Discrete National Grid Systems/pt
Padrão similar ao DGGS (discrete global grid system), onde o ambicioso "G" de global foi trocado pelo "N" de nacional: Sistema de Grade Discreta Nacional, abreviado do inglês como DNGS (discrete national grid system). O padrão DNGS é orientado ao conhecimento aberto e a países onde já existe uma projeção oficial, tipicamente igual-área adotada pela grade do Censo.
O DNGS é a solução dos problemas do bom geocódigo e é livre do problema inerente das projeções DGGS, oferecendo um leque maior de aplicações, e garantia de bons geocódigos: o protocolo geo URI estendido e as convenções GGeohash fazem parte da recomendação para geocódigos nacionais.
É pressuposto que a maturidade e consolidação de diversos países em torno do padrão DNGS propiciaria, a longo prazo, a adoção "extensões DNGS" consensuais e aderentes ao padrão DGGS.
Padronização pelo metro
Conforme a convenção IEC de prefixos binários, múltiplos de 1024 metros são abreviados como Kim (kilobinary meter).
Apesar de reusar, o padrão DNGS difere totalmente do DGGS em um aspecto: a preocupação de compatibilizar dados, de forma independente da projeção. Dados de dois países podem ser unificados ou comparados de maneira simples e sem custo. O requisito fundamental, para estudos comparativos sem reamostragem, é apenas que as grades sejam igual-área e suas células de mesma área.
O padrão DNGS elegeu a grade igual-area de 1 metro e o fator de refinamento 4 como referência (células em potências de 2), enquanto no DGGS a referência é a célula poliédrica de nível L0, sem fator de refinamento padronizado.
No padrão DNGS não importa se dois países usaram uma mesma projeção ou não, a compatibilidade é garantida. Isso permite que no futuro cada país, no seu tempo, migre da projeção local para uma projeção global DGGS (sugerimos a DT) sem maior impacto, cada país no seu tempo.
Poliedro irregular de nações
- Resumido de DNGS/Poliedro das nações.
A exemplo do padrão DGGS podemos imaginar as projeções do DNGS formando um poliedro, porém irregular. Se imaginarmos cada nação recortando o globo através de uma face plana com exatamente os seus limites territoriais, a superfície terrestre será um mosaico de faces. Podemos alias, para ter um mosaico completo, incluir os oceanos (mar internacional).
A vantagem dessa abstração não é apenas proporcionar um critério de comparação, é também destacar que os padrões nacionais podem ser compatibilizados: a única coisa difícil de se obter consenso é a projeção, mas todo o restante das regras DGGS pode ser igual para todos os países. Resumidamente a projeção DNGS consiste de:
- Para países sem projeção oficial e satisfeitos com um padrão global (sem maior precisão local), usar uma das 7 projeções azimutais continentais.
PS: eventual migração para projeção local pode ser baseada em mosaico de azimutais similares ou linearmente ajustadas.
- Para países mais exigentes, usar a projeção igual-area oficial. Seriam no máximo da ordem de 200 projeções.
- Para oceanos, usar uma projeção DGGS satisfatória, tendo em vista que a superfície oceânica é mais próxima do geoide. Na análise oceanográfica, aparentemente, o mais importante é a padronização do globo.
Conclusão: é um mosaico com ~200 faces (e pressão técnica por redução), de modo que 8 bits (máximo de 256 faces irregulares) garantem uma reserva para futuras inclusões ou modificações.
Como projeções de países menores podem reusar projeções de países maiores, o mosaico de assemelha também ao DDI:
Perspectiva de 20 a 50 anos
O padrão DNGS precisa ser durável, ou seja, todos os pressupostos, principalmente os de estabilidade dos territórios nacionais, precisam ser realistas. Análises históricas garantem que os territórios nacionais permaneceram por mais 20 anos e que eventuais desmembramentos (como ocorrido na antiga União Soviética) podem ser absorvidos por ~10 IDs de reserva neste período.
O padrão DNGS, numa perspectiva de décadas, a exemplo dos códigos postais precisa estar aberto a revisões e uma certa dinâmica. Acreditamos após uma primeira revisão depois de 20 anos as tecnologias DGGS estejam mais maduras e possa ser iniciada uma transição, com revisões periódicas a cada 5 anos, conforme adesão dos países a um DGGS oficial.
Projeções nacionais também podem sofrer ajustes e otimizações com a evolução tecnológica. Esses ajustes também devem ser considerados em uma perspectiva de décadas.
PS: quando uma nação decide elevar a precisão, está também decidindo não-aderir à proposta de um DGGS internacional.
Outra variável importante a se considerar é a "taxa de adesão ao DNGS" e a data-adesão de cada país: na melhor hipótese seriam poucos países aderindo por ano. Cada um começando a contar seus 20 anos a partir da data-adesão, quando ficam congeladas as configurações DNGS oficiais do país. Nesse contexto são menos que 100 países, e uma distância de décadas entre o primeiro e o último país a aderir ao DNGS.
PS: conforme a lista de estados soberanos e os critérios adotados, o número de nações pode variar de ~190 a ~210 países. Como o DNGS prevê até 256, a reserva de ~50 IDs é considerada suficiente.
Seletor de jurisdição
- Resumido de DNGS/Proj.
O padrão DNGS também prevê as convenções necessárias para, num ponto Latitude-Longitude qualquer do globo, decidir qual face do mosaico usar — ou seja, qual nação (território de jurisdição nacional) e portanto qual projeção. Tecnicamente o algoritmo precisa selecionar com rapidez e baixo custo de CPU a jurisdição do ponto.
A decisão sobre qual jurisdição usar depende do contexto, que pode ser dado a priori. O algoritmo seletor é recrutado apenas nos raros casos de validação ou onde o usuário ou a interface não sabem em que país estão. Para tais situações o custo de CPU pode ser reduzido restringindo a análise de polígonos delimitadores de países às regiões de fronteira.
O algorítmo de seleção adotado é baseada nas BBOXes de cada país. O consumo de CPU para verificar se um ponto está dentro dos 4 pontos que delimitam a BBOX é sempre menor do que o consumo para verificar se está dentro de um polígono com centenas (ou milhares) de pontos.
Abaixo o exemplo dos vizinhos Brasil (BR), Colômbia (CO), Equador (EC) e Uruguai (UY). A interseção de fato é apenas um pequeno retângulo, onde destacamos em colorido a área de decisão baseada nas fronteiras. Nas demais áreas há um único país por BBOX, de modo que a decisão é simples e rápida. Para simplificar e reduzir custos é suposto também que as porções de oceano dentro da BBOX do país são do país. Analogamente, países que ainda não adotaram o DNGS são ignorados.
A BBOX original de cada país é decomposta em BBOXes de dois tipos, "puras" e "de fronteira". As puras permitem rápida decisão (alta performance), enquanto as de fronteira requerem avaliação de pertinência ao polígono de fronteira (menor performance). Abaixo o resultado da decomposição quando analisando apenas Brasil e Colômbia.
Requisitos dos países
Onde o padrão DGGS é genérico, oferecendo um grande leque de alternativas, tornando-o complexo e de difícil interoperabilidade, o padrão DNGS é simples, aberto e interoperável. Buscou-se tomar algumas decisões técnicas consistentes com os requisitos dos países, reduzindo o leque de alternativas e o risco de se esbarrar em tecnologias proprietárias.
A tecnologia DNGS precisa satisfazer as necessidades dos países, principalmente países mais pobres e ainda sem maior maturidade digital. Elas foram destacadas pela comunidade OpenStreetMap e fundamentadas no Open Data Index:
- Garantir que a tecnologia adotada a partir de 2023 esteja isenta de direitos autorais (sem risco de patentes ou copyright).
- Garantir que a mesma grade possa ser reutilizada em diferentes aplicações (grade multifinalitária);
- Garantir que toda célula possa ser identificada por um índice computacionalmente eficiente e ao mesmo tempo com representação em geocódigo eficiente (hierárquico, curto e legível para o ser humano).
- Garantir pelo menos três aplicações fundamentais para o país sejam totalmente interoperáveis:
A garantia de reuso em diversas aplicações garante o retorno de investimento em padronização, minimizando o custo financeiro de implantação da tecnologia e o custo humano de memorização dos geocódigos.
Convenções fixadas pelos requisitos
PS: a grade científica, por aceitar "níveis meio", adota o dobro de níveis (40 para Brasil e 28 para Colômbia).
Os requisitos foram complementados por fatos científicos e matemáticos, que em conjunto eliminaram diversas alternativas permitidas pelo padrão DGGS. Por exemplo, pode-se comprovar matematicamente que um mosaico de ladrilhos hexagonais jamais será hierárquico, no sentido de células-mãe corresponderem exatamente à união das células-filhas.
Resumidamente, foram estas as convenções resultantes, ou seja, são regras obrigatórias para todos os países que desejarem se filiar ao padrão DNGS:
- Células quadriláteras, com lado medindo potências de 2 em sistema hierárquico de grade, iniciando pelo metro (tabela ao lado).
- Geometria da grade e indexação espacial implementadas por uma das opções de Geohash generalizado.
- Sistema de grades com identificadores internos de célula expressos como Código natural hInt64 de até 56 bits, que inicia pelos 8 bits identificadores da nação (~200 nações mais reserva e oceanos). Permite operações quadtree de até 40 níveis, busca hierarquica otimizada.
- Geocódigos da grade científica expressos através da base base16h, tendo o código ISO da nação como prefixo.
- Geocódigos da grade logística compostos de prefixo e sufixo. Prefixo nominal, baseado no padrão ISO 3166‑2 estendido (tipicamente até municípios) ou padrão postal do país, e sufixo com geocódigo de grade.
Quando o pais (de território grande) optou por geocódigo logístico mais compacto:- Adoção de "grade logística" derivada da grade científica, organizado de 5 em 5 bits a partir do metro, e respectivo geocódigo base32, mais compacto que a base16h.
- APIs e modelo de referência reusados do padrão DGGS (depois de ajustados de global para nacional).
- Compatibilidade com o padrão Geo URI estendida.
Na prática o DNGS resulta em poucos "graus de liberdade" para os países. Ainda assim, essa liberdade foi traduzida em termos de "decisões soberanas de cada país".
Conformidade DNGS
A conformidade DNGS pode ser expressa como "conformidade parcial com DGGS".
... Ver itens válidos para DNGS em https://docs.ogc.org/as/20-040r3/20-040r3.html#toc9
Adaptações em substituições de DGGS
Em 8.1. DGGS Core package conformance classes:
- GlobeGeometry ⥰ NationGeometry
- DiscreteGlobalGrid ⥰ DiscreteNationalGrids
- ...
Conformidade comum DGGS
Ver operações via API em https://opengeospatial.github.io/ogcna-auto-review/21-038.html
Conformidade exclusiva DNGS
O principal acréscimo na DNGS, de características que não existem em DGGS, refere-se à representação dos identificadores de célula como geocódigo (legível ao humano) e como bitstring 64 bits (indexador).
... Decidir se inclui aqui também osmc:Convenções/Grade_científica_multifinalitária#Convenção_resultante.
Dedução e justificativas
A seguir a análise de fundamentação científica para as escolhas adotadas.
... EM CONSTRUÇÃO ... (usar links com páginas já prontas)
Ver também
- DNGS/Proj
- DNGS/Glossário
- DGGS
- OSMC
- INDE Infraestrutura do país