BASE DE DADOS GEORREFERENCIADOS

Qualidade de Dados: Uma abordagem geoespacial

• A cartografia é dedicada a representar modelos do mundo real. A acuracidade de um produto cartográfico é determinada por sua conformidade com um modelo abstrato da realidade, a qual é descrita nas especificações técnicas (terreno nominal) do Conjunto de Dados Espaciais (CDG), conforme ilustram as figuras abaixo.

Qualidade de um produto cartográfico

• Segundo a Comissão Nacional de Cartografia um dado espacial descreve um fenômeno associado a alguma dimensão espacial. Um dado geográfico ou geoespacial ou georreferenciado é um dado espacial em que a dimensão espacial está associada à sua localização na superfície terrestre, em determinado instante ou período de tempo. Neste documento é utilizado tanto o termo geoespacial, quanto espacial.

• Um modelo é uma abstração de alguma coisa, cujo propósito é permitir que se conheça-a antes de construí-la.
• Um produto geocientífico diz respeito a todo e qualquer dado ou informação geoespacial, que se distingue, essencialmente, pela sua associação à superfície terrestre, acrescido do conhecimento ou fenômenos geográficos retratados.

Conceitos de Qualidade

• Os conceitos de qualidade, sua concepção ao longo do tempo e aplicação de seus princípios, são fundamentais na avaliação do conjunto de dados espaciais. Dessa forma, para abordá-los na avaliação da qualidade de dados geoespaciais, deve-se considerar os conceitos dos elementos de qualidade de dados espaciais; as perspectivas de qualidade do produtor e do usuário de informações geoespaciais; e o desenvolvimento de normas internacionais de qualidade e sua adoção em nível nacional.
• Nos dias atuais existe um consenso na definição de qualidade, no qual é descrita como "a totalidade de características de um produto ou serviço que lhe conferem aptidões para satisfazer necessidades explícitas e implícitas".
• Em paralelo à evolução dos conceitos de qualidade e sua gestão, a aplicação da estatística no controle de qualidade surge praticamente na mesma época. Em razão do aumento da capacidade produtiva, a inspeção completa dos produtos tornou-se cada vez mais inviável, houve demanda pela inspeção por amostragem e o uso de ferramentas estatísticas.

Qualidade do Produto vs Qualidade do Processo

• Existem dois aspectos de qualidade que surgem de pontos de vista completamente diferentes na hora de abordar o problema: a qualidade do produto versus a qualidade do processo.
• O primeiro, que considera a qualidade do produto final, visa determinar de forma estatística e objetiva a qualidade do produto, sem se preocupar com o processo de produção, o que se configura numa autêntica caixa preta na qual interessa somente a saída, ou seja, o resultado final.
• O segundo, que considera a qualidade do processo, visa na maior ou menor adequação do processo de produção e fornecimento de um bem ou de um serviço e, num sentido mais geral, da qualidade da organização produtora, e por consequência, se o processo de produção for correto e adequado, logicamente o resultado também o será. Além disso, inclui uma série de aspectos de grande relevância, que envolvem o bem produzido: prazo de entrega; garantia; serviço pós-venda; atualização do produto; preço; instruções de uso; e outros de interesse do produtor, dos usuários e de suas aplicações.
• A ideia de controlar um processo para conseguir melhorias é totalmente diferente daquela de inspecionar produtos para identificar os não conformes, embora os dois procedimentos utilizem em parte as mesmas ferramentas estatísticas.
• Ressalta-se que, neste documento, é abordada a inspeção de produtos cartográficos. Entretanto, as métricas adotadas podem ser aplicadas durante o processo de produção de qualquer conjunto de dados espaciais.

Visão do Produtor vs Visão do Usuário

• A qualidade de dados espaciais depende internamente da percepção do produtor e, externamente da percepção do usuário. Para os produtores, os fatores que determinam a qualidade são: a precisão geométrica e semântica; a genealogia dos dados; a consistência lógica; bem como a integridade dos dados. A preocupação do usuário, por outro lado, é a adequação ao uso, ou ao nível de aptidão entre os dados e suas necessidades, definidos em termos de acessibilidade; interpretação; relevância; completude; facilidade de compreensão; e custo. A figura abaixo ilustra a percepção destes dois ponto de vista.

Visão do produtor versus visão do usuário

Normas para Dados Geoespaciais

• Nesta seção são apresentadas as normas, padrões e demais referências a serem consideradas na avaliação da qualidade de dados geoespaciais, agrupadas em normas internacionais e normas nacionais.

Normas Internacionais para Dados Geoespaciais

• A série ISO 19100 é relativa a dados espaciais. As normas citadas abaixo são ligadas à qualidade de dados espaciais:
• ISO 19115 - Metadados geográficos;
• ISO 19122 - Qualificação e certificação de pessoal;
• ISO 19127 - Códigos e parâmetros geodésicos;
• ISO 19131 - Especificação do produto dos dados geográficos;
• ISO 19139 - Metadados - Implementação do esquema Extensible Markup Language - XML;
• ISO 19157 - Qualidade de dados (homologada em dezembro de 2013), substitui as seguintes normas:
• ISO 19113 - Princípio de qualidade;
• ISO 19114 - Procedimentos para avaliação da qualidade e a;
• ISO 19138 - Medidas de qualidade de dados.
• As normas ISO de qualidade de dados espaciais encontraram-se em constante desenvolvimento. Estas apresentam desde informações conceituais até exemplos práticos relatando a aplicação de medidas de qualidade, baseadas nos elementos de qualidade e nas especificações técnicas do conjunto de dados.
• As normas são relacionadas entre si e a aplicação de uma recai sobre requisitos presentes em outra.
• Em relação aos procedimentos de inspeção amostral, as seguintes normas internacionais podem ser consideradas:
• ISO 2859-0 - Procedimentos de amostragem para inspeção por atributos - parte 0: Introdução ao sistema de amostragem de atributos para a ISO 2859;
• ISO 2859-1 - Procedimentos de amostragem para inspeção por atributos - parte 1: Planos de amostragem segundo o Limite de Qualidade de Aceitável (Acceptance Quality Limit - LQA) para a inspeção de lotes por lote;
• ISO 2859-2 - Procedimentos de amostragem para inspeção por atributos - parte 2: Planos de amostragem segundo a Qualidade Limite (Limiting Quality - QL) para inspeção de lotes isolados;
• ISO 3951-1 - Procedimento de amostragem para inspeção por variáveis - parte 1: Especificação para planos de amostragem simples segundo o LQA para inspeção lote por lote para uma propriedade de qualidade única e um único LQA;
• ISO 3951-2 - Procedimento de amostragem para inspeção por variáveis - parte 2: Especificação geral para planos de amostragem simples segundo o LQA para a inspeção lote por lote com propriedades de qualidade independentes.
• A figura abaixo ilustra uma pirâmide de implementação de normas ISO, para atingir a satisfação dos clientes de dados geoespaciais. A base é o uso da Norma ISO 9001 para a implementação do gerenciamento de sistemas de qualidade, aliada ao uso das Normas ISO 19157 e ISO 19115, sobre qualidade de dados espaciais e metadados, respectivamente.

Pirâmide de implementação de normas ISO

Normas Nacionais para Dados Geoespaciais

• A Infraestrutura Nacional de Dados Espaciais - INDE, do Brasil, apresenta uma série de normas existentes, além de outras em processo de elaboração e homologação, conforme ilustra o quadro abaixo.

Pirâmide de implementação de normas ISO

• Em relação aos procedimentos de inspeção amostral, as seguintes normas nacionais, da Associação Brasileira de Normas Técnicas - ABNT, podem ser consideradas:
• NBR 5425 - Guia para inspeção por amostragem no controle e certificação de qualidade;
• NBR 5426 - Planos de amostragem e procedimentos na inspeção por atributos;
• NBR 5427 - Guia para utilização da NBR 5426 - Planos de amostragem e procedimentos na inspeção por atributos.

Elementos de Qualidade de Dados Espaciais

• Os elementos de qualidade de dados espaciais são componentes que descrevem aspectos de qualidade do dado geoespacial. A Norma ISO 19157:2013 aborda seis elementos de qualidade de dados espaciais: completude; acurácia posicional; acurácia temática; acurácia temporal; consistência lógica; usabilidade e seus respectivos subelementos, conforme apresenta o quadro.

Elementos de qualidade de dados espaciais

Consistência Lógica

• A consistência lógica é o elemento de qualidade de dados espaciais cujo objetivo é avaliar a integridade estrutural de um conjunto de dados, por meio do grau de aderência deste conjunto de dados às regras lógicas do modelo de dados espaciais utilizados.
• Segundo a Norma ISO 19157:2013, o elemento de qualidade de consistência lógica subdivide-se em quatro subelementos:
• Consistência conceitual - analise a aderência do conjunto de dados espaciais às regras do esquema conceitual, ou seja, ao universo de discussão;
• Consistência de domínio - avalia a conformidade em relação a valores de domínios preestabelecidos;
• Consistência de formato - considera o grau em que os dados são armazenamentos de acordo com a estrutura física do conjunto de dados, isto é, examina o modelo de armazenamento para uma estrutura de dados de um hardware específico ou ambiente de software;
• Consistência topológica - refere-se aos aspectos geométricos e topológicos da informação espacial, como situações de adjacência e pertinência.
• Na prática, especificamente para bases cartográficas, as inspeções de consistência topológica foram agrupadas em três grupos:
• Validação topológica na mesma classe - visa identificar inconsistências na geometria e conectividade da classe. A correção dos erros topológicos identificados pode ser automática e/ou manual;
• Validação topológica entre classes - visa identificar inconsistências de conectividade entre classes, baseada no modelo de dados da Especificação Técnica da Estrutura de Dados Geoespaciais Vetoriais ET-EDGV. A correção dos erros topológicos identificados pode ser automática e/ou manual e;
• Validação topológica específica - visa abordar situações não explicitados no modelo de dados. Estas aferições podem ser realizadas de forma automática, quando possível, ou por meio de inspeções visuais no conjunto de dados.
• A área de abrangência dos dados geoespaciais e as classes de feições geográficas, previstas na especificação técnica do produto, podem ser consideradas nas inspeções de qualidade de consistência lógica e/ou completude. Deve haver coerência entre a área de aquisição do produto cartográfico, a fim de garantir representações homogêneas no conjunto de dados.
• A ausência de classes de feições geográficas, previstas na especificação técnica do produto, pode ser levada em consideração.
• A figura ilustra uma inspeção de consistência topológica, na mesma classe, realizada sobre a classe de feições "municípios". Foram identificados problemas de conectividade, em função da não coincidência (Non-coincident intersecting) entre os limites municipais.

Inspeção de consistência topológica em limites municipais

Completude

• Descreve a presença ou ausência de instâncias de feições, relacionamentos e atributos.
• É a relação entre os objetos representados no conjunto de dados espaciais e os que conformam o modelo cartográfico da realidade (terreno nominal).
• O conceito de completude subdivide-se em: omissão e comissão.

• A figura exemplifica uma inspeção de completude, orientada por área, onde foram identificados casos de omissão e comissão de feições geográficas da categoria "hidrografia".

Acurácia Posicional

• A acurácia posicional é uma propriedade tradicional e emblemática das produções cartográficas, existindo um grande número de referências em relação ao tema. Esta componente de qualidade faz referência a acurácia planimétrica e altimétrica do conjunto de dados.
• Segundo a Norma ISO 19157:2013, a acurácia posicional é composta de três subelementos:
• Acurácia posicional absoluta ou externa - proximidade entre os valores de coordenadas observadas no produto cartográfico e os valores de coordenadas de seu homólogo, considerado como verdadeiro;
• Acurácia posicional relativa ou interna - proximidade entre os valores de coordenadas observadas com a posição relativa de outras feições geográficas no conjunto de dados e suas respectivas posições aceitáveis ou consideradas como verdadeiras e;
• Acurácia posicional dos dados em grade - proximidade da posição de uma grade de dados, ou seja, na estrutura matricial, com o valor aceitável ou considerado como verdadeiro.

Padrão de Exatidão Cartográfica

• Para acurácia posicional absoluta, o Padrão de Exatidão Cartográfica (PEC), regulado pelas normas técnicas da cartografia nacional por meio do Decreto nº 89.817, de 20 de junho de 1984, pode ser adotado como parâmetro a fim de estabelecer um nível de conformidade do produto cartográfico avaliado, de acordo com os quadros abaixo.

 PEC Planimétrico

 PEC Altimétrico

  

• A figura mostra uma inspeção de acurácia posicional relativa, orientada por área. Foram identificados problemas na extração automática de drenagem, a partir do Modelo Digital de Elevação (MDE). O posicionamento da feição geográfica de trecho de drenagem está deslocado em relação à posição considerada como verdadeira na imagem ortorretificada. Este tipo de violação é classificado como acurácia posicional relativa. Nesta inspeção também foram apontados casos de omissão.

Inspeção de acurácia posicional relativa

Acurácia Temática

• A componente temática refere-se à acurácia dos atributos de um conjunto de dados espaciais em relação à verdade do terreno.
• Segundo a Norma ISO 19157: 2013, a acurácia temática é a classificação correta entre as classes e seus atributos em relação a um universo de discussão, definindo dois tipos de atributos: quantitativos e não quantitativos. A norma define três subelementos:
• Correção da classificação - comparação da representação da classe de feições e/ou seus atributos, no universo de discussão, com a realidade de terreno. Por exemplo: (I) o revestimento (tipo de pavimentação) de um trecho rodoviário é pavimentado, mas foi classificado como sem revestimento (leito natural); (II) a sigla (código do trecho rodoviário) de uma rodovia é BR-116, mas foi classificada como MG-116; e (III) a jurisdição da rodovia BR-101 é federal, mas foi classificada como municipal;
• Correção dos atributos não quantitativos - avaliar se um atributo não quantitativo está correto ou incorreto. Por exemplo: o nome geográfico (toponímia) correto de uma feição geográfica de trecho de drenagem é Rio Santo Antônio, mas foi preenchido como Córrego Santo Antônio;
• Acurácia dos atributos quantitativos - proximidade do valor de um atributo quantitativo com um valor conhecido ou aceito como verdadeiro. Por exemplo: o número de pistas de um trecho rodoviário; a potência, outorgada pela Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL, em kw (quilowatt), da estação geradora de energia elétrica; a altitude oficial de uma pista ou ponto de pouso, em metros, segundo o Departamento de Controle do Espaço Aéreo, subordinado ao Comando da Aeronáutica.
• Esta componente de qualidade não é exclusiva de mapas temáticos, pois qualquer elemento representado em um mapa pertence a um tema, como construções, nascentes, vértices geodésicos, que também podem submeter-se a um estudo sobre sua classificação correta ou não.
• A figura mostra uma inspeção de acurácia temática, orientada por feição, referente ao nome geográfico da classe trecho de drenagem. O nome correto é Riacho da Macambira, conforme consta no fotolito azul da folha topográfica, e não Riacho Macambira, como está na base cartográfica.

Inspeção de acurácia temática de nomes geográficos

Acurácia Temporal

• O tempo é uma característica fundamental para julgar a qualidade dos dados, mas para gerenciar esta informação deve-se considerar a que tempo se refere:

• Ao tempo lógico do evento, ou seja, quando ocorreram as mudanças no mundo real;

• Ao tempo da observação da evidência;ou

• Ao tempo em que é realizada a carga das mudanças no banco de dados.

• A forma mais simples de incluir o tempo é inseri-lo como um atributo, entretanto o desejável seria poder gerenciá-lo como uma dimensão a mais.
• A data da entrada de dados, ou a data da sua revisão, é um fator importante para o usuário quando julgar a qualidade dos dados, no sentido de aptidão para o uso. A acurácia temporal diz respeito às datas de aquisição de dados, tipos de atualizações e períodos de validade.
• Desta forma, para a Norma ISO 19157:2013, a acurácia temporal é composta de três subelementos:
• Acurácia de uma medida temporal - correta referência temporal do item avaliado. Por exemplo:a data do insumo utilizado na aquisição do dado geoespacial é de 2011, entretanto a data de lançamento no produto cartográfico foi em 2013;
• Consistência temporal - correta ordem de eventos ou sequência, se relatado. Por exemplo: avaliação da variação de uma série de dados geoespaciais, ao longo do tempo, da biodiversidade brasileira;
• Validade temporal - é a validade dos dados em respeito a um determinado tempo. Por exemplo: a duração da validade de um atributo de um dado geoespacial pode estar vinculada até uma determinada data, a um período de tempo ou a uma sazonalidade (periodicidade). 

 Usabilidade

• A usabilidade é o aspecto de qualidade baseado aos requisitos específicos de usuários e/ou universos de discussão, onde todos os elementos de qualidade de dados espaciais podem ser utilizados na sua avaliação. Este elemento de qualidade avalia se um produto atende a especificações de determinados usuários, por meio de indicadores específicos, tais como: eficácia, eficiência e satisfação num contexto de uso específico.
• A avaliação de usabilidade pode ser baseada em requisitos específicos de usuários e/ou universos de discussão. Neste caso, o elemento de usabilidade deve ser usado para descrever informações específicas de qualidade sobre a adequação de um conjunto de dados para uma determinada aplicação ou a conformidade com um conjunto de requisitos. Em relação aos nomes geográficos, como exemplo, ao avaliar a compatibilidade de sua representação nas diferentes escalas do mapeamento sistemático topográfico do Brasil, essa inspeção de qualidade utiliza mais de um elemento de qualidade. Logo, pode ser classificada como usabilidade.