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MODELAÇÃO DE DADOS GEOGRÁFICOS E MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RECURSOS HÍDRICOS SUPERFICIAIS E SUBTERRÂNEOS PARA O PLANEAMENTO E GESTÃO DOS

RECURSOS HÍDRICOS SOB JURISDIÇÃO DA ARH DO CENTRO

Relatório 3: Manual de implementação do modelo de dados e carregamento de informação

GEOGRAPHIC DATA MODELING AND SURFACE- AND GROUND-

WATER RESOURCES MATHEMATICAL MODELLING FOR THE

WATER RESOURCES PLANNING AND MANAGEMENT UNDER THE

JURISDICTION OF THE ARH DO CENTRO

Report 3: Manual for data model implementation and data loading

MODELE DE DONNEES GEOGRAPHIQUES ET MODELES

MATHEMATIQUES DE RESSOURCES HIDRIQUES DE SURFACE ET

SOUTERRAINES POUR LA PLANIFICATION ET LA GESTION DES

RESSOURCES HIDRIQUES DANS LA COMPETENCE DE L'ARH DO

CENTRO

Rapport 3: Manuel d’implémentation du modèle de données et de

chargement d'information

. 

LNEC - Proc. 0602/01/18095 i

ÍNDICE

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................................. 1

1.1 Apresentação e objetivos ................................................................................................ 1

1.2 Documentos de base analisados .................................................................................... 2

1.3 Organização do relatório .................................................................................................. 2

2 IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO LÓGICO DE DADOS ............................................................ 3

2.1 Enquadramento ................................................................................................................. 3

2.2 Procedimento de implementação.................................................................................... 3

3 ORGANIZAÇÃO E PREPARAÇÃO DOS DADOS ...................................................................... 7

3.1 Aspetos gerais .................................................................................................................. 7

3.2 Precedências de carregamento ....................................................................................... 7

3.3 Gestão dos códigos identificadores IDHidro ................................................................. 8

3.4 Catálogo de entidades e dicionário de dados ............................................................. 10

3.5 Preparação do modelo digital do terreno para utilização em hidrologia .................. 12

3.6 Gestão de sistemas de referência geográfica (SRG) .................................................. 13

3.7 Avaliação do impacte das pressões tópicas ............................................................... 15

4 PROCEDIMENTOS PARA O CARREGAMENTO DE DADOS ................................................. 17

4.1 Opções de carregamento na base de dados ............................................................... 17

4.2 Workflow e notas sobre o carregamento de dados em bases de dados geográficos ...................................................................................................................... 21

4.3 Carregamento de dados na rede hidrográfica ............................................................. 21

4.3.1 Definição da rede hidrográfica a partir dos arcos e nós da rede hidrográfica ........................................................................................................ 22

4.3.2 Preparação das classes SegmentosHidro e JuncoesHidro para integração da rede hidrográfica ......................................................................... 23

4.3.3 Carregamento de estações de monitorização e associação aos nós da rede .................................................................................................................... 28

4.3.4 Definição do sentido de escoamento dos arcos da rede .................................. 34

4.4 Cálculo de índices espaciais ......................................................................................... 35

4.5 Importação de informação em formatos comuns ....................................................... 39

4.6 Importação de informação alfanumérica ...................................................................... 40

4.7 Utilização de regras de consistência lógica ................................................................ 41

4.8 Gestão de metadados ..................................................................................................... 44

4.9 Aplicação de elementos de simbologia ........................................................................ 45

4.10 Carregamento da base de dados em Batch load ......................................................... 46

5 NOTAS FINAIS ........................................................................................................................... 48

BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................................... 51

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LNEC - Proc. 0602/01/18095 iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Etapas de implementação do esquema de aplicação do MDG. (SRG - Sistema de

Referenciação Geográfica) ............................................................................................ 4

Figura 2. Modelo físico de dados ............................................................................................................ 5

Figura 3. Cabeçalho do catálogo de entidades do MDG ...................................................................... 11

Figura 4. Exemplo da estrutura de metadados no catálogo de entidades ............................................ 12

Figura 5. Esquema dos procedimentos de tratamento de informação geográfica para

identificação do sistema de drenagem ........................................................................ 13

Figura 6. Ferramenta de transformação de coordenadas ..................................................................... 14

Figura 7. Configuração da transformação de coordenadas .................................................................. 15

Figura 8. Exemplo do percurso superficial admissível das cargas poluentes provenientes de

pressões tópicas .......................................................................................................... 16

Figura 9. Carregamento de dados via ArcCatalog® - Aviso de carregamento em temas não

simples ......................................................................................................................... 18

Figura 10. Exemplo de utilização da opção Simple Data Loader (ArcCatalog®) .................................. 19

Figura 11. Mapeamento entre os atributos de origem e destino da informação a carregar no

ArcMap® ....................................................................................................................... 20

Figura 12. Opções de snapping e de validação topológica dos dados a carregar ............................... 20

Figura 13. Feature dataset da rede hidrográfica ................................................................................... 21

Figura 14. Carregamento em temas geográficos participantes na rede hidrográfica ........................... 22

Figura 15. Interrogação espacial para identificação de segmentos fictícios ......................................... 24

Figura 16. Tabela de atributos do tema fonte para os segmentos da rede hidrográfica ...................... 25

Figura 17. Criação e carregamento do atributo relativo ao sentido de escoamento no tema

fonte. ............................................................................................................................ 26

Figura 18. Exemplos de interseção entre linhas tendo como resultado pontos ................................... 27

Figura 19. Criação de pontos sobre a linha de escoamento a partir da representação pontual

dos elementos a associar à rede hidrográfica ............................................................. 27

Figura 20. Barra de edição para carregamento da classe JuncoesHidro ............................................. 29

Figura 21. Regras para operações de snapping ................................................................................... 29

Figura 22. Exemplo de atribuição de valores identificadores IDHidroJuncao/IDHidro ......................... 30

iv LNEC - Proc. 0602/01/18095

Figura 23. Exemplo de criação de novas estações de monitorização .................................................. 31

Figura 24. Execução da ferramenta Near (Analysis) para incorporar duas novas estações de

monitorização ............................................................................................................... 31

Figura 25. Tabela de atributos das estações de monitorização após a execução da

ferramenta Near. .......................................................................................................... 32

Figura 26. Tabela de atributos de JuncoesHidro já existentes ............................................................. 32

Figura 27. Operação de união das tabelas de atributos das estações de monitorização e nós

da rede hidrográfica (JuncoesHidro) ........................................................................... 33

Figura 28. Tabelas de atributos das estações de monitorização unida por via de Join com a

tabela de atributos de JuncoesHidro ........................................................................... 33

Figura 29. Novas estações de monitorização e nós de rede hidrográfica associados. ........................ 34

Figura 30. Função Set Flow Direction (ArcHydro toolbar) .................................................................... 34

Figura 31. Opções de determinação do sentido do escoamento.......................................................... 35

Figura 32. Propriedades de índices de um shapefile ............................................................................ 36

Figura 33. Erro de índice espacial inválido ........................................................................................... 36

Figura 34. Propriedades da feature class ............................................................................................. 37

Figura 35. Ferramenta para cálculo do índice espacial ........................................................................ 38

Figura 36. Resultados do cálculo do índice espacial do polígono da região hidrográfica .................... 38

Figura 37. Importação de informação alfanumérica para tabelas da base de dados ........................... 40

Figura 38. Exemplo da importação de um ficheiro Excel para MS Access .......................................... 41

Figura 39. Exemplo do funcionamento das regras de consistência lógica no preenchimento

das tabelas de atributos ............................................................................................... 42

Figura 40. Opções de validação topológica. Validação no ArcCatalog® (à esquerda).

Validação em sessão de edição do ArcMap® (à direita) ............................................. 43

Figura 41. Ferramentas de gestão de topologia. Do ArcMap® (à esq.) e do ArcToolbox

® (à

dir.) ............................................................................................................................... 43

Figura 42. Aplicação MIG Editor (v3.1 - IGP) ........................................................................................ 44

Figura 43. Edição de metadados no ArcCatalog® (de acordo com a norma ISO 19139) ..................... 45

Figura 44. Elementos de simbologia aplicáveis à produção cartográfica ............................................. 46

Figura 45. PLTS Data Loader (data load automation tools) .................................................................. 47

LNEC - Proc. 0602/01/18095 v

LISTA DE QUADROS

Quadro 1. Cores atribuídas aos níveis de prioridade de carregamento de informação na

base de dados geográficos ............................................................................................ 8

Quadro 2. Hierarquia de carregamento aos conjuntos de dados geográficos e atribuição do

código único identificador (IDHidro)............................................................................... 9

Quadro 3. Características do SRG PT-TM06/ETRS89 ......................................................................... 13

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Tabela de conversão entre ESRI Shapefiles e Geodatabase .............................................. 39

Tabela 2. Tabela de conversão dos tipos de dados das tabelas de atributos do shapefile

(dBASE) e os tipos de dados alfanuméricos em Geodatabase .................................. 39

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LNEC - Proc. 0602/01/18095 1

MODELAÇÃO DE DADOS GEOGRÁFICOS E MODELAÇÃO MATEMÁTICA DOS RECURSOS HÍDRICOS SUPERFICIAIS E SUBTERRÂNEOS PARA O PLANEAMENTO E GESTÃO

DOS RECURSOS HÍDRICOS SOB JURISDIÇÃO DA ARH DO CENTRO

Relatório 3: Manual de implementação do modelo de dados e carregamento de informação

1 INTRODUÇÃO

1.1 Apresentação e objetivos

A competência para a elaboração dos Planos de Gestão de Bacia Hidrográfica (PGBH) da Região

hidrográfica 4 está cometida à ARH do Centro, atualmente em processo de extinção e fusão com a

Agência Portuguesa de Ambiente (APA). A elaboração destes planos foi objeto dos Despachos

18201/2009 a 18203/2009 do Ministério do Ambiente, do Ordenamento do Território e do

Desenvolvimento Regional, publicados no Diário da República 2ª Série, nº151, de 6 de Agosto de

2009. Os Sistemas de Informação foram identificados pela ARH do Centro, como uma base de apoio

à decisão eficaz e eficiente dos recursos hídricos, podendo contribuir para o cumprimento das metas

a serem fixadas por estes PGBH. Neste contexto, a ARH do Centro, convidou o LNEC a realizar um

estudo destinado à conceção e desenvolvimento do modelo de dados geográficos de suporte ao

planeamento e gestão de recursos hídricos.

A representação computacional das entidades físicas correspondentes às massas de águas (MA)

superficiais e subterrâneas, ou com estas relacionadas, é essencial para um correto planeamento e

gestão dos recursos hídricos. Nesse sentido foi desenvolvida e implementada uma especificação de

informação geográfica que concretiza a referida representação no âmbito da elaboração e vigência

dos Planos de Gestão da Bacias Hidrográficas. A concretização desta especificação, através da

produção de uma base de dados geográficos, servirá de suporte à execução dos mais variados

processos de planeamento e gestão, legalmente cometidos à ARH do Centro.

O objetivo do trabalho a desenvolver foi assim a conceção e a implementação da especificação de

informação geográfica da base de dados geográficos central associada aos processos de

planeamento e gestão de recursos hídricos, nomeadamente a elaboração do plano de gestão de

bacia hidrográfica e os processos de licenciamento. Este estudo foi dividido em quatro tarefas:

2 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Tarefa 1: Análise de requisitos dos modelos de dados geográficos;

Tarefa 2: Especificação de informação geográfica através de modelos de dados;

Tarefa 3: Implementação e validação do modelo de dados;

Tarefa 4: Apoio à experimentação do sistema e à definição de estratégias para a sua

manutenção.

O presente documento constitui o 3º relatório (produto 1.3) da componente 1 da proposta do LNEC

relativa ao desenvolvimento e implementação da especificação de informação geográfica através de

modelos de dados geográficos. O objetivo deste relatório é apresentar as metodologias a considerar

no carregamento da informação (geográfica e alfanumérica) na base de dados estruturada de acordo

com o modelo de dados geográficos (MDG) desenvolvido e apresentado em Charneca et al. (2011).

1.2 Documentos de base analisados

Para a elaboração deste relatório foram considerados os seguintes documentos:

GIS Guidance document n.º 22 (Guidance on implementing the GIS elements of the EU water

policy. Atkins, 2009);

Tools and services for reporting under RBMP within WISE – Guidance on reporting of spatial

data for the WFD (RBMP), version 2.0 (Outubro 2009);

Tools and services for reporting under RBMP within WISE – Reporting of the RBMP – A user

manual, version 2.0 (Outubro 2009);

Análise de requisitos técnicos e funcionais (Charneca et al., 2010);

Modelo lógico de dados geográficos (Charneca et al., 2011).

1.3 Organização do relatório

Este relatório está organizado em três capítulos para além desta introdução. O capítulo 2 apresenta

as questões técnicas referentes à implementação do modelo de dados geográficos. O capítulo 3

descreve a metodologia e os procedimentos para o carregamento da informação na base de dados

geográficos. O capítulo 4 apresenta algumas notas finais.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 3

2 IMPLEMENTAÇÃO DO MODELO LÓGICO DE DADOS

2.1 Enquadramento

As fases do processo de modelação de dados geográficos foram concluídas e apresentadas em

Charneca et al. (2010) e em Charneca et al. (2011), tendo resultado numa base de dados geográficos

estruturada de acordo com os requisitos legais e funcionais identificados. Neste relatório descrevem-

se os procedimentos e as opções tecnológicas que conduziram à sua implementação num sistema de

gestão de bases de dados (SGBD) relacional. Nesta descrição pressupõe-se a adoção de tecnologia

ESRI, embora a implementação do modelo de dados proposto possa ser executada sobre outro tipo

de tecnologia, nomeadamente tecnologia de código aberto. A adoção de tecnologias de código aberto

é válida quer para as soluções de sistemas de gestão de bases de dados, quer para as tecnologias

de sistemas de informação geográfica.

Descrevem-se os procedimentos de tratamento e carregamento de informação geográfica, bem como

as funcionalidades que o desenho do MDG proporciona, nomeadamente no que respeita aos

procedimentos de gestão dos sistemas de codificação e associações entre tipos de entidades

(geográfica e não geográficas). São também considerados os critérios de avaliação de qualidade dos

dados e da sua consistência lógica e topológica, bem como os critérios de apresentação das

entidades geográficas (simbologia) e a afetação dos sistemas de referência geográfica (SRG)

horizontal e vertical.

2.2 Procedimento de implementação

A implementação do MDG foi efetuada considerando as seguintes etapas:

conversão do esquema de aplicação declarado em UML para XML (XMI);

verificação da coerência semântica e funcional do código XML gerado;

implementação do esquema de aplicação sobre o SGBD, com a geração do modelo físico de

dados;

incorporação de conteúdos de metadados de acordo com a norma ISO 19139;

definição e implementação do sistema de referenciação geográfica adotado;

descrição e implementação das regras topológicas aplicáveis;

descrição e implementação da simbologia de apresentação;

carregamento de informação e gestão de códigos identificadores, restrições e índices.

4 LNEC - Proc. 0602/01/18095

A Figura 1 ilustra os procedimentos de implementação do MDG proposto.

Figura 1. Etapas de implementação do esquema de aplicação do MDG. (SRG - Sistema de Referenciação Geográfica)

Como referido na Introdução, assume-se a implementação do esquema de aplicação do MDG sobre

uma ESRI Geodatabase (ESRI GDB), de acordo com a opção efetuada para o sistema de informação

da ARH do Centro, o que permite converter diretamente o modelo lógico desenvolvido numa estrutura

física de dados implementada sobre um dos SGBD referidos na Figura 1. A estrutura física de dados

incorpora:

13 Séries de conjuntos de dados geográficos (correspondentes a Feature Datasets na

tecnologia adotada);

116 Conjuntos de dados geográficos (correspondentes a Feature Classes);

1 Rede geométrica (Geometric Network);

4 Representações matriciais em catálogos Raster, desenvolvidas no âmbito da

caracterização de aspetos associados às massas de águas subterrâneas (Oliveira et al.,

2012);

LNEC - Proc. 0602/01/18095 5

142 Tabelas alfanuméricas (Object Classes);

266 Associações entre classes (Relationshop Classes);

134 Domínios de dados (Domains, listas admissíveis de valores para atributos).

Além dos elementos estruturais supracitados foram também implementados elementos que apoiam

processos de controlo de qualidade dos dados e da sua descrição, nomeadamente:

8 Conjuntos de regras topológicas;

Sistemas de referência geográfica (horizontal e vertical);

Metainformação (descrições disponíveis também no catálogo de entidades).

A implementação do MDG está ilustrada com recurso ao ArcCatalog®

na Figura 2.

Figura 2. Modelo físico de dados

Para a implementação do MDG sobre uma ESRI File geodatabase deve ter-se em consideração os

seguintes aspetos:

limite de espaço físico em disco de uma File geodatabase: Sem limites;

tamanho das feature classes ou tabelas: 1 TB (por defeito), 4 GB ou 256 TB com palavra-

chave de configuração;

número máximo de feature classes ou tabelas: 2 147 483 647;

6 LNEC - Proc. 0602/01/18095

número máximo de atributos numa tabela ou feature class: 65 534;

número máximo de linhas numa tabela ou feature class: 4 294 967 295;

número máximo de caracteres no nome da base de dados: Número de caracteres permitido

pelo sistema operativo para o nome de um diretório;

nome da feature class ou da tabela: 160 caracteres;

nome de um atributo: 64 caracteres;

número de caracteres permitidos como valor de um atributo de texto: 2 147 483 647.

Os critérios para a criação de uma nova File geodatabase estão sumariamente descritos em:

http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?TopicName=Create_File_GDB_(Data_Managem

ent).

Caso a opção de implementação do MDG se baseie na utilização de tecnologia Open source sugere-

se a utilização do PostgreSQL/PostGIS. A migração dos dados do repositório Geodatabase para o

repositório de código aberto PostgreSQL/PostGIS pode ser apoiada por uma ferramenta de extração,

transformação e carregamento de dados geográficos (ETL - Extract, Transform, and Load), como por

exemplo o FME1 (Feature Manipulation Engine).

1: http://www.safe.com/

LNEC - Proc. 0602/01/18095 7

3 ORGANIZAÇÃO E PREPARAÇÃO DOS DADOS

3.1 Aspetos gerais

Os procedimentos de carregamento de informação na base de dados devem ser executados com

recurso a mecanismos de validação primária e respeitando as precedências de carregamento. Os

mecanismos de validação primária estão diretamente relacionados com o modelo físico de dados

(estrutura de dados implementada), incluindo os tipos de entidades geográficas, os tipos de dados

dos atributos, as tabelas alfanuméricas, as associações entre classes de objetos, os sistemas de

referência geográfica e as regras topológicas. Neste sentido, os procedimentos de carregamento

deverão sempre considerar o modelo físico de dados em todos os aspetos referidos.

As precedências de carregamento dizem respeito aos aspetos de carregamento de informação

determinada pelas associações estabelecidas entre os tipos de entidades geográficas e não

geográficas (e.g. o registo de uma sub-bacia hidrográfica que referencie a bacia hidrográfica à qual

pertence). Neste sentido, parte-se do princípio que a informação referenciada em cada entidade

geográfica, ou não geográfica, deve estar previamente carregada.

Dado que existem registos de tabelas que são referenciados através de identificadores numéricos ou

códigos identificadores textuais (IDHidro e CodHidro respetivamente), constituindo-se assim como

tabelas de referência, tal facto implica que estas sejam preenchidas antecipadamente de acordo com

uma ordem própria de carregamento, mantendo assim a coerência entre os dados. Esta ordem de

carregamento é detalhada na secção seguinte.

Dado que cada região hidrográfica é alvo de um instrumento de planeamento (PGRH), assume-se

que será constituída uma base de dados para cada região hidrográfica. Neste caso pode aplicar-se

uma base de dados às ribeiras do Oeste e outra à restante região hidrográfica do Centro.

3.2 Precedências de carregamento

Quer no carregamento de dados na base de dados, quer no geoprocessamento da informação no

âmbito do SIG, considerou-se inicialmente um tema geográfico de maior abrangência espacial, ao

qual corresponde a delimitação da área de estudo (que inclui, além dos limites da região hidrográfica,

os limites marítimos correspondentes). Note-se que é possível constituir-se uma área de estudo que

abranja apenas o âmbito geográfico da(s) regiões hidrográficas a registar na base de dados.

Após se constituírem as áreas de estudo (que podem ser utilizadas para validações de dados) deverá

iniciar-se o carregamento da informação correspondente aos temas geográficos pela seguinte ordem:

8 LNEC - Proc. 0602/01/18095

1. região hidrográfica;

2. bacias hidrográficas;

3. sub-bacias hidrográficas;

4. zonas protegidas;

5. massas de água.

A associação de elementos geográficos a nós da rede hidrográfica é descrita a partir da secção 4.3.3.

3.3 Gestão dos códigos identificadores IDHidro

A ordem de carregamento de informação geográfica e alfanumérica na base de dados é indicada

através das classes de cores referidas no Quadro 1.

Quadro 1. Cores atribuídas aos níveis de prioridade de carregamento de informação na base de dados geográficos

Nivel de prioridade Cor atribuída

Nível 0 Vermelho

Nível 1 Azul

Nível 2 Verde

Nível 3 Lilás

Nível 4 Castanho

Nível 5 Preto

Indica-se no Quadro 2 a hierarquia de carregamento de algumas das classes geográficas, sendo que

as referenciadas com o nível 0 (zero), deverão ser as primeiras a ser carregadas O carregamento dos

elementos das classes pertencentes ao mesmo nível não tem ordem específica. A título de exemplo,

é identificado no Quadro 2 o valor do atributo IDHidro correspondente ao primeiro registo de alguns

dos conjuntos de dados geográficos que compõem a base de dados.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 9

Quadro 2. Hierarquia de carregamento aos conjuntos de dados geográficos e atribuição do código único identificador (IDHidro)

Classes geográficas Hierarquia de carregamento IDHidro inicial

SistemaDrenagem - Série CDG

BaciasHidrograficas Nível 1 2000001

LinhasDrenagem Nível 4 14000001

PontosDrenagem Nível 4 15000001

SubBaciasHidrograficas Nível 2 5000001

AguasSubterraneas - Série CDG

Subterraneas Nível 2 6000001

PontosAguaSubterranea Nível 3 11000001

EcossistemasTerrestres Nível 3 12000001

Hidrografia - Série CDG

CaptacoesSuperficiais Nível 4 16000001

Costeiras Nível 2 7000001

DescargasSuperficiais Nível 4 17000001

EstMonSuperficiais Nível 3 13000001

InfraestruturasHidraulicas Nível 4 18000001

Lagos Nível 2 8000001

Margens Nível 4 19000001

Rios Nível 2 9000001

Transicao Nível 2 10000001

OrdenamentoTerritorio - Série CDG

POAAC Nível 4 20000001

POOC Nível 4 21000001

PressoesAntropogenicas - Série CDG

Agricultura Nível 4 22000001

Aquacultura Nível 4 23000001

Aterros Nível 4 24000001

InstalacoesPCIP Nível 4 25000001

Pecuarias Nível 4 26000001

RedeHidrografica - Série CDG

JuncoesHidro Nível 5 42000001

NosGrafos Nível 5 43000001

SegmentosGrafos Nível 5 43000001

SegmentosHidro Nível 5 45000001

Riscos - Série CDG

ErosaoCosteira Nível 4 27000001

ErosaoHidrica Nível 4 28000001

ZonasCheiasArtificiais Nível 4 29000001

ZonasCheiasNaturais Nível 4 30000001

10 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Classes geográficas Hierarquia de carregamento IDHidro inicial

SeccoesPerfisHidraFluvial - Série CDG

PerfisLongitudinais Nível 4 31000001

Pontes Nível 4 32000001

SeccoesTransversais Nível 4 33000001

UnidadesGestao - Série CDG

AutoridadesCompetentes Nível 1 3000001

LimitesMaritimos Nível 4 34000001

RegioesHidrograficas Nível 0 1000001

SubUnidades Nível 1 4000001

ZonasProtegidas - Série CDG

AguasRecreio Nível 4 35000001

AreasImpAves Nível 4 36000001

AreasInfluenciaZonasSensiveis Nível 4 37000001

EspeciesAquaticas Nível 4 38000001

ParqueNatural Nível 4 39000001

ProteccaoAlargada Nível 4 40000001

ProteccaoIntermedia Nível 4 41000001

Para a execução do carregamento da base de dados foram testados dois métodos: i) o método de

carregamento através de uma sessão de edição do ArcMap® (object loader); e, ii) o método de

carregamento fora de sessão de edição através do ArcCatalog® (simple data loader). O primeiro

método permite tirar partido das regras de validação implementadas na estrutura de base de dados,

enquanto o segundo permite mais celeridade de operação para grandes volumes de dados, uma vez

que a validação dos mesmos não é feita no momento do carregamento.

Dado que o primeiro conjunto de dados geográficos a ser carregado define o âmbito geográfico da

base de dados (geographic extent), deve optar-se pelo carregamento do polígono da região

hidrográfica a que respeita a base de dados. Assim, para o carregamento desse conjunto de dados

deve assegurar-se a similaridade com a estrutura de dados implementada e concordância com o

sistema de referência geográfica. Sugere-se que a preparação dos dados para carregamento se

baseie no catálogo de entidades e no dicionário de dados. Estas duas componentes do MDG são

apresentadas na secção seguinte.

3.4 Catálogo de entidades e dicionário de dados

Com o objetivo de facilitar o uso do catálogo de entidades e do dicionário de dados optou-se por os

integrar num único documento no formato HTML e portanto pesquisável através de um browser

(Mozilla Firefox, Internet Explorer ou Google Chrome). O documento integrado tem no cabeçalho um

resumo da estrutura da base de dados: séries de conjuntos de dados geográficos (feature datasets),

LNEC - Proc. 0602/01/18095 11

conjuntos de dados geográficos (feature classes), associações entre classes, rede geométrica,

catálogos de representações matriciais e regras topológicas. O dicionário de dados e o catálogo de

entidades são produtos resultantes do modelo conceptual de dados e do modelo lógico de dados,

respetivamente. O cabeçalho do catálogo de entidades está representado na Figura 3.

Figura 3. Cabeçalho do catálogo de entidades do MDG

Os elementos do dicionário de dados (metadados) estão integrados no catálogo de entidades. A

Figura 4 ilustra as descrições dos conceitos representados no MDG.

12 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Figura 4. Exemplo da estrutura de metadados no catálogo de entidades

3.5 Preparação do modelo digital do terreno para utilização em hidrologia

O modelo de dados geográficos contempla classes com o objetivo de descrever o sistema hidrológico

superficial pelo que é considerado importante dispor de informação hidrográfica que possa ser

utilizada para condicionar a representação do terreno ao sistema de drenagem já conhecido,

nomeadamente rede hidrográfica e bacias hidrográficas. Este procedimento reduz as situações de

indeterminação da direção de escoamento superficial que exigem o processamento dos modelos

digitais de terreno com algoritmos específicos. Apresentam-se na Figura 5 os procedimentos de

tratamento de informação geográfica aplicados segundo Heelweger & Maidment (1997).

LNEC - Proc. 0602/01/18095 13

Figura 5. Esquema dos procedimentos de tratamento de informação geográfica para identificação do sistema de drenagem

3.6 Gestão de sistemas de referência geográfica (SRG)

O modelo de dados não possui um sistema de referência geográfico previamente definido. No entanto

a base de dados geográficos que resulta da sua implementação é configurada com um sistema de

referência geográfica horizontal e vertical. No carregamento para a ARH do Centro o SRG horizontal

é o PT-TM06/ETRS89 - European Terrestrial Reference System 1989, com as características

apresentadas no Quadro 3.

Quadro 3. Características do SRG PT-TM06/ETRS89

Elipsóide de referência: GRS80

Semi-eixo maior: a = 6 378 137 m

Achatamento: f = 1 / 298,257 222 101

Projeção cartográfica: Transversa de Mercator

Latitude da origem das coordenadas retangulares: 39º 40’ 05’’,73 N

Longitude da origem das coordenadas retangulares: 08º 07’ 59’’,19 W

Falsa origem das coordenadas retangulares:

14 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Em M (distância à Meridiana): Em P (distância à Perpendicular):

0 m 0 m

Coeficiente de redução de escala no meridiano central: 1,0

O SRG vertical tem como referência altimétrica o marégrafo de Cascais (designado datum

altimétrico).

Para os casos em que a informação geográfica a carregar não possui o mesmo SRG, sugere-se a

sua conversão utilizando a ferramenta Project tool (ArcToolbox/Data managment tools/Projections &

Transformations/Feature), ilustrada na Figura 6.

Figura 6. Ferramenta de transformação de coordenadas

Também é possível configurar uma transformação de coordenadas através da ferramenta Create

Custom Geographic Transformation (Figura 7), configurando os parâmetros da transformação de

Bursa-Wolf, publicados pelo Instituto Geográfico Português (IGP) em:

http://www.igeo.pt/produtos/Geodesia/Inf_tecnica/parametros_transformacao/Param_PT.pdf.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 15

Figura 7. Configuração da transformação de coordenadas

A maioria da informação geográfica disponível para planeamento e gestão de recursos hídricos está

estabelecida nos seguintes SRG:

EPSG:3763 (PT-TM06/ETRS89);

EPSG:27492 (Datum 73/Hayford-Gauss Ponto Central);

EPSG:20790 (Datum Lisboa/Hayford-Gauss Ponto Fictício);

EPSG:25829 (ETRS89/UTM zona 29N).

Em alternativa à configuração dos parâmetros de transformação publicados pelo IGP, pode ser

instalado no ArcGIS o método de conversão por grelhas (Gonçalves, 2009). O método de conversão

de coordenadas cartográficas e geográficas usando grelhas de transformação de datum está descrito

em: http://www.fc.up.pt/pessoas/jagoncal/coordenadas/index.htm. Aplicações SIG como o Manifold e

gvSIG são também passíveis de ser configuradas para a transformação de coordenadas pelo método

das grelhas.

3.7 Avaliação do impacte das pressões tópicas

A informação sobre pressões tópicas existe frequentemente em formato de pontos georreferenciados

em que esses pontos localizam as coordenadas médias da pressão tópica. Mais raramente existirá

informação dos locais de descarga dessas instalações. Ainda assim, está previsto no MDG a

localização das pressões (instalações industriais) e das respetivas descargas (quer superficiais, quer

subterrâneas). No âmbito do exercício de planeamento, a análise do impacte das cargas poluentes

das pressões pode ser calculada com base no percurso superficial admissível das cargas poluentes.

16 LNEC - Proc. 0602/01/18095

A Figura 8 ilustra o percurso potencial de algumas pressões pontuais recorrendo à matriz de direções

de escoamento.

Figura 8. Exemplo do percurso superficial admissível das cargas poluentes provenientes de pressões tópicas

LNEC - Proc. 0602/01/18095 17

4 PROCEDIMENTOS PARA O CARREGAMENTO DE DADOS

4.1 Opções de carregamento na base de dados

Dado que se assume a implementação do esquema de aplicação do MDG sobre uma ESRI

Geodatabase, sugerem-se duas formas de carregamento de dados:

1. Através do ArcCatalog® com ligação à base de dados alvo (Simple Data Loader);

2. Através de uma sessão de edição no projeto ArcMap® com os temas da base de dados a

carregar presentes na tabela de conteúdos (Object Loader).

O primeiro método permite mais rapidez para grandes volumes de dados, uma vez que a validação

dos mesmos não é feita no momento do carregamento. O segundo método permite tirar partido direto

das regras de validação implementadas na estrutura de base de dados. Mediante a quantidade de

dados a carregar este método pode tornar-se significativamente mais lento.

As duas opções permitem carregar informação numa estrutura pré-existente de temas geográficos e

tabelas, ou, em alternativa, carregar temas geográficos e tabelas novos. É possível carregar

coberturas ArcInfo, Shapefiles, CAD, ficheiros Excel ®

, ou temas geográficos existentes noutras bases

de dados geográficos, desde que respeitem o âmbito geográfico definido para a base de dados alvo

desse carregamento. Os formatos de conversão de coberturas ArcInfo, Shapefiles, tabelas info, CAD,

e de outras bases de dados está descrito em:

http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?TopicName=How_data_converts_when_importin

g.

Embora as duas opções de carregamento sejam similares, a opção que usa o ArcMap® permite tirar

partido das seguintes funcionalidades:

dado que usa uma sessão de edição, é permitido anular alterações feitas durante a sessão

de carregamento;

permite aplicar funções de snapping em casos de reposicionamento de coordenadas;

aplicar regras de validação como contributo para a coerência e consistência dos dados;

executar o carregamento direto numa rede geométrica, e utilizar temas geográficos com

anotações (annotations).

Assim, a opção do ArcCatalog® não deve ser utilizada no carregamento dos dados de:

redes geométricas (rede hidrográfica) que incluam dados de arcos e nós;

18 LNEC - Proc. 0602/01/18095

temas geográficos com anotações associadas;

temas geográficos ou tabelas com associações com notificações de mensagem definidas em

ambos os sentidos;

temas geográficos ou tabelas de origem com associações contendo mensagens definidas

para diante;

temas geográficos ou tabelas de destino com associações contendo mensagens definidas

para trás;

temas geográficos associados a origens de associações compostas (composite relationship).

São exemplos destes as feature classes: RegioesHidrograficas e BaciasHidrograficas, ou, para o

caso de redes hidrográficas, SegmentosHidro e JuncoesHidro.

Figura 9. Carregamento de dados via ArcCatalog® - Aviso de carregamento em temas não simples

Caso não sejam necessárias as funcionalidades referidas, aconselha-se o carregamento através do

ArcCatalog®. Esta opção é, na generalidade dos casos, mais rápida, dado que não são executados

processos de validação ou processamento dos dados. A Figura 10 exemplifica o carregamento da

base de dados com a opção Simple Data Loader (ArcCatalog®).

LNEC - Proc. 0602/01/18095 19

Figura 10. Exemplo de utilização da opção Simple Data Loader (ArcCatalog®)

Para executar o carregamento através da opção Object Loader (ArcMap®) o utilizador terá de

carregar na tabela de conteúdos do ArcMap® o tema alvo (resultante da implementação do modelo

lógico). Através da função Load objects (representada na figura por um circulo vermelho) o utilizador

tem acesso à funcionalidade que permite mapear os atributos fonte e alvo, tal como ilustrado na

Figura 11. Esta função pode ser carregada na interface do ArcMap® através da opção [Menu

Tools>Customize>Commands>Data converters>Load objects…].

20 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Figura 11. Mapeamento entre os atributos de origem e destino da informação a carregar no ArcMap®

O ambiente de snapping e de verificação de regras topológicas é disponibilizado também através da

funcionalidade Object Loader, e tal como ilustra a Figura 12.

Figura 12. Opções de snapping e de validação topológica dos dados a carregar

LNEC - Proc. 0602/01/18095 21

4.2 Workflow e notas sobre o carregamento de dados em bases de dados geográficos

Algumas estratégias para o carregamento de dados em bases de dados geográficos podem ser

consultadas em:

http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?TopicName=Work_flow_strategies_for_loading_

data. Os tópicos abordados são:

loading into geometric networks;

loading into versioned feature classes and tables;

loading into feature classes that have topology;

loading data from another coordinate system;

loading datasets containing large text fields from a personal geodatabase to an ArcSDE

geodatabase.

4.3 Carregamento de dados na rede hidrográfica

O carregamento de dados em feature classes que compõem uma rede geométrica é particularmente

moroso através do ArcMap® (Object Loader), especialmente se a rede for complexa e composta por

vários temas geográficos. Nesse sentido, sugere-se o carregamento prévio dos conjuntos de dados

geográficos pertencentes à rede hidrográfica, antes de estes serem declarados como pertencentes a

essa rede. Este carregamento prévio pode ser executado quer via ArcCatalog®, quer via ArcMap

® e

implica a eliminação prévia do elemento de rede hidrográfica da base de dados. A Figura 13

mostra os conjuntos de dados presentes na feature dataset RedeHidrografica.

Figura 13. Feature dataset da rede hidrográfica

22 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Caso a rede geométrica (rede hidrográfica) já tenha sido criada e se pretenda alterar algum dos

temas geográficos que a compõem, sugere-se a sua eliminação e, posteriormente à alteração dos

temas geográficos (p.e. JuncoesHidro e SegmentosHidro), a sua reconstrução através do

ArcCatalog®.

Note-se que não é possível efetuar o carregamento dos temas geográficos SegmentosHidro e

JuncoesHidro sem antes eliminar a rede hidrográfica (RedeHidro). A opção de Load/Load data ficará

indisponível para estes temas, tal como mostra a Figura 14.

Figura 14. Carregamento em temas geográficos participantes na rede hidrográfica

4.3.1 Definição da rede hidrográfica a partir dos arcos e nós da rede hidrográfica

Uma vez eliminado o elemento de rede hidrográfica (RedeHidro) podem então ser editados os CDG

que lhe irão dar origem: SegmentosHidro e JuncoesHidro. Os SegmentosHidro são compostos pelas

linhas correspondentes ao tema MDRENA (disponível no InterSIG –

“ART13_MDRENA_PTCONT_6_445”) e eventualmente por outras que identifiquem canais (rios

artificiais) e adutores. A classe SegmentosHidro é composta pelos seguintes subtipos:

Talvegue, linha de concentração de escoamento que une os pontos de menos cota no leito

do massa de água (subtipo=1);

Canal, que pode representar uma infraestrutura de rega ou um canal artificial urbano

(subtipo=2);

Adutor, infraestrutura de adução de água (subtipo=3);

Fictício, que une segmentos da rede hidrográfica existentes para criar um contínuo de

escoamento (subtipo=4).

LNEC - Proc. 0602/01/18095 23

As JuncoesHidro incluem os nós a serem referenciados na rede hidrográfica, nomeadamente os dos

seguintes subtipos:

Junção, ponto de confluência ou bifurcação, que podem ser também pontos de descarga de

bacias hidrográficas ou pontos de entrada de água em Lagos (subtipo=1);

Constrangimento ao escoamento, nó da rede hidrográfica associado a um ponto de interesse

hidrológico, infraestrutura hidráulica, ou objeto construído que afete o escoamento superficial.

Pode incluir barragens ou açudes, cais acostáveis, etc. (subtipo=2);

Regulação ao escoamento (nó da rede hidrográfica não necessariamente relacionado com a

topologia de rede, mas associado a um ponto de interesse hidrológico, infraestrutura, ou

objeto construído que regule ou influencie o escoamento superficial). Pode incluir estações de

bombagem e centrais hidroeléctricas, bem como locais de captação e descarga de e para a

massa de água. (subtipo=3);

Nó inicial, ponto de cabeceira (subtipo=4);

Nó final, ponto de descarga do sistema (subtipo=5);

Fictício, nós de junção gerados no interior de massas de água Lagos para assegurar a

conexão de arcos da rede fictícios (subtipo=6).

Estação de monitorização, nó correspondente a estações associáveis aos segmentos de rede

hidrográfica (subtipo=7).

Os nós da rede são utilizados para referenciar objetos geográficos das seguintes classes:

bacias hidrográficas;

sub-bacias hidrográficas;

lagos;

infraestruturas hidráulicas;

descargas superficiais (rejeições de água);

pontes (atravessamentos);

grandes barragens;

pontos de interesse hidrográfico.

4.3.2 Preparação das classes SegmentosHidro e JuncoesHidro para integração da rede

hidrográfica

A preparação do CDG fonte para carregamento na classe SegmentosHidro considera o tema

MDRENA2. Este tema deverá ser preparado para estar de acordo com a classe destino

SegmentosHidro, pelo menos no que respeita aos seus subtipos e valores que caracterizam o sentido

2 Disponível no InterSIG, tema “ART13_MDRENA_PTCONT_6_445”. http://intersig-web.inag.pt/intersig/

24 LNEC - Proc. 0602/01/18095

do escoamento. Para simplificar o exemplo relativamente aos subtipos consideram-se apenas 2:

talvegue e fictício. O subtipo talvegue identifica todos os segmentos que não se encontram

representados no interior de massas de água lagos, cujo subtipo é considerado fictício.

Os segmentos do tema MDRENA representados sobre massas de água lagos podem ser

identificados a partir de uma interrogação espacial tendo em conta o seu centróide geográfico, tal

como demonstra a Figura 15.

Figura 15. Interrogação espacial para identificação de segmentos fictícios

Para identificação do tipo de segmento pode ser criado o atributo correspondente no tema fonte

(TipoSegmento – tipo de dados inteiro). Este atributo será povoado de acordo com a tabela de

atributos representada na Figura 16.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 25

Figura 16. Tabela de atributos do tema fonte para os segmentos da rede hidrográfica

Os segmentos do tema fonte que são representados sobre massas de água lagos assumem o valor 4

e os restantes o valor 1. Estes valores correspondem aos subtipos da classe SegmentosHidro. A

próxima operação de preparação dos dados define o sentido de escoamento para cada um dos

segmentos da rede hidrográfica. O MDG prevê a utilização do atributo SentidoEscoamento para

registar esta característica. No tema fonte MDRENA existe já o atributo FLOWDIR, que regista os

valores correspondentes ao sentido de escoamento. Dado que o tema MDRENA foi gerado através

de funções de análise espacial a partir de um modelo digital do terreno, a vectorização dos seus

segmentos está orientada para jusante, pelo que o atributo FLOWDIR apresenta um valor único (W).

O valor “W” significa “With digitalization” (sentido do escoamento correspondente ao sentido da

vectorização das linhas).

O atributo SentidoEscoamento pode então ser criado no tema fonte MDRENA para poder ser

carregado na classe SegmentosHidro da rede hidrográfica. O atributo SentidoEscoamento é gerido

por uma lista codificada dos seguintes valores: indeterminado (0), com vectorização (1); contra

vectorização (2); indeterminável (3). Para o caso utilizar-se-á o valor 1 para povoar o atributo no tema

fonte, tal como representado na Figura 17.

26 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Figura 17. Criação e carregamento do atributo relativo ao sentido de escoamento no tema fonte.

Após estas edições o tema fonte MDRENA está pronto para ser integrado na rede hidrográfica,

representando neste caso os arcos dessa rede. De salientar que os arcos da rede serão do tipo

complexo, pelo que permitem a existência de nós sem que haja necessidade de estarem fisicamente

segmentados.

A preparação do tema fonte para carregamento dos nós da rede hidrográfica implica que sejam

gerados nós correspondentes às classes referidas na secção 4.3.1. sobre os segmentos lineares da

rede.

Para os casos em que os nós a gerar resultem de uma interseção entre linhas (p.e. sub-bacias

hidrográficas e talvegues), pode executar-se uma operação de interseção tendo como resultado

pontos, tal como ilustra a Figura 18. Nome da ferramenta: Intersect (Analysis). URL:

http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#//00080000000z000000

LNEC - Proc. 0602/01/18095 27

Figura 18. Exemplos de interseção entre linhas tendo como resultado pontos

Para os casos em que os nós a gerar resultem da associação entre pontos (p.e. estações de

monitorização ou locais de captação) e as linhas de escoamento, devem ser utilizadas funções que

gerem os respetivos nós sobre as linhas de escoamento, tal como ilustra a Figura 19. Nome da

ferramenta: Near (Analysis). URL:

http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/Near/00080000001q000000/

Figura 19. Criação de pontos sobre a linha de escoamento a partir da representação pontual dos elementos a associar à rede hidrográfica

O MDG prevê um conjunto de temas geográficos, cujos elementos são passíveis de serem

associados aos nós da rede hidrográfica, nomeadamente:

Estações de monitorização;

Fozes de massas de água Rios;

Fozes de massas de água Lagos;

Pontos de descarga de bacias hidrográficas;

Pontos de descarga de sub-bacias hidrográficas;

Grandes barragens;

Captações em massas de água superficiais interiores e de transição;

Rejeições superficiais de águas.

28 LNEC - Proc. 0602/01/18095

A associação destes elementos aos nós da rede hidrográfica deve ser feita após estarem carregados

os respetivos temas geográficos. A secção seguinte exemplifica a associação das estações de

monitorização aos nós da rede hidrográfica como exemplo aplicável a todos os restantes temas

geográficos.

4.3.3 Carregamento de estações de monitorização e associação aos nós da rede

A classe JuncoesHidro é utilizada para registar localizações importantes ao longo da rede

hidrográfica, nomeadamente confluências ou bifurcações. O procedimento que se descreve

exemplifica como incorporar os nós da rede que ficam associados à localização das estações de

monitorização de águas superficiais. Recorre-se a esta método de associação das estações de

monitorização aos nós da rede hidrográfica com um duplo objetivo: 1) manter a localização real da

estação de monitorização, evitando desta forma o deslocamento dessas localizações para serem

sobrepostas aos arcos da rede; e 2) possibilitar a análise espacial em rede geométrica, o que permite

aferir sobre a existência de entidades associadas ao longo de um traçado.

Sendo que os arcos da rede são do tipo complexo, suportam nós sem que haja necessidade de uma

quebra física dos segmentos da rede hidrográfica (classe SegmentosHidro). De salientar que a

associação entre as estações de monitorização e os nós da rede correspondentes se concretiza

através dos atributos EstMonSuperficiais (IDHidroJuncao)/ JuncoesHidro (IDHidro). O valor do

atributo IDHidro do nó da rede (classe JuncoesHidro) correspondente à estação de monitorização é

passado para o atributo IDHidroJuncao da classe da estação de monitorização. Salienta-se que

apenas as estações de monitorização associáveis à rede são passíveis de cumprir esta regra de

partilha de valores de atributos. Estações de monitorização hidrométricas estão normalmente

associadas à rede hidrográfica, mas as udométricas e/ou climatológicas podem não estar. As

estações de monitorização ou locais de amostragem da qualidade da água balnear costeira não estão

associadas à rede hidrográfica, uma vez que esta não é representada em massas de água costeiras.

Após ter sido preparado o tema fonte correspondente às estações de monitorização associadas à

rede hidrográfica pode utilizar-se esse CDG para proceder ao carregamento dos nós da rede

correspondentes. Os atributos IDHidro e IDHidroJuncao (do tipo de dados inteiro) devem estar

assegurados quer no tema fonte quer na classe de destino (JuncoesHidro). Assume-se que o CDG

referente às estações de monitorização de águas superficiais (classe EstMonSuperficiais), e

referentes aos nós da rede (classe JuncoesHidro) está de acordo com a estrutura declarada no MDG.

Uma das opções de carregamento é através de uma sessão de edição no ArcMap® (Object loader),

através do comando “Load objects…”. Este comando permite também ajustar a localização das

entidades geográficas de acordo com as configurações de snapping. O início da sessão de edição

deve ter determinado como alvo a classe JuncoesHidro, tal como ilustra a Figura 20.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 29

Figura 20. Barra de edição para carregamento da classe JuncoesHidro

As opções de snapping devem estar ativas em “edges” da classe JuncoesHidro na opção

“perpendicular to sketch”, tal como mostra a Figura 21. A tolerância de deslocamento (snap tolerance)

deve ser tal que permita abranger o universo de distâncias entre as localizações reais das estações

de monitorização e a representação da linha de concentração de escoamento (SegmentosHidro), a

registar como arcos da rede hidrográfica.

Figura 21. Regras para operações de snapping

O carregamento através deste método vai gerar os nós correspondentes às estações de

monitorização (“espelhos”) sobre SegmentosHidro (do tipo complexo – complex edges). Este

processamento pode também ser executado através da ferramenta Near.

Para os casos de criação de novas estações de monitorização é obrigatória à atribuição de novos

valores de IDHidro. Estes novos valores podem ser atribuídos com base nos valores da tabela de

atribuição de IDHidro (tabela TabIDUnicoAP, atributo UltimoID).

Considerando o exemplo de novas estações de monitorização, os novos valores de IDHidro são

atribuídos a partir do seguinte cálculo: “UltimoID+1+FID”, sendo FID o valor ID que, por defeito, é

atribuído aos novos registos de estações de monitorização, cujo primeiro valor é 0 (zero). Estes

30 LNEC - Proc. 0602/01/18095

novos valores podem constar de um conjunto de dados geográficos que se deseje carregar na base

de dados (p.e. um shapefile) ou adicionar diretamente os novos registos à feature class

EstMonSuperficiais.

Após o primeiro carregamento do conjunto de estações de monitorização e geração dos respetivos

“espelhos”, que dão origem a nós em JuncoesHidro, é possível gerar novas estações de

monitorização superficiais e os respetivos novos nós. A descrição seguinte sugere a forma de o fazer.

A Figura 22 exemplifica a atribuição de códigos identificadores IDHidroJuncao/IDHidro, entre o CDG

EstMonSuperficiais e os respetivos nós da rede hidrográfica JuncoesHidro.

Figura 22. Exemplo de atribuição de valores identificadores IDHidroJuncao/IDHidro

A criação de duas novas estações pode executar-se através de uma sessão de edição, tal como

ilustra a Figura 23. A atribuição dos IDHidro das estações de monitorização pode ser feita

diretamente na tabela de atributos com números sequenciais a partir do último valor atribuído. Todos

os restantes atributos podem e devem ser preenchidos conforme a fonte de dados. Para o exemplo

descrito são preenchidos com valores fictícios.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 31

Figura 23. Exemplo de criação de novas estações de monitorização

Após terem sido georreferenciadas as duas novas estações de monitorização superficiais podem ser

gerados os respetivos nós da rede hidrográfica através da execução da ferramenta Near, como

mostra a Figura 24.

Figura 24. Execução da ferramenta Near (Analysis) para incorporar duas novas estações de monitorização

32 LNEC - Proc. 0602/01/18095

O resultado da aplicação da ferramenta gera a criação de novas colunas na tabela de atributos das

estações de monitorização. São geradas as seguintes colunas: Near_FID; Near_Dist; Near_X;

Near_Y.

O atributo Near_FID regista o valor do atributo FID do(s) SegmentosHidro, ao qual ou quais se irão

sobrepor os nós JuncoesHidro. O atributo Near_Dist regista a distância em metros entre o local da

estação de monitorização e os futuros nós “espelho” da estação. Os atributo Near_X e Near_Y

registam os pares de coordenadas dos nós JuncoesHidro a adicionar à rede hidrográfica. Apresenta-

se na Figura 25 a tabela de atributos das estações de monitorização.

Figura 25. Tabela de atributos das estações de monitorização após a execução da ferramenta Near.

Os dois novos registos na tabela podem ser exportados para criar uma nova tabela a partir da qual

podem ser gerados os nós de JuncoesHidro com base nas coordenadas registadas (Near_X;

Near_Y).

O valor de IDHidro das novas JuncoesHidro é calculado com base no último valor de IDHidro

atribuído às JuncoesHidro já existentes, neste caso “IDHidro = 120000398+FID+1”.

Figura 26. Tabela de atributos de JuncoesHidro já existentes

Dado que os novos registos de JuncoesHidro foram obtidos por via da tabela das estações de

monitorização, então é possível executar um Join com base, por exemplo no nome da estação de

monitorização, de forma a obter para as novas estações de monitorização, os valores do atributo

LNEC - Proc. 0602/01/18095 33

IDHidroJuncao. A Figura 27 apresenta a operação de Join das tabelas com base no nome das novas

estações de monitorização.

Figura 27. Operação de união das tabelas de atributos das estações de monitorização e nós da rede hidrográfica (JuncoesHidro)

A Figura 28 mostra a tabela de atributos das estações de monitorização unida com a tabela das

novas JuncoesHidro. Os valores do atributo NovJuncoes.IDHidro foram migrados para o atributo

IDHidroJuncao das estações de monitorização. Os atributos referenciados são apresentados com

fundo azul.

Figura 28. Tabelas de atributos das estações de monitorização unida por via de Join com a tabela de atributos de JuncoesHidro

34 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Desta forma as novas estações de monitorização referenciam os nós da rede hidrográfica que lhes

estão associados, tal como ilustra a Figura 29.

Figura 29. Novas estações de monitorização e nós de rede hidrográfica associados.

4.3.4 Definição do sentido de escoamento dos arcos da rede

Após a definição da rede hidrográfica a partir dos seus segmentos e nós, ficam disponíveis na BDG

três classes: SegmentosHidro, JuncoesHidro e RedeHidro_Junctions. Para definir o sentido de

escoamento de cada segmento da rede pode utilizar-se a função Set Flow Direction… da barra de

ferramentas do ArcHydro, ilustrada na Figura 30.

Figura 30. Função Set Flow Direction (ArcHydro toolbar)

Uma vez que os segmentos da rede hidrográfica foram gerados a partir de um CDG em que o sentido

de escoamento está definido no sentido da vectorização, o valor do atributo SentidoEscoamento

deverá ser igual a 1. Para este caso deverá ser selecionada a definição do sentido do escoamento

com base num atributo, como exemplifica a Figura 31.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 35

Figura 31. Opções de determinação do sentido do escoamento

Dever-se-á tomar particular atenção aos casos dos segmentos em meios estuarinos, uma vez que

para estes meios o sentido do escoamento é feito quer no sentido da vectorização, como no sentido

contra a vectorização, devido à presença da maré.

Com a definição do sentido do escoamento podem executar-se diversas tarefas de cálculos na rede,

nomeadamente:

descobrir segmentos não ligados;

executar traçamento para montante;

executar traçamento para jusante;

encontrar loopings na rede.

4.4 Cálculo de índices espaciais

Os índices espaciais (spatial indexes) são criados na base de dados com o objetivo de aumentar a

performance de resposta a interrogações espaciais. Por defeito, a base de dados pode estar

configurada com um valor para o índice espacial, podendo este não se adequar à informação a

carregar. De notar que é obrigatório a existência de índices espaciais pelo que se sugere a devida

configuração. Também as tabelas alfanuméricas podem ser alvo da criação de índices com o mesmo

objetivo. Informação detalhada sobre a gestão de índices pode ser encontrada em:

http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/Modifying_a_spatial_grid_index/003n00

00001s000000/

36 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Quando um novo ESRI shapefile é gerado não possui qualquer índice espacial criado, sendo pois

classificado de “unbuild”. As características dos índices espaciais são acessíveis através das

propriedades do shapefile, tal como demonstra a Figura 32.

Figura 32. Propriedades de índices de um shapefile

Cada sistema de gestão de base de dados geográficos gere de forma distinta os índices espaciais,

distinguindo-se sobretudo as ESRI Personal Geodatabases das File e ArcSDE Geodatabases. Alguns

aspetos a ter em conta na gestão dos índices espaciais estão descritos em:

http://help.arcgis.com/en/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/A_quick_tour_of_setting_a_spatial_inde

x/003n0000001r000000/

Quando se procede ao carregamento da BDG a partir de shapefiles sobre os quais não foram

calculados índices espaciais pode dar-se o caso de o utilizador receber um erro de índice espacial

inválido, tal como ilustrado na Figura 33.

Figura 33. Erro de índice espacial inválido

LNEC - Proc. 0602/01/18095 37

Para estes casos aconselha-se o cálculo manual do índice espacial, que pode ser executado através

do botão Add representado na Figura 32. Por defeito, durante uma sessão de edição em ArcMap®

para carregamento de dados (object loader), o cálculo dos índices espaciais é automático. No

entanto, é recomendável que, quando se esteja a carregar dados geográficos com âmbitos

geográficos significativamente distintos, se opte por parar e recomeçar a sessão de edição. Este

procedimento gera um novo cálculo automático dos índices espaciais. Em alternativa, o novo cálculo

dos índices espaciais sobre a feature class pode ser forçado manualmente.

Para os casos em que a sessão de edição tem como objetivo adicionar entidades geográficas com

um índice espacial significativamente distinto a uma feature class, recomenda-se a edição do índice

espacial anteriormente criado (ou criado por defeito). Esta alteração pode ser executada através das

propriedades da feature class, como mostra a Figura 34.

Figura 34. Propriedades da feature class

Quando não são conhecidos os valores das grelhas do índice espacial da informação a carregar pode

utilizar-se a ferramenta Calculate Default Spatial Grid Index (ArcToolbox) para obter esses valores

(Figura 35). A obtenção destes valores permite ajustar o índice espacial da feature class da base de

dados a carregar.

38 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Figura 35. Ferramenta para cálculo do índice espacial

Para o caso da região hidrográfica 4, o índice espacial tem o valor de 250.000 (como indica a Figura

36), pelo que esse índice deve ser ajustado na feature class respetiva. Por defeito, este valor pode

estar registado como 1000, o que para o carregamento das regiões hidrográficas despoletaria o aviso

de índice espacial inválido, como mostra a Figura 33.

Figura 36. Resultados do cálculo do índice espacial do polígono da região hidrográfica

LNEC - Proc. 0602/01/18095 39

4.5 Importação de informação em formatos comuns

Quando são importados ESRI Shapefiles e as correspondentes tabelas de atributos dBASE, o ArcGIS

converte automaticamente a geometria e os atributos fonte para tipos de dados da ESRI

Geodatabase. As geometrias de shapefiles de pontos, linhas e polígonos são similares aos

correspondentes tipos de feature classes em ESRI Geodatabase. As conversões estão representadas

na Tabela 1.

Geometria Shapefile Geometria Geodatabase

Point Point

Point M Point with measures

Point Z Point with z-values

Polyline Line (polyline)

Polyline M Line (polyline) with measures

Polyline Z Line (polyline) with z-values

Polygon Polygon

Polygon M Polygon with measures

Polygon Z Polygon with z-values

Multipoint Multipoint

Multipoint M Multipoint with measures

Multipoint Z Multipoint with z-values

Multipath Multipath

Tabela 1. Tabela de conversão entre ESRI Shapefiles e Geodatabase

Cada shapefile e correspondente tabela de atributos dBASE são convertidos para um único tipo de

dados em Geodatabase, exceto no que respeita ao número de caracteres em causa. A Tabela 2

apresenta a correspondência entre os tipos de dados alfanuméricos da shapefile dBASE e

Geodatabase.

Tipo de dado (shapefile) N.º de caracteres Tipo de dado (Geodatabase)

Date NA Date

String 1–255 Text

Boolean NA Short integer

Number 1–4 (decimals=0) Short integer

Number 5–9 (decimals=0) Long integer

Number 10–19 (decimals=0) Double

Float 1–13 Float

Float 14–19 Double

Number 1–8 (decimals>0) Float

Number 9–19 (decimals>0) Double

Tabela 2. Tabela de conversão dos tipos de dados das tabelas de atributos do shapefile (dBASE) e os tipos de dados alfanuméricos em Geodatabase

40 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Para informação de conversão de formatos como coberturas ArcInfo®, Info Tables, CAD e outros,

consultar:

http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?id=2476&pid=2470&topicname=How_data_conv

erts_when_importing

4.6 Importação de informação alfanumérica

A importação de informação alfanumérica para as diversas tabelas que fazem parte integrante da

base de dados geográficos processa-se de uma forma muito idêntica à descrita para o ArcCatalog® e

ArcMap®, tal como demostra a Figura 37.

Figura 37. Importação de informação alfanumérica para tabelas da base de dados

Os ficheiros com os dados alfanuméricos para carregamento podem estar nos seguintes formatos:

MS Excel® ou dBase;

MS Access® database;

ESRI Geodatabase ou Shapefiles;

ficheiros texto (delimited text file data: .txt, .asc, .csv, ou .tab);

por conexão OLE DB, acesso a sistemas de gestão de bases de dados como: Oracle®,

PostgreSQL, Informix®, DB2

®, MySQL.

Um dos formatos mais comuns para registo de dados é o MS Excel®, pelo que, para um controlo mais

rigoroso dos tipos de dados a carregar, se propõe uma importação prévia para um MS Access® e a

partir desse formato o carregamento na base de dados geográficos. A Figura 38 ilustra a importação

de uma folha Excel® da tabela EstadoEcoPotQuimicoRios para MS Access

®.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 41

Figura 38. Exemplo da importação de um ficheiro Excel® para MS Access

®

4.7 Utilização de regras de consistência lógica

As regras de consistência lógica foram implementadas ao nível dos valores dos atributos do MDG

com recurso a listas codificadas nos diagramas de classes UML. A sua implementação prática revela-

se na aplicação estrita aos valores admissíveis para um conjunto de atributos definidos. Por exemplo,

valores do atributo CodRH da tabela de atributos do tema geográfico das regiões hidrográficas são

assegurados por uma lista codificada de valores que permitem serem registados os valores: RH3,

RH4 ou RH5. Na realidade, em termos de dados físicos, o valor registado é o 3, 4 ou 5, e não a

designação desse código (RH3, RH4 ou RH5). Na Figura 39 pode observar-se, na tabela de atributos,

a restrição imposta aos códigos identificadores da região hidrográfica.

42 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Figura 39. Exemplo do funcionamento das regras de consistência lógica no preenchimento das tabelas de atributos

Os atributos que participam em associações na base de dados estão devidamente assinalados com

um * (asterisco) junto ao nome do atributo, quando visualizados pela aplicação SIG desktop utilizada

(ArcMap®). Tanto os temas geográficos, como as tabelas alfanuméricas presentes na base de dados,

são carregados através das opções apresentadas.

As regras topológicas estão declaradas ao nível de cada Feature dataset envolvendo as feature

classes correspondentes. A validação das regras topológicas pode ser despoletada, quer a partir do

ArcCatalog®, quer a partir de uma sessão de edição do ArcMap

®. No ArcCatalog

® a validação

topológica é acessível nas opções do botão direito do rato, tal como ilustra a Figura 40. Na mesma

figura são expostas as opções do ArcToolbox® para a gestão das regras de validação.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 43

Figura 40. Opções de validação topológica. Validação no ArcCatalog® (à esquerda). Validação em

sessão de edição do ArcMap® (à direita)

O carregamento de dados em feature classes que participam em regras topológicas pode executar-se

quer no ArcCatalog® (Simple object loader) quer no ArcMap

® (Object loader). Caso as regras

topológicas já existam, nenhuma das opções de carregamento desencadeia a sua validação

automática, pelo que o utilizador terá de validar a topologia na função Validate ou Validate topology

(ArcToolbox®), como ilustra a Figura 41.

Figura 41. Ferramentas de gestão de topologia. Do ArcMap® (à esq.) e do ArcToolbox

® (à dir.)

44 LNEC - Proc. 0602/01/18095

4.8 Gestão de metadados

Toda a informação a carregar na base de dados geográficos no âmbito da elaboração dos PGRH

será documentada com o objetivo de definir conceitos, identificar fontes utilizadas, conteúdo e

estrutura, processos de produção e qualidade. Dado que a existência de metadados associados à

informação é essencial para permitir a sua interpretação e reutilização, bem como a avaliação da sua

adequação a um dado fim, todos os processos de produção de informação deverão ser

documentados.

Os conjuntos de dados geográficos (CDG) e os serviços de dados geográficos (SDG)

utilizados/produzidos ou coligidos no âmbito dos PGRH podem ser documentados de acordo com o

“Perfil Nacional de Metadados de Informação Geográfica” (Perfil MIG) em vigor, que implementa as

normas ISO 19115, 19119 e 19139. A aplicação do perfil MIG, definido pelo IGP, encontra-se

disponível em: http://sourceforge.net/projects/migeditor. A Figura 42 ilustra a aplicação.

Figura 42. Aplicação MIG Editor (v3.1 - IGP)

Por defeito, a base de dados é fornecida com as definições dos conjuntos de dados geográficos e

respetivos atributos, pelo que apenas os processos de produção e verificação da qualidade dos

dados terão de ser preenchidos de acordo com a norma ISO 19139.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 45

Caso o utilizador prefira gerir a metainformação diretamente na base de dados, o ArcCatalog® fornece

essa possibilidade. Para gerir a metainformação pode ser utilizada a opção Metadata, tal como ilustra

a Figura 43.

Figura 43. Edição de metadados no ArcCatalog® (de acordo com a norma ISO 19139)

4.9 Aplicação de elementos de simbologia

A simbologia aplicável às entidades geográficas consideradas no MDG foi definida no formato ESRI

Style Set File. Esta simbologia foi definida com base nos diplomas legais aplicáveis ao planeamento e

gestão de recursos hídricos, nomeadamente o Decreto-Lei n.º 77/2006. Na medida do aplicável foi

considerada a norma INSPIRE – Hydrography (Data specification on hydrography – D 2.8.I.8). A

simbologia desenvolvida está descrita em Charneca et al. (2011).

Os símbolos para representação das entidades geográficas podem ser acedidos através do ArcMap®

(menu Tools/Style Manager/Styles/Add…). O ficheiro ESRI Set Style (*.style) contém a simbologia

que pode ser carregada a partir do gestor de elementos de simbologia, tal como ilustra a Figura 44.

46 LNEC - Proc. 0602/01/18095

Figura 44. Elementos de simbologia aplicáveis à produção cartográfica

Para a publicação de serviços de dados geográficos (p.e. WMS) em servidores de mapas como o

ArcGIS Server, Mapserver e Geoserver, sugere-se a utilização de simbologia descrita em SLD (Style

Layer Descriptor). O formato SLD é uma especificação XML definida pelo Open Geospatial

Consortium, Inc. (OGC). Pode ser encontrada mais informação sobre este formato em:

http://www.opengeospatial.org/standards/sld.

4.10 Carregamento da base de dados em Batch load

O carregamento automatizado da base de dados é possível com recurso à extensão PLTS do

ArcGIS. Este método passa pela criação de uma base de dados para mapeamento entre a fonte de

dados (cross-reference database). O PLTS Data Loader aceita shapefiles, coberturas ArcInfo e ESRI

Geodatabases. A ferramenta PLTS Data Loader está ilustrada na Figura 45.

LNEC - Proc. 0602/01/18095 47

Figura 45. PLTS Data Loader (data load automation tools)

Podem ser encontradas mais informações sobre a extensão PLTS em:

http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.3/index.cfm?id=4604&pid=4603&topicname=The_data_load_

automation_tools

48 LNEC - Proc. 0602/01/18095

5 NOTAS FINAIS

Este relatório foi desenvolvido com base no trabalho sobre a análise de requisitos do modelo de

dados geográficos (MDG) (Charneca et al., 2010) e no trabalho de descrição do modelo lógico de

dados geográficos (Charneca et al., 2011).

Apresenta-se a descrição sumária dos procedimentos para a implementação do modelo lógico de

dados, de acordo com o dicionário de dados e catálogo de entidades respetivo. São descritos os

aspetos relacionados com o carregamento de dados na base de dados geográficos através da

tecnologia SIG adotada pela ARH do Centro.

Apresentam-se os procedimentos para o carregamento da informação e sugerem-se as formas de

validação dessa informação, destacando-se as precedências de carregamento. As várias fases de

importação de informação são explicadas através do uso alternativo de duas opções de

carregamento com base na utilização de tecnologia ESRI: uma com a utilização do ArcCatalog®, mais

rápida, embora sem a aplicação de funcionalidades de validação dos dados de entrada; e outra com

a utilização do ArcMap®, na qual as funcionalidades de validação topológica podem ser aplicadas.

Os conceitos chave apresentados neste relatório estão disponibilizados numa plataforma de e-

learning para futura consulta e execução.

. 

LNEC - Proc. 0602/01/18095 51

BIBLIOGRAFIA

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Technical Report 2009-028. Guidance Document Nº 22: WFD reporting on River Basin

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http://water.eionet.europa.eu/schemas/dir200060ec/resources/Reporting User Manual RBMP

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Charneca, N; Oliveira, M.; Oliveira, A. (2010). Modelação de dados geográficos e modelação

matemática dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos para o planeamento e gestão de

recursos hídricos sob jurisdição da ARH do Centro, I.P. – Relatório 1: Análise de requisitos

técnicos e funcionais do modelo de dados geográficos. Relatório 405/201 – DHA/NTI/NAS. LNEC,

Lisboa.

Charneca, N; Oliveira, M.; Oliveira, A. (2011). Modelação de dados geográficos e modelação

matemática dos recursos hídricos superficiais e subterrâneos para o planeamento e gestão de

recursos hídricos sob jurisdição da ARH do Centro, I.P. – Relatório 2: Modelo lógico de dados

geográficos de suporte ao planeamento e gestão de recursos hídricos. Relatório 163/2011 –

DHA/NTI. LNEC, Lisboa.

Gonçalves, J., 2009. Conversões de Sistemas de Coordenadas Nacionais para ETRS89 Utilizando

Grelhas. Artigo apresentado na VI Conferência Nacional de Cartografia e Geodesia

(http://www.fc.up.pt/pessoas/jagoncal/coordenadas/paper_cncg2009.pdf).

Hellweger, F.; Maidment, D. (1997). AGREE - DEM Surface Reconditioning System. in Maidment, D.

R. (1997) (ed.). GIS Hydro ’97. Integration of GIS and Hydrologic modelling. Center for Research in

Water Resources, The University of Texas at Austin. Engineering Computer Graphics Laboratory,

Brigham Young University. Environmental Systems Research Institute.

Oliveira, M.; Martins, T.; Leitão, T.; Charneca, N. (2012). Modelação qualitativa e quantitativa da

região hidrográfica do Centro – Extensão do modelo de dados geográficos referente à componente

4 (águas subterrâneas) e geoanálises relacionadas. Relatório LNEC 131/2012 – DHA/NAS/NTI.

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