Palestra ministrada no evento PGDay sobre PostGIS + PgRounting

1. Conceitos SIG
Sistema de informação geográfica

2. Sistema de informação geográfica
Permitem aos usuários criar consultas interativas,
analisar informações espaciais e editar dados
cartográficos.
Apresentar os resultados visualmente(mapas) em
todas essas operações.

3. Camadas
● Hidrografia (Meio ambiente)
● Rodovias, Ruas (Transporte)
● Zona, Setor, Talhões (Agricultura)
● Setor, Quadra, Lotes (Gestão municipal)
● Gasodutos, Válvulas (Redes Gás)
● Fibra óptica (Telecomunicações)
● Redes de água e esgoto (Saneamento Básico)

4. Feições
● Feição pode ser considerada a forma de representação
de objetos em uma mundo real.
● Para um ambiente computacional, um de feições do
mesmo tipo pode ser considerada uma camada.
● Ponto, Linha, Polígono

5. Representações geométricas
● Point. (Pontual)
● LineString. (Linear)
● LinearRing. (Linear Composta)
● Polygon (with holes). (Polígonos)
● MultiPoint.(Pontual Composta)
● MultiLineString.(Linear Composta)
● MultiPolygon. (Poligonal Composta)
● GeometryCollection. (Feições Mistas)

6. Representação em WKT
● POINT (100 300)
● LINESTRING (20 380, 60 340, 120 340, 160 280)
● POLYGON( ( 40 320, 60 380, 120 380, 160 300, 100
260, 40 320) )
● MULTIPOINT(40 300, 80 340, 120 280)
● MULTILINESTRING (( 20 360, 60 380, 100 340, 160
360),(40 280, 80 300, 100 280, 160 300))
● MULTIPOLYGON (((80 320, 60 260, 100 280,80 320),
(100 340, 140 360, 140 300, 100 340)))

7. Representação do mundo real

8. Como organizar camadas em um
padrão para Sistema de Informação
Geográfica

9. Organização das camadas
(Tabelas)

10. Organização das camadas
(Tabelas)
clientes.shp
clientes.shx
clientes.dbf
ruas.shp
ruas.shx
ruas.dbf
lotes.shp,
lotes.shx
lotes.dbf
elevacao.shp
elevacao.shx
elevacao.dbf
uso_territorial.shp
uso_territorial.shp
uso_territorial.dbf

11. Arquivos de exportação
Extensão Descrição
*.shp,*.shp,*.dbf) Arquivos de exportação ArcGIS
*.dxf,*.dwg Arquivos de exportação do AutoCAD
*.tab, *.map,*.dat,*.id Arquivos de exportação do MapInfo
Mais informações sobre formatos
http://en.wikipedia.org/wiki/GIS_file_formats

12. Entendendo o formato
Shapefile

13. Entendendo o formato
Shapefile

14. Importação dos arquivos

15. Importação dos arquivos

16. Comando de importação
● shp2pgsql.exe -s 4326 clientes.shp clientes > clientes.sql
shp2pgsql.exe – Aplicação instalada junto com a extensão PostGIS;
-s – Parâmetro usado para setar o sistema de coordenadas geográfico;
4326 – Numero equivalente ao sistema de coordenada
clientes.shp – E o nome ‘do arquivo’ shape que iremos importar.
clientes – Nome da Tabela que sera criada no banco de dados
PostgreSQL/PostGIS.
clientes.sql – Arquivo que sera gravado na pasta do “.exe” com a
expressão sql referente a criação da tabela espacial e seus atributos

17. Interface de importação
Instalado junto com o complemento
shp2pgsql-gui
● Importação de Shapefiles
● Uso via interface gráfica
● Instalação PostgreSQL
PostgreSQLversãobinpostgisguishp2pgs
ql-gui.exe

18. PostGIS - Entendendo as
funcionalidades disponíveis

19. Introdução PostGIS
● PostGIS e uma extensão ao banco de dados
objeto-relacional PostgreSQL ,
● Permite armazenamento de objetos SIG no
banco de dados .
● PostGIS inclui suporte para índices espaciais
e funções para analise e processamento de
objetos SIG.

20. Criando tabelas especiais
● Criando tabela com tipo de dados espacial
CREATE TABLE teste (gid serial primary key, name
varchar(20), geom geometry(LINESTRING) );
● Inserindo objeto GIS
INSERT INTO teste (ID, NAME, GEOM)
VALUES (1, 'Primeira Geometria',
ST_GeomFromText('LINESTRING(2 3,4 5,6 5,78)'));

21. Objetos SIG
● Os objetos GIS suportados pelo PostGIS
são um superconjunto dos "Simple Features"
● Definições OpenGIS Consortium (OGC).
● A partir da versão 0.9, PostGIS suporta
todos os objetos e funções especificado pelo
padrão OGC "Simple Features for SQL".

22. Padrões OpenGIS WKB e WKT
● A especificação OpenGIS define duas formas padrão de
expressar objetos espaciais:
● ( WKT ) Well-Known-Text
● (WKB) Well-Known-Binary.
● Ambos WKT e WKB incluir informações sobre o tipo do
objeto e as coordenadas que formam o objeto.

23. Exemplos de WKT
● POINT(0 0)
● LINESTRING(0 0,1 1,1 2)
● POLYGON((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1, 2 1, 2 2, 1 2,1 1))
● MULTIPOINT(0 0,1 2)
● MULTILINESTRING((0 0,1 1,1 2),(2 3,3 2,5 4))
● MULTIPOLYGON(((0 0,4 0,4 4,0 4,0 0),(1 1,2 1,2 2,1 2,1 1)), ((-1
-1,-1 -2,-2 -2,-2 -1,-1 -1)))
● GEOMETRYCOLLECTION(POINT(2 3),LINESTRING(2 3,3 4))

24. SRID (Spatial Reference System
Identifier )
● A especificação OpenGIS identificador de
sistema de referencia espacial ( SRID ) .
● O SRID e necessária quando a criação de
objetos espaciais para a inserção no
banco de dados.

25. SRID (Spatial Reference System
Identifier )
● Cada tipo de sistema de projeção, SRID
serve para um aglomerado territorial
específico.
● http://spatialreference.org/

26. Funções de conversão
● bytea WKB = ST_AsBinary(geometry);
● text WKT = ST_AsText(geometry);
● geometry = ST_GeomFromWKB(bytea
WKB, SRID);
● geometry = ST_GeometryFromText(text
WKT, SRID);

27. Exemplo
● Por exemplo, uma declaração válida de
inserção para criar e inserir um objeto
espacial OGC seria:
INSERT INTO tabela_geografica (
the_geom, the_name )
VALUES (
ST_GeomFromText('POINT(-126.4 45.32)',
312), 'Um lugar');

28. 2D e 3D
● POINT: Criando uma tabela com a geometria de pontos
2d
CREATE TABLE tabela_2d(gid serial PRIMARY KEY,
the_geog geography(POINT,4326) );
● Criando uma tabela com a coordenada z para o
ponto.
CREATE TABLE tabela_3d(gid serial PRIMARY KEY,
the_geog geography(POINTZ,4326) );

29. Metadados
● Para as informações das tabelas espaciais
SELECT * FROM geography_columns;
● Lista de sistemas de coordenadas
disponíveis
SELECT * FROM spatial_ref_sys

30. Metadados
Visão GEOMETRY_COLUMNS
● F_TABLE_SCHEMA - Esquema que a tabela foi criada
● F_TABLE_NAME - Nome da tabela espacial criada
● F_GEOMETRY_COLUMN - Nome da coluna espacial da tabela
● COORD_DIMENSION – Dimensões da geometria 2D, 3D ...
● SRID – Sistema de projeção de coordenadas
● TYPE – Ponto, Linha, Polígono ...

31. Metadados
● Tabela SPATIAL_REF_SYS
Onde são gravadas as informações sobre sistemas de
coordenadas utilizados no banco
● SRID – ID para sistema de projeção de coordenadas geográficas
● AUTH_NAME – Nome referência
● AUTH_SRID - Nome referência SRID
● SRTEXT – Datum que representa o conjunto de parâmetros que
define o sistema de coordenadas.
● PROJ4TEXT – Datum usado para a biblioteca de conversão postgis
PROJ4

32. Quando usar o tipo geográfico
ou o tipo geométrico
● Geográfico
longitude / latitude
ha menos funções definidas
● Geométrico
Conjunto maior de funções disponíveis
Projetado ou linear

33. Justificativas para uso de
tabelas Geográficas
● Dados globais, disponibilidade continental
● Um conhecimento restrito sobre sistemas
de coordenadas georreferenciados
● Uso de funcionalidades simples

34. Exemplo de um sistema
Geográfico
● WGS 84 :
● Sistema onde é possível representar os atributos espaciais de forma global.
● Fonte :http://spatialreference.org/

35. Justificativas para uso de
tabelas Geométricas
● Dados restritos a um estado ou município
por exemplo
● Número bem maior de funcionalidades
para cálculos geográficos
● Maior precisão na área mais restrita

36. Exemplo de um sistema
Geométrico
Sad69 / utm zone 23s :
Sistema que possibilita uma representação mais específica.
Fonte http://spatialreference.org/
Geográficas

37. Relacionamentos
● Topológicos: Determinam se dois objetos
interceptam-se ou não e qual o tipo de topologia
existente entre eles.
● Métricos: Relações que tratam da distancia existente
entre feições geográficas;
● De ordem: Diz como os objetos estão posicionados ou
relacionados entre si (a norte, ao sul, a direita, etc).

40. Índices espaciais

41. Índices espaciais
● Permite que o banco de dados tenha eficiência
● Grande volume de informações
● O PostgreSQL + PostGIS utiliza 3 tipos de índices.
● B-Tree (não espacial)
● R-Tree (espacial)
● GIST (espacial)

42. Índices espaciais (B-Trees)
● Usados para dados que podem ser
ordenados ao longo de um eixo.
● Dados não GIS (numero, letra inicial,
datas)
● Não e utilizado como índice espacial

43. Índices espaciais (R-Trees)
● Dividem os dados em retângulos,
subretângulos e sub-sub-retângulos e etc.
● R-Trees são usadas pelos bancos de
dados espaciais para indexar dados
cartográficos.

44. Índices espaciais (GIST)
● GIST (Generalized Search Trees)
● Dividem dados em:
● “things to one side” (feições para um lado)
● “things which overlap” (feições que se
sobrepõem)
● “things which are inside” (feições que estão
dentro)

45. Índices espaciais (GIST)
● Usado para acelerar consultas em estruturas geométricas
irregulares
CREATE INDEX NOME_INDICE ON NOME_TABELA USING
GIST (COLUNA_ESPACIAL)
● Forçando a atualização índice espacial com o comando.
VACUUM ANALYZE NOME_TABELA COLUNA_ESPACIAL

46. Índices (Vantagens)
● Na construção de uma "query" com
operadores
● Exemplo &&, pode tirar proveito do índice
espacial de GiST.
● Funções como distance() não pode usar o
índice para otimizar suas operações.

47. Operadores
&& → Este operador diz se caixa delimitada de uma
geometria sobrepõe caixa delimitada de outra.
~= → Estes operadores testam se duas geometrias são
geometricamente idênticas. Por exemplo,se '
POLYGON((0 0,1 1,1 0,0 0)) ' esta igual a '
POLYGON((0 0,1 1,1 0,0 0)) '.
= → Este operador e mais ingenuo, só testa se as caixas
delimitadas para geometrias são as mesmas.

48. Estrutura de dados

49. Funções PostGIS
● Link completo com as funções
disponibilizada pela extensão espacial
PostGIS
http://www.postgis.us/downloads/postgis20_c
heatsheet.html

50. Junções Espaciais
● Junções normais usam uma chave comum
SELECT a.var1, b.var2 FROM a,b WHERE a.id =
b.id
● Junções espaciais utilizam a chave universal de
localização
SELECT a.var1, b.var2 FROM a,b WHERE
ST_Intersects(a.geom = b.geom)

51. Junções Espaciais
● Relacione os bares que estão a 250
metros de um hospital
SELECT h.nome,b.nome, b.geometria
FROM hospitais h, bares b WHERE
h.nome = 'Santa casa de São Paulo' AND
DWITHIN( h.geometria,b.geometria, 250);

52. Junções Espaciais
CREATE VIEW areas_voto AS SELECT
ST_Intersection(
a.geometria, m.geometria
) AS intersection,
ST_Area(a.geometria) AS va_area,
m.name
FROM areas a, municipio m
WHERE ST_Intersects(
a.geometria, m.geometria
)
AND m.name='São Paulo';

53. Projeção de Coordenadas
Veja o SRID utilizando a função ST_SRID
SELECT ST_SRID(geometria) FROM
tabela_especial LIMIT 1;
SRID do sistema WGS 84
SELECT srtext FROM spatial_ref_sys
WHERE srid = 4326;

54. Projeção de Coordenadas
● "GEOGCS["WGS
84",DATUM["WGS_1984",SPHEROID["WGS
84",6378137,298.257223563,AUTHORITY[
"EPSG","7030"]],AUTHORITY["EPSG","63
26"]],PRIMEM["Greenwich",0,AUTHORITY
["EPSG","8901"]],UNIT["degree",0.017453
2925199433,AUTHORITY["EPSG","9122"]]
,AUTHORITY["EPSG","4326"]]"

55. Projeção de Coordenadas
● PROJ4 – Biblioteca de reprojeção usada
pelo PostGIS
SELECT proj4text FROM spatial_ref_sys
WHERE srid = 4326;
● "+proj=longlat +datum=WGS84 +no_defs "

56. Projeção de Coordenadas
● Para usar a reprojeção de coordenadas utiliza-se
a função ST_Transform
SELECT ST_AsText(geometria) FROM
rodovias LIMIT 1;
SELECT
ST_AsText(ST_Transform(geometria,4326))
FROM rodovias LIMIT 1;

57. Image Rasters

58. Matriz

59. Ortofoto

60. Raster gradiente

61. Temático

62. O que são bandas?

63. Composição RGB

64. Carregando e Criando
Rasters
● Para a maioria dos casos, carregar
arquivos raster existentes
● Usando o gerenciador raster2pgsql.
● Que é nativo no conjunto de aplicativos
postgis.
● Antes eram executados scripts python
GDAL para isso.

65. Usando raster2pgsql para
carregamento de arquivos raster
● O raster2pgsql é um carregador de arquivos
raster , Carrega arquivos suportados pelos
formatos raster GDAL em SQL.
● Adequado para o carregamento em uma tabela
espacial no PostGIS raster.
● Ele é capaz de carregar pastas com vários
arquivos raster.
● Criação de visões globais(overviews) de rasters

66. Exemplos
raster2pgsql -s 4236 -I -C -M *.tif -F -t 100x100 public.tabela_raster > raster.sql
psql -d nome_do_banco -f raster.sql
-s - <SRID> Atribuir saída raster com SRID especificado.
-l - OVERVIEW_FACTOR Criar visão geral(overview) do raster.
-C - Aplicando restrição raster -- srid, tamanho de pixel etc. para garantir que o
raster está devidamente registrado na visão(view) raster_columns.
-M - Vacuum analyze a tabela de raster.
-F - Adicionar coluna com o name do arquivo
-t TILE_SIZE - Cortar raster em partes(tiles) para ser inserido em um registro da
tabela (table row). TILE_SIZE é expressa como WIDTHxHEIGHT.

67. Rasters Overviews
● raster_overviews catálogos informações sobre as
colunas da tabela raster utilizados para overviews
● Overviews são catalogados em ambos raster_columns e
raster_overviews porque são rasters em seu próprio direito,
mas também servem a um propósito especial.
● Ser uma definição menos de uma tabela de resolução mais
alta(raster).
● Ele só é gerado quando parametrizamos -l no
carregamento do raster.

68. Página do INPE (catalogo de
imagens)
●Para acesso ao catalogo de imagens do
● INPE ( Instituto Nacional de Pesquisas
● Espaciais)
●  http://www.dgi.inpe.br/CDSR/

69. PGRouting
(Rotas e caminhos)

70. PgRouting
● PgRouting amplia à extensão espacial
PostGIS do banco PostgreSQL
● Funcionalidades de roteamento
geoespacial
● PgRouting está disponível sob a licença
GPLv2 e é apoiado por uma comunidade
crescente de indivíduos, empresas e
organizações.

71. Vantagens
● Dados podem ser visualizados por muitos
SIGS Opensource como QGIS, UDIG …
● Alterações podem ser aplicadas
instantaneamente, sem a necessidade de
realizar cálculos adicionais (prévios).
● O parâmetro "custo" pode ser calculado
de forma dinâmica através de SQL.

72. PgRouting fornece funções para:
● All Pairs Shortest Path, Johnson’s Algorithm
● All Pairs Shortest Path, Floyd-Warshall Algorithm
● Shortest Path A*
● Bi-directional Dijkstra Shortest Path
● Bi-directional A* Shortest Path
● Shortest Path Dijkstra
● Driving Distance
● K-Shortest Path, Multiple Alternative Paths
● K-Dijkstra, One to Many Shortest Path
● Traveling Sales Person
● Turn Restriction Shortest Path (TRSP)
● Shortest Path Shooting Star

73. OpenStreetMap e PgRouting
● OpenStreetMap é uma fonte de dados
perfeito para usar para pgRouting , porque
é livremente disponível e não tem
restrições técnicas em termos de
processamento de dados.

74. OpenStreetMap estrutura
de dados topológica :
● Nodes - são pontos com uma posição
geográfica.
● Ways - são listas de nós , o que representa
uma polilinha ou polígono.
● Relations - são grupos de nós , caminhos e
outras relações que podem ser atribuídos
determinadas propriedades.
● Tags - podem ser aplicadas a nós , formas ou
relações e consistem de pares name = value.

75. osm2pgrouting
● osm2pgrouting é uma ferramenta de linha de
comando que facilita a importação de dados do
OpenStreetMap em um banco de dados
pgRouting .
● Baseia-se a topologia da rede de roteamento
automaticamente e cria as tabelas para os tipos
de recursos e classes de estradas.
osm2pgrouting foi escrito principalmente por
Daniel Wendt e agora está hospedado no site
do projeto pgRouting

76. Windows OSM2PO - Routing On
OpenStreetMap
● C:osm2po-4.2.30>java -jar osm2po-core-
4.2.30-signed.jar prefix=at
"C:tempmap.osm.pbf"
● psql -U [username] -d [dbname] -q -f
"C:osm2po-4.2.30atat_2po_4pgr.sql"

77. Exemplo
Vamos testar agora! Rota da source(origem) # 1 para target(destino) # 3000 usando
pgr_dijkstra:
SELECT seq, id1 AS node, id2 AS edge, cost, geom
FROM pgr_dijkstra(
'SELECT id, source, target, st_length(geom) as cost
FROM
network.logradouro',
1, 3000, false, false) as di
JOIN network.logradouro log
ON di.id2 = log.id ;

79. Midware Geoserver
Acesso aos serviços WMS e WFS

80. WMS – Web Map Service
● Interface HTTP simples
● Interface usada para solicitar imagens para
o cliente
● Imagens estas que são geradas a partir de
uma fonte de dados espacial
● Essas imagens são geradas pelo midware
(Geoserver)

81. WMS – Web Map Service
● http://<endereco>:<posta>/geoserver/workspace/wms
● ?service=WMS
● &version=1.1.0
● &request=GetMap
● &layers=sao_paulo_ws:cidades_principais
● &styles=default
● &bbox=xmin,ymin,xmax,ymax
● &width=531&height=330
● &srs=EPSG:4326
● &format=image%2Fpng

82. WMS – Web Map Service
Executando camada WMS via navegador

83. Servico pelo WMS via
OpenLayers

84. WFS – Web Feature Service
● Padrão OGC WFS permite que um cliente
recupere dados geoespaciais codificados
● Estes dados podem atuar em vários
formatos também OGC
● Exemplo GML (Geography Markup
Language) ou GeoJson ...
● Em vários serviços Web Feature "

85. WFS – Web Feature Service
● http://endereco:porta/geoserver/workspace/ows
● ?service=WFS //tipo
● &version=1.0.0 //versao
● &request=GetFeature //metodo
● &typeName=sao_paulo_ws:cidades_principais
● &maxFeatures=50 //qtde feições
● &outputFormat=json // formato de resposta
// geojson ou gml

86. GeoJSON
● {"type":"FeatureCollection","features":
[{"type":"Feature","id":"tasmania_cities.1","geometry":
{"type":"MultiPoint","coordinates":[[147.2910004483,-
42.851001816890005]]},"geometry_name":"the_geom","proper
ties":
{"CITY_NAME":"Hobart","ADMIN_NAME":"Tasmania","CNTRY
_NAME":"Australia","STATUS":"Provincial
capital","POP_CLASS":"100,000 to 250,000"}}],"crs":
{"type":"EPSG","properties":{"code":"4326"}}}

87. GML

88. Outros formatos

89. Dicas
● Se necessário, use funções PostGIS em instruções escritas com
PL/pgSQL.
● A utilização criteriosa dos índices espaciais pode contribuir no
desempenho durante a execução das consultas.
● O ajuste do banco de dados certamente faz diferença (performance
tuning).
● As copias de segurança devem ser mantidas sempre atualizadas
(estrategia de backup).
● Permissões de acessos aos objetos também deve ser revista
periodicamente (politica de segurança).

90. Exemplo de aplicação

92. Referências
http://postgis.net.
http://pgbr.postgresql.org.br/2009/palestras/aud1/
http://www.slideshare.net/aitproeg/postgis
http://docs.geoserver.org/
http://www.opengeospatial.org/standards

93. Sorteio
● Sorteio de 5 cursos da GeoCursos
● http://goo.gl/oSOZgy

94. Obrigado!
Jairo de Almeida
jairodealmeida@gmail.com