Sistema de Informação através de Web Service
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Sistema de Informação através de Web Service
1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA Sistema de Informação através de Web Service para avaliação da fertilidade do solo e recomendação de adubação e calagem Ademir Roberto Freddo1 Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná, Pato Branco, Paraná, Brasil [email protected] Tangriani Simioni Assmann 2 Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná, Pato Branco, Paraná, Brasil [email protected] RESUMO A finalidade da agricultura de precisão é melhorar a produtividade e lucratividade de uma cultura, utilizando a tecnologia de informação para obtenção de dados e no suporte a tomada de decisões. Uma cultura deve ter uma grande produção, mas também deve ser econômica. A avaliação do máximo rendimento técnico econômico está vinculado a interpretação de diversos parâmetros obtidos através da análise de solo e de plantas. Este estudo teve como principal objetivo utilizar a tecnologia de informação como auxílio para avaliação e monitoramento da fertilidade do solo. As informações de auxílio ao agricultor e agrônomo são disponibilizadas na Internet através de serviços disponíveis em um Web Service e podem ser utilizadas por um cliente mediante o desenvolvimento do mesmo. Palavras chave: Web Service, manutenção da fertilidade do solo, Internet, Agricultura de Precisão, recomendação de adubação e calagem ABSTRACT The aim of the precision agriculture is to improve the profits and productivity of a crop using the information technology to achieve data and in the support on making decisions. A crop must have a large production, but it has to be economical too. This economy can be achieved by the amount necessary of correctives of soil acidity and of fertilizers for the crops. This study had as the main objective the applying of the information technology as a support in the correction and maintenance of the soil fertility for a specific crop in different country regions. The supporting information to the agriculturist and agronomist are available in the Internet through services offered in a Web Service and can be used by a client since he/she develops it. KEYWORDS: Web Service, soil fertility evaluation, Internet, Precision Farm, fertilizer and liming recommendation 1 Mestre em Engenharia Elétrica e Informática Industrial pelo Centro Federal de Educação Tecnológica do Paraná (CEFET). Prof. no Departamento de Informática do CEFET-PR Unidade de Pato Branco-PR. 2 Doutora em Agronomia - Área de Concentração: Produção Vegetal pela Universidade Federal do Paraná (UFPR). Professora na Coordenação de Agronomia do CEFET-PR - Unidade de Pato Branco. 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA 1. Introdução A falta ou excesso de alguns nutrientes para uma cultura agrícola prejudica o potencial produtivo de uma cultura, reduzindo a rentabilidade econômica da mesma. A situação nutricional de uma planta é diagnosticada por avaliações visuais e análises de tecidos vegetais. Contudo, quando é necessário um prognóstico do potencial produtivo da cultura, a análise de solo é a ferramenta mais indicada. A análise de solo aliada ao conhecimento do histórico da área e do potencial produtivo da cultura a ser implantada oferece elementos que permitem uma recomendação de adubação e calagem para que se obtenha a máxima eficiência econômica (MEE). Indicações de doses de fertilizantes que estejam abaixo da dose de MEE faz com que os rendimentos sejam menores, contudo mantendo o custo fixo, o que faz com que a margem de lucro líquido diminua. Quando as de adubos aplicadas são maiores que a recomendação de MEE, os aumentos de produtividades não compensam o aumento de custo variável para a aplicação destes insumos. 2. Objetivos O objetivo deste trabalho é utilizar a tecnologia de informação através de um Web Service, disponibilizando informações para um responsável técnico da área agrícola sobre a avaliação da fertilidade do solo e recomendação de adubação e calagem em função de parâmetros de análise de solo e de plantas, histórico da área de plantio, sistema de manejo de solo, cultura a ser implantada e localização da região de plantio. Com o desenvolvimento de um Web Service também denominado de Servidor de Serviços na Internet, as mesmas informações podem ser disponibilizadas em diferentes dispositivos ou equipamentos como: Pocket PC, SmartPhones e Computadores Pessoais (Personal Computers). O Web Service que disponibiliza as informações é o mesmo para todos os dispositivos. As informações são visualizadas nos dispositivos mediante o desenvolvimento de uma aplicação cliente. Os métodos que fornecem informações para auxiliar o responsável técnico são criados no Web Service que fornece uma interface a um cliente independente de linguagem de programação. O programador pode desenvolver uma interface no cliente em qualquer linguagem de programação que suporte Web Service e para diversos dispositivos, inclusive móveis obdecendo apenas as regras implantadas pelo Web Service. Resumindo, o Web Service fornece as regras ou métodos através da estrutura da Internet e o cliente faz e utiliza a aplicação como desejar (Figura 1). Regras Publica o serviço e as regras Solicita/Obtém Regras Aplicação CLIENTE Solicita Método Responde/Fornece Informações Figura 1 – Relação entre a aplicação cliente e o Web Service WEB SERVICE 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA 3. Web Service A indústria de informática necessita de tecnologias que auxiliem no desenvolvimento de software e na integração de sistemas. O Web Service é uma aplicação publicada, localizada e chamada através da Internet, podendo ser acessado por outras aplicações. Essas aplicações são consideradas clientes ou requisitores de serviço. XSLT – Folha de estilo Web service XML e SCHEMA BD Computador Pessoal Dispositivos Móveis Base de Dados ou SGBD Figura 2- Utilização do Web Service pelo cliente A comunicação entre aplicações de Web Service faz uso das seguintes tecnologias: - XML (eXtensible Markup Language) - SOAP (Simple Object Access Protocol) - WSDL (Web Services Definition Language) - URI (Unique Resource Identifier) Os Web Services são descritos e definidos usando XML. A utilização de XML é importante porque viabiliza a troca de informações entre diferentes redes e aplicações. As informações em um banco de dados podem ser acessadas por outras aplicações sem a necessidade da outra aplicação possuir o mesmo SGBD (Sistema Gerenciador de Banco de Dados), isto, porque a troca de informações é realizada através de arquivos texto. As informações nos arquivos texto são validadas através de DTDs (Document Type Declaration) e podem ser visualizadas com a utilização de folhas de estilo definidas com XSL (Extensible Style Language) e CSS (Cascading Style Sheets). As folhas de estilo permitem a visualização das informações em computadores pessoais e também em dispositivos móveis como Pocket PCs e SmartPhones (Figura 2). O protocolo SOAP é o responsável por estabelecer a comunicação entre as aplicações. Nesse caso entende-se por aplicação: cliente (aplicação no dispositivo móvel ou não) e Web Service (Servidor). O SOAP foi projetado para invocar aplicações remotas através de RPC (Remote Procedure Calls – chamadas remotas de procedimentos) em um ambiente independente de linguagem de programação e plataforma, utilizando o mecanismo de transporte HTTP (Hipertext Transfer Protocol). 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA O WSDL descreve os serviços disponibilizados pelo Web Service através da semântica XML. Um documento WSDL define um esquema XML (XML Schema). Essse esquema descreve os serviços, ou a documentação necessária para o cliente utilizar o Web Service como métodos a serem chamados, parâmetros a serem passados e valores de retorno. A identificação do Web Service é realizada através de uma URI. Para o cliente verificar a interface do Web Service basta conectar-se através de uma URI. Conectando-se a URI é possível interpretar a estrutura (serviços, parâmetros) do Web Service. É importante ressaltar que a partir da publicação do Web Service na Internet, é possível a utilização do mesmo pelo cliente que pode ser desenvolvido por qualquer linguagem de programação que suporte o desenvolvimento de clientes Web Services. A Figura 3 mostra a inclusão da tecnologia Web Service no objetivo proposto visualizado na Figura 1. Regras Obtém Regras Aplicação CLIENTE Documento Publica o serviço e as regras Solicita Método Responde/Fornece Informações WEB SERVICE SOAP HTTP Figura 3 – A tecnologia Web Service e o objetivo proposto 4. Sistema Web Service para avaliação da fertilidade do solo e recomendação de adubação e calagem Para avaliar a fertilidade do solo são necessárias análises de amostras do solo e de tecidos foliares. O Web Service deve possuir informações para instruir o responsável técnico com procedimentos de diagnose foliar e para análise do solo. Isso inclui instruções para coletas de amostras de tecidos foliares e de amostras de solos em distintos sistemas de manejo de solo. Os resultados da análise do solo e da diagnose foliar são obtidos em laboratórios através de laudos e podem ser inseridos no Web Service através de parâmetros para obtenção de informações como: - Níveis de interpretação de suficiência para nutrientes e níveis de toxidez para elementos tóxicos no solo; - Classificação do solo conforme teor de matéria orgânica e teor de nutrientes; - Níveis de interpretação do estado nutricional de plantas por elemento químico classificado em (deficiente, baixo, suficiente, alto e excessivo); - Sintomas físicos, químicos e citológicos de deficiência ou excesso de nutrientes em uma cultura. Com essas informações o responsável técnico pode anexar o histórico de produtividade da área, sistema de manejo do solo, cultura a ser implantada e localização da gleba para obter a recomendação de adubação e calagem mais econômica, incluindo a forma e o tipo de adubação a ser utilizado. Através de uma estrutura de gerenciamento propõe-se a criação de um Web Service para disponibilizar as informações de manutenção da fertilidade do solo. A Figura 4 mostra a 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA utilização do Sistema Web Service por um cliente através de um Diagrama de Caso de Uso. Este diagrama mostra as funcionalidades do Web Service. O cliente possui uma aplicação que faz a interação com o Web Service através da estrutura da Internet. Classificação do Solo Recomendação de Adubação e Calagem Necessidade de Nutrientes de uma Cultura Sintomas em uma Cultura Cliente Presença de elementos tóxicos Métodos para manutenção da Fertilidade do Solo Composição e Recomendação de Calcários Figura 4 - Diagrama de Caso de Uso/Funcionalidades do Web Service 4.1 - Descrição das Funcionalidades do Web Service As funcionalidades descritas no Diagrama de Caso de Uso (Figura 4) são disponibilizadas no Web Service através de métodos. A seguir uma descrição das funcionalidades com os respectivos métodos. Funcionalidade: Classificação do Solo - Classificação do solo conforme nível de saturação de bases. - Classificação do solo conforme teor de matéria orgânica. - Classificação do solo conforme teor de nutrientes. Funcionalidade: Recomendação de Adubação e Calagem - Recomendação de Calagem (tonelada por hectare – t/ha) conforme região de plantio, calcário a ser utilizado, laudo do solo e sistema de manejo do solo. - Recomendação de adubação conforme região de plantio, laudo de análise de solo, cultura a ser implantada e sistema de manejo do solo. - Sugestão de adubação em função do tipo de adubo a ser utilizado (Formulados NPK, adubos simples, adubos orgânicos). - Estimativa de forma de adubação mais econômica em função do tipo de adubação a ser utilizada. Funcionalidade: Necessidade de Nutrientes de uma Cultura 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA - Exportação de nutrientes por cultivo em kg.ton produzidos da cultura. Esse método informa o quanto será retirado de nutrientes do solo para a produção de determinada cultura. - Necessidade de nutrientes de uma cultura interpretados nos níveis (concentração de nutrientes g/kg) deficiente, baixo, suficiente, alto e excessivo. Funcionalidade: Sintormas em uma Cultura - Sintomas físicos, químicos e citológicos de deficiência ou excesso de nutrientes em uma cultura. Funcionalidade: Presença de elementos tóxicos - Elementos tóxicos no solo conforme teor de Al. Funcionalidade: Métodos para manutenção da Fertilidade do Solo - Procedimentos para análise do solo. Esse método é realizado antes da implantação da cultura. - Procedimentos para Diagnose Foliar. Esse métdo é realizado em uma cultura anterior para auxiliar a correção do solo antes da implantação da cultura ou na cultura implantada para verificar a deficiência de nutrientes. Funcionalidade: Composição e Recomendação de Calcários - Estrutura e composição de um calcário O objetivo do Web Service é tornar os dados independentes de plataforma e fornecedores de software. O cliente pode utilizar qualquer equipamento para visualizar e solicitar informações para o Web Service. Equipamentos como Pocket PCs, SmartPhones e Computadores Pessoais podem ser utilizados desde que possuam uma conexão com a Internet. Essa condição é importante porque o Web Service utiliza a estrutura da Internet para a troca de informações. As informações podem ser disponibilizados para um cliente, ou seja, os dados podem ser distribuídos para outras aplicações, visualizados em um navegador na Internet ou até mesmo para outros servidores com a finalidade de processamento intermediário. O Web Service precisa estar estruturado internamente para que as funcionalidades mostradas do Diagrama de Caso de Uso (Figura 4) sejam disponibilizadas aos clientes. As informações disponibilizadas através do Web Service estão descritas no Diagrama de Classes apresentado na Figura 5. O Diagrama de Classe mostra a representação em UML (Unified Modeling Language) de como as informações deverão ser armazenadas e estruturadas em classes. 4.2 – Descrição das Classes do Web Service A seguir uma descrição das classes a serem utilizadas com identificação de regras e relacionamentos - Cultura, quantidadeNutrientes, Nutrientes: indicar o grau de suficiência de cada nutriente para uma determinada cultura; - Cultura, Sintomas, Nutrientes: indicar os sintomas de doenças (visíveis, químicos e citológicos) conforme grau de suficiência (deficiente, baixo, suficiente, alto, excessivo) de um nutriente em uma cultura; - Nutrientes, composiçãoCalcário: relacionar os tipos de calcários existentes no mercado com a quantidade de nutrientes; - Cultura, faixaPHadequada, Região: indicar qual é a faixa adequada de ph para uma determinada região do país conforme cultura a ser cultivada; 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA - classificaçãoSolo, nívelSaturação, região, teorMO, nivelToxidezAl: classificar um solo conforme nível de saturação de bases em uma determinada região do país para obter informações como nível de matéria orgânica (MO) e nível de toxidez com alumínio; - manutençãoSolo, procedimentos, amostra, profundidadeAmostra, sistemaManjeo: descrever procedimentos para manutenção do solo, análise do solo e diagnose foliar; - Fórmulas, parâmetros: armazenar fórmulas e seus respectivos parâmetros para realizar a recomendação de adubação e calagem e indicar estimativas econômicas de adubação. Figura 5 – Diagrama de Classes 5. Utilização do Web Service Para trabalhar com o Web Service é necessário o desenvolvimento de um cliente. O cliente importa do Web Service o esquema de trabalho com as respectivas interfaces descritas em XML. As interfaces são as mesmas para os diferentes dispositivos. O desenvolvimento pode ser feito em qualquer linguagem que suporte Web Service. A interface WSDL do Web Service disponibiliza a estrutura descrita a seguir. A estrutura descreve os métodos que podem ser chamados pelo cliente e os parâmetros necessários. O resultado dos métodos é indicado no retorno. A seguir a identificação de alguns parâmetros exigidos nos métodos: - Histórico de produtividade da área: médio, alto, baixo; - Sistemas de manejo de solo: plantio direto, plantio convencional, sistema orgânico, cultura perene; - Cultura a ser implantada: espécie e cultivar; - Localização da gleba (coordenadas cartográficas - GPS) ou região de plantio. 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA 5.1 Descrição dos Métodos do Web Service O item 4.1 descreveu as funcionalidades e seus respectivos métodos. Todo método no Web Service possui algumas exigências para que o cliente possa utilizá-lo. Essas exigências são descritas como parâmetros de chamada ou entrada. De posse dos parâmetros, o Web Service faz o processamento do método e devolve os resultados classificados como retorno. - - - - - - - - Método: Presença de elementos tóxicos. o Parâmetro de Chamada: Teor de Al na análise de solo, região do plantio, sistema de manejo e profundidade de amostragem. o Retorno: nível de toxidez do elemento (ausente, média, alta). Método: Classificação do Solo conforme nível de saturação de bases. o Parâmetro de Chamada: nível de saturação de bases (V%), região do plantio, sistema de manejo e profundidade de amostragem. o Retorno: classificação do solo (baixo, médio e alto), gráfico representando a distribuição dos elementos químicos. Método: Classificação do Solo conforme teor de matéria orgânica. o Parâmetro de Chamada: teor de matéria orgânica (MO), região do plantio e sistema de manejo. o Retorno: classificação do solo (baixo, médio e alto). Método: Classificação do Solo conforme teor de nutrientes. o Parâmetro de Chamada: teores de P, K, Ca, Mg, S, Cu, Fe, Mn, Zn e B. o Retorno: classificação do nutriente no solo (baixo, médio e alto). Método: Recomendação de Calagem (tonelada por hectare – t/ha) conforme região de plantio, calcário a ser utilizado, laudo do solo e sistema de manejo do solo. o Parâmetro de Chamada: Região do plantio (determina saturação desejada – V2), Valor de saturação das bases (V1) e Capacidade de troca de cátions (T) fornecidas pela análise do Solo, poder relativo de neutralização total (PRNT) conforme calcário a ser utilizado. o Retorno: Necessidade de Calcário (t/ha) e tipo de calcário a ser utilizado (calcítico, magnesiano ou dolomítico). Método: Recomendação de adubação conforme região de plantio, laudo de análise de solo, cultura a ser implantada e sistema de manejo do solo. o Parâmetro de Chamada: Teores de nutrientes na análise de solo. o Retorno: Recomendação de adubação em kg.ha-1 de N, K2O e P2O5. Método: Sugestão de adubação em função do tipo de adubo a ser utilizado (Formulados NPK, adubos simples, adubos orgânicos). o Parâmetro de Chamada: Recomendação de adubação em kg.ha-1 de N, K2O e P2O5. o Retorno: kg.ha-1 de adubos a serem utilizados na forma de formulado NPK, adubos simples, adubos orgânicos). Método: estimativa de forma de adubação mais econômica em função do tipo de adubação a ser utilizada. o Parâmetro de Chamada: kg.ha-1 de adubos a serem utilizados na forma de formulado NPK, adubos simples, adubos orgânicos) e custo dos adubos. o Retorno: forma mais econômica de adubação. 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA - Método: Exportação de nutrientes por cultivo em kg.ton produzidos da cultura o Parâmetro de Chamada: Cultura. o Retorno: Lista de nutrientes com respectivos valores. Essa informação é interessante para o produtor verificar o quanto será retirado da terra para a produção de determinada cultura. - - - Método: Necessidade de nutrientes de uma cultura interpretados nos níveis (concentração de nutrientes g/kg) deficiente, baixo, suficiente, alto e excessivo. o Parâmetros de Chamada: Nutriente, Nível do Nutriente. o Retorno: Nível interpretado (deficiente, baixo, suficiente, alto e excessivo). Método: Sintomas físicos, químicos e citológicos de deficiência ou excesso de nutrientes em uma cultura. o Parâmetro de Chamada: Cultura, tipo do sintoma (físico, químico, citológico), identificação do sintoma (deficiência ou excesso). o Retorno: Lista de Sintomas. Método: Procedimentos de Diagnose Foliar. o Parâmetro de Chamada: Cultura. o Retorno: Lista de Procedimentos (retirada de amostras). A análise foliar serve de recomendação para a próxima cultura a ser implantada. É realizada após as adubações. - Método: Procedimentos para a análise do solo (nutrientes e pH). o Parâmetro de Chamada: Solicitação. o Retorno: Lista de Procedimentos (retirada de amostras, encaminhamento ao laboratório). A análise do solo é realizada antes das adubações. - Métodos: Estrutura e Composição de Calcários o Parâmetro de Chamada: Descrição do calcário o Retorno: Lista de nutrientes com respectivos valores para o calcário descrito. 6. Conclusões Devido a variabilidade de solo e de tipos de cultivos, agrônomos e agricultores necessitam de informações sistematizadas que lhes auxiliem na escolha de adubações que sejam eficiente tecnicamente e economicamente. Essas informações são disponibilizadas na estrutura da Internet através de um Web Service. Para acessar o Web Service é necessário um programa cliente que pode ser desenvolvido em qualquer linguagem de programação e plataforma de hardware. As informações podem ser disponibilizadas em um cliente através de diversos dispositivos como computadores pessoais, Pocket Pc e SmartPhones. Com isso é possível conduzir ao agricultor um melhor entendimento, fornecendo subsídios para a manutenção da fertilidade do solo e planejando métodos de correção adequados para o cultivo de uma cultura em uma determinada região do país. 1º CONGRESSO LUSO-BRASILEIRO DE TECNOLOGIAS DE INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO NA AGRO-PECUÁRIA 7. Referências Bibliográficas COMISSÃO DE FERTILIDADE DO SOLO - RS/SC. Recomendação de adubação e calagem para os Estados do Rio Grande do Sul e de Santa Catarina. 3 ed. Passo Fundo: SBCS Núcleo Regional Sul, 1994. 224 p. GALETI, Paulo Anestar. Guia do Técnico Agropecuário: Solos. Campinas: Instituto Campineiro de Ensino Agrícola, 1989. LIBERTY Jesse, KRALEY Mike. Aprendendo a desenvolver documentos XML para Web. São Paulo: Makron Books, 2001. MALAVOLTA, Eurípedes; VITTI, G.C; OLIVEIRA, S.A. Avaliação do estado nutricional de plantas: princípios e aplicações. 2 ed. Piracicaba: POTAFOS, 1997. 319p. MALAVOLTA, Eurípedes. Elementos de Nutrição Mineral de Plantas. São Paulo: Ed. Agronômica Ceres, 1980. MALAVOLTA, Eurípedes. Manual de Calagem e Adubação da principais Culturas. São Paulo: Editora Agronômica Ceres Ltda, 1987. MALAVOLTA, E.; VITTI, G.C.; OLIVEIRA, S.A. Avaliação do estado nutricional de plantas: princípios e aplicações. 2 ed. Piracicaba: POTAFOS, 1997. 319 p.