Análisis para el procesamiento de información que permita controlar y gestionar redes de agua potable utilizando un Sistema de Información Geográfica (S.I.G.) Ing. Wibold Jongsma Msc. (Director) Ing Tito Armas A. (Co –Director) Alberto Velarde Beltrán (Tesista)

RESUMEN En este trabajo se desarrolla un Sistema de Información Geográfico (SIG) para la administración de la información espacial y no espacial relacionada con la operación de la red de distribución de agua potable. El Sistema de Control y Gestión de Redes de Agua Potable (SICOGRAP) fue desarrollado tomando en cuenta la necesidad que tiene el departamento de Operación y Mantenimiento de la Empresa Metropolitana de Agua Potable y Alcantarillado de Quito (EMAAP-Q) por administrar de manera eficiente la información relacionada con el funcionamiento de los siguientes elementos: plantas de tratamiento, líneas de transmisión, tanques de distribución, tuberías, válvulas, hidrantes y tapones.

El sistema fue desarrollado dentro del SIG ArcView v3.0a, con sus herramientas de desarrollo: Avenue y Dialog Designer. Estas posibilitan personalizar las interfaces gráficas de usuario (GUI); reutilizar segmentos de código propios del sistema y manejar información en formato vectorial.

INTRODUCCIÓN

El estudio efectuado en el año de 1.999 al interior del departamento de Geoprocesamiento de la EMAAP-Q (Empresa Metropolitana de Agua Potable y Alcantarillado de Quito) concluye que existe una falta de conocimiento y experiencia por parte del personal de esta empresa en la utilización de herramientas automatizadas; así como los elevados costos que involucra su capacitación en programas de edición y análisis geográfico.

Metropolitano de Quito, capital del Ecuador. Estos 72 sectores catastrales cubren aproximadamente 41.064 hectáreas de terreno; con una población estimada, según el último censo realizado en el año de 1.990 de 1’409.845 habitantes {1}. Sin embargo, se calcula que hoy en día, esta población sobrepasa los 2’000.000 de habitantes, de los cuales el 85% tiene acceso al servicio de agua potable.

En base a estos antecedentes, se ha propuesto el desarrollo de un SIG de fácil manejo, que permita disponer e integrar de manera coherente la información espacial y no espacial asociada con el sistema de distribución de agua potable. Es así que el sistema desarrollado SICOGRAP (Sistema de Control y Gestión de Redes de Agua Potable) pretende satisfacer todas estas necesidades en la medida que la información disponible así lo permita.

La estructura del sistema de distribución de agua potable puede ser sintetizada en una serie de etapas secuenciales, las cuales se encuentran resumidas en la Fig. 1 . Estos pasos permiten a la EMAAP-Q cumplir con sus objetivos y metas.

El área administrativa de la EMAAP-Q está conformada por un Gerente General y cinco subgerentes, los cuales coordinan las actividades de los departamentos COMERCIAL, DESARROLLO INSTITUCIONAL, ADMINISTRACIÓN Y FINANZAS, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO e INGENIERÍA. Esta administración es efectuada actualmente por el personal del departamento de OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO de la EMAAP-Q quienes se encargan del control y gestión del sistema de distribución de agua potable.

La Empresa Municipal de Agua Potable de Quito (EMAP-Q) fue fundada en 1.960. En enero de 1.994, la EMAP-Q se integra con la Empresa Municipal de Alcantarillado de Quito (EMA-Q) para formar la Empresa Metropolitana de Agua Potable y Alcantarillado de Quito (EMAAP-Q) como se la conoce en la actualidad. El objetivo principal de la EMAAP-Q, es distribuir agua de buena calidad a los 72 sectores catastrales del Distrito 1

CAPTACION

b) El modelo comportamental: que permite describir el comportamiento del sistema a través de Diagramas de Flujos de Datos (DFD´s) y descripciones de los procesos.

BOMBEO

CONDUCCION

A diferencia de la metodología orientada a objetos en donde el ciclo de vida del desarrollo de software se fundamenta en el manejo de los datos, la metodología estructurada tiene como objetivo principal la descomposición de los sistemas en abstracciones procedurales o procesos{3}.

ALMACENAMIENTO

DEPURACION

DISTRIBUCION

CONSUMO

Formato de Datos

Fig. 1 : Estructura del sistema de distribución de agua potable

SICOGRAP no maneja datos en formato raster debido a que la información espacial utilizada por el departamento de Operación y Mantenimiento debe ser georeferenciada con alta precisión y porque las posibilidades del manejo de formato raster dentro ArcView son limitadas, sino se cuenta con las extensiones Spatial Analyst y/o Image Analyst. El no poder procesar información raster, no es una limitante de SICOGRAP, ya que la mayor parte de información asociada con la red de agua potable ha sido generada en formato vectoriaL. El hecho de que la integración con la información alfanumérica es un aspecto importante, el formato vector es el más adecuado para esta aplicación.

Hace cinco años la EMAAP-Q, en coordinación con el departamento de Geoprocesamiento, dieron inicio a la generación de la información cartográfica básica. A pesar de esto, la difusión y entrega de esta información al resto de departamentos de la empresa no ha sido efectuada. Cabe destacar que debido a la gran cantidad de información geográfica existente, ésta es almacenada en diferentes lugares, con distintos formatos y en varios archivos. Además, departamentos tales como Ingeniería y Producción, trabajan en la generación y edición de planos digitales mediante el uso de los programas AutoCad 2000 y Autocad Map. La gran cantidad de información espacial generada por cada uno de éstos departamentos, ha ocasionado graves problemas en la administración de la información geográfica; y en especial de aquella relacionada con el funcionamiento de los elementos que integran el sistema de distribución de agua potable.

Diseño y establecimiento de requirimientos Tomando en cuenta el trabajo que en forma conjunta lo realizan los departamentos de Geoprocesamiento con el de Operación y Mantenimiento, se realizaron varias reuniones y entrevistas con el personal de estos dos departamentos, con el fin de conocer el funcionamiento y operación del sistema de distribución de agua potable, logrando determinar la siguiente lista de requerimientos que sirvieron de base en el desarrollo e implementación del prototipo SICOGRAP:

Desarrollo del Sistema de Control y Gestión de Redes de Agua Potable (SICOGRAP) Para el desarrollo del SICOGRAP se utilizó la metodología estructurada. El diseño, en base al modelo esencial de Yourdon {2}, es un proceso multipasos en el que a partir del análisis de los requerimientos se sintetizan las representaciones de los datos, programas, procedimientos e interfaces.

La propuesta de Yourdon, se basa en la construcción del modelo esencial que sigue la perspectiva del modelo propuesto por Mcmenamin & Palmer (1.970). Esta propuesta consta de dos componentes principales:

a)

El modelo ambiental: en donde se define la frontera entre el sistema y el ambiente externo mediante diagramas de contexto e identificación de actores; y,

2

•

Diseñar una Base de Datos no espacial que contenga las caraterísticas hidráulicas de los principales elementos que forman parte de la red de distribución de agua potable.

•

Permitir relacionar la información espacial de los elementos que forman la red de distribución de agua potable con sus respectivas características hidráulicas a partir de la definición de procesos tales como: ingresos, consultas y actualizaciones.

•

Diseñar las interfaces gráficas de usuario que faciliten la administración de la información no

espacial ha partir de su información espacial asociada. •

Incorporar el uso de la cobertura “Ejes Viales” al proceso de ubicación geográfica de hidrantes, válvulas y tapones.

•

Permitir que el usuario pueda obtener información no espacial ha partir de la ubicación geográfica de los elementos que integran el sistema de distribución de agua potable.

•

Poder determinar fácilmente la ubicación espacial de cada elemento que forma parte de la red de distribución de agua potable a partir de su código o nombre de identificación.

externa que sea capaz de manejar grandes cantidades de datos, sea estable, posea una inmediata capacidad de respuesta y pueda comunicarse vía ODBC (Object Data Base Connection) con otras aplicaciones.

En el desarrollo de aplicaciones SIG personalizadas es común la integración de los componentes provistos por MapObjects® y la herramienta de desarrollo Visual Basic. Esto se debe a que su ínter-relación facilita el uso, manejo y control de la información espacial, y al mismo tiempo permite su integración con la información no espacial almacenada en una base de datos relacional. Además, el uso de estos programas permite la generación de programas de instalación y su comercialización a bajo costo. A pesar de estas ventajas, el tiempo utilizado en la construcción de soluciones informáticas mediante el uso de estos paquetes es relativamente largo y su desarrollo corre el riesgo de no ser tan óptimo, en el sentido de que la persona o grupo de personas encargadas de su programación, deben diseñar totalmente el entorno gráfico, descuidando los procesos que son motivo del desarrollo mismo de la aplicación.

Cabe destacar que la determinación de estos requerimientos tubo un período de duración de dos meses, el cual dio inicio en el mes de Agosto de 1.999 y finalizó a principios del mes de Octubre del mismo año.

En el diseño de las interfaces gráficas de usuario se utilizó la metodología Objeto-Acción, para lo cual se realizo una descripción de los módulos e interfaces que intervienen en el manejo y administración de la información geográfica

Otra desventaja en el uso de Visual Basic, relacionada con el manejo de información geográfica, es que una vez construida la aplicación, es muy difícil que interactúe eficientemente con otro tipo de aplicaciones (extensiones) si es que no se disponen de los programas fuente, o su estructura de programación es desconocida.

Durante la etapa de pruebas de SICOGRAP, se utilizó información geográfica facilitada por el departamento de Geoprocesamiento en trabajo conjunto con el departamento de Operación y Mantenimiento.

En lo que respecta al programa ArcInfo v7.0 que es con el que actualmente cuenta el departamento de Geoprocesamiento, se podría mencionar que es una herramienta de generación y edición de información espacial muy poderosa. Sin embargo, no posee muchas de las características de los sistemas de desarrollo de software tales como: generadores de interfaces, generadores de programas de instalación, opciones de personalización y generadores gráficos de reportes, etc. por lo que fue descartada como herramienta de desarrollo en la construcción del sistema SICOGRAP. Cabe destacar que la versión 7 de ArcInfo posee una interfaz bajo DOS que es poco amigable. Además no tiene la ventaja de personalizar su entorno. (La nueva versión 8.0 de ArcInfo posee muchas de las características mencionadas; sin embargo, la adquisición de este software involucra una inversión más grande en comparación con ArcView)

Finalmente, para la evaluación de SICOGRAP se realizó una encuesta escrita al personal de los departamentos de Geoprocesamiento y, Operación y Mantenimiento de la EMAAP-Q El resultado de esta encuesta arroja resultados alentadores, que promueven el desarrollo y construcción de esta clase de sistemas al interior de la empresa

Elección de la Herramienta de Desarrollo. Una de las condiciones para el desarrollo e implementación del SICOGRAP fue la utilización del software que posee la EMAAP-Q, dentro de los cuales se encuentran los programas AutoCad 2000, AutoCad Map, MicroStation, MapObjects, VisualBasic, ArcInfo, ArcView, Oracle, Access y DBII.

Para el desarrollo del SICOGRAP finalmente se seleccionó el programa ArcView que tiene la posibilidad de personalizar su Interfaz Gráfica de Usuario (GUI) de tal manera que permita administrar la información geográfica relacionada con la red de distribución de agua potable. ArcView es un Software diseñado especialmente para la administración y control de la información espacial. Además, el formato de la información utilizada por este sistema es compatible

Debido al tipo de consultas que requiere el Departamento de Operación y Mantenimiento de la EMAAP-Q, y en base a la necesidad de integrar la información alfanumérica con la información espacial, se decidió en primera instancia optar por el desarrollo de un SIG en lugar de un CAD (Computer Aided Design). En segunda instancia se decidió utilizar una base de datos relacional 3

con programas tales como ArcInfo, AutoCad, y MicroStation, que fue otra ventaja para seleccionar ArcView como herramienta de desarrollo. Dentro de las facilidades que este software ofrece al usuario se encuentra su personalización, a través del cual se puede reutilizar segmentos de código propios de ArcView escritos en el lenguaje de programación Avenue y/o modificar su Interfas Gráfica de Usuario (GUI). Para la construcción de interfaces y formularios, se utilizó el programa Dialog Designer, el cual es una extensión del SIG ArcView que debe ser previamente instalada y activada para que el sistema a ser implementado trabaje de manera eficiente. Una desventaja al utilizar ArcView como herramienta de desarrollo en la construcción de aplicaciones SIG, es que no se pueden generar programas ejecutables que posibiliten su libre distribución a los usuarios. Además el costo es relativamente elevado en relación con aplicaciones desarrolladas con MapObjects y Visual Basic.

archivos de atributos en formato DBASEIV (dbf) relacionados con cada nivel de información dentro ArcView. Durante este proceso y con la ayuda del programa ArcView se aumentó un campo adicional que contiene los códigos de identificación de cada entidad gráfica que representa un elemento de la red de distribución de agua potable. b) Datos alfanuméricos: Para el manejo y administración de la información alfanumérica se desarrollo una estructura de base de datos la cual fue diseñada con la ayuda del programa S-Designor Professional v4.2.0 e implementada en el RDBMS ORACLE v7.0.

En esta estructura se definió un campo de identificación único para cada entidad gráfica que representa un elemento de la red de distribución de agua potable, a través del cual el SICOGRAP enlaza la información espacial con la información no espacial y las expone de manera conjunta al usuario.

Obtención, Depuración e Ingreso de Datos al Sistema SICOGRAP Los datos son la fuente básica de alimentación de un S.I.G., estos condicionan en forma definitiva la calidad de la información a obtenerse; datos confiables producirán resultados confiables, datos innecesarios, redundantes o erróneos generarán a su vez productos errados y las decisiones tomadas en base a esta información conducirán a acciones equivocadas.

Para el ingreso de la información alfanumérica se consideró los siguientes puntos:

Para evaluar el desempeño del sistema SICOGRAP al interior del departamento de Operación y Mantenimiento de la EMAAP-Q se utilizó como área de estudio el sector hidráulico de Chaupicruz (ubicado al norte de la ciudad) debido a que sobre este sector se pudo recopilar la mayor cantidad de información espacial y no espacial relacionada con la red de distribución de agua potable. La información que se utilizó durante la etapa de prueba del sistema SICOGRAP puede ser clasificada de la siguiente manera:

•

La existencia del código del elemento o accesorio al que se hace referencia en la tabla asociada a la cobertura gráfica y;

•

El orden de prioridad establecido en el dis eño de la base de datos no espacial. Debido a estos puntos, el proceso de ingreso de la información no espacial asociada con los elementos que forman parte de la red de distribución de agua potable y que se encuentran ubicados dentro de la zona de influencia del sector hidráulico de Chaupicruz fue:

1.

a) Datos geográficos: La información cartográfica fue generada y editada por el departamento de Geoprocesamiento, a través de la digitalización de mapas temáticos y el uso de programas tales como ArcInfo, ArcView y AutoCad.

2.

Las escalas utilizadas por el departamento de Geoprocesamiento en la producción y edición de información cartográfica son: 1:5000, 1:1000 y 1:2000. Sin embargo, para la evaluación del SICOGRAP este departamento autorizó el uso de la información espacial editada en escala 1:2000.

3.

Para el enlace de la información espacial con la información no espacial se tubo que editar los

7.

4. 5. 6.

4

Información general de los Sectores Catastrales que son abastecidos por el tanque de distribución Chaupicruz #1 Preparación e incorporación de la cobertura de los ejes viales; para lo cual, fueron ingresados con anterioridad la nueva y la antigua nomenclatura de las vias Información de la planta de tratamiento Bellavista. Información de la línea de transmisión Bellavista-Chaupicruz. Información de las características hidráulicas del tanque de distribución Chaupicruz # 1. Datos generales del sector hidráulico de Chaupicruz. Ingreso de las características hidráulicas de la tubería.

8.

Ingreso de las características hidráulicas de las válvulas. 9. Ingreso de las características hidráulicas de los hidrantes 10. Ingreso de las características hidráulicas de los tapones

continuar con el desarrollo y el mantenimiento de este sistema.

RECONOCIMIENTOS Al personal del departamento de Operación y Mantenimiento de la EMAAP-Q, en especial al Ing. Mario Manosalvas, al Ing. Nelson Bermudes y al Sr. Luis Cali por su colaboración y asesoría

Cabe destacar que no se pudo obtener información de los mantenimientos a los que son sometidos los elementos de la red de distribución de agua potable, debido a que el departamento de Operación y Mantenimiento no dispone de esta información.

REFERENCIAS CONCLUSIONES •

•

•

La implementación del prototipo SICOGRAP ha facilitado al departamento de Operación Y Mantenimiento, el control y gestión de la red de distribución de agua potable y al mismo tiempo ha servido para evaluar la falta de herramientas automatizadas que posibiliten integrar la información generada por el resto de dependencias de la EMAAPQ, como es el caso de Alcantarillado, Catastro, Producción, Ingeniería entre otros. Es por esto que se plantea la necesidad de continuar con el desarrollo de SICOGRAP.

{2}, {3} Yourdon, Edward, Moderno, 1.992

Director: WIBOLD JONGSMA Fecha deNacimiento: 9 Septiembre 1967 Nacionalidad : Holandes Lugar de Trabajo: ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, Departamento de Ciencias de La computacion, Unidad de Sistemas de Informacion Geografica e Inteligencia Artificial [email protected] Formación Colegio Universitario Internacional de Agricultura Larenstein, Velp, Holanda y la Universidad Abierta, Londres, Inglaterra Maestría en Manejo de Aguas y Tierras Especialización en Manejo de Recursos Naturales

La utilización del RDBMS ORACLE como sistema administrador de la base de datos no espacial ha permitido:

-

Análisis Estructurado

BIOGRAFIAS.

En base a esta investigación; y de acuerdo a la experiencia obtenida durante el desarrollo de la misma, se puede afirmar que la metodología estructurada de Yourdon es muy útil en el desarrollo de SIG, ya que a través de su aplicación se pueden descomponer a los sistemas en abstracciones procedurales, facilitando la descripción de los procesos que tienen relación con el manejo e integración de la información geográfica.

-

•

{1} Ecuador ,INEMIN-GEOTERMICA, ”Distribución de las zonas habitadas”,1994, p62-66

Colegio Universitario Internacional de Agricultura Larenstein,Velp, Holanda Bachiller en Conservación y Manejo Natural y Forestal Especialización en Silvicultura Tropical

Reducir los tiempos de respuesta relacionados con el ingreso, consulta y actualización de la información alfanumérica, Mantener la integridad referencial de los datos, y; Controlar de manera eficiente el acceso de los usuarios.

Proyectos: • Modelación de flujos secundarios de lodo y escombros al lado este del volcan Ruco Pichincha, como consecuencia de una posible erupción del volcan Guagua Pichincha. Se utilizaron diferentes Sistemas de Información Geográfica, entre ellos Idrisi y ArcView y el modelo numérico bidimensional FLOW-2D.

El desarrollo del prototipo SICOGRAP ha servido para impulsar el proyecto de sectorización que actualmente está siendo llevado a cabo por el departamento de Operación y Mantenimiento de la EMAAP-Q; lo cual, refleja la imp ortancia de

• Un estudio sobre la posibilidades de establcer educación a distancía en Sistemas de Información 5

Tesista:

Geográfica, utilizando el World Wide Web (W3). Dentro de este estudio se investigó la infraestructura minima necesaria, ancho de banda, seguridad, aspectos didácticos utilizando el W3, operatividad e interactividad de la paginas web. Este proyecto se ejecutó para el centro de capacitación GIS Larenstein y en cooperación con el laboratorio del GIS de la Universidad de Agricultura, Wageningen, Holanda.

ALBERTO VELARDE Fecha deNacimiento: 14 de mayo 1974 Nacionalidad : Ecuatoriano Formación: Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador. Facultad de Ingeniería de Sistemas Informáticos y de Computación. Ingeniero de Sistemas Informáticos y de Computación, Agosto 2000

• Tesis de maestría proyecto de investigación en Colombia. Un estudio sobre las posibilidades de integración de un componente forestal, dentro de los sistemas agro-pecuarios al Sudeste de la Ciénaga de Loríca. El estudio incluyó análisis del sistema agropecuario y el uso de Sistemas de Información Geográfica. La investigación fue hecha dentro de SIGPAFC (Sistemas de Información Geográfica - Plan de Acción Forestal para Colombia) proyecto de desarrollo. Este era un conjunto del Instituto Geográfico "Agustín Codazzi", Bogotá, Colombia y el Instituto Internacional para la inspección aerospacial y ciencias de la tierra (ITC), Enschede, Holanda.

Co-Director: TITO ROLANDO ARMAS ANDRADE Fecha de Nacimiento 19 de julio de 1971 Nacionalidad Ecuatoriano Lugar de Trabajo: ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL, Departamento de Ciencias de la Computacion, Unidad de Sis temas de Informacion Geografica e Inteligencia Artificial [email protected] Formación: Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador. Facultad de Ingeniería de Sistemas Informáticos y de Computación. Ingeniero de Sistemas Informáticos y de Computación, Mayo 1999 Proyectos:

Convenio EPN – INECEL – Emelnorte – Emelmabí: • Asesoría Informática, Formé parte de un equipo multi - disciplinario cuyo trabajo se centró en dar soluciones concretas a los problemas referentes a pérdidas de energía. Dentro del Área Informática se elaboraron los criterios generales para una integración mediante un Sistema de Información Gerencial que sirva de soporte para un eficaz control y reducción de perdidas de energía, así como un mejor funcionamiento de la empresa; el mismo que sería implantado en etapas sucesivas a través de un plan operativo. Mayo 1998 – Agosto 1998 Desarrollo de la Tesis: • Diseño e Implementaciòn de una base de datos relacional de mapas digitalizados en un ambiente Cliente/Servidor

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