Título Utilização de Software Livre Terralib para o Cadastro de Redes de Água e Esgoto. Tema: Sistema de Informações Geográficas - SIG

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1 Título Utilização de Software Livre Terralib para o Cadastro de Redes de Água e Esgoto Tema: Sistema de Informações Geográficas - SIG Autor/apresentador Eng. José Maria Viillac Pinheiro Currículo Sócio e diretor da NEXUS Geoengenharia Eng. Eletrônico e Eletrotécnico Pós granduando em Gestão da Segurança da Informação Atuando hoje no desenvolvimento de software livre para o cadastro de redes de água, esgoto e drenagem. Endereço: R. Artur de Azevedo, 2124ª São Paulo SP CEP Palavras Chave: SIG Cadastro de redes Software livre Terralib Mapeamento Redes de água Apresentação: Oral Equipamentos necessários: Projetor multimídia Descrição do Objetivo do Trabalho Apresentado Desenvolvimento O Processo Resultados e Conclusões 0

2 Descrição do Objetivo do Trabalho Apresentado Este trabalho tem como objetivo apresentar a utilização do software livre Terralib (INPE) aplicado ao cadastro digital de redes de água e esgoto fornecendo um Sistema de Informações Geográficas SIG, independente de plataforma CAD tradicional do mercado com arquitetura de banco de dados único, de baixo custo, para o setor de Saneamento, através de projeto financiado pelo CNPq, FAPESP, FINEP e NEXUS, que está em processo de implantação no SAEV Superintendência de Água e Esgoto de Votuporanga. Desenvolvimento O que é software livre? Segundo o prof. Roberto Hexsel da Universidade Federal do Paraná, Software Livre ou Free Software, é o software disponível com a permissão para qualquer um usá-lo, copiá-lo, e distribuí-lo, seja na sua forma original ou com modificações, seja gratuitamente ou com custo. Em especial, a possibilidade de modificações implica em que o código fonte esteja disponível. Se um programa é livre, potencialmente ele pode ser incluído em um sistema operacional também livre. E importante não confundir software livre com software grátis porque a liberdade associada ao software livre de copiar, modificar e redistribuir, independe de gratuidade. Existem programas que podem ser obtidos gratuitamente mas que não podem ser modificados, nem redistribuídos. O que é geoprocessaento? Conjunto de tecnologias voltadas a coleta e tratamento de informações espaciais para um objetivo específico. As atividades envolvendo o geoprocessamento são executadas por sistemas específicos mais comumente chamados de Sistemas de Informação Geográfica (SIG). O que é SIG? Segundo Gilberto Câmara, SIG é um sistema que processa dados gráficos e não gráficos (alfanuméricos) com ênfase a análises espaciais e modelagens de superfícies. O que é Terralib? O Terralib é uma biblioteca de classes e funções para um Sistema de Informações Geográficas, disponível a partir da Internet como código aberto, permitindo um 1

3 ambiente colaborativo e o seu uso para o desenvolvimento de diversas ferramentas SIG. O seu principal objetivo é permitir o desenvolvimento de uma nova geração de aplicações SIG, baseadas em avanços tecnológicos de bancos de dados espaciais. O Terralib é um software livre. A principal motivação para o projeto é a atual falta de bibliotecas SIG tanto públicas como privadas que atendam a diversidade de dados SIG e algoritmos, especialmente quando observados sob a ótica dos últimos avanços na ciência da informação geográfica. O SIG e os municípios brasileiros Devido a grande parte dos municípios brasileiros possuirem baixa capacidade de investimentos em softwares, uma vez que os escassos recursos atualmente disponíveis, são empregados em ampliação da rede de água tratada e não são suficientes para ampliação da rede de coleta de esgotos foi iniciado o desenvolvimento deste software de cadastro de redes de água e esgoto utilizando a biblioteca de componentes Terralib, buscando o desenvolvimento de uma nova geração de aplicações SIG baseada em avanços tecnológicos em bancos de dados espaciais onde em um mesmo banco de dados são armazenados tanto os dados tabulares como gráficos de vetores e imagens. A idéia básica é que os avanços atuais e esperados na tecnologia de banco de dados, irá permitir nos próximos anos a completa integração dos tipos de dados espaciais em sistemas de gerenciamento de banco de dados (SGBD). Esta integração é capaz de modificar completamente o desenvolvimento da tecnologia SIG, capacitando a transição de sistemas monolíticos de hoje (que contem centenas de funções) para uma geração de informações espaciais. A transição dos sistemas SIG baseados em arquivos para bancos de dados espaciais irá capacitar diversas aplicações a utilizar a mesma informação (dado). O sistema desenvolvido Um sistema de cadastro é empregado pelos concessionários de serviços de saneamento nos municípios brasileiros, para operação, gerenciamento e manutenção das redes de distribuição de água e coleta de esgotos, e tem o acesso dos usuários potenciais limitado devido aos custos associados, em termos de software correlato e hardware. Desta forma, o sistema idealizado neste projeto teve como usuário final os Serviços Autônomos Águas e Esgotos, operados pelas 2

4 prefeituras em cerca de 45% dos municípios do País, e que não dispõem de recursos para investimentos nos sistemas existentes no mercado. O cadastro e a consulta automatizada são ferramentas imprescindíveis para o gerenciamento dos sistemas de água e esgotos, sendo obrigatórios para melhoria da qualidade, sustentabilidade e eficiência destes serviços. Espera-se destes sistemas facilidades para edição e armazenamento de informações vetorizadas, gráficas meta-dados. Dentre as primeiras destacam-se os dados relativos às informações cartográficas e plani-altimétricas, estrutura fundiária urbana e traçado das redes e demais componentes do sistema. As informações gráficas advém de imagens de satélite e fotografias aéreas e os dados correlatos são compostos pelas informações operacionais específicas, como materiais, dados técnicos de componentes, registro de intervenções de manutenção e etc. O sistema idealizado é constituído três sub-sistemas. O primeiro é o Módulo de Cadastro, constituído de uma interface de edição e alimentação de dados padrão MFC em base gráfica, capaz de desenhar ou importar elementos a partir das bases de desenho mais comuns como AutoCAD, MicroStation, ArcView e ainda um sistema geo-referenciado. Estes sistemas configuram-se os mais usuais empregados nos serviços de saneamento municipais. A interface desenvolvida é amigável e auto-explicativa, de forma a reduzir os custos de suporte. O segundo módulo é composto por um banco de dados em plataforma de última geração, padrão ORACLE IX, PostgreSQL e ainda um banco de dados relacional de livre acesso. O acesso a este banco emprega o sistema TERRALIB, disponibilizado pelo INPE. Os padrões de banco de dados foram selecionados em função de sua facilidade de aquisição e importância no mercado, além de serem de custo acessível ou mesmo livre. O terceiro módulo é composto por disponibilização de dados via cliente web, que realiza acessos ao banco de dados utilizando a biblioteca TERRALIB. Os testes do sistema estão sendo comprovados através da implantação do protótipo do sistema nas dependências do Serviço Autônomo de Águas de Votuporanga, situado no Estado de São Paulo. Os Princípios Pontos Chave para e Implementação de Sucesso 3

5 Os seguintes fatores chave são necessários para a o compromisso com a implantação de um SIG: Um modelo hidráulico com um alto nível na qualidade dos dados, precisão e detalhamento. Revisão dos softwares existentes e hardwares, como o cadastro de consumidores e telemetria. Um alto nível de cooperação entre departamentos. Todos os departamentos envolvidos no desenvolvimento do SIG corporativo devem possuir a mesma visão do sistema. O aspecto das pessoas para a implantação do SIG pode ser mais desafiador do que os aspectos tecnológicos. O desenvolvimento do SIG na organização necessita de um líder em SIG. O líder precisa construir a ponte de comunicação entre os departamentos de forma que as pessoas conversem, cooperem e compartilhem. A parte mais cara do projeto SIG é geralmente o esforço na preparação e disponibilização dos dados, que geralmente requerem um processo caro de conversão de dados para colocação em um banco de dados geográfico. Se a organização falha ao considerar toda a cartografia, infra-estrutura de banco de dados e necessidades de modelamento hidráulico, durante o desenvolvimento do banco de dados então o SIG também irá: a) falhar ao tentar atingir as demandas das aplicações futuras, ou b) necessitar de um esforço caro de atualização de dados no futuro. Necessidades de Levantamento de Informações Um fator crítico para a implantação de um SIG para redes de água e esgoto, é o entendimento detalhado dos processos de negócios, bem como das necessidades operacionais e de gerenciamento da organização. Um entendimento das padronizações de funcionalidades necessárias de um SIG para redes de água e esgoto também é fundamental para o usuário. Estas informações são obtidas no levantamento de informações. Um levantamento de necessidades possui três componentes: a) Estimativa das necessidades dos usuários: O propósito deste levantamento é responder as seguintes questões: quem são as pessoas que irão utilizar o sistema; quais objetivos serão preenchidos; que tarefas ou funções elas 4

6 necessitam realizar com o SIG; que nível de habilidade elas dominam; onde elas encontram-se fisicamente; e com que freqüência elas utilizarão o SIG. b) Estimativa das fontes de dados: O levantamento das fontes de dados determinarão que fontes de dados estão disponíveis para suportar o desenvolvimento do SIG, incluindo os seus respectivos formatos (papel, eletrônico), extensões geográficas, espaciais (x, y, z) e precisões dos atributos, freqüências de atualizações e datas das últimas atualizações. c) Estimativa do projeto do sistema: O propósito desta estimativa é determinar os tipos, localizações e características dos servidores existentes, estações de trabalho individuais e componentes de rede. Isto inclui plataformas de sistemas operacionais, aplicações atuais sendo utilizadas e todos os níveis de utilização. A necessidade de estimativa é uma parte essencial para a criação de um sistema de Tecnologia de Informação e é geralmente realizada através de detalhadas pesquisas e entrevistas com todos os usuários potenciais em SIG (incluindo os engenheiros hidráulicos) bem como com o tomador de decisões da organização. É recomendado que também seja realizada a análise do fluxo do processo de negócio no sistema de abastecimento. Uma estimativa real das necessidades do sistema é crucial para o desenvolvimento de um SIG para cadastro de redes, de forma a prover o serviço adequado hoje e para o futuro. Ela deve revelar problemas específicos, limitações associadas com os sistemas atuais e identificar os requisitos para a implementação do projeto. A condução de um levantamento apropriado irá gerar um sistema SIG integrado, fornecendo os seguintes benefícios e vantagens: Aumento da eficiência operacional e de gerenciamento, bem como aumento de produtividade do pessoal. Melhor compartilhamento de dados. Acesso mais rápido a informações de qualidade. Total aumento das capacidades de utilização do sistema. Suporte para as operações da organização de forma a refletir sua missão e prioridades. Aprovação do pessoal e uso regular da tecnologia. Valor imediato para a organização. 5

7 Funcionalidades que suportem todas as necessidades atuais e futuras. O Projeto A segunda fase do processo de implantação do SIG para cadastro de redes no Sistema de Abastecimento e Coleta de Esgotos, inclui potencialmente as seguintes tarefas: a) Projeto da aplicação: Descreve o software comercial a ser implementado e programas personalizados que serão combinados para a criação de aplicações que suportarão as necessidades dos usuários. b) Projeto do banco de dados: Descreve o formato dos níveis, características individuais e seus atributos que irão compor o banco de dados geográfico. c) Plano de disponibilização dos dados: Descreve as técnicas, métodos e procedimentos que serão utilizados para converter as fontes de dados para dentro do banco de dados SIG escolhido. d) Projeto do sistema: Descreve o hardware e software a serem instalados em novos servidores, estações de trabalho, componentes de rede, bem como a reorganização e nova compra de componentes de hardwares e softwares. e) Plano de implementação e cronograma de atividades: Descreve as tarefas e fornece uma agenda para implantação do SIG de cadastro de redes de água e esgoto. Normas e Recomendações Algumas normas para o cadastro de redes devem ser seguidas com o objetivo que as informações da rede possam vir a serem utilizadas por um software de análise de redes. Conexão da Rede Todas as linhas de redes de água e esgoto devem estar conectadas, uma a outra, independentemente de existirem componentes como válvulas, redutores, etc., como mostrado na Figura 1: Figura 1 Exemplo de conexões das linhas de rede de água e esgoto. 6

8 Nós Os nós devem ser fixados nas extremidades das redes pelo centro do nó conforme mostrado na Figura 2. Figura 2 Exemplo de como deve ser realizada uma conexão de uma componente com trechos de rede. Sempre pelo centro do símbolo e com retas sempre conectadas Interseção de Redes A interseção de duas redes quando não interligadas deverá ser representada conforme a Figura 3. Figura 3 Exemplo de cruzamento de redes que não se interceptam Quanto interligadas, a rede deverá ser representada como mostrado na Figura 4, com o símbolo de interligação escolhido pelo Sistema de Saneamento. Figura 4 Exemplo de cruzamento de redes interligadas com uma cruzeta O tipo de representação que é mostrado na Figura 5 não deve ser utilizado no mapeamento digital. Esta mudança pode requerer treinamentos para os diversos envolvidos na leitura dos mapas com relação a nova nomenclatura. Este tipo de representação mostrado na Figura 5, inviabiliza a disponibilização das redes em um banco de dados geográfico, bem como dificulta a importação da geometria da rede para o software de análise de redes, que entende a existência de uma curva na tubulação. 7

9 Figura 5 Exemplo incorreto de representação em SIG de duas redes que não se interceptam Resultados e Conclusões Como resultado temos hoje uma aplicação de cadastro de redes de água, conforme mostrado na Figura 6, bem como a disponibilização das informações das redes através de uma interface via web, como mostrado na Figura 7. Figura 6 Software Windows para o cadastro de redes de água com atributos da rede, com desenho de redes escaneado associado 8

10 Figura 7 Interface web para a rápida disponibilização das informações. Após a fase de testes com o desenho e cadastro de redes de água reais internamente na NEXUS, agora será implementada a aplicação SIG com software livre para cadastro de redes no serviço de água e esgoto de Votuporanga. O mapa já está disponível para consulta via web. Referências Bibliográficas Manuais tutorial de geoprocessamento /4/05 Software Livre - Propostas de Ações de Governo para Incentivar o Uso de Software Livre - Relatório Técnico - RT-DINF 004/ Roberto A Hexsel - 19/4/05 O que é Software Livre? /4/05 Biblioteca Terralib /4/05 NEXUS Exemplo de aplicação Terralib /6/05 9

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