Discrete National Grid Systems/pt

De Documentação

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.

Poliedro irregular de nações

Visão artística das células de cobertura nacional formando um mosaico global.
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 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.

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 resservas reservas 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 locais também podem sofrer ajustes e otimizações com a evolução tecnológica, distanciando-se ainda mais da proposta de um DGGS internacional. Esses ajustes também devem ser considerados em uma perspectiva de décadas.

Outra variável importante a se considerar é a "taxa de adesão ao DNGS" e a data-inicio de cada país: na melhor hipótese seriam poucos países aderindo por ano. Cada um começando a contar seus 20 anos a partir da data-início, quando ficam congeladas as configurações DNGS 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.

Seletor de jurisdição

Resumido de DNGS/Proj.

O padrão DNGS também prevê as convenções necessárias para, num ponto qualquer do globo, se decidir qual face do mosaico usar. Tecnicamente o algoritmo precisa selecionar com rapidez e baixo custo de CPU a jurisdição do ponto.

Conforme a interface, a decisão sobre qual jurisdição usar depende do contexto, já dado a priori. O algoritmo seletor é recrutado nos casos onde o usuário ou a interface não sabem em que país estão.

A decisão algorítmica adotada é baseada nos BBOXes de cada país. 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 (baseada em BBOXes apenas) é simples e rápida.

DNGS-BBOXes-exemplo2.png

A BBOX original de cada país é decomposta em BBOXes "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:

  1. Garantir que a tecnologia adotada a partir de 2023 esteja isenta de direitos autorais (sem risco de patentes ou copyright).
  2. Garantir que a mesma grade possa ser reutilizada em diferentes aplicações (grade multifinalitária);
  3. 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).
  4. Garantir pelo menos três aplicações fundamentais para o país sejam totalmente interoperáveis:
    • geocódigo de endereçamento postal;
    • grade estatística do Censo; e
    • cobertura de geocódigos quadtree de lote rural,
      com precisão de demarcação e medição de área satisfatórias (demarcação preliminar de baixo custo).

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

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:

  1. Compatibilidade com o padrão Geo URI estendida.
  2. Células quadriláteras, com lado medindo potências de 2 em sistema hierárquico de grade, iniciando pelo metro.
  3. Sistema de grades com identificadores internos de célula expressos como Código natural hInt de até 56 bits, que inicia pelos 8 bits identificadores da nação (~200 nações mais reserva e oceanos).
  4. Geocódigos da grade científica expressos através da base base16h, tendo o código ISO da nação como prefixo.
  5. (quando existir opção de geocódigo logístico base32) Subconjunto "grade logística" da grade científica organizado de 5 em 5 bits a partir do metro, e respectivo geocódigo como base32.
  6. APIs, terminologia, modelo de referência, etc. reusados do padrão DGGS (depois de ajustados de global para nacional).

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".

Os softwares (algoritmos) abertos, satisfazendo requisitos e regras obrigatórias acima, foram reunidos sob o conceito de Geohash generalizado.

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

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

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