A Arte de programar com mapas: Conceitos e Dicas para APIs Geoespaciais

Para quem atua apenas na área de computação, programar com mapas pode ser mais desafiador. Desde a elaboração de um simples projeto de faculdade até a implementação de um sistema com funções cartográficas avançadas, é comum enfrentar a necessidade de utilizar ferramentas geoespaciais específicas e, muitas vezes, possuir algum conhecimento de cartografia. Este artigo busca oferecer insights para aqueles que têm pouca ou nenhuma experiência em trabalhar com mapas no contexto do desenvolvimento de sistemas.

Fonte: própria.

Para começar, como tudo na computação, a escolha das ferramentas depende do objetivo pretendido. Se você precisa fazer um simples trabalho acadêmico, utilizar o GeoPandas em um ambiente Notebook, como o Google Colab (figura acima) ou o Jupyter, pode ser ideal por sua simplicidade, embora o GeoPandas seja extremamente poderoso para algumas aplicações específicas. No entanto, se for necessário integrar o mapa a um sistema e oferecer algum tipo de interatividade, como um simples zoom, será preciso utilizar ferramentas específicas de mapas. Existem ferramentas específicas de armazenamento (bancos de dados), de disponibilização (servidores) e de visualização de dados geográficos.

Fonte: UIZ.

Quando há a necessidade de análise, gestão ou representação de informações geográficas, entramos no conceito de Sistemas de Informação Geográfica (SIG ou GIS, no inglês), cuja aplicação na internet é conhecida como WebGIS. Aplicações WebGIS mais avançadas tradicionalmente utilizam o padrão de Arquitetura em Três Níveis (Three-Tier Architecture), que contém backend, middleware e frontend:

• A camada Backend é responsável pelo banco de dados geográficos, como PostgreSQL/PostGIS, SQL Server Spatial e Oracle Spatial.
• A camada Middleware realiza o processamento e execução das solicitações do cliente, interage com o banco de dados e disponibiliza os dados às aplicações do lado do cliente, por meio de servidores específicos de dados geográficos como o GeoServer.
• A camada Frontend é a camada de representação, que exibe mapas com suas informações e permite a interação do usuário final.

Embora a Arquitetura em Três Níveis seja a mais utilizada para sistemas avançados, existem diversos repositórios na internet que facilitam o desenvolvimento e eliminam a necessidade de um backend e middleware exclusivos. Por exemplo, é possível ter um modelo de sistema em que os dados são pontos com coordenadas conhecidas sobre um mapa do OpenStreetMap (open-source), com o desenvolvimento apenas na camada frontend em Leaflet, tendo apenas um serviço de banco de dados simples contendo as coordenadas dos pontos.

Para aqueles que já precisaram desenvolver um frontend com um mapa integrado, provavelmente utilizaram uma das três principais API geoespaciais: Google Maps API, Leaflet ou OpenLayers. Existem outras menos famosas, como o Mapbox GL JS e o Esri ArcGIS API. A escolha da API depende do quão avançado e personalizado o mapa precisa ser. O Google Maps Javascript API oferece acesso facilitado aos dados da Google, com funcionalidades avançadas, porém é menos personalizável e requer uma chave para uso por ser proprietária, o que gera um custo considerável dependendo do uso. O Leaflet é extremamente personalizável e fácil de usar, com uma boa curva de aprendizado, mas carece de recursos para mapas avançados e tem dificuldades ao lidar com grande quantidade de dados. O OpenLayers é mais robusto e possui alta possibilidade de personalização, deixando-o mais complexo e com uma curva de aprendizado mais acentuada, sendo ideal para aplicações GIS mais complexas que exigem manipulação avançada de dados geoespaciais.

Fonte: Brasil Escola.

Qualquer aplicação com mapas envolve a aplicação de alguns conceitos que, dependendo do modelo de negócio, podem ser cruciais para o usuário final. Por exemplo, se um desenvolvedor, no sistema que criou, aplicou um sistema de referência com projeção UTM (que facilita a realização de medições) e um usuário, nesse sistema, acostumado a trabalhar com localizações na área de São Paulo precisou lidar com dados de Santiago, no Chile, ele logo perceberá distorções significativas no mapa, pois a projeção UTM é dividida em fusos, para minimizar sua distorção. Seguem alguns conceitos fundamentais na área de cartografia para implementar um mapa:

• Sistema de referência: Define o tipo de coordenadas que serão empregadas no mapa, geralmente atribuído por um número EPSG, que atualmente é o padrão adotado.
• Coordenadas: Normalmente atribuídas ao eixos X e Y quando cartesianas, porém isso não se aplica a latitude e longitudes, que são coordenadas esféricas. Em projeções UTM, tradicionalmente, utiliza-se E (Este) e N (Norte).
• Projeção cartográfica: Define a maneira que a Terra é representada, podendo ser uma superfície cilíndrica, cônica ou plana (azimutal), e ter um aspecto normal ou transverso. Além disso, está conjugada ao sistema de referência escolhido.
• Distorções: Todo mapa tem distorções, assim a escolha de um sistema de referência implica a escolha da projeção e consequentemente na seleção do tipo de distorção que o mapa terá. As distorções são baseadas no que o mapa busca preservar, como área, ângulos, forma, direção e distância. É impossível um mapa não ter distorções devido à forma esférica da Terra.
• Modelo de dados espacial: Vetorial, que representa pontos, linhas e polígonos, e raster (matricial) que representa imagens e modelos de terreno.
• Escala: Define a resolução do mapa. Grandes escalas, como 1:1.000, servem para representar áreas pequenas com a representação de algumas quadras, já pequenas escalas, como 1:500.000, servem para representar áreas grandes como estados. Pode parecer estranho falar de escalas em monitores, porém a escala também se aplica a pixels.
• Elementos cartográficos: São os componentes essenciais de um mapa como título, legenda, escala gráfica, orientação (rosa dos ventos) e descrição da projeção, além da fonte dos dados, que em algumas literaturas também é considerado essencial.
• Classificação: Existem dados qualitativos e quantitativos. Os dados quantitativos podem ser divididos em diferentes grupos de acordo com alguma regra, que é a classificação, por exemplo, a classificação de um mapa de municípios pela população de 10 mil, 50 mil, 100 mi, 500 mil e 1 milhão.
• Topologia: É a relação de adjacência, conectividade e contiguidade entre dados, podendo ser interativa para o usuário.
• Generalização: É capacidade de simplificar dados para lidar com diferentes escalas, sendo um recurso de mapas mais avançados, quando se necessita melhorar a legibilidade e evitar a sobrecarga de informação.

Em resumo, destaca-se que, ao desenvolver um sistema com mapas, seja para projetos simples ou sistemas complexos, a escolha adequada de tecnologias e a aplicação correta dos princípios cartográficos garantem que os usuários finais tenham uma boa experiência satisfatória, atendendo às suas necessidades específicas. Assim, conclui-se que a compreensão das ferramentas disponíveis e dos conceitos básicos de cartografia é crítica para desenvolver aplicações com mapas.