DESENVOLVIMENTO DE UMA INTERFACE EM SIG PARA … · Reinhard Bonnke . 10 LISTA DE TABELAS Tabela...

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEAR

CENTRO DE TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRULICA E AMBIENTAL

CURSO DE DOUTORADO EM ENGENHARIA CIVIL REA DE CONCENTRAO EM RECURSOS HDRICOS

DESENVOLVIMENTO DE UMA INTERFACE EM SIG PARA SUPORTE AO DIMENSIONAMENTO

HIDRULICO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA

EULIMAR CUNHA TIBRCIO

FORTALEZA - CEAR

2006

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DESENVOLVIMENTO DE UMA INTERFACE EM SIG PARA SUPORTE AO DIMENSIONAMENTO

HIDRULICO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE GUA


FORTALEZA - CEAR 2006

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DESENVOLVIMENTO DE UMA INTERFACE EM SIG PARA SUPORTE AO DIMENSIONAMENTO HIDRULICO DE SISTEMAS DE ABASTECIMENTO DE

GUA

Tese apresentada como requisito parcial para obteno do grau de Doutor. Curso de Ps-Graduao em Engenharia Civil da Universidade Federal do Cear, rea de Concentrao Recursos Hdricos. Orientador: Prof. Marco Aurlio Holanda de Castro, Ph. D.

Fortaleza - Cear 2006

6

A Deus, minha esposa e minha famlia, por com-preenderem a minha busca.

7

AGRADECIMENTOS

Meus agradecimentos a Deus, pela presena gloriosa dessa luz que sempre aparece

quando tudo parece to distante e sombrio, quando os meus passos no parecem obedecer ao

traado do caminho a seguir e, enfim, no me sentir sozinho. Incontestvel que Vossa

ternura e bondade e to pequeno que sou diante de Vs, Senhor, s me resta agora agradecer

por me ensinar a lutar e me fazer persistir, quando j no achava mais foras em mim, minha

mente pedia para continuar, mas o meu corpo pedia para relaxar. Perdoe-me, ento, se, nas

angustiantes horas da vida, s pensava em mim, s olhava para mim. Pois, hoje, compreendo

que, em cada irmo, encontrarei o Vosso amor.

Meus agradecimentos ao professor e orientador Dr. Marco Aurlio Holanda de Castro

pela compreenso das circunstncias no favorveis ao meu evoluir natural, pelas observaes

e conhecimentos transmitidos e por sua disposio a servio deste trabalho, possibilitando

agregar minha pouca experincia no campo da pesquisa, atributos imprescindveis, como a

capacidade de decidir, a dedicao e o esprito de cooperao.

Aos professores Dr. Horst Frischkorn, Dr. Ernesto da Silva Pitombeira, Dr. Prof.

Adunias dos Santos Teixeira, Dr. John Kenedy de Arajo, Dr. Vicente de Paulo Ferreira

Barbosa Vieira, Dr. Francisco Suetnio Bastos Mota, e a todos que fazem do magistrio um

ideal, mesclando a arte de ensinar com o dom da convivncia, tornando-se nossos amigos e

transmitindo suas experincias que tanto ajudaram na formao deste trabalho.

Ao chefe de trabalho no CENTEC, Dr. Antnio Amaury Ori Fernandes, pelo seu

apoio e entusiasmo constante.

Ao Instituto Centro de Ensino Tecnolgico (CENTEC), por tornar possvel a

realizao deste trabalho de pesquisa e CAPES, pelo apoio financeiro.

Meus agradecimentos tambm a Erivelton Ferreira da Costa, e a todos aqueles que

fazem parte do quadro de funcionrios do Departamento de Engenharia Hidrulica e

Ambiental, pela valiosa ajuda em inmeras oportunidades.

minha esposa que ao longo desta jornada esteve presente todo o tempo, mesmo no

8

estando sempre ao meu lado; por entender que minha falta de tempo seria passageira. Enfim,

voc sempre esteve comigo; seus sentimentos e posicionamento diante das circunstncias me

fizeram seguir adiante, assim como me fizeram acreditar que eu era capaz. Por isso, o mrito

no s meu: nosso, por toda dedicao, compreenso e sacrifcio.

A meus pais, Ldio e Nezite Tibrcio.

Finalmente, agradeo a todos que de alguma maneira contriburam para a elaborao

deste trabalho, e que possa aqui, involuntariamente, ter deixado de citar.

9

Em qualquer era, a grandeza de um homem resi-de apenas em Deus.

Reinhard Bonnke

10

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Alguns elipsides de referncia........................................................................66

Tabela 3.1 Frmulas para o clculo da perda de carga distribuda em escoamento sob

presso (sistema SI) Adaptada de Rossman (2000)...........................................................104

Tabela 3.2 Coeficientes de rugosidade para tubulaes novas......................................104

Tabela 3.3 Comandos para operaes diversa................................................................108

Tabela 3.4 Comandos para entrada de dados.................................................................109

Tabela 3.5 Comandos para navegao de mapa.............................................................109

Tabela 3.6 Comandos para documentos de mapa...........................................................110

Tabela 3.7 Comandos para relatrios..............................................................................110

Tabela 3.8 Comandos para ajuda.....................................................................................110

Tabela 4.1 IDs de ns correspondentes no sistema de teste...........................................136

Tabela 4.2 IDs de tubulaes, bombas e vlvulas correspondentes no sistema de tes-

te..............................................................................................................................................137

Tabela 4.3 Propriedade em reservatrios de nvel fixo..................................................137

Tabela 4.4 Propriedades em reservatrios de nvel varivel.........................................138

Tabela 4.5 Propriedades em bombas................................................................................138

11

Tabela A.1 Tipos de vlvula para modelagem no EPANET..........................................178

12

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Taxionomia de Sistemas de Informao Adaptada de DeMers (2003)........44

Figura 2.2 Padres de distribuio de pontos....................................................................52

Figura 2.3 Mtodos de ilustrao de escala de mapa........................................................57

Figura 2.4 As trs famlias de projees de mapa (a) Plana, (b) Cilindrica, (c) cni-

ca...............................................................................................................................................58

Figura 2.5 Um sistema de coordenadas cartesianas Adaptada de DeMers (2003)........62

Figura 2.6 Numerao de fusos UTM................................................................................63

Figura 2.7 Sistema de coordenadas UTM em um nico fuso...........................................64

Figura 2.8 Relacionamentos entre elipside geide, terreno e representaes esfricas

da Terra...................................................................................................................................65

Figura 2.9 Representao bsica de dados raster Adaptada de DeMers (2003)............68

Figura 2.10 Representao bsica de dados vetor............................................................69

Figura 2.11 Modelo spaghetti de dados vetor Adaptada de ESRI (Technical Pa-

per)............................................................................................................................................70

Figura 2.12 Modelo topolgico de dados vetor Adaptada de ESRI (Technical Paper,

2000).........................................................................................................................................72

Figura 2.13 Exemplos de tipos de caractersticas geogrficas num conjunto de dados

13

para um shapefile....................................................................................................................73

Figura 2.14 Modelo TIN Adaptada de DeMers (2003)....................................................74

Figura 2.15 SIG vetoriais hbridos Adaptada de DeMers (2003)....................................75

Figura 2.16 Fluxograma em SIG Adaptada de DeMers (2003).......................................80

Figura 2.17 Tipos de redes..................................................................................................82

Figura 3.1 Carregando ArcMap na memria de trabalho do computador....................90

Figura 3.2 Habilitando a interface UFCnet.......................................................................91

Figura 3.3 Mensagem de requisito funcional: diretrio de projeto.................................91

Figura 3.4 Carregando o ambiente de definio do diretrio de projeto.......................92

Figura 3.5 Ambiente de definio do diretrio onde os layers para o documento de

mapa sero armazenados.......................................................................................................92

Figura 3.6 Mensagem de requisito funcional: nomear documento de mapa..................93

Figura 3.7 Mensagem de requisito funcional: definir diretrio nico............................93

Figura 3.8 Mensagem de requisito funcional: carregar curvas de nvel.........................93

Figura 3.9 Mensagem de requisito funcional: carregar tipo polyline.............................94

Figura 3.10 Mensagem de requisito funcional: no dispor elemento hidrulico fora do

retngulo envolvente do layer de curvas de nvel.................................................................94

Figura 3.11 Mensagem de requisito funcional: no alterar nome...................................95

14

Figura 3.12 Ambiente de edio estao de bombeamento...........................................96

Figura 3.13 Ambiente de edio gerao/importao de demanda..............................97

Figura 3.14 Ambiente de edio impossibilidade de gerar demanda...........................98

Figura 3.15 Ambiente de edio raio de varredura.......................................................98

Figura 3.16 Ambiente de edio mudana de elemento hidrulico..............................98

Figura 3.17 Ambiente de edio inserindo tubulaes..................................................99

Figura 3.18 Ambiente de edio configurando tubulaes a serem copiadas.............99

Figura 3.19 Ambiente de edio seo [patterns] do arquivo de dados.....................101

Figura 3.20 Ambiente de edio tabela de dados para as sees [CONTROLS] e

[PATTERNS].........................................................................................................................101

Figura 3.21 Ambiente de edio controle para tubulaes.........................................103

Figura 3.22 Ambiente de edio opes de simulao.................................................106

Figura 3.23 Ambiente de inicializao do simulador EPANET checagem................107

Figura 3.24 Ambiente de inicializao do simulador EPANET tipo de opera-

o...........................................................................................................................................107

Figura 3.25 Ambiente de inicializao do simulador EPANET vazes no-

dais..........................................................................................................................................107

Figura 3.26 Ambiente de inicializao do simulador EPANET adutora...................107

15

Figura 3.27 Diagrama de fluxo de processo mostrando a integrao ArcMap-

EPANET................................................................................................................................111

Figura 3.28 Dilogo para personalizao do ArcMap....................................................116

Figura 3.29 Dilogo para seleo de novos comandos....................................................116

Figura 3.30 Dilogo para personalizao do ArcMap lista com o comando recm-

criado......................................................................................................................................120

Figura 3.31 Barra de ferramentas UFCnet implementao via ambiente inter-

no............................................................................................................................................120

Figura 3.32 Janela de edio do Visual Basic for Applications.....................................120

Figura 3.33 Janela de edio do Visual Basic for Applications dica de ajuda..........121

Figura 3.34 Resposta do comando recm-criado via ambiente interno........................121

Figura 3.35 Diagrama de objetos ArcObjects.................................................................124

Figura 3.36 Visual Basic criando modelo de projeto ActiveX DLL...........................126

Figura 3.37 Janela de cdigo propriedade Category da classe Teste.........................127

Figura 3.38 Dilogo do Add-In ESRI Compile and Register.........................................127

Figura 3.39 Dilogo para personalizao do ArcMap lista com o comando recm-

criado......................................................................................................................................127

Figura 3.40 Barra de ferramentas UFCnet implementao via ambiente exter-

no............................................................................................................................................128

Figura 3.41 Janela de cdigo propriedade Bitmap da classe Teste............................128

16

Figura 3.42 Reao do comando recm-criado via ambiente externo...........................128

Figura 4.1 Arruamentos de conjunto habitacional no Eusbio-CE..............................130

Figura 4.2 Cotas de conjunto habitacional no Eusbio-CE...........................................131

Figura 4.3 Arruamentos e curvas de nvel de conjunto habitacional no Eusbio-

CE...........................................................................................................................................131

Figura 4.4 Informaes iniciais UFC2...........................................................................132

Figura 4.5 Sistema de teste simulao da rede e das adutoras...................................133

Figura 4.6 Sistema de teste projeto/dimensionamento da rede..................................134

Figura 4.7 Seleo de adutora UFC2.............................................................................135

Figura 4.8 Sistema de teste projeto/dimensionamento das adutoras.........................135

Figura A.1 Esquema da arquitetura cliente-servidor.....................................................149

Figura A.2 Janela de apresentao da interface UFCnet...............................................151

Figura A.3 Janela de esclarecimento sobre a interface UFCnet....................................151

Figura A.4 Janela de informaes ao usurio.................................................................152

Figura A.5 Janela de indicao de destino dos arquivos................................................152

Figura A.6 Janela de inicializao de cpia dos arquivos..............................................153

Figura A.7 Janela de finalizao do instalador...............................................................153

Figura A.8 Dilogo para definio do diretrio de projeto............................................154

17

Figura A.9 Dilogo para criao do novo diretrio de projeto......................................154

Figura A.10 Dilogo para configurao de layers EPANET..........................................155

Figura A.11 Configurao de layers mensagem de ajuda...........................................155

Figura A.12 Dilogo para configurao de tabelas EPANET........................................156

Figura A.13 Configurao de tabelas mensagem de ajuda.........................................156

Figura A.14 Dilogo para converso de dados tabulares...............................................157

Figura A.15 Arquivo-modelo de curva da bomba/eficincia.........................................157

Figura A.16 Arquivo-modelo de curva de rebaixamento...............................................157

Figura A.17 Arquivo-modelo de curva de demandas.....................................................157

Figura A.18 Converso de dados tabulares texto de ajuda.........................................158

Figura A.19 Dilogo para gerao e adio de pontos 3D..............................................158

Figura A.20 Gerao e adio de pontos 3D mensagem de ajuda..............................158

Figura A.21 Dilogo para entrada de dados arquivo de arruamentos......................159

Figura A.22 Dilogo para entrada de dados arquivo de curvas de nvel...................159

Figura A.23 Arquivo de dados do modelo hidrulico.....................................................160

Figura A.24 Relatrio de simulao do modelo..............................................................161

Figura A.25 Relatrio de simulao do modelo cdigo de erro..................................161

18

Figura A.26 Relatrio de valores de propriedades resultantes da simulao..............162

Figura A.27 Dilogo para configuraes default de tubulaes.....................................162

Figura A.28 Configuraes default de tubulaes texto de ajuda...............................163

Figura A.29 Dilogo de opes de simulao...................................................................163

Figura A. 30 Opes de simulao texto de ajuda.......................................................164

Figura A. 31 Dilogo para abrir documento de mapa....................................................165

Figura A. 32 Dilogo para novo documento de mapa....................................................166

Figura A. 33 Dilogo para configurar pgina................................................................167

Figura A. 34 Visualizar impresso...................................................................................168

Figura A. 35 Dilogo para imprimir................................................................................169

Figura A. 36 Viso panormica........................................................................................170

Figura A. 37 Dilogo sobre a interface UFCnet..............................................................170

Figura A. 38 Dilogo para tpicos da ajuda....................................................................171

Figura A. 39 Manual da interface mensagem da ajuda...............................................171

Figura A. 40 Manual da interface instalando Acrobat Reader..................................172

Figura A. 41 Dilogo para configurao do RNF...........................................................172

Figura A. 42 Dilogo para configurao do RNV...........................................................174

19

Figura A. 43 Reservatrio de Nvel Varivel Detalhes Grficos................................174

Figura A. 44 Dilogo para configurao de booster.......................................................176

Figura A. 45 Exemplo de curva da bomba no EPANET................................................176

Figura A. 46 Exemplo de curva de eficincia no EPANET............................................176

Figura A. 47 Arquivo com dados necessrios criao das curvas de uma bom-

ba............................................................................................................................................177

Figura A. 48 Booster menu suspenso............................................................................177

Figura A. 49 Vlvula dilogo para entrada de dados..................................................178

Figura A. 50 Vlvula menu suspenso............................................................................178

Figura A. 51 Dilogo para configurao do aspersor.....................................................178

Figura A. 52 Dilogo para configurao do poo profundo..........................................180

Figura A. 53 Poo profundo configurao de perda de carga no tubo edu-

tor............................................................................................................................................181

Figura A. 54 Poo profundo somando perdas para o tubo edutor.............................181

Figura A. 55 Poo profundo configurao de rugosidade no tubo edutor.................182

Figura A.56 Poo profundo configurao de curva de rebaixamento.......................182

Figura A.57 Poo profundo arquivo de rebaixamento no formato de texto e sua

curva no EPANET................................................................................................................183

20

Figura A.58 Poo profundo arquivo de rebaixamento no formato dbase para uso no

ArcMap..................................................................................................................................183

Figura A.59 Dilogo para configurao de estao de bombeamento..........................184

Figura A.60 Dilogo para configurao de demanda pontual.......................................185

Figura A.61 Digitalizao de elementos hidrulicos tubo da rede (menu suspen-

so)............................................................................................................................................186

Figura A.62 Digitalizao de elementos hidrulicos tubo da rede (legenda).............186

Figura A.63 Digitalizao de elementos hidrulicos tubo de adutora (legen-

da)...........................................................................................................................................188

Figura A.64 Digitalizao de elementos hidrulicos tubo de adutora (proprieda-

de)...........................................................................................................................................188

Figura A.65 Digitalizao de elementos hidrulicos tubulaes (padro de consu-

mo)..........................................................................................................................................189

Figura A.66 Dica de mapa menu suspenso...................................................................189

Figura A.67 Deletar menu suspenso..............................................................................191

Figura A.68 Visualizao de elementos hidrulicos mensagem de ajuda..................192

Figura A.69 Dilogo para mudar elemento hidrulico...................................................192

Figura A.70 Dilogo para definir controles.....................................................................193

Figura A.71 Definir controles texto de ajuda...............................................................193

Figura A.72 Mover elemento dilogo de coordenadas.................................................194

21

Figura A.73 Mover elemento mensagem de ajuda.......................................................194

Figura A.74 Dilogo para arquivo de demanda..............................................................194

Figura A.75 Arquivo de demanda mensagem de requisito funcional........................195

Figura A.76 Arquivo de demanda mensagem de ajuda..............................................195

Figura A.77 Arquivo de demanda ilustrao de um arquivo de demanda no formato

de texto...................................................................................................................................195

Figura A.78 Arquivo de demanda ilustrao de um arquivo de demanda no formato

do Excel..................................................................................................................................196

Figura A.79 Inserir componentes hidrulicos mensagem de ajuda...........................196

Figura A.80 Dilogo para inserir componentes hidrulicos..........................................196

Figura A.81 Dilogo para inserir componentes hidrulicos operao seleciona-

da............................................................................................................................................197

Figura A.82 Inserir componentes hidrulicos mensagem de ajuda...........................197

Figura A.83 Criar arquivo EPANET mensagem de processamento..........................198

Figura A.84 Ambiente do EPANET arquivo gerado pela interface UFCnet............199

Figura A.85 Criar arquivo EPANET seleo de arquivo de exportao...................199

Figura A.86 Criar arquivo EPANET clculo de vazo nodal.....................................199

Figura A.87 Criar arquivo EPANET vazo nodal baseada na populao de proje-

to.............................................................................................................................................200

22

Figura A.88 Criar arquivo EPANET vazo nodal baseada no nmero mdio de

ligaes...................................................................................................................................200

Figura A.89 Criar arquivo EPANET vazo nodal baseada em arquivo de demanda

nos ns....................................................................................................................................200

Figura A.90 Dilogo para criar arquivo EPANET seleo de adutora......................201

Figura A.91 Criar arquivo EPANET mensagem de ajuda.........................................201

Figura A.92 Dilogo para animao da simulao.........................................................201

Figura A.93 Inicializando o ArcMap................................................................................202

Figura A.94 Carregando a barra de ferramentas UFCnet............................................202

Figura A.95 Definindo o diretrio de projeto..................................................................203

Figura A.96 Carregando o layer de curvas de nvel........................................................203

Figura A.97 Layer de uma rede simples na janela de mapa do ArcMap......................204

Figura A.98 Estao de bombeamento entrada de dados...........................................205

Figura A.99 Reservatrio de nvel varivel entrada de dados....................................206

Figura A.100 Tubo de adutora menu suspenso............................................................206

Figura A.101 rea de trabalho do EPANET com arquivo gerado pela interface UFC-

net...........................................................................................................................................207

Figura A.102 Menu com Comando para Visualizar Arquivo de Dados da re-

de.............................................................................................................................................208

23

Figura A.103 Menu com Comando para Impresso.......................................................208

24

LISTA DE ABREVIATURAS

CAC Computer Assisted Cartography

CAD Computer Aided Design

COM Component Object Model

DBMS Database Management System

dBASE Database Engine

DEM Digital Elevation Model

DLG Digital Elevation Model

ESRI Environmental Systems Research Institute

ETA Estao de Tratamento de gua

GIS Geographic Information System

GPS Global Positioning System

LIS Land Information System

MDE Modelo Digital de Elevao

NAVSTAR Navigation by Satellite Timing and Ranging

RNF Reservatrio de Nvel Fixo

RNV Reservatrio de Nvel Varivel

SAD69 South American Datum

SIG Sistema de Informao Geogrfica

TIN Triangulated Irregular Network

UIControl User Interface Control

UML Unified Modeling Language

UTM Universal Transverse Mercator

VC++ Visual C ++

WGS84 Wordl Geodetic System 1984

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LISTA DE SMBOLOS

Sh perda de carga singular ou localizada, [L];

SK coeficiente de perda de carga localizada, adimensional;

v velocidade mdia do escoamento, [L/T];

g acelerao da gravidade. [L/T2];

fh perda de carga, [L];

q vazo, [L3/T];

A termo de perda de carga, adimensional;

B expoente da vazo, adimensional;

f fator de Darcy-Weisbach, adimensional;

Re nmero de Reynolds, adimensional;

26

SUMRIO

1 INTRODUO......................................................................................................... 33

1.1 Objetivo geral......................................................................................................... 37

1.2 Objetivos especficos.............................................................................................. 37

1.3 Justificativa da pesquisa........................................................................................ 37

2 REVISO BIBLIOGRFICA................................................................................ 38

2.1 Sistema de informao geogrfica 38

3.5.3.2 Por que Sistema de Informao Geogrfica?..................................................... 38

2.1.2 Motivos ou razes para a utilizao do SIG...................................................... 39

2.1.2.1 Organizao... 39

2.1.2.2 Visualizao... 39

2.1.2.3 Questionamento Espacial... 40

2.1.2.4 Combinao... 40

2.1.2.5 Anlise... 41

2.1.2.6 Predio. 41

2.1.3 Definio de um SIG. 41

2.1.4 Anlise espacial: o fundamento da geografia moderna..................................... 45

2.1.4.1 Desenvolvendo conscincia especial. 47

2.1.4.2 Elementos espaciais... 47

2.1.4.3 Nveis de medida especial. 48

2.1.4.4 Referncia e localizao especial.. 49

2.1.4.5 Padres espaciais... 50

2.1.4.6 Coleta de dados geogrficos.. 52

2.1.4.7 Fazendo inferncias de amostragens.. 53

2.1.5 O Mapa como um modelo de dados geogrficos: a linguagem do pensamento

espacial.............................................................................................................. 54

2.1.5.1 Mapa como modelo: a abstrao da realidade................................................... 55

2.1.5.2 Uma mudana de paradigma em cartografia..................................................... 56

2.1.5.3 Escala de mapa.. 56

2.1.5.4 Projees de mapa. 57

2.1.5.5 Sistema de grade para mapeamento................................................................... 61

2.1.6 Modelos de dados em SIG................................................................................. 66

27

2.1.6.1 O modelo raster.. 67

2.1.6.2 O modelo vetorial.. 69

2.1.6.3 Modelo para representar superficies.. 73

2.1.6.4 Sistemas hbridos e integrados... 74

2.1.7 O Subsistema de armazenamento e edio de dados......................................... 77

2.1.7.1 Armazenamento de bancos de dados em SIG.................................................... 78

2.1.8 Anlise especial elementar.... 78

2.1.8.1 Introduo anlise espacial. 78

2.1.8.2 Viso introdutria sobre fluxograma. 79

2.1.8.3 Trabalhando com objetos de nvel superior....................................................... 80

2.1.9 Diferenas genricas entre SIG e CAD........................................................... 83

2.2 Evoluo do EPANET e sua comunicao com interfaces em CAD e GIS...... 83

2.3 Estado da arte em modelos de projeto timo para sistemas de distribuio

de gua.......................................................................................................................... 84

3 METODOLOGIA..................................................................................................... 88

3.1 Consideraes iniciais 88

3.2 Estrutura de programao 88

3.2.1 Definio do problema.................................................................................. 88

3.2.2 Caracterizao dos requisitos funcionais... 89

3.2.3 Plano estratgico 89

3.2.4 Plano de desenvolvimento. 89

3.2.5 Plano de monitorao 89

3.3 Estrutura da interface... 89

3.3.1 Apresentao da interface.. 89

3.3.2 Bases operacionais. 90

3.3.3 Ambiente de edio de componentes hidrulicos do sistema............................ 95

3.3.4 Ambiente de condies de operacionalidade do sistema................................... 100

3.3.5 Ambiente de seleo de opes de simulao hidrulica do sistema................ 103

3.3.6 Ambiente de gerao e exportao da descrio-base do sistema e inicializa-

o do simulador EPANET................................................................. 106

3.3.7 Ambiente de operaes diversas da interface UFCnet...................................... 108

3.3.8 Ambiente de entrada de dados para o sistema................................................... 108

3.3.9 Ambiente de navegao do mapa do sistema.................................................... 109

3.3.10 Ambiente de operao de documentos de mapa................................................ 109

28

3.3.11 Ambiente de relatrio do sistema...................................................................... 110

3.3.12 Ambiente de ajuda ao usurio............................................................................ 110

3.4 Integrao Arcmap-EPANET.. 110

3.5 Implementando a interface... 111

3.5.1 Programao Orientada a Objeto... 113

3.5.2 Visual Basic for Applications (VBA) 114

3.5.3 ArcObjects. 115

3.5.3.1 Implementao interna... 115

2.1.2 Implementao externa.. 121

4 ANLISE.. 129

4.1 Anlise da viabilidade de aplicao...................................................................... 129

4.2 Validao da interface... 129

5 CONCLUSES......................................................................................................... 139

6 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.................................................................... 140

APNDICE.................................................................................................................. 143

A.1 INTRODUO..................................................................................................... 144

A.1.1 Definio de ArcGIS Desktop............................................................................. 145

A.1.2 Formatos de dados compatveis em ArcGIS........................................................ 146

A.1.3 Definio de ArcView, ArcEditor e ArcInfo 147

A.1.4 A plataforma ArcObjects 148

A.1.5 Personalizando Aplicaes ArcGIS Desktop 148

A.1.6 Viso introdutria sobre Component Object Model 148

A.2 INSTALANDO A INTERFACE UFCnet 150

A.3 APRESENTANDO COMANDOS E FERRAMENTAS DA INTERFACE

UFCnet.......................................................................................................................... 154

A.3.1 Sobre o comando Selecionar o Diretrio de Trabalho......................................... 154

A.3.2 Sobre o comando Anexar Layers EPANET........................................................ 155

A.3.3 Sobre o comando Anexar Tabelas EPANET....................................................... 155

A.3.4 Sobre o comando Converter Tabelas .txt para .dbf.............................................. 156

A.3.5 Sobre o comando Gerar e Adicionar Pontos XYZ.............................................. 158

A.3.6 Sobre o comando Carregar Arquivo de Arruamentos.......................................... 158

A.3.7 Sobre o comando Carregar Curvas de Nvel....................................................... 159

A.3.8 Para abrir um arquivo INP usando a barra de ferramentas UFCnet.................... 160

A.3.9 Para abrir um Relatrio de Simulao usando a barra de ferramentas UFCnet: 160

29

A.3.10 Para abrir uma Tabela de Dados da rede usando a barra de ferramentas

UFCnet........................................................................................................................... 161

A.3.11 Sobre o comando Definir Configuraes Default.............................................. 162

A.3.12 Sobre o comando Verificar/Alterar Opes de Simulao................................ 163

A.3.13 Para Salvar Documento de Mapa usando a barra de ferramentas UFCnet........ 164

A.3.14 Para Abrir Documento de Mapa existente usando a barra de ferramentas

UFCnet........................................................................................................................... 164

A.3.15 Para abrir um Novo Documento de Mapa usando a barra de ferramentas

UFCnet........................................................................................................................... 166

A.3.16 Para Configurar Pgina usando a barra de ferramentas UFCnet....................... 167

A.3.17 Para Visualizar Impresso usando a barra de ferramentas UFCnet................... 168

A.3.18 Para Imprimir usando a barra de ferramentas UFCnet...................................... 169

A.3.19 Sobre o comando Tamanho Original................................................................. 169

A.3.20 Sobre o comando Viso Panormica................................................................. 170

A.3.21 Para informar sobre a interface UFCnet usando a barra de ferramentas

UFCnet:.......................................................................................................................... 170

A.3.22 Para ver o manual usando a barra de ferramentas UFCnet................................ 171

A.3.23 Sobre as ferramentas de digitalizao de Elementos Hidrulicos..................... 172

A.3.24 Sobre a ferramenta Dica de Mapa...................................................................... 189

A.3.25 Para mostrar a elevao relacionada a cada curva de nvel apontando-a no

mapa usando a barra de ferramentas UFCnet................................................................ 189

A.3.26 Sobre a ferramenta Mover................................................................................. 190

A.3.27 Sobre a ferramenta Aumentar (Zoom +)............................................................ 190

A.3.28 Sobre a ferramenta Diminuir (Zoom -).............................................................. 190

A.3.29 Para ir para a extenso de mapa anterior usando a barra de ferramentas

UFCnet (Zoom anterior)................................................................................................ 190

A.3.30 Para ir para a extenso de mapa posterior usando a barra de ferramentas

UFCnet (Zoom posterior).............................................................................................. 190

A.3.31 Para selecionar caractersticas com o mouse usando a barra de ferramentas

UFCnet:.......................................................................................................................... 191

A.3.32 Sobre a ferramenta Deletar................................................................................ 191

A.3.33 Sobre a ferramenta Editar Elementos Hidrulicos............................................. 191

A.3.34 Sobre a ferramenta Mudar Elemento Hidrulico............................................... 192

30

A.3.35 Para definir controles para tubulaes usando a barra de ferramentas UFC-

net:.......................................................................................................................... 192

A.3.36 Para mover componentes hidrulicos para coordenadas previamente conhe-

cidas usando a barra de ferramentas UFCnet:...................................................... 194

A.3.37 Para gerar/importar arquivo de demanda usando a barra de ferramentas

UFCnet:.......................................................................................................................... 194

A.3.38 Para inserir componentes hidrulicos usando a barra de ferramentas UFCnet: 196

A.3.39 Sobre o comando Criar Arquivo EPANET........................................................ 197

A.4 EXEMPLO DE APLICAO DA INTERFACE UFCnet............................... 202

31

RESUMO

Os estudos realizados na rea de Recursos Hdricos so geralmente modelos que preci-

sam de dados fsicos e topogrficos que tradicionalmente so obtidos nos mapas ou com

pesquisas de campo. Recentemente, estas informaes esto sendo agregadas diretamente em

Sistema de Informao Geogrfica (SIG) devido aos avanos tecnolgicos desenvolvidos por

estes sistemas e s contnuas melhorias em modelo digital de terreno.

Atualmente, esforos tm sido realizados para desenvolver interfaces em SIG que d-

em suporte ao trabalho de projetistas de sistemas de abastecimento de gua e, tambm,

constata-se a existncia de trabalhos com modelos hidrulicos aliados a SIG.

Tendo em vista os avanos em tecnologia de software de SIG, esta pesquisa pretende

mostrar a viabilidade do uso de Sistema de Informao Geogrfica aplicado ao dimensiona-

mento hidrulico de sistemas de abastecimento de gua sob presso atravs do desenvolvi-

mento e aplicao de uma interface incorporada a um SIG reconhecido internacionalmente

pela comunidade cientfica que trabalha com dados espaciais (ArcMap) que utiliza rotinas do

simulador hidrulico EPANET, permitindo, assim, a comunicao entre estas duas tecnologi-

as. Esta interface tem como importncia o fato de ter sido construda com ArcObjects (mesma

plataforma de desenvolvimento da famlia de aplicativos ArcGIS Desktop do Environmental

Systems Research Institute ESRI); tem como caracterstica uma fcil interao para digitali-

zar componentes hidrulicos por coordenadas, permitindo, assim, uma aproximao de um

modelo em anlise de uma situao real, dimensionar componentes do sistema, fornecer

informao relacionada operao do sistema, selecionar opes de simulao hidrulica,

carregar o layout do sistema na rea de trabalho do EPANET, visualizar a descrio-base do

sistema, mostrar o relatrio da ltima simulao, alterar durao da simulao, alterar dime-

tros de tubulao, desfazer edio de dimetros, gerar novo relatrio, visualizar os dados

hidrulicos dos componentes aps cada simulao, alterar componentes hidrulicos, mover

componentes para coordenadas apropriadas, entre outros; tem como objetivo facilitar as

atividades do projetista de sistema de distribuio de gua, dando, portanto, continuidade ao

estudo de modelos hidrulicos aliados a ferramentas de geoprocessamento; tem, enfim, a

possibilidade de ser continuamente melhorada para atender s novas exigncias do projetista

de redes de abastecimento de gua.

32

ABSTRACT

The studies in water resources are models that need data gotten in the maps or research

of field. Recently, these information are being added directly in Geographic Information

System (GIS) due to the technological advances developed by these systems and to the

continuous improvements in digital land model.

Currently, efforts have been carried through to develop interfaces in GIS that give

support to the work of designers of systems of water supply and, also, evidence it existence of

works with hydraulical models allies the GIS.

In view of the advances in technology of GIS software, this research it intends to show

the viability of the use of GIS applied to the hydraulical sizing of systems of water supply

under pressure through the development and application of a connected interface to the

ArcMap that uses routines of hydraulical simulator EPANET, allowing, thus, the communica-

tion between these two technologies. This interface has as importance the fact to have been

constructed with ArcObjects (same platform of development of the family of applications

ArcGIS Desktop of the Environmental Systems Research Institute - ESRI); it has as character-

istic an easy interaction to sketch hydraulical components through coordinates, allowing, thus,

an approach of a model in analysis of a real situation, sizing of components of the system, to

supply related information to the operation of the system, to select options of hydraulical

simulation, to load the layout of the system in the area of work of the EPANET, to visualize

the description-base of the system, to show the report of the last simulation, to visualize

hydraulical data of the components each simulation, to modify hydraulical components, to

move components for appropriate coordinates, among others; it has as objective to facilitate

the activities of the designer of system of water distribution, giving, therefore, continuity to

the study of hydraulical models allies the Geo-processing tools; it has, at last, the possibility

of continuously being improved to take care of to the new requirements of the designer of nets

of water supply.

33

1 INTRODUO

Os Recursos Hdricos em regies semi-ridas tm sido objeto de vrias pesquisas, as

quais, freqentemente, no podem ser aprofundadas pela falta de dados e/ou recursos.

Atualmente, porm, novas tecnologias tm sido utilizadas no s na rea de Recursos

Hdricos, mas tambm em vrias reas da atividade humana, satisfazendo, portanto, os

resultados esperados das pesquisas. Dentre estas, destaca-se o geoprocessamento, com sua

ferramenta computacional chamada Sistema de Informao Geogrfica (SIG) pelo poder

explicativo da anlise espacial de caractersticas geogrficas que ela representa.

Os estudos realizados na rea de Recursos Hdricos (hidrolgicos, hidrulicos, sanea-

mento e impacto ambiental) so geralmente modelos distribudos. Estes modelos precisam de

dados fsicos e topogrficos que tradicionalmente so obtidos nos mapas ou com pesquisas de

campo. Recentemente, estas informaes esto sendo agregadas diretamente em SIG, permi-

tindo a extrao automatizada de dados topogrficos, a partir de Modelo Digital de Elevao

(MDE).

Sistemas de abastecimento de gua pela dimenso espacial so propcios ao uso de

SIG. So sistemas hidrulicos sob presso formados por tubulaes, reservatrios de nvel

fixo, reservatrios de nvel varivel, boosters, vlvulas, estaes de bombeamento, mananciais

e outros elementos hidrulicos, os quais so responsveis pelo abastecimento de pontos de

consumo, tais como indstrias, comrcios, residncias, escolas, hospitais, dentre outros, tendo

a finalidade de atender, dentro de condies sanitrias e hidrulicas, a cada um desses pontos

de consumo de uma localidade ou setor de abastecimento.

Considerando que o sistema ArcMap o principal software para o pesquisador que

quer trabalhar com informaes relacionadas com a identificao, registro e apresentao dos

fenmenos geogrficos, as vantagens de sua utilizao em um Sistema de Informao Geogr-

fica so vrias, destacando-as, sem obedecer nenhuma ordem de importncia, as seguintes:

Flexibilidade no que se refere interatividade com outros softwares como Word ou

Excel, pois o usurio pode acessar esses aplicativos a partir da barra de botes da janela de

34

visualizao, criando, nessa barra, botes que funcionaro como link para esses aplicativos

que, apesar de no terem a mesma bandeira de trabalho do ArcMap, so de fundamental

importncia para a organizao e manipulao de dados de um trabalho de pesquisa. Este

recurso foi utilizado na importao de dados tabulares no formato da planilha eletrnica Excel

para insero de elementos de demanda no layout da rede durante o plano de monitorao da

interface UFCnet.

Permite integrar desenhos CAD no projeto sem ter que, primeiramente, converter

esses arquivos (.DWG e .DXF). Este recurso foi utilizado no ambiente de entrada de dados da

interface UFCnet, visto que os layers de arruamentos e curvas de nvel j haviam sido prepa-

rados como desenho CAD.

Suporta vrios formatos de imagem como BMP, JPEG, TIFF (.tif, .tff ou .tiff),

IMAGINE (.img), ERDAS (.lan e .gis), BSQ, BIL e BIP, dentre outros. Este recurso pode ser

aproveitado em digitalizaes tendo imagens de fotografia area como um segundo plano. A

imagem pode proporcionar contexto para os dados cartogrficos digitais, destacando a visua-

lizao e melhorando a compreenso.

Suporta link para vrios formatos de imagem como GIF (Graphics Interchange

Format), MacPaint, Microsoft DIB (Device-Independent Bitmap), dentre outros. Outra

maneira para fornecer informao adicional numa janela de mapa configurar links entre as

caractersticas num layer (tema) e arquivos externos. Uma vez que um link tenha sido defini-

do, clicando uma das caractersticas do tema com a ferramenta de link, automaticamente

mostrado o arquivo especificado para esta caracterstica. A ttulo de ilustrao, um componen-

te da rede representando Estao de Bombeamento pode ter associado a ele um arquivo de

imagem que aproxima este elemento graficamente representado no layout da rede de sua

concepo no mundo real.

Permite a manipulao de dados tabulares no s no formato de texto separado por

tabulaes, mas tambm no formato dBASE. Este recurso foi aproveitado para configurao

de objetos no grficos do EPANET (no prontamente visveis no layout do sistema) como

curvas, padres temporais e controles.

35

Permite realizar anlises complexas de informao espacial que envolve conceitos

topolgicos (vizinhana, pertinncia), mtricos (distncia) e direcionais (ao norte de, ao

sul de). Este recurso foi muito bem aproveitado pela rotina que determina as cotas dos

componentes hidrulicos digitalizados na janela do ArcMap.

Permite integrar dados de diversas fontes ao documento de mapa como, por exem-

plo, dados de um mapa impresso (quando o usurio digitaliza um mapa, ele usa uma mesa

digitalizadora conectada ao seu computador para traar as caractersticas geogrficas que ele

est interessado e as coordenadas dessas caractersticas so automaticamente registradas e

armazenadas como dado espacial no ArcMap). Para digitalizar um dado no ArcMap, o usurio

pode obter caractersticas de quase todo mapa impresso, pode querer adicionar um novo tema

a um mapa existente numa janela de visualizao, criar um novo conjunto de temas para uma

rea para a qual nenhum dado digital est disponvel ou pode, tambm, usar uma mesa

digitalizadora para atualizar um tema existente.

Aliando essas vantagens ao suporte tcnico do Instituto de Pesquisa de Sistemas

Ambientais (Environmental Systems Research Institute ESRI), Instituto que mantm o

desenvolvimento de softwares de SIG e ao fato de que novas tecnologias da informao

envolvendo diversos domnios do conhecimento humano, tais como Cincia da Computao,

Matemtica, Neurofisiologia, Lingstica, esto reunindo o potencial de cada uma dessas

reas na inteno de tornar eficaz o desenvolvimento de hardware e software capazes de

imitar aspectos do pensamento humano (Inteligncia Artificial) para dar um maior impulso a

futuros projetos de Sistema de Informao Geogrfica, acredita-se que um caminho que

conduz a um horizonte de pesquisa mais confivel, tratando-se de estudos que caracterizam o

corpo de conhecimento dos Recursos Hdricos, est sendo trilhado.

Esta pesquisa foi distribuda nos seguintes captulos:

No captulo 2 foi feita uma reviso bibliogrfica sobre Sistema de Informao Geogr-

fica.

No captulo 3, a seqncia metodolgica empregada no desenvolvimento deste traba-

lho descrita juntamente com uma avaliao das rotinas utilizadas pela interface UFCnet.

36

No captulo 4, apresentam-se a anlise de viabilidade de implementao e a anlise de

viabilidade de aplicao da interface UFCnet.

No captulo 5, apresentam-se as concluses e a contribuio cientfica esperada e as

perspectivas futuras deste trabalho, diante do contexto acadmico e dos projetos de pesquisa e

desenvolvimento em andamento.

No captulo 6, apresentam-se as referncias bibliogrficas que deram suporte terico e

prtico ao desenvolvimento desta pesquisa.

No captulo intitulado APNDICE, apresenta-se o manual do usurio para a utilizao

da interface desenvolvida nesta pesquisa.

37

1.1 Objetivo geral

Esta pesquisa tem a pretenso de mostrar a viabilidade do uso de Sistema de Informa-

o Geogrfica aplicado ao dimensionamento hidrulico de sistemas de abastecimento de

gua e, portanto, dar continuidade ao estudo de modelos hidrulicos aliados a ferramentas de

geoprocessamento.

1.2 Objetivo especfico

Desenvolver e aplicar uma interface em SIG para o sistema ArcMap que possa utilizar

rotinas do programa EPANET para balanceamento hidrulico, de forma a facilitar as ativida-

des dos projetistas de sistemas de abastecimento de gua.

1.3 Justificativa da pesquisa

A necessidade da construo de uma interface em SIG para dar suporte ao dimensio-

namento hidrulico de sistemas de abastecimento de gua surgiu pelo fato de existir um

sistema incorporado no AutoCAD para suporte ao projeto de redes de distribuio de gua

desenvolvido no Departamento de Engenharia Hidrulica e Ambiental da Universidade

Federal e pela inexistncia de um sistema incorporado no SIG ArcMap com o mesmo prop-

sito.

38

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Sistema de Informao Geogrfica

2.1.1 Por que Sistema de Informao Geogrfica?

Segundo DeMers (2003), Sistema de Informao Geogrfica (SIG) est mudando a

maneira como os mapas so tratados, como as informaes geogrficas so pensadas, at

mesmo a maneira em que os dados geogrficos so coletados e compilados, tornando comuns

tarefas que eram impossveis com mapas tradicionais.

A manipulao de dados espaciais tem sido objeto da atividade humana desde a mais

remota antigidade, quando navegadores, gegrafos, pesquisadores e geocientistas observa-

vam informaes espaciais e as descreviam de forma grfica. Os primeiros esboos de SIG

podem ser observados nas pinturas rupestres, que refletem o registro das interaes do homem

para com o meio em que viviam, onde as reas de caa e pesca, local aprazvel para acampa-

mentos eram e so ainda hoje, objetos constantes de registro. Segundo Matos (2001), o mais

antigo vestgio de um mapa data de 3800 a. C.; uma placa de argila mesopotmica represen-

tando montanhas, cursos de gua e outros objetos passveis de representao cartogrfica, mas

a idia ser seguramente mais antiga.

As capacidades emergentes para apresentao grfica mostraram uma regra importante

neste desenvolvimento. SIG um dos produtos significantes deste perodo de rpida mudana

tecnolgica. O impacto gerado por SIG foi amplamente percebido em todos os campos que

usam informaes geogrficas como, por exemplo, recursos naturais, agricultura, publicidade,

arquitetura, espao areo, mapeamento automatizado, negcios, mapas cadastrais, desenvol-

vimento comunitrio, construo, anlise de crime, estudo demogrfico, educao, servios

emergenciais, energia, engenharia, gerenciamento ambiental, estudo de epidemia, servios

financeiros, gerenciamento de frota, sade, servios humanos, gerenciamento de terra, seguro,

inteligncia, marketing, defesa militar, minas, gasoduto, planejamento, gerenciamento de

propriedade, sade pblica, informao pblica, segurana pblica, trnsito pblico, planeja-

mento de rota, servios sociais, telecomunicaes, turismo, transporte, viagem, universidades,

servios de utilidade pblica (gua, luz, telefone), recursos hdricos, dentre outros.

39

2.1.2 Motivos ou razes para a utilizao do SIG

A finalidade principal de um SIG fornecer suporte s tomadas de decises baseadas

em dados espaciais. Por exemplo, um gerenciador de recursos hdricos pode usar o SIG para

reunir dados na forma de um mapa de potencial hdrico de uma bacia hidrogrfica para decidir

prioridades para explorao futura. Naturalmente, o SIG uma ferramenta valiosa em geren-

ciamento de bancos de dados georeferenciados para coletar, manter e usar dados espaciais,

bem como para gerar produtos cartogrficos padronizados e personalizados. Segundo Bo-

nham-Carter (1994), a aplicao de SIG alcana maiores metas atravs de uma ou mais das

seguintes atividades com dados espaciais: organizao, visualizao, questionamento, combi-

nao, anlise e predio.

2.1.2.1 Organizao

Qualquer pesquisador que tem colecionado uma ampla massa de dados para um pro-

psito particular sabe da importncia da organizao dos dados. Dados podem ser arranjados

em vrias maneiras diferentes, e a menos que o esquema de organizao seja apropriado para

a aplicao disponvel, informao til pode no ser facilmente extrada. Esquemas para

organizar dados so s vezes chamados modelos de dados. A principal caracterstica para

organizar dados em SIG a localizao espacial. Uma simples listagem em tabelas de poos

de gua pode ser interessante para anlise da qualidade da gua nesses poos, mas sem o

conhecimento da localizao das amostras de gua de cada poo, a interpretao de padres

espaciais e relacionamentos com outros dados espaciais, tais como epidemia de clera por

ingesto de gua contaminada, no poderiam ser estabelecidos. Os dados em SIG podem

tambm ser organizados segundo caractersticas no espaciais. Modelos de dados devem,

portanto, organizar observaes espaciais e atributos no espaciais. A eficincia e tipo de

organizao de dados afetam todas as outras cinco atividades e , portanto, de fundamental

importncia.

2.1.2.2 Visualizao

As capacidades grficas de computadores so exploradas por SIG para visualizao.

Seres humanos tm uma habilidade extraordinria para compreender visualmente relaciona-

mentos espaciais complexos, ao passo que a mesma informao pode ser ligeiramente ininte-

40

ligvel quando apresentada como uma tabela de nmeros. Por exemplo, fornecida uma tabela

com os atributos no espaciais dos pontos de consumo numa rede de Abastecimento de gua,

um especialista em abastecimento urbano normalmente incapaz de reconhecer a distribuio

espacial de zonas de alta e de baixa presso no dado tabular, mas quando essa mesma tabela

convertida para uma apresentao de mapa efetivo, padres espaciais so imediatamente

revelados.

2.1.2.3 Questionamento Espacial

Visualizao revela padro espacial entre colees de itens de dados organizados.

Contudo, visualizao no to til para responder questes especiais nos dados, tais como o

valor de itens de dados particulares. Questionamento espacial uma atividade complementar

visualizao de dados. Pode-se realizar uma variedade de questionamentos em SIG, como

apontar em caractersticas sobre um mapa para identific-las (obter seus atributos), encontrar

caractersticas com atributos particulares, encontrar caractersticas prximas a outras caracte-

rsticas, encontrar caractersticas que estejam parcialmente ou totalmente dentro de determi-

nadas reas, encontrar caractersticas que interceptam outras caractersticas, trabalhar com

caractersticas que foram selecionadas, agregar seus dados, dentre outros.

Sistema de Informao Geogrfica permite ao usurio gerar uma tabela resumo de ca-

ractersticas selecionadas relativas a um local especfico. O local freqentemente identifica-

do interativamente com o cursor, e a tabela instantaneamente atualizada quando o cursor

movido para cada nova localizao. Obviamente isto requer que os dados sejam eficientemen-

te organizados por localizao espacial para permitir rpida recuperao.

2.1.2.4 Combinao

A habilidade para unir conjuntos de dados espaciais de fontes bastante diferentes e

mostrar e manipular combinaes pode freqentemente levar a uma compreenso e interpre-

tao de fenmenos espaciais que no so simplesmente aparentes quando tipos de dados

espaciais individuais so considerados isoladamente. Por exemplo, sobrepondo um mapa

digitalizado de uso de solo em uma imagem de satlite, pode tornar claro que um uso particu-

lar de solo tem uma textura distinta sobre a imagem. O processo de combinar layers de dados

espaciais , s vezes, chamado de integrao de dados (Bonham-Carter, 1994). Modelos de

41

integrao so modelos matematicamente simblicos, que utilizam operaes lgicas e

aritmticas para combinar layers de dados juntos. Essas operaes so conhecidas como

lgebra de mapa, especficas para SIG. Uma das caractersticas realmente poderosas de SIG

a habilidade para ligar vrias expresses de lgebra de mapa juntas para formar algoritmos

mais complexos. Vrios mapas e dados de tabelas de atributos podem ser combinados em um

nico passo de processamento. O processo de combinar mapas juntos freqentemente

chamado de modelagem cartogrfica ou de mapa.

2.1.2.5 Anlise

Anlise o processo de inferir significado dos dados. Anlise freqentemente con-

duzida visualmente em SIG, como j indicado. Anlise em SIG pode tambm ser conduzida

por medidas, clculos estatsticos, modelos apropriados para valores de dados e outras opera-

es. Anlise conduzida ou sobre dados organizados em mapas, ou em dados organizados

em tabelas. Anlise espacial em SIG significa simplesmente a anlise de dados espaciais. Na

literatura estatstica, contudo, anlise espacial freqentemente implica anlise especificamente

envolvendo localizao espacial. Por exemplo, anlise de superfcie de tendncia um

mtodo de ajuste de uma superfcie matemtica para observar valores de dados, e explicita-

mente usar as coordenadas espaciais nos clculos.

2.1.2.6 Predio

A finalidade maior de um estudo envolvendo SIG freqentemente para predio.

Predio em SIG envolve o uso de mapeamento algbrico para modelos simblicos que

incorporam as regras para combinar layers de dados juntos. Predio s vezes um exerccio

de pesquisa para explorar o resultado da formao de um conjunto particular de presunes,

freqentemente com o propsito de examinar o desempenho de um modelo. As ferramentas

de modelagem de SIG fornecem o meio para usar dados espaciais na resoluo do problema,

alm de simplesmente a recuperao e apresentao de informao (Bonham-Carter, 1994).

2.1.3 Definio de um SIG

difcil definir Sistema de Informao Geogrfica e representar a integrao de mui-

tas reas relacionadas, assim como o campo da geografia. Esta falta de definio compreens-

42

vel tem resultado em muitas concepes erradas sobre o que um SIG, quais so suas capaci-

dades e para um SIG pode ser utilizado.

Segundo Bonham-Carter (1994), a palavra informao implica que os dados em SIG

so organizados para produzir conhecimentos teis, freqentemente com mapas e imagens

coloridos, mas tambm como grficos estatsticos, tabelas, e vrias respostas sobre tela para

questionamentos interativos. A palavra sistema implica em vrios componentes ligados e

inter-relacionados com diferentes funes para captura de dados, entrada, manipulao,

transformao, visualizao, combinao, questionamento, anlise, modelagem e sada.

Segundo Matos (2001), SIG um sistema de informao aplicado modelagem geo-

grfica de fenmenos.

Michael N. DeMers escolheu usar a definio que mais se assemelha ao modo como o

SIG opera como uma srie de subsistemas dentro de um sistema maior (DeMers, 2003). SIG,

de acordo com esta definio, tm os seguintes subsistemas:

Um subsistema de entrada de dados que coleta e prepara dados espaciais de vrias fon-

tes. Este subsistema tambm largamente responsvel pela transformao de diferentes tipos

de dados espaciais (isto , de smbolos isolinhas sobre um mapa topogrfico para pontos de

elevaes dentro de SIG).

Um subsistema de armazenamento e edio de dados que organiza os dados espaciais

em uma maneira que permite recuperao, atualizao, e edio.

Um subsistema de manipulao e anlise de dados que realiza tarefas sobre os dados,

agrega e desagrega, estima parmetros e constantes assim como realiza funes de modela-

gem.

Um subsistema de relatrio que mostra toda ou parte da base de dados em forma tabu-

lar, grfica ou de mapa.

Naturalmente, uma vez que uma anlise tem sido realizada, h geralmente uma neces-

sidade para relatar os resultados. Em cartografia, seja ela a cartografia analgica tradicional

ou sua equivalente digital, cartografia assistida por computador, a sada geralmente a mesma

43

um mapa. O propsito mais comum da cartografia, pelo menos da perspectiva do usurio,

produzir um mapa resultado. Na verdade, produo e reproduo so os dois passos finais no

mtodo cartogrfico (Robinson et al., 1995).

A maior diferena entre SIG e cartografia, alm da nfase sobre anlise em SIG, o

mtodo de relatar os resultados de anlise. Embora muitos usurios ainda exijam sadas

mapeadas, existem muitas opes disponveis em Sistema de Informao Geogrfica moder-

no. Algumas sadas no cartogrficas tpicas podem incluir listagem em tabelas, por exemplo,

mudanas previstas na densidade populacional atravs de senso regional. Alternativamente,

outros destes resultados tambm podem ser produzidos como uma srie de histogramas ou

grficos de linha. Complementarmente, fotografias digitais de locais selecionados podem ser

colocadas sobre as margens do mapa ou dentro de tabelas. (DeMers, 2003)

Entre os mais interessantes fenmenos que vm surgindo atravs da ampla faixa de

usurios est um novo conjunto de termos definindo os sistemas com base no que eles fazem.

Por exemplo, algum pode ter um sistema de informao policial, um sistema de informao

de recursos naturais, um sistema de informao de censo, um sistema de informao de solo,

um sistema de informao cadastral (que mostra proprietrio de terra), e assim sucessivamen-

te. Embora estes termos sejam geralmente descritivos do uso para o qual o Sistema de Infor-

mao Geogrfica est sendo empregado, eles fazem pouco para esclarecer a natureza exata

do sistema. Na verdade, eles aumentam consideravelmente a confuso. Talvez uma aproxima-

o mais estruturada para categorizar SIG na forma de uma taxionomia possa provar-se til

(Figura 2.1). Esta ilustrao mostra como Sistema de Informao Geogrfica (SIG) e os

sistema de informao da terra (LIS Land Information System) se ajustam. CAD = Com-

puter Aided Design; CAM = Computer Aided Manufacturing.

44

Figura 2.1 Taxionomia de Sistemas de Informao Adaptada de DeMers (2003)

Este diagrama mostra claramente a separao entre sistemas de informaes espaciais

e no espaciais. Sistema de Informao Geogrfica ajusta-se apropriadamente sob a categoria

sistemas de informaes espaciais. Duas classes gerais de sistemas de informaes espaciais

so identificadas: geogrficas e no geogrficas. Sistemas de informaes no geogrficas,

embora freqentemente tratem de alguma poro do espao geogrfico, raramente tm fortes

ligaes posicionais com a Terra em si. Em outras palavras, eles no so geralmente georefe-

renciados. Assim, tais sistemas como CAD e CAM vm sob a categoria sistemas de informa-

es no geogrficas quanto topologia.

Dentro de Sistema de Informao Geogrfica j h outra bifurcao. Eles so desen-

volvidos em sistema de informao da terra (Land Information System LIS) e sistemas de

informaes no relativas terra. Embora a diviso seja um tanto artificial, ela importante

porque separa as aplicaes de tecnologia SIG dentro daquelas que so primariamente focadas

na prpria terra e aquelas que, embora sendo georeferenciadas, so mais focadas na informa-

o que pode ser afetada por fatores relacionados terra. Estes usos incluem sistemas de

informao de censo cujo foco primrio est mais voltado para populaes e suas residncias

e atividades econmicas, do que o solo sobre o qual elas moram ou ainda sobre seus usos do

solo. Segundo DeMers (2003), um uso comum de SIG no relacionado terra a anlise de

mercado, que pode incluir uma determinao da quantidade de mercado dentro de extenso

razovel de um comrcio (alocao) ou pode envolver uma anlise de facilidades existentes

45

para determinar onde melhor colocar uma concorrncia ou facilidade complementar (loca-

o); localizao de estaes de incndio, escolas, e outras facilidades caem dentro desta

categoria. Em geral, atividades de SIG no relacionadas terra implicam em tipos de ativida-

des sociais, econmicas, transportes e polticas.

Atividades relativas terra fornecem a estrutura de trabalho para o segundo e possi-

velmente o mais freqente tipo de SIG usado (LIS). Tais sistemas so baseados mais freqen-

temente na posse, gerenciamento e anlise de pores da terra de interesses humanos princi-

palmente por causa de suas condies de posse. Sistemas de informaes da terra (LIS) so

subdivididos em sistemas baseados em lote e no baseados em lote. Sistemas no baseados

em lote incluem sistemas de informaes de recursos naturais, tais como aqueles usados pelos

servios de parque nacional, servio florestal, agncias de gerenciamento de terra, e seme-

lhantes. Atividades dentro de LIS no baseados em lote podem incluir avaliao de hbitat,

avaliao de animais selvagens, previso de desabamento e terremoto, avaliao de contami-

nante qumico, gerenciamento de cordilheira e floresta e investigao cientfica.

Aplicaes de LIS baseados em lotes so geralmente focadas em posse fundiria e ou-

tras investigaes cadastrais. O critrio de definio que a terra dividida em lotes inspe-

cionados tendo descries legais. Aplicaes de LIS envolvem mtodos de pesquisa tradicio-

nais e esto entre a maioria dos usurios de sistema de posicionamento global (GPS Global

Positioning System) do NAVSTAR, um sistema de satlites sofisticado para adquirir infor-

mao posicional. Uma vez que um levantamento geodsico preciso e sistema cadastral

tenham sido desenvolvidos, muitas anlises de mudana de posse da terra podem ser realiza-

das com a garantia de um alto grau de preciso de medida. Includos em tais estudos esto

aqueles tentando chegar em usos mltiplos compatveis de terra dentro de lotes selecionados

da gleba. Alguns destes estudos podem requerer a incorporao de um cadastro com mltiplos

propsitos uma estrutura de trabalho de loteamento que permite anlise de fenmeno

relativo a lote de terra de usos mltiplos.

2.1.4 Anlise espacial: o fundamento da geografia moderna

Diferente do mundo real, os ambientes do usurio de Sistema de Informao Geogr-

fica so compostos de objetos cartogrficos representativos dos componentes individuais da

terra. Estes objetos diferem em tamanho e forma, em resposta espectral e padro, e na escala

de medida e grau de importncia. Eles podem ser medidos diretamente por instrumentos no

46

campo, capturados por satlites, coletados por sensores, ou extrados de documentos e mapas

produzidos anteriormente. Assim, para explorar o mundo modelado, objetos cartogrficos

devem ser coletados, organizados e sintetizados. Segundo Matos (2001), a modelagem

geogrfica resulta de um compromisso entre sintetizar conhecimento a partir de um conjunto

de dados e simultaneamente providenciar a informao com contedo to completo quanto

possvel, por forma a que essa informao ainda possa ser operada com vista a representar

conhecimento sob outro enquadramento consensual.

Manter em mente que a natureza dos dados freqentemente dita no somente como a

terra ser posteriormente representada dentro de um banco de dados de SIG, mas tambm

como efetivamente os resultados dessa anlise sero analisados e interpretados. Por sua vez, a

maneira como o ambiente visualizado e sentido afetar quais caractersticas so notadas e

eventualmente como sero representadas. Os pontos, linhas e reas que so encontrados so

todos diferentes. Alm disso, a representao e utilidade desses tipos de objetos dependero,

em grande parte, da habilidade para reconhecer quais caractersticas so importantes e identi-

ficar aquelas que podem ser modificadas pelas escalas temporal e espacial nas quais so

observadas. Esta informao, por sua vez, ditar como os dados so armazenados, recupera-

dos, modelados e finalmente liberados como os resultados de anlise (DeMers, 2003).

Alm da escala temporal e tamanhos fsicos de objetos armazenados num banco de

dados de SIG, o nvel de medida que ser usado para representar suas condies descritivas

ou atributos deve ser considerado. Em uma escala, por exemplo, pontos podem incluir cidades

inteiras sem extenso de rea, ao passo que em outra, objetos de dimenso reduzida como

poos de captao de gua sero os dados do tipo ponto em considerao. As cidades podem

incluir atributos descritivos, tais como seus nomes (escala de medida nominal); se sua viabili-

dade para colocar uma indstria pode ser considerada maior, moderada, ou menor (escala de

medida ordinal); sua mdia de temperatura anual (escala de medida de intervalo). Cada um

destes tipos de dados representa um critrio fundamentalmente diferente e com um nvel

diferente de preciso de dados. O mesmo pode facilmente ser dito para linhas, reas e superf-

cies.

O primeiro passo em direo melhor tcnica de SIG comear a pensar espacial-

mente. Quando o ser humano familiariza-se com todos os padres possveis, interconexes,

distncias, direes e interaes espaciais em seu mundo, os objetos tornam-se mais percept-

47

veis e isso constitui um passo natural para imaginar como os objetos e interaes podem ser

medidos e que suporte de medida necessitar para registr-los.

2.1.4.1 Desenvolvendo conscincia espacial

O ser humano vive num mundo complexo. Para ser bem sucedido, ele deve estar cons-

ciente desta complexidade e estar apto a organiz-lo em torno de uma estrutura de trabalho

que permita compreender como tal sistema aparentemente desordenado continua a funcionar.

A curiosidade natural do ser humano estimula uma busca pelo conhecimento que lhe permitir

estruturar os aspectos de seu mundo e isso lhe permitir estar apto a desenvolver uma lingua-

gem que reflita a maneira como ele pensa sobre o espao.

Segundo DeMers (2003), a linguagem espacial, como qualquer outra linguagem, tor-

na-se um filtro intelectual atravs do qual somente a informao necessria passa e ela

modifica o modo como pensar, o que observar como importante e como tomar decises. Com

as habilidades espaciais desenvolvidas, o ser humano pode se tornar muito bom em visualiza-

es, anlise e compreenso de padres espaciais e isso o far melhor em interpretar espao

em geral e em usar SIG em particular.

2.1.4.2 Elementos espaciais

Os conhecimentos geogrficos so exercitados examinando os tipos de objetos e ca-

ractersticas que so encontrados. Objetos espaciais no mundo real podem ser pensados pela

ocorrncia de quatro tipos facilmente identificveis: pontos, linhas, reas e volumes. Coleti-

vamente, estes quatro podem representar a maioria dos fenmenos humanos e naturais tang-

veis que possam ser encontrados no cotidiano. Dentro de SIG, objetos do mundo real sero

representados explicitamente por trs destes tipos de objetos. Os objetos de tipos ponto, linha

e rea podem ser representados por seus respectivos smbolos, ao passo que superfcies so

mais freqentemente representadas por pontos de elevao ou outras estruturas de computa-

dor. O que mais importante agora que em SIG todos os dados so explicitamente espaci-

ais. Fenmenos que no so por sua natureza espaciais no podem diretamente ser explorados

em SIG a menos que possa ser encontrada uma maneira para designar-lhes um carter repre-

sentativo.

48

2.1.4.3 Nveis de medida espacial

Os objetos so a representao fsica das entidades e tm associado com eles um con-

junto de coordenadas que permite descrever onde eles esto localizados. Todas estas entidades

espaciais contm informao no somente sobre como elas ocupam espao, mas tambm

sobre o que elas so e quo importante elas so para que possam ser estudadas. A informao

no espacial adicional que ajuda a descrever os objetos que so observados no espao consti-

tui os atributos da entidade. Mas antes que estas propriedades e atributos sejam designados,

deve-se saber como medi-los. Caso contrrio, no se pode comparar os objetos em um local

com aqueles em outro. Que suporte de medio deve ser usado? Como os objetos encontrados

podem ser precisamente descritos? Que efeitos estes diferentes nveis de medida tero sobre a

habilidade para compar-los?

O primeiro nvel de medida a escala nominal. Existem dados nomeados. O sistema

permite fazer declaraes sobre como chamar o objeto, mas no permite comparaes diretas

entre um objeto nomeado e outro. Por exemplo, pode-se dizer que num local existe um poo

profundo e em outro existe um tanque. Embora esta declarao certamente separa os objetos,

no se pode dizer que um melhor do que o outro porque os dois so diferentes.

Quando se deseja comparar dois objetos, deve-se usar um nvel de medida mais preci-

so. Como sempre, isto determinado de acordo com os objetos que devem ser comparados.

Usando poos de captao de gua como exemplo, se algum estivesse interessado em saber

qual o melhor poo que pode servir para fornecer gua nas condies sanitrias prprias para

consumo humano, poderia colocar cada um numa escala ordinal de melhor para pior para essa

questo particular. Neste exemplo, produz-se um espectro de valores de melhor para pior.

Claramente, ento, dados ordinais podem fornecer alguma introspeco dentro de compara-

es lgicas de objetos espaciais, mas comparaes so limitadas ao espectro especfico que

serve como a base das questes que esto sendo discutidas.

Quando se deseja ser mais preciso em medidas, usa-se o nvel de intervalo de medida

de dados, em que nmeros so designados para os itens medidos. Dados medidos no nvel de

intervalo podem ser comparados, como no caso de dados ordinais, mas eles podem ser

comparados com avaliao mais precisa das diferenas. Para uma melhor compreenso entre

os nveis de medida intervalo e proporo, veja-se pargrafo abaixo, literalmente transcrito de

49

DeMers (2003).

Um bom exemplo de dados espaciais medidos no nvel de intervalo consiste de tem-

peraturas do solo atravs de uma rea de estudo contendo tipos de solo muito diferentes.

Pode-se descobrir que temperaturas de alguns solos muito escuros, ricos em material orgnico

so muito maiores do que aquelas para outras partes da rea de estudo que faltam material

orgnico e so de cores mais claras. Tem-se agora uma diferena facilmente medida, precisa-

mente calibrada entre os solos em dois locais diferentes. Uma limitao permanece ao se fazer

comparaes com dados medidos no nvel de intervalo. Tomar dois solos adicionais, extre-

mamente diferentes, um quase branco e o outro quase preto. Quando estes solos so medidos

ao mesmo tempo, descobrem-se temperaturas bastante diferentes: 50F e 100F. Pode-se

determinar a diferena numrica entre estes dois solos como sendo de 50 graus Fahrenheit. Os

nmeros 50 e 100 parecem apresentar-se mais com significado de diferena numrica quando

so lidos. razovel dizer, por exemplo, que o solo escuro duas vezes mais quente do que o

solo mais claro? Inicialmente, parece que sim. Contudo, deve-se lembrar que a escala de

temperatura Fahrenheit tem um ponto de partida arbitrrio. Para que uma proporo de dois

nmeros seja feita, o ponto de partida neste caso 0F deve representar um ponto de partida

verdadeiro para medir temperatura. Para fazer a comparao sugerida, necessrio converter

todas as temperaturas para a escala Kelvin, onde o ponto de partida, ou zero, agora representa

uma falta total do movimento molecular comumente associado com calor. Convertendo as

temperaturas de 50F e 100F para Kelvin, obtm-se 283 e 311K, respectivamente. Quando

uma proporo destes dois nmeros formada, v-se que o solo escuro no duas vezes mais

quente que o solo claro. Na converso de temperaturas Fahrenheit para a escala Kelvin, move-

se para o ltimo nvel de medida de dados e tambm mais til (proporo). Como o nome

implica, este o nico nvel de medida de dados que permite fazer uma comparao direta

entre duas variveis espaciais.

2.1.4.4 Referncia e localizao espacial

Localizao o primeiro conceito espacial importante necessrio, mas localizar enti-

dades significa que se deve ter um mecanismo estruturado para comunicar a localizao de

cada entidade observada. O primeiro tipo de localizao chamado localizao absoluta que

fornecer um ponto fixado, definitivo, mensurvel no espao. Mas primeiro deve-se ter um

50

sistema de referncia em relao ao qual tal localizao deve ser avaliada. Alm disso, o

sistema de referncia deve ter um referencial fixado na Terra.

O globo terrestre um objeto aproximadamente esfrico, com alguns desvios de gran-

de e pequena escala dessa forma. Sendo observado como um todo, geralmente conveniente

consider-lo como sendo perfeitamente esfrico. Em volta dessa forma esfrica pode-se usar

geometria simples para criar um sistema de grade esfrico que corresponde s regras de

geometria. Este sistema de grade coloca dois conjuntos de linhas imaginrios em torno do

globo terrestre, definindo os paralelos e meridianos, os quais definem, repesctivamente a

latitude e longitude local.

Quando o ambiente espacial continua a ser explorado, rapidamente nota-se que pode

ser muito til estar apto a descrever no somente as localizaes absolutas de objetos, mas

tambm seus relacionamentos com outros objetos no espao geogrfico. Na verdade, esta

localizao relativa torna-se bastante importante em anlise de SIG, especialmente quando

localizao relativa a outros objetos afeta a operao. Com o sistema de grade absoluto pode-

se determinar localizaes relativas conhecendo as distncias absolutas entre dois objetos

quaisquer simplesmente subtraindo as coordenadas de ambos. Pode tambm ser til conhecer

a diferena de direo entre os dois. Pode-se, por exemplo, indicar que uma estao de

tratamento de gua (ETA) est localizada a 10.000 metros a sudeste do centro da cidade. Esta

medida de distncia e direo fornece uma estrutura de trabalho para descrever a localizao

precisa da ETA relativa cidade.

Pode-se fornecer informao relativa adicional que seria de uso de pessoas morando

na cidade. Caso se saiba que os ventos prevalecentes so de noroeste, pode-se dizer que a

ETA est localizada a 10.000 metros vento abaixo da cidade, ilustrando assim que o odor

desta estao de tratamento normalmente no ser um problema para os moradores da cidade.

Esta ltima aproximao, embora menos precisa em termos de medida, tem mais utilidade

prtica. Isto tambm fornece um meio de interpretar o que se tem observado determinar os

relacionamentos importantes entre caractersticas.

2.1.4.5 Padres espaciais

Segundo DeMers (2003), alm da importncia de conhecer os relacionamentos entre

51

objetos no espao, um propsito primrio de SIG analisar estes relacionamentos. Isso

porque, inicialmente, muitos dados espaciais so colocados dentro do banco de dados de SIG.

Quando o subsistema de anlise de SIG comear a ser examinado, sero consideradas as

muitas possibilidades disponveis. Enquanto isso, ser instrutivo iniciar um desenvolvimento

geral de linguagem espacial com relao comparao espacial.

Examinando a ltima medida de localizao, na qual foi determinada a localizao re-

lativa de uma estao de tratamento de gua (ETA) para a cidade mais prxima, verifica-se

que este clculo fcil foi uma medida de proximidade, a qualidade de ser prximo de alguma

coisa. Proximidade pode ser medida notando a distncia entre dois objetos. Contudo, pode-se

tambm configurar limites de proximidade aceitvel a distncia dentro da qual ela aceit-

vel ou no aceitvel para dois objetos serem encontrados. No exemplo da ETA, se ela est

prxima demais da cidade, mesmo que ela esteja vento abaixo, algumas pessoas tero que

visualizar a falta de esttica em sua aparncia. Assumindo que acima de 15.000 metros ela

no esteja visvel para qualquer morador da cidade, pode-se ento fornecer uma proximidade

mnima aceitvel de 15.000 metros, para assegurar que qualquer estao de tratamento ser

colocada em pelo menos 15.000 metros alm da margem da cidade.

O exemplo da ETA mostrou a interao de dois objetos espaciais. Contudo, muitas ca-

ractersticas ocorrem em nmeros maiores: poos de captao em cidades, tributrios ao longo

de rios, todas ocorrem como interaes mltiplas. Mas elas no ocorrem todas uniformemente

localizadas dentro destas reas. Cada conjunto de objetos exibe um espaamento particular ou

conjunto de layouts. Nota-se que estes layouts e espaamentos parecem ter controles ou

processos que ditam seus posicionamentos. De acordo com seus posicionamentos, os objetos

podem estar distribudos de forma uniforme ou regular, aglomerados numa determinada rea

ou aleatria (Figura 2.2).

52

Figura 2.2 Padres de distribuio de pontos Fonte: DeMers (2003).

2.1.4.6 Coleta de dados geogrficos

Segundo Matos (2001), a partir da dcada de 60, inovaes tecnolgicas proporciona-

ram uma rpida pesquisa dos instrumentos

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