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Henrique de Jesus
Matemático
Ricardo Sousa
Engº do Território
Rodrigo Oliveira
Engº Civil, PhD
Fernanda Nery
Bióloga
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O Sistema Nacional de Informação sobre Recursos Hídricos, SNIRH,
inclui um conjunto enorme de temas geográficos com interesse para a gestão
de recursos hídricos, que tem vindo a aumentar com os trabalhos de
elaboração dos planos de bacia hidrográfica. Para gerir esta quantidade de
dados, o INAG optou por uma solução apoiada numa base de dados
recorrendo à tecnologia SDE sobre Oracle, e impôs que todos os dados
geográficos armazenados sejam descritos por metadados.
Esta solução permite uma gestão eficiente dos dados armazenados com
um controlo rigoroso das permissões de carregamento, acesso e de alteração, e
ainda a pesquisa dos dados por critérios temáticos, geográficos ou por
metadados.
Nesta comunicação descreve-se a arquitectura e funcionalidades da
solução instalada no INAG chamando à atenção para as suas capacidades de
pesquisa e de análise.
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SNIRH, Dados Geográficos, SDE, Metadados, Recursos Hídricos
1
84 ) (% 6)
O Sistema Nacional de Informação sobre Recursos Hídricos, SNIRH, inclui um
conjunto enorme de temas geográficos com interesse para a gestão de recursos hídricos, que
tem vindo a aumentar com os trabalhos de elaboração dos planos de bacia hidrográfica. Neste
momento estão definidos cerca de 60 temas que podem surgir em diferentes resoluções ou
escalas, provenientes de várias origens ou produtores ou referentes a períodos de tempo
distintos. É, assim, provável que num futuro próximo o SNIRH tenha de gerir um número de
ficheiros ou cartas da ordem da centena de milhar. A sua gestão através do do
sistema operativo é, na prática, impossível!
Para ultrapassar este problema, o INAG optou por uma solução apoiada numa base de
dados recorrendo à tecnologia SDE sobre Oracle, e impôs que todos os dados geográficos
armazenados sejam descritos por metadados.
Esta solução permite uma gestão controlada dos dados armazenados através de uma
interface amigável que apresenta os dados disponíveis à medida que se navega sobre uma
árvore de classificação de temas. A pesquisa dos temas disponíveis pode também ser
realizada por critérios geográficos ou através dos metadados que descrevem os temas
armazenados.
O controlo rigoroso das permissões de carregamento, acesso e de alteração que uma
base de dados possibilita é também fundamental para uma gestão eficiente deste conjunto de
dados geográficos que é acedido por um número elevado de utilizadores. Sem esse controlo, é
sempre possível que alguém, intencionalmente ou não, apague um ficheiro, edite o seu
conteúdo sem autorização ou altere a sua localização sem avisar um responsável. Por outro
lado, muitos dos dados disponíveis no SNIRH estão sujeitos a direitos de autor, sendo
portanto fundamental impedir a sua difusão não autorizada.
Nesta comunicação apresenta-se se a arquitectura da solução instalada no INAG e
descrevem-se as funcionalidades das aplicações desenvolvidas para interagir com a
componente geográfica do SNIRH.
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A solução escolhida para armazenar temas geográficos na base de dados ORACLE
existente no INAG recorre ao software SDE (Spatial Data Engine) desenvolvido pela ESRI.
Este software cria uma estrutura de tabelas onde é armazenada a informação topológica
contida nos temas geográficos. As capacidades de gestão dos dados oferecidas pelo SDE 234
2
são, no entanto, muito limitadas sendo na prática necessário criar uma estrutura adicional
de tabelas que envolvam a estrutura criada automaticamente com a instalação do SDE e ainda
desenvolver aplicações que acedam a este conjunto de uma forma amigável. No caso do
INAG foi ainda necessário associar este conjunto com a estrutura de dados do SNIRH, de
modo que o novo conjunto constitua de facto a componente geográfica do SNIRH e não algo
completamente independente. Finalmente, os metadados dos temas geográficos são também
armazenados na base de dados e têm referências para os dados que descrevem. A Figura 1
ilustra como todas estas componentes se interligam.
Aplicação
ArcInfo
Arcview
Aplicação
Modem
Servidor web
ORACLE
Aplicação
Metadados
Dados geográficos
Séries de tempo
6%(4 -
+%
4 (% 8# 9 8%(4 - () &"
/ (1 + (
#
A necessidade de um controlo rigoroso dos temas geográficos armazenados no
SNIRH e a manutenção da consistência de todo o sistema exigiu a definição de um conjunto
de conceitos que são explicados nos capítulos seguintes.
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Um tema geográfico define realidades que se distribuem no espaço. O termo realidade
é aqui utilizado de uma forma vaga para designar variáveis físicas como a altitude ou a
precipitação, infra-estruturas, áreas administrativas ou naturais ou redes do mais variado tipo.
Se o tema for vectorial, a definição dessas realidades é obtida através da localização no
espaço de um conjunto de pontos, arcos ou polígonos, enquanto que se for raster a definição é
obtida por uma quadrícula em que cada célula assume um valor numérico. No universo
ArcInfo/ArcView desenvolvido pela ESRI, os temas vectoriais podem ser definidos por
230" ou por coberturas (4 ) e os temas 4
r por 4 .
O conjunto dos temas geográficos necessários para uma gestão abrangente e integrada
dos recursos hídricos é muito vasto. Para gerir de forma eficiente este número, o INAG
3
utiliza uma classificação temática com uma hierarquia com 3 níveis que foi incluída nas
aplicações desenvolvidas.
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()
+
Cada tema geográfico tem, no contexto da solução instalada no INAG, associada uma
0 0 4 "4
. Esta unidade de referência tem um caracter geográfico e pode ser
definida como o mosaico em que cada tema é subdividido para o seu armazenamento e
gestão. São exemplos de unidades de referência o limite do país para os temas do Atlas do
ambiente, a carta militar para os temas altimetria e hidrografia do IGeoE, a bacia hidrográfica
para os temas produzidos no âmbito dos trabalhos de elaboração do plano de bacia, e o
concelho para a localização de infra-estruturas de saneamento básico.
A única exigência que é imposta a uma unidade de referência é que a sua associação a
um dado tema faça sentido. Uma unidade de referência é válida para um dado tema se e só se
qualquer entidade pertencente ao grupo de entidades do tema puder ser completamente
inserida numa, e só numa, unidade de referência desse tema mantendo a sua validade e
integridade lógica e topológica. A título de exemplo refira-se que a unidade de referência do
tema rede hidrográfica não pode ser o concelho porque os rios não respeitam os limites de
concelhos.
A unidade de referência constitui a unidade básica de carregamento e de alteração do
tema associado. Para editar uma entidade (e.g. ponto, arco, polígono) incluída no tema é
necessário extrair da base de dados todas as entidades desse tema incluídas na unidade de
referência, proceder à correcção da entidade que necessita de correcção e voltar a carregar
toda a unidade de referência. Este processo de extracção, alteração e inserção das entidades
de uma instância não é moroso se as unidades de referência do tema forem correctamente
escolhidas.
O conjunto de unidades de referência é um conjunto reduzido e relativamente estável.
A criação de unidades de referência é realizada por comandos de baixo nível que só devem
ser executados pelo administrador de sistema. Neste momento, o SNIRH tem criadas as
seguintes unidades de referência:
• Limite do País;
• Limites dos planos de bacias hidrográfica;
• Limites dos concelhos;
• Limites das cartas 1:500 000;
• Limites das cartas 1:250 000;
• Limites das cartas 1:100 000;
• Limites das cartas 1:25 000.
4
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+
Cada tema geográfico pode existir na base de dados em várias instâncias ou versões.
Uma instância de um dado tema distingue-se de outra instância por 2 propriedades:
• Instituição produtora;
• Período de validade ou data de produção.
Um exemplo da aplicação deste conceito são as várias versões do tema rede viária das
cartas militares, produzidas pelo IGeoE, de acordo com a data dos trabalhos de campo.
Existem também várias versões do tema rede hidrográfica de que são exemplo a produzida
pelo IGeoE com base em levantamentos de campo, a gerada pela Chiron a partir do modelo
numérico do terreno, e ainda outra produzida pelo INAG, também a partir do modelo digital
do terreno mas utilizando uma metodologia diferente.
O conceito de instância é importante para garantir a consistência dos dados. A solução
desenvolvida para o INAG não permite o armazenamento de duas instâncias idênticas na
mesma unidade de referência, isto é o trio ( . 32&4 "4
234 0 00
tem de ser único. É assim impossível armazenar duas vezes a mesma versão de uma carta
militar.
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/ + A partir da arquitectura e dos conceitos descritos no ponto anterior foram
desenvolvidas as aplicações que operam sobre os dados armazenados e que permitem inserir,
exportar e visualizar os dados armazenados. Foram também desenvolvidas outras aplicações
que lidam especificamente com os metadados dos temas geográficos. Este capítulo e o
próximo descrevem essas aplicações.
8# ($ 6)
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%
A gestão de instâncias dos temas geográficos, bem como a inserção e extracção dos
dados a elas associados é realizada através de uma extensão de ArcView.
A extensão 4 foi desenvolvida para a versão 3.0 ou superior do ArcView
e não recorre a nenhuma extensão de ArcView que não venha com o pacote básico. No caso
da gestão de ficheiros de tipo 4 é necessário dispor da extensão 2 0"! 0 .
Para proceder à instalação do 4 basta copiar um ficheiro para a directoria
apropriada e seleccionar o #$ 4 da listagem das extensões a utilizar. Esta instalação
instala o menu apresentado na Figura 2.
5
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O 4 permite criar novas instâncias de temas geográficos bem como
inserir naquelas instâncias quaisquer entidades (pontos, linhas ou polígonos) que estejam
presentes em temas num projecto de ArcView. Permite ainda copiar da base de dados as
entidades incluídas numa instância de um tema e transformá-las, por exemplo, numa
23 " . Associado a cada entidade pode ser transferido de ou para a base de dados um
atributo numérico, um atributo alfanumérico e um código de metadados.
O processo de inserção de entidades numa instância de um dado tema é dividido em 3
fases:
•
•
•
Registo do período de validade e da instituição produtora;
Criação de uma instância do tema;
Inserção das entidades na base de dados.
O registo do período de validade e da instituição produtora é apenas necessário se
estes ainda não se encontrarem registados, isto é basta registar apenas uma vez o IGeoE para
posteriormente se poder inserir a altimetria, a rede hidrográfica e os limites administrativos
definidos nas cartas militares 1:25 000. O período de validade de uma instância pode ser
entendido como a data de produção daquela versão de um tema.
A criação de uma instância de um tema consiste na associação de uma entidade
produtora e de um período de validade a um dado tema. A selecção do tema é realizada
através da árvore hierárquica que representa a classificação temática utilizada pelo INAG. A
6
Figura 3 mostra a criação de uma instância do tema "Curvas de Nível", à escala/resolução
1:25 000 que se encontra classificado tematicamente como "Topografia". O utilizador
procede à associação de um dos períodos já registados e que ainda não foram associados ao
tema seleccionado: neste exemplo o período 1/1/1980-31/12/1980 que pode ser considerado
como a data do levantamento de campo.
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+ Após ter criado a instância, é possível inserir na base de dados as entidades definidas
no tema que tem de estar activo no ambiente ArcView. Essa tarefa é realizada a partir das
janelas apresentadas na Figura 4 e 5. Na primeira janela (Figura 4), o utilizador activa o tema
pretendido e selecciona uma instância desse tema que já tenha sido criada. A selecção da
instância é realizada através da escolha da escala e da classificação temática. Após a selecção
da instância o utilizador tem de seleccionar a unidade de referência onde serão inseridas as
entidades; pode ainda seleccionar um campo numérico e um alfanumérico associados às
entidades que serão armazenados na base de dados (Figura 5). Todas as entidades que não
estejam dentro da unidade de referência escolhida não são introduzidas na base de dados.
7
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8
A cópia de entidades guardadas numa instância de um tema da base de dados pode
iniciar-se pela definição da área geográfica onde será realizada a pesquisa (Figura 6). A
selecção da opção 4 apresenta uma janela (Figura 7), onde é possível especificar a
escala, o grupo temático e o período de validade da informação pretendida. No lado direito da
janela surgem os temas e as instâncias dos temas que existem na base de dados. O resultado
desta operação de extracção são todas as instâncias que satisfazem os critérios de localização,
escala, classificação temática e período de validade que foram especificados. Estas instâncias
são adicionadas aos temas disponíveis no projecto ArcView.
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A aplicação descrita anteriormente é uma extensão de ! 4 , o que significa que
para recorrer às suas funcionalidades é necessária uma licença deste software e,
eventualmente, outra de 2 0 ! 0 . A sua utilização por todos os técnicos de uma
instituição como o INAG pode revelar-se onerosa devido ao número de licenças que é
necessário adquirir.
Por outro lado, o # 4 permite copiar temas do sistema de informação e
distribuí-los livremente sob a forma de ficheiros. Dado que alguns dos temas existentes no
SNIRH têm direitos de autor, o acesso generalizado ao # 4 pode colocar
problemas de controle da informação disponível.
A grande vantagem da extensão 4 resulta do facto que, após extrair os
temas da base de dados para o ArcView, o utilizador tem à sua disposição todas as
funcionalidades desta aplicação e adicionalmente outras fornecidas por extensões específicas,
como por exemplo extensões que incluam funções de análise hidrológica. Mas uma análise
das utilizações expectáveis numa instituição como o INAG revela que grande parte dos
utilizadores apenas utiliza um conjunto restrito de operações.
Justifica-se assim a existência de uma aplicação que possa ser distribuída a todos os
técnicos do INAG a custos nulos por cada licença adicional, que faculte um conjunto básico
de operações e que garanta a protecção dos temas armazenados no SNIRH. Foram estes os
4 & 4 , uma aplicação desenvolvida em
objectivos que levaram ao aparecimento do Delphi recorrendo à biblioteca de objectos MapObjects da ESRI.
4 4 permite realizar:
O • visualização dos temas armazenados no SNIRH;
• visualização de 23 "
• funções básicas de 2 e " ;
A Figura 9 apresenta a janela principal do
4 &4 , enquanto que a Figura 10
apresenta o interface de pesquisa de temas na Base de Dados através do qual o utilizador
pode seleccionar os temas a visualizar através da árvore temática e especificando uma escala
e um período de validade.
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# 8- (- ()6$
( Os metadados são dados que visam descrever de forma completa e rigorosa o
conteúdo, qualidade, condição e outras características dos dados existentes numa instituição.
O papel dos metadados é fundamental na gestão de grandes conjuntos de dados, pois só com
uma descrição completa, rigorosa e padronizada é possível conhecer, gerir e,
consequentemente, utilizar a informação existente.
O perfil de metadados utilizado no SNIRH baseia-se na estrutura proposta pelo
Federal Geographic Data Committee (FGDC), em conformidade com o qual foi estabelecido
um perfil de utilização adaptado às necessidades do INAG. Este perfil inclui informação
sobre a identificação do produtor, período de validade temporal, estado de manutenção,
domínio espacial, palavras-chave associadas, qualidade dos dados (rigor dos atributos,
consistência lógica, rigor posicional), referênciação espacial, organização topológica,
entidades e atributos presentes, bem como informação sobre o distribuidor e formas de acesso
aos dados.
A associação da metainformação aos dados geográficos armazenados pode ser feita ao
nível do:
• Tema inserido numa dada unidade de referência;
• Instância de um tema inserida numa dada unidade de referência;
• Entidade inserida numa instância de um tema.
No caso do SNIRH optou-se por associar a metainformação ao nível da entidade, i.e.
cada entidade pode ter uma ficha de metadados única e distinta. Este detalhe permite, por
exemplo, definir metadados para cada linha de nível de um tema de altimetria, o que pode ser
importante se se pretender editar uma entidade de um tema e descrever as alterações
introduzidas na ficha de metadados. O mais usual é, no entanto, que o conjunto de entidades
inseridas numa instância de um tema numa dada unidade de referência partilhe os mesmos
metadados.
Tal como os dados geográficos, os metadados são armazenados no próprio SNIRH.
Para inserir, gerir e consultar os metadados foram desenvolvidas duas aplicações. A primeira
aplicação permite inserir, editar, pesquisar e consultar os metadados, enquanto que a segunda
permite apenas consultar.
O carregamento dos metadados pode ser realizado interactivamente ou através de
ficheiros XML (Extended Markup Language) que seguem um ficheiro DTD (Data Type
Definition) previamente estabelecido. O XML/DTD é um standard de descrição de dados que
pode ser definido de forma sumária como uma extensão do HTML, prevendo-se para um
futuro próximo a substituição do HTML pelo XML. As aplicações do XML/DTD vão, no
entanto, muito para além da definição de páginas de hipertexto, do que é exemplo a sua
utilização cada vez mais generalizada no domínio dos metadados.
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Durante o carregamento ou edição dos metadados a aplicação de carregamento
verifica se a estrutura dos metadados inseridos está conforme o perfil do SNIRH, se todos os
campos obrigatórios estão preenchidos e se os valores inseridos estão dentro dos domínios de
validade do atributo.
Todos os metadados armazenados no SNIRH podem ser pesquisados por qualquer um
dos campos do perfil. Por exemplo, o utilizador pode identificar os temas armazenados que
têm um dado conjunto de palavras-chave, que foram produzidos por uma determinada
instituição, que possuem uma dada escala, etc.
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) ($ (# 4 - 6# $ (- 1$
+%
+
# $+
(
#
1 + #
( ),+ +
Esta comunicação pretendeu apresentar o trabalho desenvolvido no domínio do
armazenamento, gestão, disponibilização e análise de dados geográficos no SNIRH e da sua
integração com os dados alfanuméricos. Os resultados alcançados até à data promovem a
utilização de dados espacialmente distribuídos no estudo e gestão dos recursos hídricos
nacionais e abrem caminho à utilização mais frequente de metodologias de análise
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abrangentes que incluam todas as vertentes que interessam para a gestão da água. Espera-se
que este aumento da capacidade de análise, em profundidade e inclusão, contribua para um
suporte mais fundamentado das decisões que é necessário tomar nesta área.
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