Linha = 2 pares de coordenadas;

 Polígono = 3 ou mais pares de coordenadas.

b) Modelo Raster (células e pixels)

As imagens raster (também chamadas de matriciais ou bitmap) contém a descrição de cada pixel, ou seja, trata-se de um conjunto de pontos (pixels). Cada um destes pontos possui um ou vários valores que descrevem a sua cor.

Figura 2.19 - Imagens vetoriais e raster, adaptada de (PINTO, 2009).

A Tabela 2.4 apresenta uma breve comparação entre um SIG utilizando imagens vetoriais e outro utilizando imagens raster.

Tabela 2.4 - Comparação entre as imagens vetoriais e raster (PINTO, 2009). Modelo vetorial Modelo raster

Estrutura Mais complexa Mais simples

Topologia Melhor definição Fraca

Saídas gráficas Alta qualidade Baixa qualidade

Manipulação de dados Fácil Impossível

Sobreposição de coberturas Com erros Fácil

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Topologia em um SIG é um conjunto de regras e comportamentos onde pontos, linhas e polígonos partilham geometrias coincidentes. Por exemplo, feições adjacentes, tais como países ou partes de um determinado terreno, possuem uma fronteira comum (limites), isto é, partilham uma aresta.

A Figura 2.20 exemplifica o relacionamento entre as entidades topológicas de um SIG. Como exemplo, pode-se observar que o polígono A é definido pelos arcos a1, a2 e a3; o nó 1 conecta os arcos a1, a2 e a6; o arco a1 conecta as áreas A e D.

Figura 2.20 - Topologia de polígonos, arcos e nós (UNBC GIS LAB, 2005).

Um SIG apresenta uma série de facilidades para a análise dos dados armazenados. De acordo com Chang (2008), podem ser citadas como operações de análise e consulta em um SIG:

 Associação entre camadas e tabela de atributos: trata-se da associação entre elementos geográficos de uma camada aos de outra camada e da associação de uma ou mais camadas a uma tabela de informações, tendo como base a localização destes elementos.

 Consulta à tabela de atributos: trata-se da recuperação da informação a partir da formulação de condições utilizando os operadores lógicos AND e OR. As condições podem ser estabelecidas com base nos atributos ou na localização dos elementos geográficos (consulta espacial) contidos em um banco de dados.  Consulta espacial: são formuladas a partir de condições baseadas na localização, na forma e nas relações topológicas dos elementos geográficos. Podem ser feitas com base em relações de proximidade, adjacência ou vizinhança, pertinência, interseção e geometria.

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 Classificação dos atributos: trata-se do estabelecimento de uma representação gráfica comum (cor, tipo e tamanho) dos elementos geográficos a partir da classificação dos atributos. Os atributos de uma mesma classe são representados graficamente de modo idêntico, o número de classes, o tipo de classificador e a representação gráfica dos elementos são definidos pelo usuário. Os tipos de classificadores geralmente utilizados são o quantil, intervalos iguais, desvio padrão, quebras naturais e valor único.

 Cálculo de medidas lineares e de área: cálculo da distância entre elementos geográficos, a extensão de feições lineares, a área e o perímetro de feições poligonais. Com base nestas medidas, outros cálculos podem ser feitos, como densidade por área, indicadores de fragmentação e da geometria de bacias hidrográficas.

 Cruzamento de camadas: gera-se um novo plano com as feições gráficas originadas do cruzamento das camadas envolvidas e com os atributos de um ou de todos os planos cruzados. Os cruzamentos são chamados de corte, interseção e união.

 Geração de áreas de proximidade: são gerados polígonos ao redor dos elementos a partir de uma distância definida pelo usuário ou de um atributo de distância vinculado aos elementos.

 Agregação espacial por atributos: a partir de uma camada com elementos de menor nível de agregação espacial, uma nova camada pode ser gerada com elementos de maior agregação. Uma nova tabela também pode ser construída a partir da agregação de registros com base em um atributo. A agregação dos registros pode se dar a partir de medidas estatísticas (média, moda, variância, desvio-padrão, soma).

A Figura 2.21 ilustra algumas aplicações práticas de SIGs tais como busca de informações com base em relacionamentos topológicos e comparações de custo em relação ao melhor caminho.

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(a) Relação custo x menor caminho (b) Relações topológicas

Figura 2.21 - Consultas espaciais realizadas em um SIG adaptada de (PINTO, 2009).

O Geoprocessamento é uma área do conhecimento, onde diversos tipos de informações geográficas são processados por meio de técnicas matemáticas e computacionais. O SIG é uma ferramenta do geoprocessamento. A utilização dessas ferramentas possibilita a criação de mapas temáticos, onde vários tipos de informações complexas da área em estudo podem ser sobrepostas e interpretadas, facilitando dessa maneira a tomada de decisão (KEMP, 2008).