resumo - Centro de Ciências Exatas e da Terra

Transcrição

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA E MATEMÁTICA
APLICADA
RELATÓRIO DE GRADUAÇÃO
SISTEMA WEB DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA GESTÃO
AMBIENTAL: MONITORAMENTO DAS ÁREAS COSTEIRAS DO
LITORAL NORTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE SOB
INFLUÊNCIA DA INDÚSTRIA PETROLÍFERA
AUTOR:
CLENÚBIO FEITOSA DE SOUZA
ORIENTADOR:
Prof. Dr. Venerando Eustáquio Amaro (DG / UFRN)
CO-ORIENTADOR:
Prof. Dr. Jair Cavalcanti Leite (DIMAp / UFRN)
NATAL – RN, MARÇO DE 2004.
APLICADA
SISTEMA WEB DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA GESTÃO
AMBIENTAL: MONITORAMENTO DAS ÁREAS COSTEIRAS DO
LITORAL NORTE DO ESTADO DO RIO GRANDE DO NORTE SOB
INFLUÊNCIA DA INDÚSTRIA PETROLÍFERA
AUTOR:
CLENÚBIO FEITOSA DE SOUZA
RELATÓRIO
TÍTULO DE
DE
GRADUAÇÃO
BACHAREL EM CIÊNCIAS DA COMPUTAÇÃO
COM HABILITAÇÃO EM
PELO
PARA OBTENÇÃO DO
SISTEMAS
DEPARTAMENTO
DE
DE
INFORMAÇÃO
INFORMÁTICA
MATEMÁTICA APLICADA DA UFRN.
COMISSÃO EXAMINADORA:
Prof. Dr. Venerando Eustáquio Amaro (DG / UFRN - Orientador)
Prof. Dr. Jair Cavalcanti Leite (DIMAp / UFRN – Co-orientador)
Profa. Dra. Valéria Gonçalves Soares (DIMAp / UFRN)
NATAL – RN, MARÇO DE 2004.
E
APLICADA
O RELATÓRIO DESENVOLVIDO NO ÂMBITO DO PROGRAMA DE RECURSOS
HUMANOS DA ANP PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS – (PRH-ANP/MCT: 22)
FORMAÇÃO EM GEOLOGIA, GEOFÍSICA E INFORMÁTICA NO SETOR
PETRÓLEO & GÁS NATURAL DA UFRN, COM ESPECIALIZAÇÃO EM:
SISTEMAS EM TEMPO REAL PARA OTIMIZAÇÃO E AUTOMAÇÃO NO SETOR
PETRÓLEO
&
GÁS
(ÁREAS:
EXPLORAÇÃO,
DESENVOLVIMENTO,
PRODUÇÃO, MEIO AMBIENTE, TRANSPORTE, DISTRIBUIÇÃO), TEM SIDO
SUBSIDIADO PELO FINANCIADOR AGÊNCIA NACIONAL DO PETRÓLEO –
ANP / PRH22.
DEDICO ESTE TRABALHO, AOS MEUS PAIS
JACOB
FERREIRA
DE
SOUZA
E
MARIA
VACILDA FEITOSA DE SOUZA E AOS MEUS
FILHOS DAVI ALVES FEITOSA DE SOUZA E
MARIA ALICE ALVES FEITOSA DE SOUZA
PELO INCENTIVO, CARINHO E AMOR.
i
RESUMO
Na parte setentrional e oriental do Estado do Rio Grande do Norte encontramse áreas costeiras que vêm sofrendo alterações na paisagem natural ocasionadas por processos
erosivos:
•
Naturais: de forte influência no ambiente (processos de transporte litorâneo
e eólico, provocando, por exemplo, modificações na linha de costa).
•
Sociais: decorrentes de interesses econômicos e políticos (principalmente
devido à proximidade do Pólo Petrolífero de Guamaré, o maior produtor
terrestre de petróleo do Brasil e, também, a ação da indústria salineira e de
carcinocultura).
Desta forma temos instalado nessas regiões duas temáticas: vulnerabilidade
natural e potencialidade social. A compreensão da vulnerabilidade natural se faz necessário
para monitorar impactos ambientais visando planejamento para proteção geoambiental. Para
tal planejamento é necessário que os profissionais, que gerenciam o ambiente, tenham em
mãos um sistema de informação, com os vários tipos de dados da área de estudo, para suporte
de tomada de decisão em ocasiões de acidentes ecológicos como, por exemplo,
monitoramento do impacto ambiental devido ao derramamento de óleo.
Neste contexto é necessário a implantação de um sistema de informação para o
armazenamento e a disseminação de dados georreferenciados, compondo um sistema
computacional para acesso rápido e organizado a um Banco de Dados Geográficos em
ambiente web.
O sistema computacional tem como objetivo possibilitar o monitoramento
geoambiental, através da análise integrada dos dados geográficos, possibilitando deste modo,
aos profissionais de Geoprocessamento, uma ferramenta de investigação, análise e
gerenciamento das informações geográficas referentes ás zonas costeiras do Estado do Rio
Grande do Norte, especificamente o Estuário Galinhos-Guamaré, região adotada como área de
estudo do presente trabalho.
ii
AGRADECIMENTOS
Agradeço principalmente a Deus, pela sua presença em todos os momentos
difíceis e por me incentivar em todas as batalhas da vida.
A toda a minha família, de forma especial, aos meus queridos pais e filhos (as
pessoas mais importantes da minha vida). Obrigado meu filho Davi e minha filha Alice por
serem tão amáveis. Beijos.
A meus irmãos Clélio Feitosa de Souza, que também é um grande
companheiro de curso e a Clébio Feitosa de Souza, que com sua alegria e brincadeiras me
proporcionou momentos descontraídos. A minhas irmãs Maria Cleone Feitosa de Souza por
rezar sempre pela minha felicidade e a Cleonara Feitosa de Souza pelo seu grande carinho.
Obrigado por ser querido em nossa linda família.
Aos amigos do curso de Ciências da Computação pelo constante incentivo.
Aos meus amigos e companheiros do laboratório de Geoprocessamento:
Michael, Bruno, Arnóbio, Armando, Sônia, Liliane, Fernanda e Renata. Obrigado por todo o
apoio.
O meu agradecimento a Angélica Félix de Castro que me incentivou e apoiou
de forma incondicional na realização deste trabalho. Sem você teria sido bastante difícil.
Muito Obrigado.
Aos meus orientadores Venerando e Jair, por acreditarem no meu potencial e
na confiança que me passaram. Meu agradecimento também a Profa. Dra. Helenice Vital (DG
/ UFRN) por ter me orientado no início deste trabalho. Obrigado.
A todo corpo docente do DIMAp, em especial a Profa. Márcia J. N. Rodrigues
Lucena por me levar ao universo de Geoprocessamento, através dos BDG.
Á Agência Nacional de Petróleo (ANP) pela concessão da bolsa de pesquisa ao
longo da Graduação. E ao Projeto PETRORISCO (Rede 5/1, Apoio: CTPETRO-FINEPCNPq-Petrobras) pelos recursos.fornecidos. Muito obrigado.
E por fim a todos que direta ou indiretamente contribuíram no
desenvolvimento desse trabalho.
Muito obrigado
Natal, março de 2004
iii
ÍNDICE
RESUMO
i
AGRADECIMENTOS
ii
1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS
1
1.1. INTRODUÇÃO
1
1.1.1. As Geotecnologias
1
1.1.2. Objetivos
3
1.1.3. Justificativa
3
1.2. ÁREA DE ESTUDO: ESTUÁRIO GALINHOS-GUAMARÉ
4
1.3. MONITORAMENTO DE IMPACTOS AMBIENTAIS ASSOCIADOS ÀS
ATIVIDADES PETROLÍFERAS
6
1.4. ORGANIZAÇÃO DO RELATÓRIO
9
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
10
2.1. GEOPROCESSAMENTO
10
2.2. SISTEMAS DE INFORMAÇÕES GEOGRÁFICAS
14
2.3. BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS
16
3. DESCRIÇÃO DO PROJETO
3.1. DESCRIÇÃO DO SISTEMA
19
19
3.1.1. Análise e Contexto do Sistema
19
3.1.2. Escopo e Requisitos do Sistema
20
3.1.3. Arquitetura do Sistema
22
3.2. ALOCAÇÃO DE RECURSOS
4. DESENVOLVIMENTO DO SISTEMA
23
25
4.1. METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO DE SOFTWARE
25
4.2. PROJETO DO SISTEMA
27
4.2.1. Fase de Concepção
27
4.2.1.1.
Atividade (Processo de Avaliação Organizacional)
27
4.2.1.2.
Atividade (Identificação e Avaliação dos Riscos)
28
iv
4.2.1.3.
Atividade (Determinação dos Atores e Casos de Uso)
4.2.2. Fase de Elaboração
4.2.2.1.
Atividade (Análise Arquitetural)
4.2.3. Fase de Construção
4.2.3.1.
Atividade (Elaboração de Diagramas)
4.2.4. Fase de Transição
29
30
30
33
33
34
34
4.2.4.1.
Atividade (Configuração do Sistema)
4.2.4.2.
Atividade (Demonstração da Aplicação Por Meio de um Estudo
de caso)
4.3. PROJETO DO BANCO DE DADOS GEOGRÁFICOS
4.3.1. Tecnologias Utilizadas
36
41
41
4.3.1.1.
Tecnologia Oracle Spatial
42
4.3.1.2.
Tecnologia MapViewer
46
4.3.1.3.
Tecnologia interMedia
47
4.3.2. Modelo Físico do Banco de Dados
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
49
50
5.1. CONCLUSÕES
50
5.2. RECOMENDAÇÕES
51
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
52
ANEXO 1: DIAGRAMA DE CLASSES DETALHADO
55
v
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Mapa de localização geográfica da área de estudo (Estuário
Galinhos-Guamaré), limitada pelos municípios de São Bento do Norte e Macau
no estado do Rio Grande do Norte - RN.
FIGURA 2 - Representação vetorial (a) e matricial (b) de um mapa temático.
5
12
FIGURA 3 - Exemplo de um mapa cadastral.
FIGURA 4 - Imagem de satélite do litoral setentrional do Rio Grande do Norte,
abrangendo a área de estudo. Fonte: Laboratório de Geoprocessamento –
PPGG/UFRN. Imagem Landsat 5TM. Data da passagem do satélite em
12/06/2000 (Fonte: Tabosa 2001).
FIGURA 5 – Exemplos de áreas de atuação dos SIG´s.
13
FIGURA 6 - Componentes de um SIG.
FIGURA 7 – Diagrama UML de Casos de Uso dos requisitos funcionais do
sistema.
FIGURA 8 – Estrutura arquitetural da aplicação.
16
FIGURA 9 – Diagrama Físico de Utilização seguido pelo Diagrama de Classes.
14
15
30
32
33-34
FIGURA 10 – Página de Login.
37
FIGURA 11 - Página de navegação.
38
FIGURA 12 – Escolha de Temas e navegação pelos PI´s.
38
FIGURA 13 – Identificação de atributos para o tema Geologia.
39
FIGURA 14 – Mecanismos de Navegação.
39
FIGURA 15 – Lista de dados do Estuário.
40
FIGURA 16 – Lista de imagens de satélite.
41
FIGURA 17 – Imagem de satélite selecionada.
FIGURA 18 – Modelo de Dados do Oracle Spatial.
41
FIGURA 19 – Esquema MDSYS do Objeto SDO_GEOMETRY: SDO_GTYPE
- indica o valor correspondente ao tipo de geometria a ser instanciada;
SDO_GRID - uma chave estrangeira para uma tabela que indica o sistema de
coordenadas; SDO_POINT - mutuamente exclusiva as colunas
SDO_ELEM_INFO e SDO_ORDINATES; SDO_ELEM_INFO - vetor de
tamanho variável de triplas, que permite a interpretação dos valores
armazenados em SDO_ORDINATES; SDO_ORDINATES - armazena as
coordenadas da fronteira da geometria.
FIGURA 20 – Criação Tabela Espacial.
FIGURA 21 – Exemplo de Tabela Espacial.
FIGURA 22 – Possíveis formas de utilização do MapViewer na arquitetura
J2EE. Aplicações Java, Applets, Servlets e JSP´s usufruem dos recursos
oferecidos pelo MapViewer através de Java API´s.
42
43
43
44
46
vi
FIGURA 23 – Processamento da solicitação de um mapa pelo MapViewer.
FIGURA 24 – Oracle interMedia disponibilizando, em um sistema multimídia
com diferentes tipos de dados, o tratamento a dados não estruturados (Imagens,
Vídeo, Áudio) de forma integrada aos dados alfanuméricos.
47
48
1
Relatório de Graduação
Souza, C.F.
1. Considerações Iniciais
1.1. Introdução
1.1.1. As geotecnologias
No mundo globalizado, com mercado global de enorme crescimento
econômico e tecnológico, estamos presenciando grandes revoluções em vários campos:
informática, biotecnologia, telecomunicações e outros (caracterizando a revolução técnicocientífica, onde as tecnologias surgem da aplicação das ciências). Vemos acontecer grandes
transformações:
•
Nas atividades econômicas: crescimentos nos setores de produção de
serviços que geram idéias, técnicas, novas formas de utilização dos
recursos em detrimento dos setores de transformação de matérias-primas e
produtos manufaturados.
•
Nas relações entre os setores: a informática, constituído pelos Sistemas de
Informações (SI´s), como um setor não isolado, mas interdependente do
resto da economia, gerando grandes transformações em todas as demais
atividades econômicas da sociedade.
•
Nos sistemas de comunicação e transporte: o surgimento da rede mundial
de computadores, proporcionando um grande meio de comunicação e
geração de conhecimento; a consolidação do turismo internacional.
Tudo isso caracteriza uma sociedade que vive na era da revolução da
informação, onde as atividades repetitivas e banais (em muitos casos sendo realizadas por
máquinas e robôs) já não são tão valorizadas, perdendo terreno para aquelas atividades que
exigem criatividade e capacidade de pesquisa.
Como conseqüência de tais transformações, o homem se tornou o co-agente
mais importante no processo geral de evolução da Terra; provocando, assim, modificações
nos elementos da paisagem natural, onde suas ações são importantes agentes transformadores
do meio ambiente terrestre. Decorrente disso existem sérias preocupações quanto a forma de
Capítulo 1
Considerações Iniciais
2
Souza, C.F.
gerenciamento e ocupação do espaço, promovendo planejamento preventivo e ação de
monitoramento ambiental.
Nesta expansão crescente das tecnologias, as atividades relacionadas ao meio
ambiente têm gerado avanços para o mapeamento, manejo e monitoramento dos recursos
naturais renováveis e não renováveis, compondo o cenário das geotecnologias,
especificamente o Geoprocessamento, como uma tecnologia para o planejamento e controle
ambiental, como também um instrumento de suporte a decisão.
A geotecnologia entendida como a técnica de estudar a superfície da Terra
adaptando as informações coletadas às necessidades dos meios físicos, químicos e biológicos
(Thomé 1998), traz mecanismos fundamentais para o trabalho dos cientistas.
O Geoprocessamento, apresentando os Sistemas de Informações Geográficas
(SIG´s), o Sensoriamento Remoto (SR) e Processamento Digital de Imagens (PDI), aparece
como um dos resultados da revolução técnico-científica, trazendo transformações no modo de
analisar e compreender fenômenos físicos, químicos e biológicos do espaço terrestre.
Os SIG´s, sendo uma tecnologia de investigação científica no universo da
geotecnologia, vêm se consolidando como uma poderosa ferramenta de análise e
processamento de dados georreferenciados (referenciado a uma região do espaço geográfico)
contidos em um Banco de Dados Geográficos, possibilitando o monitoramento dos impactos
ambientais no meio ambiente.
O conceito moderno de impacto ambiental com base em Geoprocessamento
consiste em estabelecer a sensibilidade de cada ponto do território georreferenciado, diante de
uma intervenção humana concreta, e medir o possível impacto ambiental das diversas
atividades implementadas pelo homem (Sendra 1992). Neste contexto a utilização de modelos
digitais do ambiente permite o mapeamento de áreas de riscos e o seu monitoramento
constante.
Portanto para os cientistas, os SIG´s representam uma revolução no
conhecimento e delimitação do espaço geográfico armazenando e processando dados que
descrevem o meio ambiente e os recursos naturais (geologia, vegetação, hidrografia, uso do
solo, rede viária, limites políticos e etc), constituindo uma ferramenta de grande importância
para o gerenciamento de recursos naturais e sociais.
Capítulo 1
3
Souza, C.F.
1.1.2. Objetivos
O presente trabalho apresenta dois objetivos principais:
1. Desenvolvimento e implantação, no ambiente web, de um Sistema de
Informação de acesso a um Banco de Dados Geográficos Ambientais (um
Banco
de
Dados
Geográficos
para
monitoramento
ambiental,
acompanhando eventos e fenômenos que ocorrem no meio ambiente),
dando suporte à avaliação e monitoramento da dinâmica costeira na zona
petrolífera em Guamaré/RN e de toda região Estuarina. Permitindo, assim,
efetuar importantes análises para o gerenciamento e prevenção dos
impactos ambientais provocados nas regiões.
2. Criação de um Banco de Dados Geográficos Ambientais (BDGA), onde
serão armazenados dados obtidos no monitoramento geoambiental de áreas
costeiras localizadas na porção setentrional e oriental do Estado do Rio
Grande do Norte. O Estuário Galinhos-Guamaré, pela proximidade do Pólo
Petrolífero de Guamaré, foi escolhido como área de estudo para a primeira
versão do BDGA. Assim, o BDGA deverá passar por futuras reestruturações para também suportar o monitoramento dos demais Estuários
dos Litorais Norte e Oriental do Estado do Rio Grande do Norte. Os dados
inseridos nesse banco de dados foram coletados pelas equipes do
GGEMMA (Grupo de Pesquisa em Geologia e Geofísica Marinha e
Monitoramento
Ambiental)
e
GEOPRO
(Laboratório
de
Geoprocessamento) grupos pertencentes ao Programa de Pós-Graduação
em Geodinâmica e Geofísica da UFRN e, também, responsáveis pelos
recursos para execução das atividades técnico-científicas demandas pelos
projetos desenvolvidos.
1.1.3. Justificativa
O monitoramento geoambiental da região de estudo - Estuário GalinhosGuamaré, onde ocorrem atividades de prospecção, exploração e transporte de petróleo, com a
finalidade de prevenir e minimizar acidentes com óleo e gás é imperativo. Tal importância
Capítulo 1
4
Souza, C.F.
fica evidente na Portaria do MCT nº 552 de 08/12/99, que define as diretrizes gerais do Plano
Nacional de Ciência e Tecnologia do Setor de Petróleo e Gás Natural – CTPETRO, tendo
como um dos objetivos a elaboração de um plano de contingência para derramamento de óleo
no mar nas diversas áreas de exploração e produção offshore no Brasil, com a participação
conjunta dos operadores.
Para elaboração de planos de contingência faz-se necessário o mapeamento das
áreas sensíveis ao derramamento de óleo, bem como modelos previsionais do movimento da
mancha de óleo, a partir do Banco de Dados Geográficos Ambientais, que possa incluir as
diversas fases de monitoramento ambiental (Castro 2002).
O sistema proposto, fazendo parte do universo de Geoprocessamento, possuirá
a capacidade de tratar os dados da área em estudo conjuntamente com a sua localização
geográfica, constituindo uma importante ferramenta de suporte à avaliação e monitoramento
ambiental da região do Estuário Galinhos-Guamaré, promovendo, portanto, uma visão
integrada da dinâmica costeira e compreensão de fenômenos presentes em tal zona.
1.2. Área de Estudo: Estuário Galinhos-Guamaré
A área de estudo encontra-se inserida no contexto geológico da Bacia Potiguar,
localizada no Nordeste brasileiro, na porção setentrional do Estado do Rio Grande do Norte RN, englobando parte da margem costeira norte do estado, compreendendo o Estuário
Galinhos-Guamaré. A área de estudo é limitada do município de São Bento do Norte até
Macau pelas coordenadas em UTM de 770 – 840 kmE e 9390 – 9445 kmN, com dimensão de
4200 Km2 (Figura 1).
São Bento do Norte dista cerca de 140 km da cidade de Natal, capital do
Estado. A principal via de acesso é seguir até o município de João Câmara pela rodovia
federal BR 406 e então continuar pela rodovia estadual RN 120 até São Bento do Norte.
Macau encontra-se a uma distância de 190 km da capital; para chegar até esse
município é preciso seguir a BR 406, em direção a Macau. A área em estudo está representada
na Figura 1.
Capítulo 1
5
Souza, C.F.
Figura 1 - Mapa de localização geográfica da área de estudo (Estuário
Galinhos-Guamaré), limitada pelos municípios de São Bento do Norte e Macau no Estado do
Rio Grande do Norte - RN.
O estuário em estudo, importante pólo de ampliação da atividade econômica, é
caracterizado pela intensa ação de processos costeiros, além da interferência de atividades
antrópicas, destacando-se principalmente o Pólo Industrial Petrolífero de Guamaré, bem como
a indústria salineira e a expansão da carcinicultura na região.
Para o Pólo Industrial converge todo o óleo e gás produzido na Plataforma
Continental do RN e grande parte da produção terrestre. Existe uma unidade de
processamento de gás natural e uma planta de produção de diesel, a partir da qual o Pólo de
Guamaré abastece o RN e parte de outros estados com esses dois combustíveis e gás de
cozinha (Castro 2002).
A área próxima ao pólo apresenta uma faixa onde algumas instalações
costeiras foram construídas desde o início dos anos oitenta, para atender a exploração de óleo
e gás como: o canal de acesso ao porto de Guamaré, seis oleodutos e gasodutos ligando as
instalações em terras aos campos de Agulha e Ubarana e dois emissários (Guedes 2002).
Percebe-se um aumento do número de poços de petróleo, que passou de 26 (em 1999) para 30
poços (em 2000), e também um incremento na quantidade de óleo e gás natural explorado e
processado (Silveira 2002).
Capítulo 1
6
Souza, C.F.
1.3. Monitoramento de impactos ambientais associados às atividades
petrolíferas
Os ecossistemas presentes nas zonas costeiras e estuarinas são totalmente
vulneráveis às fontes terrestres e marinhas de poluição, sobretudo por estarem nas áreas
costeiras onde ocorre à emissão de grande quantidade de detritos e resíduos de atividades
socioeconômicas, decorrentes da ampla ocupação humana da faixa litorânea.
Diante dessa realidade, áreas próximas ao Pólo Petrolífero são altamente
suscetíveis à presença de óleo caso ocorra um derramamento em Guamaré. Portanto, justificase plenamente a realização de estudos científicos multidisciplinares e multitemporais, para
monitoramento do comportamento evolutivo desse ambiente costeiro, fundamentais na
identificação de áreas de proteção e recuperação.
A aplicação destes estudos, representando o território por meio da
espacialização das informações em mapas temáticos multidisciplinares, forma a base para as
avaliações e tomadas de decisões posteriores possibilitando o gerenciamento das atividades
socioeconômicas gerando menos impacto ambiental. Assim, temos uma avaliação das
potencialidades e vulnerabilidades de ocupação socioeconômica, visando determinar quais
áreas apresentam-se mais vulneráveis e/ou danificadas na faixa costeira.
O planejamento de políticas públicas de proteção ambiental requer o
conhecimento da forma como o ambiente e os ecossistemas reagem às pressões de ocupação
antrópicas expressos nos mapas de sensibilidade ambiental (mostra a vulnerabilidade
ambiental diante dos agentes provocadores de danos). Já para as pressões provocadas pela
ação da indústria petrolífera tal comportamento ambiental é expresso em Mapas de
Sensibilidade Ambiental ao Derramamento de Óleo (MSA), utilizados como importantes
ferramentas nas seguintes situações (MMA 2002):
•
Plano de Contingência: no planejamento de prioridades de proteção,
estratégias de contenção e limpeza/remoção e quantificação dos recursos
necessários ao combate de derramamentos.
•
Operações de combate a derramamentos de óleo: possibilitando a
avaliação geral de danos e facilitando a identificação dos locais sensíveis,
rotas de acesso e quantificação/localização de equipamentos de resposta.
Capítulo 1
7
Souza, C.F.
•
Planejamento Ambiental: na avaliação de recursos que possam estar em
perigo, podendo ser um componente valioso de um estudo de impacto
ambiental,
auxiliando
na
definição
de
locais
de
instalação
de
empreendimentos para a indústria do petróleo.
Portanto as empresas petroleiras elaboram MSA, como ferramenta de apoio
aos Planos de Contingência frente a possíveis derrames de petróleo. Os MSA são expressões
cartográficas em um formato especial, que contém informação básica com componentes
biológicos, geomorfológicos, hidrológicos, meteorológicos, etc., indicando também as áreas
de conservação, recreação e assentamentos urbanos costeiros. Abarcam, entre outros, as
costas litorâneas dos oceanos, rios, riachos, lagoas, etc., especialmente em zonas que estão
entre mares, desembocaduras de rios, arroios, lagoas, contorno de praias, áreas de uso
múltiplo, etc.
Em geral, os MSA fornecem informações críticas (análises de imagens de
satélites e informações ambientais espacializadas: geologia, geomorfologia, usos e ocupação,
unidades de conservação, fauna, flora, hidrografia, rodovias, limites políticos, etc) para
responder aos derramamentos, apontando os dados básicos necessários para tomar decisões
rápidas e acertadas, durante um derramamento de petróleo.
Neste contexto um Banco de Dados Geográficos Ambientais, de uso
multidisciplinar, para monitoramento geoambiental do Estuário Galinhos-Guamaré e áreas
adjacentes, foi elaborado a partir da combinação dos dados originados de projetos, realizados
no laboratório de Geoprocessamento (GEOPRO) – DG/UFRN por professores, alunos do
PPGG (Programa de Pós-Graduação em Geodinâmica e Geofísica) e o Grupo de Geologia e
Geofísica Marinha e Monitoramento Ambiental (GGMMA) do PPGG:
•
Projeto MAMBMARÉ (Monitoramento Ambiental de Áreas Costeiras
sob Influência do Pólo Petrolífero de Guamaré, localizado no município de
Guamaré/RN – maior produtor terrestre de petróleo do Brasil).
•
Projeto MARPETRO (FINEP/PETROBRÁS/CTPETRO), em áreas de
atuação da indústria petrolífera, com o objetivo de realizar o
monitoramento geoambiental de áreas costeiras da porção norte do RN
(monitorando o impacto ambiental, devido ao derrame de óleo, em zonas
costeiras).
Capítulo 1
8
Souza, C.F.
•
Projeto de Zoneamento Ecológico-Econômico dos Estuários do RN e
dos seus Entornos (Gerenciado pela SUGERCO-IDEMA/RN).
•
Projeto PETRORISCO-REDE 5/1 (CTPETRO-FINEP/CNPq/Petrobras),
que visa o Monitoramento Ambiental das Áreas de Risco a Derrames de
Petróleo e seus Derivados.
Tais projetos vêm gerando grande número de dados georreferenciados que
precisam ser integrados num Sistema de Informações Geográficas, possibilitando uma melhor
análise, segurança e troca de informações entre os profissionais do domínio e possivelmente
várias organizações e instituições. Como exemplo, tem-se os seguintes dados agrupados em
categorias:
•
Dados de Sensoriamento Remoto – Imagens de satélite orbital, fotografias
aéreas e fotografias aéreas oblíquas de baixa altitude. Usadas para
classificar a sensibilidade ambiental da região (baseado no sistema de
classificação
do
NOAA
-
National
Oceanic
and
Atmospheric
Administration – adaptado às regiões tropicais) produzindo uma base
cartográfica digital de precisão.
•
Mapas Temáticos – categoria que abrange os diversos tipos de mapas que
podem ser construídos após a etapa de campo (Mapa de Uso e Ocupação do
Solo nos anos de 1996 e 2001, Mapa Geológico, Mapa Geomorfológico,
Mapa de Zoneamento, Mapa de Vulnerabilidade Ambiental, Perfis de Praia
e Índices de Sensibilidade do Litoral). Todos os mapas a serem inseridos no
Banco de Dados Geográficos Ambientais devem estar na forma digital
vetorial, visto que o software utilizado na produção foi ArcView® GIS 3.2,
que lida com dados vetoriais. É um dos dados mais importantes para a
geração dos Mapas de Sensibilidade Ambiental.
•
Dados
Socioeconômicos
–
categoria
com
os
principais
dados
socioeconômicos dos estuários e seus entornos (aqui abordados como:
municípios, rodovias e hidrografia da área de abrangência do estuário).
Assim os dados obtidos contribuem para consolidação do conhecimento
científico dos estuários e zonas costeiras investigadas, apresentando a evolução geodinâmica
Capítulo 1
9
Souza, C.F.
natural e a interferência do processo de ocupação e uso social do espaço estuarino e litorâneo,
sugerindo inclusive as áreas prioritárias para conservação e/ou preservação.
É importante ressaltar que o Banco de Dados Geográficos Ambientais, que
representa a região de estudo, está em constante fase de manutenção e atualização devido ao
grande número de dados, de diferentes tipos, e a continuidade das atividades de
monitoramento ambiental empregando aprimoramento das técnicas de estudo.
1.4. Organização do Relatório
O relatório encontra-se organizado da seguinte maneira: no Capítulo 1 foi
apresentada uma visão geral da área de estudo e sua necessidade de monitoramento
geoambiental (principalmente o impacto provocando pelo derramamento de óleo), os
objetivos e justificativas do trabalho.
O
Capítulo
2
apresenta
toda
uma
fundamentação
teórica
sobre
Geoprocessamento, Sistemas de Informações Geográficas e Banco de Dados Geográficos. No
Capítulo 3 é feita uma descrição do projeto do Sistema de Informações Geográficas proposto:
descrição geral do sistema (análise, contexto, escopo, requisitos, arquitetura e recursos
alocados).
No Capítulo 4 encontram-se as fases do desenvolvimento da aplicação
geográfica e do Banco de Dados Geográficos utilizado. Descrevendo as principais fases e
atividades abordadas através da metodologia de desenvolvimento de software adotada.
Concluindo, o Capítulo 5 mostra os resultados e conclusões do trabalho, além de
recomendações para futuro melhoramento.
Capítulo 1
10
Souza, C.F.
2. Fundamentação Teórica
2.1. Geoprocessamento
Informações sobre recursos sócio-econômicos-ambientais (propriedades,
controle de extração vegetal e mineral, classificação de poços petrolíferos, controle de
queimadas, acompanhamento da ação de poluentes) e a distribuição dos mesmos no espaço
geográfico são importantes para diversas atividades humanas. Todas as informações
levantadas eram registradas de forma analógica, ou seja, em documentos e mapas em papel,
dificultando o estudo geográfico de combinação com os diversos tipos de mapas e dados.
Com o aparecimento da tecnologia de informação de Geoprocessamento, que
representa computacionalmente o espaço geográfico para analisar fenômenos espaçostemporais, foi possível armazenar e recuperar tais informações de forma integrada,
possibilitando um melhor processamento das informações. Assim, a tecnologia de
Geoprocessamento (conceituada como o conjunto de ferramentas computacionais para
coletar, armazenar, processar e analisar informações geográficas) vem influenciando de
maneira crescente as áreas de transportes, comunicações, energia, análise de recursos naturais,
planejamento/controle ambiental e gerenciamento urbano/regional onde o tratamento da
localização geográfica, agregando a informação ao meio físico, é extremamente importante
para o ambiente de suporte de decisão.
Um Sistema de Geoprocessamento pode ser definido como uma ferramenta
para o planejamento e controle ambiental como também um instrumento de suporte de
decisão. É a união de uma Base de Dados Georreferenciada com técnicas para aquisição de
dados, atualização, processamento e visualização de resultados (Bahr & Karlsruhe 1999). O
suporte a tomada de decisão auxilia em decisões complexas possibilitando o tratamento eficaz
e rápido dos dados geoambientais, agilizando o processamento desses dados.
Como exemplos das importantes funções realizadas pelo Geoprocessamento
pode-se citar (Barcelos 1999):
•
Espacializar informações. Ex.: mostrar em que município ocorre
determinado tipo de mineração.
•
Fazer relações espaciais entre vários níveis de informações diferentes
relacionados a um fenômeno. Ex.: chuvas, temperatura, ondas, ventos,
Capítulo 2
Fundamentação Teórica
11
Souza, C.F.
maré, litologia; ou rios, áreas de preservação, depósito de lixo, bacia
hidrográfica, indústrias, preocupando-se com a gestão ambiental.
•
Projetar cenários, executar simulações, analisar impactos, realizar
planejamento urbano. Ex.: monitorar derramamentos de óleo no mar,
administrar o crescimento das cidades.
•
Efetuar cruzamentos entre níveis de informações gerando mapas temáticos
como resultado.
Um sistema de Geoprocessamento possui a característica de armazenar os
atributos e a geometria/espacialização dos dados, que estão georreferenciados, isto é, estão
localizados na superfície terrestre numa projeção cartográfica. Assim a informação geográfica
apresenta uma natureza dual: um dado geográfico possui uma localização geográfica
(expressa como coordenadas geográficas em um espaço geográfico) e atributos descritivos
(representados num banco de dados convencional).
O entendimento da tecnologia de Geoprocessamento requer, preliminarmente,
uma descrição dos diversos tipos de dados utilizados e de suas representações
computacionais. Quanto à natureza geométrica dos dados geográficos, temos as seguintes
formas de representação:
•
Representação vetorial: representa o mundo real através de sistemas de
coordenadas, sendo a unidade fundamental o par de coordenadas (x,y),
formando pontos, linhas e polígonos.
•
Representação Matricial (Raster): refere-se à representação gráfica do
mundo real através de células ou pixels (Picture elements) com forma
poligonal regular, que são definidos pela suas posições em relação às
colunas e linhas de uma malha.
Existem alguns tipos de dados que são especialmente armazenados e
manipulados nos sistemas de Geoprocessamento (INPE 2002):
1. Mapas Temáticos: Contêm regiões geográficas definidas por um ou mais
polígonos. Como exemplos tem-se o uso do solo e a aptidão agrícola de
uma região. Estes dados, obtidos a partir de levantamento de campo, são
Capítulo 2
12
Souza, C.F.
inseridos no sistema por digitalização ou, de forma mais automatizada, a
partir de classificação de imagens. Um mapa temático pode ser armazenado
no formato vetorial ou matricial (Raster). No formato vetorial, o
armazenamento ocorre na forma de arcos (limites entre regiões), incluindo
os nós (pontos de intersecções entre arcos) para montar uma representação
topológica. A topologia construída é do tipo arco-nó-região: arcos se
conectam entre si através de nós (pontos inicial e final) e arcos que
circundam uma área definem um polígono (região). Na representação
matricial, a área correspondente ao mapa é dividida em células de tamanho
fixo (pixel). Cada pixel terá um valor correspondente ao tema mais
freqüente naquela localização espacial (Figura 2).
(a)
(b)
Figura 2 - Representação vetorial (a) e matricial (b) de um mapa temático.
2. Mapas Cadastrais: Um mapa cadastral distingue-se de um mapa temático,
pois cada um de seus elementos é um objeto geográfico, que possui
atributos e pode estar associado a várias representações gráficas. Por
exemplo, os municípios de um estado são elementos do espaço geográfico
que possuem atributos (nome, localização, governo, população, extensão
territorial, etc.) e que podem ter representações gráficas diferentes em
mapas de escalas distintas. A parte gráfica dos mapas cadastrais é
armazenada em forma de coordenadas vetoriais, com a topologia associada.
Não é usual representar estes dados na forma matricial (Figura 3).
Capítulo 2
13
Souza, C.F.
Nome do
Microrregião
Município
Touros
População
(mil)
Litoral
21.312
Nordeste
Apodi
Chapada do
30.401
Apodi
Parelhas
Seridó
18.178
Oriental
Figura 3 - Exemplo de um mapa cadastral.
3. Redes: Em Geoprocessamento, o conceito de "rede" denota as informações
associadas a: serviços de utilidade pública, como água, luz e telefone; redes
naturais (bacias hidrográficas) e redes viárias (rodoviária e ferroviária). No
caso de redes, cada objeto geográfico (cabo telefônico, transformador de
rede elétrica, cano de água) possui uma localização geográfica exata e está
sempre associado a atributos descritivos, presentes no banco de dados. As
informações gráficas de redes são armazenadas em coordenadas vetoriais,
com topologia arco-nó: arcos têm um sentido de fluxo e nós têm atributos
(podem ser fontes ou sorvedouros). A topologia de redes constitui um
grafo, que armazena informações sobre recursos que fluem entre
localizações geográficas distintas.
4. Imagens Digitais: Obtidas por satélites, fotografias aéreas ou "scanners"
aerotransportados, as imagens representam formas de captura indireta de
informação espacial (Figura 4). Armazenadas como matrizes, cada
elemento de imagem (pixel) tem um valor proporcional à reflectância do
solo para a área imageada. Pela natureza do processo de aquisição de
imagens, os objetos geográficos estão contidos na imagem e para
individualizá-los, é necessário recorrer a técnicas de foto-interpretação e de
classificação automática. Características importantes de imagens de satélite
são: o número de bandas do espectro eletromagnético imageadas (resolução
espectral), a área da superfície terrestre observada instantaneamente por
Capítulo 2
14
Souza, C.F.
cada sensor (resolução espacial) e o intervalo entre duas passagens do
satélite pelo mesmo ponto (resolução temporal).
Figura 4 - Imagem de satélite do litoral setentrional do Rio Grande do Norte,
abrangendo a área de estudo. Fonte: Laboratório de Geoprocessamento – PPGG/UFRN.
Imagem Landsat 5TM. Data da passagem do satélite em 12/06/2000 (Fonte: Tabosa 2001).
2.2. Sistemas de Informações Geográficas
A geotecnologia, que traz mecanismos fundamentais para o trabalho dos
analistas da terra, apresenta os Sistemas de Informações Geográficas (SIG) como a ferramenta
computacional para um sistema de Geoprocessamento, permitindo realizar análises
complexas, ao integrar dados de diversas fontes em um Banco de Dados Geográficos (BDG).
SIG é uma das muitas tecnologias da informação que vem transformando o modo de analisar
o espaço geográfico, oferecendo contribuições à sociedade. Nas últimas duas décadas, tal
tecnologia da informação vem causando efeitos formidáveis nas técnicas de pesquisas
referentes ao meio ambiente, bem como nos modos gerais nos quais os profissionais da área
se comunicam e colaboram.
Os Sistemas de Informações Geográficas, uma tecnologia integradora de várias
técnicas discretas para análise de sistemas naturais e sociais, permitem coletar e analisar a
informação muito mais rapidamente do que era possível com técnicas tradicionais de
pesquisa.
Devido a sua aplicação em várias áreas como agricultura, floresta, cartografia,
cadastro urbano e redes de concessionárias (água, energia e telefonia), há pelo menos três
grandes maneiras de utilizar um SIG (Câmara & Medeiros 1998):
Capítulo 2
15
Souza, C.F.
•
como ferramenta para produção de mapas.
•
como suporte para análise espacial de fenômenos.
•
como um Banco de Dados Geográficos, com funções de armazenamento e
recuperação de informação geográfica.
Estas funções permitem ao SIG uma abrangência maior, tornando-se uma
tecnologia utilizada por profissionais de várias áreas (Figura 5). O seu futuro tende a ser cada
vez mais multidisciplinar, onde cartógrafos, geólogos, geógrafos, analistas de sistemas,
engenheiros agrônomos, engenheiros civis, dentre outros necessitarão dele como ferramenta
indispensável de trabalho (Castro 2002).
Figura 5 – Exemplos de áreas de atuação dos SIG´s.
Os SIG´s são compostos pela integração dos seguintes componentes – Figura 6
(ESRI 1996):
•
Hardware – É o computador onde o SIG se encontra. Atualmente os
softwares SIG se encontram em uma variedade de arquiteturas, servidores
Capítulo 2
16
Souza, C.F.
centralizados, computadores pessoais (desktop) isolados ou conectado em
rede.
•
Software – Programas que oferecem funcionalidades e ferramentas para
armazenamento, análise e visualização de informações georreferenciadas.
Os principais componentes são: Ferramentas de entrada e manipulação de
informações e SGBD – Sistema Gerenciador de Banco de Dados.
•
Dados – É o principal componente do sistema, onde encontramos dados
geográficos integrados com outras fontes de dados, que são mantidos e
gerenciados por um SGBD.
•
Pessoas – Pela multiplicidade de aplicações, os SIG´s possuem equipes
multidisciplinares (profissionais de vária áreas), que atuam nos diversos
aspectos do sistema.
•
Métodos – Um bem sucedido SIG opera de acordo com as regras das
organizações, que incluem métodos e práticas operacionais.
Figura 6 - Componentes de um SIG.
2.3. Banco de Dados Geográficos
A tecnologia de SIG depende umbilicalmente da construção de um Banco de
Dados para armazenamento e recuperação de informações, o qual pode também ser
aproveitado para gerar outras formas de análises de dados e facilitar a tomada de decisões. O
termo “Banco de Dados” significa um conjunto de dados organizados de modo a atender uma
determinada finalidade. Os Sistemas de Banco de Dados (SBD) surgiram no início dos anos
60 e deste então têm sido submetidos a profundas mudanças em seus conceitos e tecnologias.
Capítulo 2
17
Souza, C.F.
Os SBD´s com a finalidade de proporcionarem um ambiente conveniente e
eficiente para armazenamento e recuperação de dados, evoluíram para os atuais Sistemas
Gerenciadores de Banco de Dados (SGBD), compondo um conjunto de softwares que
gerencia a estrutura de dados e controla o acesso aos dados armazenados.
Na base do desenvolvimento dos Sistemas de Informações Geográficas, que
trabalham com objetos e condições do mundo real (coletivamente denominados dados
geográficos), está a tecnologia SGBD, portanto, tal tecnologia teve que incorporar o
tratamento de tais dados originando os Bancos de Dados Geográficos.
Dada a natureza complexa e multidimensional dos dados geográficos, aliada ao
fato dos SGBD´s convencionais não contemplarem os requisitos espaciais e temporais, novos
tipos de dados (tipos abstratos de dados) e operadores foram construídos; as linguagens de
consulta sofreram alterações para englobar novos tipos de dados e operadores; novos métodos
de acesso chamados de mecanismos de indexação espacial, baseados no espaço ocupado pelos
dados, foram implementados. Assim, a distinção existente entre dados convencionais
(caracterizados por serem alfanuméricos) e dados geográficos (considerados complexos para
as estruturas de dados convencionais) provocou a necessidade de estruturar novos tipos de
dados e arquitetar novas formas de armazenamento e acesso aos dados. Conseqüentemente os
Sistemas de Banco de Dados Geográficos adotaram diferentes tipos de arquiteturas
(mecanismo de estruturação/organização da informação geográfica e convencional) e modelos
de dados (mecanismo de implementação da estrutura dos tipos de dados geográfico e
convencional) para suporte ao tratamento espacial (Câmara 1994):
1. Arquitetura dual e modelo de dados relacional: Armazenam os dados
geográficos no sistema de arquivos, em um formato de dados proprietário,
efetuando o processamento dos mesmos através de módulos de softwares
proprietário (desenvolvidos por cada fornecedor de SIG). Os dados
convencionais são armazenados em SGBD relacional, que implementa o
modelo de dados relacional, sendo também processados pelo SGBD
relacional.
2. Arquitetura
integrada
e
modelo
de
dados
objeto-relacional:
Armazenam e processam os dados geográficos e convencionais no SGBD
não convencional objeto-relacional, que implementa o modelo de dados
objeto-relacional, ou seja, efetua de forma integrada o tratamento e
Capítulo 2
18
Souza, C.F.
processamento dos tipos de dados (geográfico e alfanumérico) através do
SGBD objeto-relacional.
Recentemente o interesse pelo uso de SIG no ambiente corporativo vem
provocando uma evolução nos SGBD´s convencionais provocando uma nova geração de
SGBD´s, como por exemplo, Oracle e Postgresql (SGBD´s objeto-relacional) que incorporam
tipos de dados espaciais.
Deste modo, abre-se a perspectiva da construção de Sistemas de Informações
Geográficas onde tanto os atributos como as geometrias dos dados geográficos são
completamente gerenciados pelo SGBD. Esta integração tem o potencial de mudar
completamente o desenvolvimento de tecnologia de SIG, permitindo a transição dos atuais
sistemas monolíticos (com centenas de funções para tratamento da informação geográfica,
implementadas pelos desenvolvedores de sistemas SIG) para uma nova geração de aplicativos
geográficos, sistemas dedicados para necessidades específicas, permitindo ao desenvolvedor
do sistema concentrar-se na aplicação geográfica deixando para o SGBD a responsabilidade
de fornecer recursos e funcionalidades de processamento aos dados georreferenciados.
Capítulo 2
19
Souza, C.F.
3. Descrição do Projeto
3.1. Descrição do Sistema
3.1.1. Análise e Contexto do Sistema
No laboratório de Geoprocessamento (GEOPRO), do Departamento de
Geologia – UFRN, encontram-se vários profissionais que vem coletando, produzindo e
fornecendo grandes quantidades de dados que estão sendo armazenados de forma
descentralizada pela rede interna de computadores, não existindo, portanto, um sistema de
informação para integração, segurança e distribuição dos vários tipos de dados. Alguns
problemas estão presentes devido os dados estarem distribuídos em várias máquinas: a não
existência de controle, integridade e segurança, bem como, uma estratégia para política de
cópias dos dados. Tudo isso vem provocando dificuldades para o trabalho conjunto dos
profissionais do domínio, pois sem o compartilhamento dos dados a pesquisa colaborativa fica
impedida.
Neste contexto foi necessário o desenvolvimento de um Sistema de Informação
Geográfica para o gerenciamento, armazenamento e a disseminação de dados geográficos,
compondo um sistema computacional para acesso rápido e organizado a um Banco de Dados
Geográficos no ambiente da Internet.
A Internet, uma tecnologia poderosa de comunicação e troca de informações,
possibilita uma forma conveniente e padronizada de acesso aos dados geográficos, permitindo
um Sistema de Informações Geográficas distribuído, onde as informações, armazenadas em
servidores de Banco de Dados Geográficos, são acessadas na forma de documentos
hipertextos html (textos formatados ao lado de imagens) através de interfaces padronizadas
(sistemas navegadores da web).
Atualmente como conseqüência da Internet oferecer uma estrutura de
comunicação global para os dados referenciados geograficamente, a indústria de software de
SIG vem sendo motivada a produzir soluções voltadas para web. Provocando o aparecimento
de uma nova geração de SIG’s (‘Bibliotecas Geográficas Digitais’ – BGD ou ‘Centros de
Dados Geográficos’ - CDG), caracterizada pelo gerenciamento de grandes Bancos de Dados
Geográficos, compartilhados por um conjunto de instituições, com acesso através de redes
Capítulo 3
Descrição do Projeto
20
Souza, C.F.
locais e remotas usando interface via web (apresenta uma imagem digital, representando um
mapa chave da região, para consultas através do uso do mouse).
Este novo paradigma é motivado pelo desejo crescente de analisar os
problemas ecológicos, urbanos e ambientais tanto locais como globais. Como também pela
necessidade de compartilhar dados entre instituições, devido aos altos custos de produção das
informações geográficas.
3.1.2. Escopo e Requisitos do Sistema
O sistema deverá possuir os seguintes objetivos, características e funções
principais:
•
O sistema oferecerá suporte de gerenciamento (inserção, edição e remoção)
dos usuários da aplicação (alunos - graduação, mestrado e doutorado;
profissionais – Geólogos, Geofísicos; Organizações e Instituições;
Administrador do Sistema), como também controle da concessão de
permissões de acesso, de acordo com um perfil (Visualização – pode
visualizar os dados da aplicação; Edição – pode efetuar a edição dos tipos
de dados permitidos, como também visualizar os dados; Administração –
possui a característica dos perfis Visualização e Edição, efetuando a
administração dos usuários).
•
O sistema deverá ser construído de forma estruturalmente organizada e
modular para sofrer manutenções evolutivas que capacitará a inserção dos
vários dados provindos dos projetos realizados no domínio. Assim, através
de futuras interações de desenvolvimento do sistema, será possível a
integração dos vários tipos de dados geográficos, obtidos dos projetos
desenvolvidos, no Sistema de Informação Geográfica.
•
Os vários tipos de informação geográfica (dados alfanuméricos,
cartográficos, cadastrais, temáticos e de sensoriamento remoto: imagens de
satélite, fotografias aéreas) deverão ser introduzidos no sistema através de
uma entrada padronizada, por exemplo: arquivos de planilhas vindos do
Microsoft Office Excel (podendo ser exportados no formato html) e
Capítulo 3
21
Souza, C.F.
arquivos no formato JPEG, ERS (ERMapper 6.0 da Earth Resource
Mapping), shapefile (SHP) e DBF (ArcView GIS 3.2 da ESRI).
•
O Sistema de Informação Geográfica terá como função principal o acesso
ao Banco de Dados Geográficos Ambientais efetuando o processamento
(entrada e eventualmente a edição) e a visualização dos dados geográficos.
Possuindo, possivelmente, alguns módulos para funções de análise
geográfica (álgebra com mapas, operadores de distância e operadores de
contexto) caso sejam requeridos para o sistema.
•
O Banco de Dados Geográficos Ambientais desenvolvido, um BDG para
monitoramento
ambiental,
armazenará
e
recuperará
informações
geográficas (com a localização geográfica, a geometria, os atributos
descritivos e o aspecto temporal dos dados geográficos) de forma
totalmente segura e confiável. Ou seja, a base de dados será acessada
apenas por usuários autorizados.
•
O sistema computacional possibilitará, através da análise integrada dos
dados
georreferenciados
coletados
dos
projetos
realizados,
o
monitoramento geoambiental espacial e do meio físico do litoral norte do
Estado do Rio Grande do Norte (compreendendo o Estuário GalinhosGuamaré).
•
O sistema apresentará resultados sob a forma de mapas temáticos digitais,
Mapas de Sensibilidade Ambiental, tabelas, relatórios, fotografias aéreas e
imagens de satélite, úteis como fonte de dados no planejamento preventivo
e na definição das linhas de pesquisas futuras que serão desenvolvidas na
região.
•
O sistema estará no ambiente da Internet (web), de interface de usuário
através de navegadores padrões da web, garantindo acesso constante aos
usuários. Assim teremos uma arquitetura de servidor de aplicação web.
•
O sistema disponibilizará uma navegação pictórica interativa de acesso ao
Banco de Dados Geográficos Ambientais, ou seja, as informações
geográficas poderão ser selecionadas através de apontamentos em mapas,
promovendo acesso ao dado com base em sua localização (pois não se pode
supor que o usuário saiba a priori quais os tipos de dados disponíveis e
Capítulo 3
22
Souza, C.F.
como fazer para ter acesso aos mesmos). Assim as requisições são
processadas pelo servidor que devolve a resposta em forma de mapa.
3.1.3. Arquitetura do Sistema
A web impôs um novo modelo arquitetural para as aplicações, trazendo vários
benefícios para a tecnologia de informação de conteúdo dinâmico: independência de
plataforma, consultas remotas a Banco de Dados, rápida troca de informações, facilidade de
distribuição e utilização (nos clientes apenas a necessidade de instalação de um navegador
web padrão) provocando um novo modelo de desenvolvimento de sistemas (desenvolvimento
de sistemas para web).
Pela revolução do advento da Internet, escrever sistemas para World Wide
Web (sistemas web - consolidando-se como uma das principais mídias de comunicação)
tornou-se lugar comum, trazendo diversas vantagens tanto para os usuários domésticos quanto
para corporativos.
Assim, para o desenvolvimento destes sistemas, temos que encarar todos os
problemas decorrentes de tal arquitetura, por exemplo: diferentemente das aplicações
tradicionais, onde temos um fluxo de execução bem determinado (as operações ocorrem em
uma série de etapas numa ordem bem determinada), temos a possibilidade do usuário
interromper o fluxo esperado da aplicação através do pressionamento do botão Back, Reload e
Abort no navegador.
Naturalmente uma infra-estrutura abrangente de aplicações centrada na web
deve ser adotada, como exemplo: J2EE (Java 2 Enterprise Edition) que é uma plataforma
unificada para desenvolvimento de aplicativos empresariais distribuídos, como também,
aplicativos voltados para o servidor (estabelecendo padrões abertos para as áreas da empresa
que necessitam de computação, como conectividade de banco de dados, componentes
relativos a web, protocolos de comunicação e interoperabilidade). Assim todo o
desenvolvimento de software empresarial pode ser realizado usando a plataforma J2EE
juntamente com Java como a linguagem de programação (que desde sua introdução em 1994
tem revolucionado a indústria de software, principalmente na área de aplicações para
Internet).
Capítulo 3
23
Souza, C.F.
A arquitetura para o sistema do projeto, arquitetura de três camadas para
geração de conteúdo dinâmico na web, baseia-se na plataforma J2EE possuindo as seguintes
camadas:
1. Camada de Visualização – Análise e troca de informações desempenhando
o papel da interface com o usuário (controla a aparência e fornece os
resultados, não se preocupando como a informação foi obtida ou de onde
ela foi obtida).
2. Camada de Controle (controla o fluxo de apresentação, visualização e
atividades)
-
Processamento
computacional
promovendo
controle
centralizado aos recursos do sistema (processos para geração de
documentos hipertextos a serem entregue aos usuários).
3. Camada Lógica (se preocupa com o armazenamento, manipulação e
geração de dados) – Faz armazenamento e processamento dos dados que
são acessados pelos usuários na primeira camada por meio dos processos
executados pela segunda camada. Tal camada gerencia os dados da
aplicação pelo acesso a um Sistema Gerenciador de Banco de Dados.
3.2. Alocação de Recursos
Para a realização do projeto os seguintes recursos devem ser alocados:
1) Ferramenta para implementação do Banco de Dados Geográficos
Ambientais (BDGA): Um SGBD que foi expandido para incorporar o tratamento de
informações geográficas (SGBD objeto-relacional Oracle 9i com o pacote Oracle Spatial 9i
para o tratamento dos dados geográficos, bem como o pacote Oracle9iAS MapViewer para a
navegação e visualização das geometrias dos dados geográficos).
2) Um ambiente para o desenvolvimento do software: O Oracle Jdeveloper 9i.
3) Um ambiente de suporte web (container web): Oracle Application Server
Containers for J2EE 10g.
4) Hardware: Uma máquina, conectada a um ambiente de rede, para ser
servidor do Bando de Dados Geográficos Ambientais. Possuindo um sistema operacional com
características de controle e gerenciamento de acesso bem como de segurança (Windows
Capítulo 3
Souza, C.F.
24
2000 Server ou Windows XP). Recursos para cópia dos dados (memórias secundárias: discos
rígidos e mídias graváveis).
Capítulo 3
25
Souza, C.F.
4. Desenvolvimento do Sistema
4.1. Metodologia de Desenvolvimento de Software
O aplicativo, que o projeto se propõe a desenvolver, por estar inserido em um
domínio de atuação bastante diversificado (multidisciplinar), foi necessário adotar um
processo de desenvolvimento de software, ou seja, adotar uma metodologia de
desenvolvimento de software para integração de métodos, técnicas e ferramentas com o
objetivo de planejar, orientar e acompanhar todo o processo de desenvolvimento e
manutenção do sistema de informação visando atender os requisitos dos usuários.
O RUP (Rational Unified Process da Rational Software Corporation –
http://www.rational.com) foi adotado como metodologia de desenvolvimento de software por
ser um framework genérico para processos configuráveis de desenvolvimento de software.
Isso significa que ele pode ser configurado para ser usado eficientemente em vários tipos de
projetos de software. Assim, em cada projeto de desenvolvimento de software, uma
configuração do processo de desenvolvimento é realizada, identificando os artefatos,
ferramentas e atividades que se enquadram no desenvolvimento do projeto específico (ajustes,
principalmente, em termos de artefatos, atividades necessárias e responsáveis).
Também o RUP foi escolhido por apresentar as seguintes características:
•
Implementa
as
seis
boas
práticas:
desenvolvimento
interativo;
gerenciamento de requisitos; arquitetura componentizada; modelagem
visual; verificação contínua de qualidade; controle de mudanças.
•
Apresenta
características
de
metodologias
consolidadas
(Cascata,
Prototipação e Espiral) de forma a possibilitar sua utilização na solução dos
mais diversos problemas – seja qual for o tamanho e ramo de negócios.
O RUP é constituindo por um conjunto de processos caracterizados por serem
orientados a casos de uso, centrados na arquitetura, iterativos e incrementais (Booch &
Rumbaugh & Jacobson 1999):
Capítulo 4
Desenvolvimento do Sistema
26
Souza, C.F.
•
Orientado a casos de uso: define o que o sistema deve fazer, os requisitos
do sistema, baseando-se na perspectiva dos usuários do sistema.
•
Centrado na arquitetura: define como o sistema é estruturado e como se
relaciona com outros sistemas.
•
Iterativo e incremental: desenvolvimento em mini-projetos (iterações) que
incrementam o desenvolvimento produzindo novas versões do sistema. As
iterações referem-se aos passos no fluxo de desenvolvimento, enquanto os
incrementos correspondem a evoluções do produto.
Tais processos são desmembrados em fases, onde uma fase é um intervalo de
tempo decorrido entre dois importantes pontos do processo. Quando um conjunto bemdefinido de objetivos é alcançado decisões são tomadas para se passar à fase seguinte. No
RUP existem quatro fases no ciclo de desenvolvimento de um software (Booch & Rumbaugh
& Jacobson 1999):
•
Concepção - Delimita o escopo do projeto e estabelece os casos de uso.
•
Elaboração - Efetua a análise do domínio do problema, estabelecendo um
planejamento e uma arquitetura sólida para o projeto.
•
Construção - Desenvolve o sistema
•
Transição - Fornece o sistema a seus usuários finais, surgindo questões que
requerem algum desenvolvimento adicional com a finalidade de ajustar o
sistema (corrigindo alguns problemas identificados).
Para realização de um projeto de desenvolvimento de software temos que
efetuar ciclos. Um ciclo, envolvendo as quatro fases mencionadas acima, é denominado de
ciclo de desenvolvimento que pode se repetir diversas vezes. Para executar tais ciclos de
forma disciplinada e documentada, o RUP adota alguns conceitos chaves, tais como (Booch &
Rumbaugh & Jacobson 1999):
Capítulo 4
•
Fluxo (organizam as atividades)
•
Atividade (fornecem passos para execução de tarefas)
27
Souza, C.F.
•
Artefatos (informação produzida ou consumida pelas atividades das fases
do ciclo de vida do software)
Assim, uma iteração é um ciclo de desenvolvimento gerando uma versão de
um produto executável, que constitui um subconjunto do produto final em desenvolvimento,
evoluindo de modo incremental de um a iteração para outra até se tornar o sistema final.
4.2. Projeto do Sistema
Para a realização do projeto proposto, foi feita uma configuração no RUP,
ajustando quais artefatos deveriam ser produzidos, bem como, as atividades necessárias e os
responsáveis pelo desenvolvimento do projeto. Assim, a seguir, são descritas resumidamente
as fases do RUP pela qual o sistema proposto passou:
4.2.1. Fase de Concepção
4.2.1.1. Atividade (Processo de Avaliação Organizacional)
a. Breve Descrição Organizacional
O domínio do projeto é o Laboratório de Geoprocessamento do departamento
de Geologia – UFRN, onde encontramos a presença de diversos sistemas computacionais para
o universo de Geoprocessamento (ArcGIS, ArcView, IDRISI, Spring, ERMapper).
Assim, temos a ocorrência de tais sistemas totalmente monolíticos contendo o
código da aplicação, seus dados, a interface do usuário e os mecanismos de comunicação;
portanto, há uma tendência de desenvolver aplicativos com a lógica de programação e os
dados instalados em uma única máquina. Também não há uma cultura para construção de
sistemas, baseada em uma metodologia de desenvolvimento de software.
Capítulo 4
28
Souza, C.F.
b. Participantes do Projeto
Alunos de Geologia (Graduação, Mestrado e Doutorado); Professores do
departamento de Geologia; Profissionais (Geólogos, Geofísicos, Geógrafos) e Outras
organizações ou instituições.
c. Principais Problemas identificados
Implantar uma metodologia de desenvolvimento de software (processo formal
e bem documentado, para melhor manutenção futura do sistema computacional).
Falta de segurança para os dados, bem como, proteção quanto a perda dos
mesmos (necessita política de controle de informações – sistema de backup).
Necessidade de implantação de sistemas distribuídos de acesso a bases de
dados rodando em máquinas servidoras. Onde tal base será um Banco de Dados Geográficos
Ambientais para armazenamento e processamento das informações geográficas produzidas no
domínio.
4.2.1.2. Atividade (Identificação e Avaliação dos Riscos)
a. Fontes dos Riscos
Organizacional: Primeira tentativa de desenvolvimento de um projeto de médio
porte dentro do ambiente do domínio.
Financeiros: Necessidade de um plano financeiro para a aquisição das licenças
de uso das ferramentas computacionais requeridas para o projeto. Também deve haver um
plano financeiro para treinamento de profissionais que irão efetuar a manutenção e
administração do Banco de Dados e do sistema aplicativo.
b. Riscos Técnicos
Enquanto a delimitação do escopo: Os requisitos do sistema não estão todos
bem definidos (por exemplo, a implementação de funções de análise espacial); A constante
Capítulo 4
29
Souza, C.F.
expansão do BDG para inclusão de novos tipos de dados, provindos de outras fontes de
informações (estuários).
c. Riscos Tecnológicos
Pela possível existência de requisitos funcionais do sistema que necessitam do
uso de tecnologias pouco familiares ou não totalmente disponíveis.
d. Riscos devido a fatores Externos
Os dados provindos de coleta em campo devem estar bem formalizados e
estruturados, podendo provocar uma baixa qualidade do sistema, pela não perfeita coerência
dos mesmos.
O sucesso do projeto depende da qualidade de acesso ao Banco de Dados, ou
seja, da qualidade de serviço da rede interna ao domínio.
4.2.1.3. Atividade (Determinação dos Atores e Casos de Uso)
a. Identificação dos Atores
Aluno (graduação, mestrado e doutorado): Usuários comuns do sistema
(necessitam acessar a base de dados para realização de tarefas básicas - consultas e
visualizações básicas ao sistema).
Profissional de Geoprocessamento (Geólogos, Geofísicos, Geofísicos):
Usuários avançados do sistema (podem efetuar acesso sem restrições a base de dados).
Organização/Instituição: podem efetuar acesso, com certas restrições, a base de
dados (não podem inserir dados, por exemplo).
Administrador de Banco de Dados: realizam a administração do sistema como
um todo (por exemplo, o gerenciamento dos usuários do sistema).
Capítulo 4
30
Souza, C.F.
b. Modelo de Casos de Uso
Sob a orientação do RUP, as atividades de desenvolvimento são orientadas por
Casos de Uso. Portanto temos os Casos de Uso representando os requisitos funcionais
(estabelecendo o comportamento desejado do sistema) dirigindo o projeto, a implementação e
os testes, ou seja, conduzindo o processo de desenvolvimento do software. Assim, o processo
de desenvolvimento do software segue um fluxo de ações para realização dos Casos de Uso,
constituindo o Modelo de Casos de Uso (Figura 7).
Figura 7 – Diagrama UML de Casos de Uso dos requisitos funcionais do
sistema.
4.2.2. Fase de Elaboração
4.2.2.1. Atividade (Análise Arquitetural)
a. Estrutura da Aplicação
Divisão estrutural, em três camadas, para o sistema proposto pelo projeto num
ambiente computacional de múltiplas camadas (Figura 8):
Capítulo 4
31
Souza, C.F.
I. Camada de Visualização: efetua a interface com usuário enviando dados ao
navegador web padrão. Temos nesta camada, portanto, o envio de código html e JavaScript
para um navegador web, que ao processar tais códigos organiza e controla a interface da
aplicação. Tal camada possibilita a visualização de mapas e objetos geográficos através de
imagens no formato de dados PNG embutidas no arquivo html, gerado pela camada de
controle, bem como disponibiliza o mecanismo de consulta aos mesmos. Também acoplado
ao navegador há um applet Java, que é executado na máquina do usuário, responsável pela
função de administração dos usuários da aplicação.
II. Camada de Controle (decide como a solicitação do cliente deve ser tratada e
que informação deve ser retornada): nesta camada temos um servidor para o protocolo HTTP
(container web OC4J - Oracle Application Server Containers for J2EE) com capacidade de
executar Servlets Java e páginas JSP (Java Server Pages), que permanecem em execução no
servidor aguardando por solicitações dos clientes, possuindo a capacidade de atender diversas
solicitações simultaneamente. Os Servlets e páginas JSP´s, responsáveis pelo acesso a base de
dados através do JDBC (Java DataBase Connectivy), interagem, através do uso da “Java
Client API” (MapViewer JavaBean-Based API), com o Oracle9iAS MapViewer (módulo
J2EE da Oracle, responsável pela geração e visualização dos mapas de objetos geográficos no
formato vetorial) para efetuar a navegação e consulta aos dados geográficos que estão
armazenados na camada de recursos.
III. Camada Lógica: Tal camada, organizada no servidor, acessa um Sistema
Gerenciador de Bando de Dados Objeto-relacional para gerenciamento e armazenamento de
todos os dados utilizados pelo sistema. Assim temos um Banco de Dados Geográficos,
implementado pelo SGBD Oracle 9i através do módulo de extensão espacial (Oracle Spatial
9i), armazenando e processando as geometrias e atributos dos dados geográficos.
Capítulo 4
32
Souza, C.F.
Requisição
Browser
da
web
Servlet Controlador
(gera conteúdo)
Requisição
cria/modifica
Bean de Resultado
(conteúdo)
Resposta
Bean de
Acesso
(Acesso ao
SGBD)
acessa
JSPs
(apresentam conteúdo)
Camada do Usuário
Camada de Controle
Camada de Recurso
Camada de Visualização
Base de
Dados
Camada Lógica
Figura 8 – Estrutura arquitetural da aplicação.
b. Padrão de design presente
Tomando como base os padrões de design (coleção de estratégias comuns,
usadas no desenvolvimento de software, para resolução de problemas em um contexto
conhecido) presentes na literatura de Engenharia de Software, reconhecesse a arquitetura de
três camadas, proposta para o sistema, como uma implementação do padrão Model-ViewController (MVC – Modelo-Visualização-Controlador). Especificamente temos o padrão
MVC modelo 2 (Davis 2001), que é uma variação do clássico padrão MVC, constituindo um
padrão de projeto de alto nível para concepção de aplicações interativas com interface gráfica
de usuário de forma flexível.
O modelo MVC está preocupado em separar a informação (do modelo) de sua
apresentação (a visualização). Assim isolando as partes lógicas da aplicação temos uma
melhor compreensão do projeto, favorecendo a criação de uma arquitetura robusta que
proporciona os fundamentos para a implementação do sistema. Cada camada não precisa,
necessariamente, ser implementada por componentes separados; algumas ou todas as camadas
podem ser combinadas em componentes únicos para reduzir a complexidade da aplicação, às
custas de modularidade e alto nível de abstração.
Capítulo 4
33
Souza, C.F.
4.2.3. Fase de Construção
4.2.3.1. Atividade (Elaboração de Diagramas)
Os seguintes diagramas (Figura 9) foram elaborados para uma melhor
compreensão do sistema: entendimento do relacionamento físico entre componentes de
software e hardware no sistema implementado (através do Diagrama Físico de Utilização) e
modelagem do comportamento estático da aplicação (através do Diagrama de Classes – que
representa a estrutura de uma aplicação). O diagrama de classe, representado nesta seção,
apresenta as classes divididas em três compartimentos: o primeiro é para o nome da classe ou
da interface; o segundo e terceiro são opcionais e listam respectivamente os atributos e as
operações definidas para a classe. Também neste diagrama temos a representação dos pacotes
em que as classes se agrupam. Para uma representação completa do diagrama de classe veja o
anexo I.
Capítulo 4
34
Souza, C.F.
Figura 9 – Diagrama Físico de Utilização seguido pelo Diagrama de Classes.
4.2.4. Fase de Transição
Nesta fase foi realizada uma avaliação da aplicação pelos usuários do
Laboratório de Geoprocessamento (GEOPRO/PPGG). Diversas sugestões foram propostas
para o melhoramento do sistema, todas baseadas no sistema piloto desenvolvido até então.
Portanto, para a conclusão do sistema final, mais de um ciclo de desenvolvimento teve que ser
realizado.
4.2.4.1. Atividade (Configuração do Sistema)
Esta seção tem por objetivo descrever os passos necessários para visualização
do funcionamento da aplicação do projeto (SWIGG – Sistema Web de Informações
Geográficas e Geoambientais). Não se tem à pretensão de demonstrar uma configuração
completa para o funcionamento da aplicação no ambiente web, pois não se constitui num
processo trivial.
Capítulo 4
35
Souza, C.F.
Inicialmente segue-se uma descrição dos pré-requisitos para a instalação do
SWIGG na máquina servidora. Ou seja, são necessários os seguintes itens:
•
Sistema Operacional Windows XP (Versão Professional) com a versão
mais nova do Service Packet.
•
Java 2 SDK (J2SE versão 1.4.1, ou superior).
•
SGBD Oracle9i for Windows.
•
Container web OC4J - Oracle Application Server Containers for J2EE 10g.
•
Oracle9iAS MapViewer.
•
Base de dados Oracle do Banco de Dados Geográficos Ambientais
(BDGA) – os arquivos de exportação.
•
Arquivo de pacote para a aplicação - “swigg.ear”. Arquivo de
empacotamento para aplicações Java voltadas para web. A utilização dos
arquivos EAR facilita enormemente a instalação de aplicações voltadas
para ambiente web.
Após atender os pré-requisitos para a máquina servidora e instalação do
Sistema Operacional, deve-se efetuar:
•
A instalação e configuração do SGBD Oracle9i for Windows com todos os
pacotes necessários para suporte a aplicações Java (principalmente o pacote
interMedia para Java), bem como o pacote Oracle Spatial 9i.
•
A cópia dos arquivos de exportação do BDGA para o SGBD Oracle9i.
•
A configuração do Oracle HTTP Server Apache.
•
A instalação e configuração do container OC4J.
•
A instalação e configuração do MapViewer habilitando o OC4J para a
execução do primeiro.
•
A instalação do arquivo “swigg.ear” disponibilizado-o para o OC4J.
Já para a utilização da aplicação SWIGG pelas máquinas clientes, os prérequisitos são os seguintes:
Capítulo 4
36
Souza, C.F.
•
Navegador para web, com o uso de JavaScript habilitado e Java Plug-in
instalado. Os navegadores recomendados são o Internet Explorer 6.0+, o
Netscape 7.0+ ou o Mozilla 5.0+ utilizando a configuração de tela ideal de
800x600.
Por fim para a execução da aplicação SWIGG pelos usuários:
•
Abra um navegador web que atenda os pré-requisitos anteriormente
mencionados e digite https://lestat.geologia.ufrn.br/swigg/acesso.html
4.2.4.2. Atividade (Demonstração da Aplicação Por Meio de um
Estudo de Caso)
Nesta seção serão mostrados, brevemente, os aspectos relacionados à interação
do usuário com a aplicação do sistema. Assim, na descrição de um Estudo de Caso, o modelo
de interação entre sistema aplicativo e seus usuários proporcionará uma melhor compreensão
das funcionalidades do SWIGG. A seguir, é descrito um simples estudo de caso mostrando as
principais funcionalidades da aplicação, sem ter a pretensão de mostrar todos os detalhes
envolvidos:
Estudo de Caso: Inicialmente a aplicação SWIGG apresenta a página de
Login (Figura 10) exigindo a autenticação do usuário. Caso o usuário seja autenticado, a
página de navegação aparece mostrando todas as funcionalidades disponíveis de acordo com
o perfil de usuário (Figura 11). Nessa página aparece o Mapa de Controle Geoambiental para
o Estuário Galinhos-Guamaré, que mostra os temas escolhidos pelo usuário, permitindo,
através de cliques do mouse (de acordo com a ação selecionada), a navegação pelos Planos de
Informações (PI´s) ou a identificação dos atributos do tema escolhido (Figuras 12 e 13). A
página de navegação disponibiliza para os usuários mecanismos de navegação aos dados
geográficos armazenados no Banco de Dados Geográficos Ambientais (Figura 14). Por fim,
como uma importante funcionalidade da aplicação, o usuário pode analisar dados do Estuário
do tipo: imagens de satélite, fotografias aéreas, mapas de sensibilidade ambiental, e
documentos. Como exemplo será analisada uma imagem de satélite do Estuário (Figuras 15,
Capítulo 4
Souza, C.F.
37
16 e 17). Para uma análise completa da aplicação do sistema, bem como os artefatos de
configuração veja CD em Anexo.
Figura 10 – Página de Login.
Capítulo 4
Souza, C.F.
38
Figura 11 - Página de navegação.
Figura 12 – Escolha de Temas e navegação pelos PI´s.
Capítulo 4
Souza, C.F.
39
Figura 13 – Identificação de atributos para o tema Geologia.
Figura 14 – Mecanismos de Navegação.
Capítulo 4
Souza, C.F.
40
Figura 15 – Lista de dados do Estuário.
Capítulo 4
41
Souza, C.F.
Figura 16 – Lista de imagens de satélite.
Figura 17 – Imagem de Satélite selecionada.
4.3.Projeto do Banco de Dados Geográficos
4.3.1. Tecnologias Utilizadas
A seguir são descritas as ferramentas usadas para implementação do Banco de
Dados Geográficos Ambientais (BDGA): SGBD objeto-relacional Oracle 9i com o pacote
Oracle Spatial 9i para o tratamento dos dados geográficos, o pacote Oracle9iAS MapViewer
para a navegação e visualização das geometrias dos dados, como também o pacote Oracle
Capítulo 4
42
Souza, C.F.
interMedia para o tratamento dos dados não estruturados (exemplos: imagens de satélite,
fotografias aéreas, mapas de sensibilidade ambiental e documentos diversos).
4.3.1.1. Tecnologia Oracle Spatial
A Oracle Corporation lançou, em 1995, uma versão de seu SGBD com uma
extensão para tratamento de entidades geo-espaciais. Tal extensão foi projetada de acordo
com os padrões de interoperabilidade definidos pelo Open GIS Consortium (OGC). Esta
extensão, o Oracle Spatial - http://otn.oracle.com/products/spatial/index.html, contém um
conjunto de funcionalidades e procedimentos que permite armazenar, acessar e analisar dados
espaciais em um banco de dados Oracle.
Seu modelo de dados consiste em uma estrutura hierárquica de elementos
(Point, LineString e Polygon), geometrias e planos; onde planos são compostos por
geometrias, que por sua vez são compostas por elementos (Figura 18). Uma geometria pode
ser formada por um único elemento ou por um conjunto homogêneo (MultiPoint,
MultiLinesString ou MultiPolygon) ou heterogêneo (Collection) de elementos. E, finalmente,
um plano é formado por um conjunto de geometrias que possuem os mesmos atributos.
Plano
Geometria
Elemento
Figura 18 – Modelo de Dados do Oracle Spatial.
Capítulo 4
43
Souza, C.F.
Como o Oracle Spatial utiliza o modelo de dados objeto-relacional, uma dada
geometria é armazenada em um objeto chamado SDO_GEOMETRY (contendo a geometria
em si, suas coordenadas, e informações sobre seu tipo e projeção), ver Figura 19.
CREATE TYPE SDO_GEOMETRY AS OBJECT(
SDO_GTYPE NUMBER,
SDO_SRID NUMBER,
SDO_POINT SDO_POINT_TYPE,
SDO_ELEM_INFO MDSYS.SDO_ELEM_INFO_ARRAY,
SDO_ORDINATES MDSYS.SDO_ORDINATE_ARRAY
);
Figura 19 – Esquema MDSYS do Objeto SDO_GEOMETRY: SDO_GTYPE
- indica o valor correspondente ao tipo de geometria a ser instanciada; SDO_GRID - uma
chave estrangeira para uma tabela que indica o sistema de coordenadas; SDO_POINT mutuamente
exclusiva
as
colunas
SDO_ELEM_INFO
e
SDO_ORDINATES;
SDO_ELEM_INFO - vetor de tamanho variável de triplas, que permite a interpretação dos
valores armazenados em SDO_ORDINATES; SDO_ORDINATES - armazena as
coordenadas da fronteira da geometria.
Em uma tabela espacial, os atributos alfanuméricos da geometria são definidos
como colunas de tipos básicos (VARCHAR2, NUMBER, etc) e a geometria, como uma
coluna do tipo SDO_GEOMETRY (Figuras 20 e 21). Sendo assim, cada tabela espacial
armazena um plano, o qual é composto pelo conjunto de todas geometrias desta tabela. Assim,
podemos representar uma geometria usando uma única linha da tabela espacial.
CREATE TABLE GUAMARE_MUNICIPIOS
(
Município VARCHAR2(50),
Geometria MDSYS.SDO_GEOMETRY);
Figura 20 – Criação Tabela Espacial.
Capítulo 4
44
Souza, C.F.
[Município]
[Geometria]
Macau
Guamaré
Calinhos
Caiçara do Norte
São Bento do Norte
Figura 21 – Exemplo de Tabela Espacial.
Então o Oracle Spatial é composta de: um esquema, chamado MDSYS, que
define o armazenamento, sintaxe e semântica dos tipos de dados geométricos suportados; um
Capítulo 4
45
Souza, C.F.
mecanismo de indexação espacial; um conjunto de operadores e funções, suportado na
linguagem SQL, para consultas espaciais.
A seguir são descritos os principais benefícios do uso do Oracle Spatial:
•
Evita o gerenciamento do conjunto de geodados (atributos e geometrias),
pois promove em um único sistema: armazenamento, indexação,
otimização na linguagem de consulta e gerenciamento (segurança,
concorrência, transações e integridade dos dados).
•
Elimina a arquitetura dual para SIG, promovendo uma arquitetura
integrada.
•
Segue os padrões estabelecidos da Open GIS Consortium (OGC): GML.
•
Suporte ao formato SHP - Shape File da ESRI, que se tornou padrão nos
ambientes de SIG. Assim, outros formatos podem ser convertidos para
Shape File antes de serem tratados pelo SGBD Oracle.
•
Disponibilidade de uso das ferramentas para conversão (arquivos no
formato SHP, SHX e DBF, da ESRI, para o formato SDO_GEOMETRY
do Oracle Spatial) e carga de dados, por exemplo:
Uso da ferramenta shp2sdo que cria arquivos nos formatos CTL
(formato para carga dos dados através do SQL*Loader) e SQL
(usado na criação das tabelas).
Uso do sqlplus para construção das tabelas (através dos scripts SQL
gerados no passo anterior).
Uso do sqlldr para carga dos dados, contidos no arquivo CTL, para
a tabela gerada no passo anterior.
•
Capacidade de uso dos novos recursos de tratamento de dados geoespaciais (disponíveis na versão Oracle Spatial 10g): Network Data Model,
Topology Data Model, GeoRaster, Spatial Analytic & Mining Functions,
Geocoder.
•
Capítulo 4
Vem se tornando largamente suportado no mercado de SIG.
46
Souza, C.F.
4.3.1.2. Tecnologia MapViewer
Tradicionalmente os dados geográficos das aplicações SIG tem sido
gerenciados em arquivos proprietários e visualizados através de módulos proprietários
específicos. O Oracle Spatial, um componente do servidor de Banco de Dados Oracle,
atualmente oferece uma solução aberta para o gerenciamento e visualização dos dados
geográficos.
Tal solução, o Oracle Application Server MapViewer (ou simplesmente,
MapViewer) - http://otn.oracle.com/products/mapviewer/index.html, comple
menta
o
Oracle Spatial provendo um mecanismo genérico, baseado na web, para processar, navegar e
visualizar dados geográficos mapeados pelo Oracle Spatial. Portanto o MapViewer prove um
poderoso serviço de visualização e busca aos dados geo-espaciais.
O MapViewer, escrito totalmente em Java e executado na arquitetura J2EE
(roda dentro do Oracle Container for J2EE – OC4J), conforme apresentado na Figura 22,
oferece aos desenvolvedores de aplicações web um versátil mecanismo para integrar e
visualizar dados geo-espaciais através de um mapa. Assim, através de componentes Java
“Java Client API”, os desenvolvedores da aplicação tem acesso, de forma transparente, aos
complexos recursos de busca/navegação aos dados geográficos, como também aos recursos de
visualização cartográfica.
Figura 22 – Possíveis formas de utilização do MapViewer na arquitetura
J2EE. Aplicações Java, Applets, Servlets e JSP´s usufruem dos recursos oferecidos pelo
MapViewer através de Java API´s.
Capítulo 4
47
Souza, C.F.
Para o processamento da solicitação de um mapa, a requisição deve informar o
nome da fonte de dados, o nome do mapa, a localização do ponto central do mapa, a escala do
mapa (tamanho) e o formato para a imagem de resposta (Figura 23). A fonte de dados e o
nome do mapa mapeiam, para o mapa, seus metadados (repositório, armazenado no Banco,
para: Estilo – símbolos para representação das geometrias, Tema – conjunto de geometrias e
Mapa Base – coleção de temas). O mapeamento de metadados é importante na determinação
da aparência dos mapas gerados, pois inclui, por exemplo, símbolos para mapas, fontes para
textos e padrões para áreas, linhas e pontos. A Oracle Corporation disponibiliza o Map
Definition Tool, que é um programa Java usado para criar, modificar e gerenciar os
metadados armazenados na base de dados.
Figura 23 – Processamento da solicitação de um mapa pelo MapViewer.
4.3.1.3. Tecnologia interMedia
Para o tratamento e processamento dos dados não estruturados do projeto
(Imagens de Satélite, Fotografias Aéreas, Mapas de Sensibilidade Ambiental e Documentos)
foi utilizado o Oracle interMedia. O Oracle interMedia é um recurso do Oracle9i para
processar, armazenar e consultar informações em arquivos de imagens, áudio, vídeo e de
outros formatos (Figura 24), oferecendo, por exemplo, um ambiente confiável para dados
multimídia, que necessitam de alta disponibilidade no contexto da Internet.
Capítulo 4
48
Souza, C.F.
Figura 24 – Oracle interMedia disponibilizando, em um sistema multimídia
com diferentes tipos de dados, o tratamento a dados não estruturados (Imagens, Vídeo, Áudio)
de forma integrada aos dados alfanuméricos.
No suporte a tais dados complexos, o Oracle interMedia usa seu modelo de
dados objeto-relacional para representação dos tipos de objetos: ORDAudio – para dados de
Áudio; ORDDoc – para tipos de dados heterogêneos; ORDImage – para dados de imagem e
ORDVideo – para dados de Vídeo.
Aplicações Java, utilizando os recursos oferecidos pelos tipos de objetos do
Oracle interMedia através do Oracle interMedia Java Classes, podem facilmente ser
construídas, disponibilizando sistemas computacionais robustos de tratamento integrado as
informações multimídias e aos dados alfanuméricos.
Tal API Java facilitou, na arquitetura J2EE do sistema, o processamento
conjunto dos vários tipos de dados armazenados. Assim Servlets e JSP´s do projeto utilizaram
objetos ORDDoc no tratamento dos vários tipos de Documentos e objetos ORDImage para o
processamento das Fotografias Aéreas, Imagens de Satélite e Mapas de Sensibilidade
Ambiental.
Capítulo 4
49
Souza, C.F.
4.3.2. Modelo Físico do Bando de Dados
Este tópico mostra o modelo físico do Banco de Dados Geográfico
desenvolvido no SGBD Oracle 9i.
BRASIL
RN
NOME: VARCHAR2(8)
AREA: NUMBER
POP2000: NUMBER
GEOM: SDO_GEOMETRY(
PERMISSAO
LOGIN: VARCHAR2(15
ACAO: VARCHAR2(20
GUAMARE_GEOLOGIA
CODUF: VARCHAR2(7)
NOMEUF: VARCHAR2(31)
REGIAO: VARCHAR2(10)
NOMEMESO: VARCHAR2(22)
NOMEMICRO: VARCHAR2(24)
NOMEMUN: VARCHAR2(29)
AREA97: NUMBER
LATITUDE: NUMBER
LONGITUDE: NUMBER
UFMESO: VARCHAR2(9)
UFMESOMICR: VARCHAR2(13
SEDE: VARCHAR2(6)
CODMUN: NUMBER
GEOM: SDO_GEOMETRY(1)
GUAMARE_LIMITE_ESTUARIO
GUAMARE_GEOMORFOLOGIA
ESTRATIGRA: VARCHAR2(20)
DESCRIÇÃO: VARCHAR2(200
USO_2001: VARCHAR2(8)
ÁREA: NUMBER
PERÍMETRO: NUMBER
GUAMARE_USO96
GUAMARE_USO01
USO96: VARCHAR2(5)
AREA: NUMBER
PERIMETRO: NUMBER
GEOM: SDO_GEOMETRY(
USO_2001: VARCHAR2(8)
ÁREA: NUMBER
PERÍMETRO: NUMBER
GEOM: SDO_GEOMETRY(
PERFISPRAIASBN
ISL_JUNHO
PERFISPRAIAGALINHOS
ID: NUMBER
AREA: NUMBER
NOME: VARCHAR2(18)
ID: NUMBER
PERFIL: VARCHAR2(9)
COORDENADA: NUMBER
UTM: NUMBER
LINK: VARCHAR2(20)
GEOM: SDO_GEOMETRY(
PERFIL: VARCHAR2(9)
COORDENADA: NUMBER
UTM: NUMBER
GEOM: SDO_GEOMETRY(
GUAMARE_MUNICIPIOS
GUAMARE_HIDROGRAFIA
ID: NUMBER
MUNICIPIOS: VARCHAR2(50
GUAMARE_ZONEAMENTO
ID: NUMBER
GEOM: SDO_GEOMETRY(
GUAMARE_RODOVIA_FEDERAL
ID: NUMBER
NOME: VARCHAR2(7)
USUARIOS
LOGIN: VARCHAR2(15)
SENHA: VARCHAR2(15)
NOME: VARCHAR2(30)
ENDERECO: VARCHAR2(35
TELEFONE: VARCHAR2(15)
IMAGENS
ID: NUMBER
NOME: VARCHAR2(100)
DESCRICAO: VARCHAR2(500)
LOCALIZACAO: VARCHAR2(100
IMAGEM: ORDIMAGE(1)
THUMB: ORDIMAGE(1)
DOCUMENTOS
ID: NUMBER
NOME: VARCHAR2(100)
DESCRICAO: VARCHAR2(500
DOC: ORDDOC(1)
Capítulo 4
UNID_GEOMO: VARCHAR2(8)
VULNERAB: VARCHAR2(8)
ZONEAMENTO: VARCHAR2(16
ID: NUMBER
PERFIL: VARCHAR2(10)
ALTURA_DE_: NUMBER
DIREÇÃO_DE: VARCHAR2(12)
VELOCIDADE: NUMBER
GRAU_DE_EX: VARCHAR2(13)
INCLINAÇÃO: VARCHAR2(12)
LARGURA_M: NUMBER
TIPO_DE_SU: VARCHAR2(20)
MOBILIDADE: VARCHAR2(30)
PENETRAÇÃO: VARCHAR2(30
TRAFEGABIL: VARCHAR2(10)
TIPO_DE_LI: VARCHAR2(100)
ISL: NUMBER
GUAMARE_VULNERABILIDADE
GUAMARE_COORDENADA_VERTICE_XY
UNID_GEOMO: VARCHAR2(8)
ÁREA: NUMBER
PERÍMETRO: NUMBER
VULNERAB: VARCHAR2(8)
X_COORD: NUMBER
Y_COORD: NUMBER
Z_COORD: NUMBER
ID: NUMBER
GUAMARE_RODOVIAS_ESTADUAIS
ISL_DEZEMBRO
ID: NUMBER
FOTOGRAFIAS
ID: NUMBER
NOME: VARCHAR2(100)
IMAGEM: ORDIMAGE(1)
THUMB: ORDIMAGE(1)
MSA
ID: NUMBER
NOME: VARCHAR2(100)
IMAGEM: ORDIMAGE(1)
THUMB: ORDIMAGE(1)
ID: NUMBER
PERFIL: VARCHAR2(8)
ALTURA_DE_: NUMBER
DIREÇÃO_DE: VARCHAR2(12)
VELOCIDADE: NUMBER
GRAU_DE_EX: VARCHAR2(13)
INCLINAÇÃO: VARCHAR2(12)
LARGURA_M: NUMBER
TIPO_DE_SU: VARCHAR2(20)
MOBILIDADE: VARCHAR2(30)
PENETRAÇÃO: VARCHAR2(30
TRAFEGABIL: VARCHAR2(10)
TIPO_DE_LI: VARCHAR2(100)
ISL: NUMBER
50
Souza, C.F.
5. Considerações Finais
5.1. Conclusões
A necessidade dos instrumentos de planejamento e gestão ambiental, para
proteção de áreas onde ocorrem empreendimentos que envolvam atividades com significativo
impacto ambiental, é de extrema importância, como é o caso da área do Estuário GalinhosGuamaré onde as atividades da indústria petrolífera são de grande risco para o meio ambiente.
Conseqüentemente pesquisadores/administradores responsáveis pelas tarefas de planejamento
e monitoramento ambiental da área em estudo necessitam de ferramentas eficientes para o
controle geoambiental.
Tal necessidade promoveu o desenvolvimento de um Sistema de Informações
Geográficas visando o monitoramento ambiental voltado às atividades da indústria petrolífera.
Assim o sistema projetado, que motivou o presente trabalho, foi implantado promovendo os
seguintes resultados:
•
O uso do Sistema de Informação Geográfica desenvolvido é importante
pela capacidade de utilização de dados georreferenciados, possibilitando
lidar com as informações geográficas através da visualização de suas
localizações geográficas na superfície terrestre.
•
O SIG implantado para estudos ambientais costeiros mostrou-se
satisfatório, pela capacidade de tratar de forma integrada os diversos tipos
de dados armazenados: tabelas, gráficos, imagens de satélite, mapas
temáticos, mapas cadastrais, mapas de sensibilidade ambiental, fotografias
aéreas e documentos.
•
O sistema, por apresentar uma arquitetura distribuída, vem possibilitando o
trabalho cooperativo entre os diversos profissionais responsáveis em adotar
medidas necessárias para prevenir, evitar e remediar acidentes que possam
danificar os ecossistemas estuarinos e costeiro.
Capítulo 5
Considerações Finais
51
Souza, C.F.
Portanto, tal sistema vem promovendo, por fornecer suporte ao monitoramento
ambiental na área de estudo, vários benefícios relacionados a fatores socioeconômicos,
ambientais e de desenvolvimento sustentável, com vistas à ampliação da qualidade de vida.
5.2. Recomendações
De acordo com os resultados obtidos, algumas recomendações são sugeridas a
fim de melhorar o trabalho e obter novos resultados:
•
Continuar o monitoramento ambiental de área em estudo, com o objetivo
de avaliar as modificações ocorridas no meio ambiente decorrente da
atuação dos elementos do meio físico e antrópico.
•
Continuar o armazenamento de dados coletados no Banco de Dados
Geográficos Ambientais (BDGA), de forma que essa ferramenta
computacional seja a base para futuras consultas, atualizações, inserções e
análises dos dados armazenados.
•
Incorporar a característica temporal no BDGA, ou seja, implementar
também um Banco de Dados Temporal (BDT), pois o Sistema de
Informação Geográfica atualmente instalado no domínio captura apenas
uma cena da realidade, pelo fato de armazenar apenas o dado atual.
•
Implementar o suporte de análise espacial e processamento aos geodados
representados no formato raster através do pacote GeoRaster do Oracle
Spatial 10g (versão mais atual).
•
Implementar um módulo de consulta para funções de análises geográficas
(álgebra com mapas, operadores de distância e operadores de contexto).
Capítulo 5
Considerações Finais
52
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Environmental Monitoring. Alemanha, 1-9.
Barcelos I.O. 1999. Geoprocessamento. Revista Bate Byte. Ed. 92. Novembro/1999.
Disponível
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<http://www.pr.gov.br/celepar/celepar/batebyte/edicoes/1999/bb92/geop.htm>.
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Booch G., Rumbaugh J., Jacobson I. 1999. Rational Unified Process In: Unified
Modeling Language – Guia do Usuário. Apêndice C. Editora Campus, 442- 448.
[Cam95] Câmara, G., “Modelos, Linguagens e Arquiteturas para Bancos de Dados
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Câmara G., Medeiros J.S. 1998. Princípios Básicos em Geoprocessamento. In: Assad
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Orientados-a-Objetos. Monografia de Exame Integrado do Programa de Doutorado
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resumo - Centro de Ciências Exatas e da Terra

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