Plataforma de
Monitorização da
Biodiversidade no
Concelho de Gaia
Ricardo André Freitas Santos
Mestrado Integrado em Engenharia de Redes e Sistemas Informáticos
Departamento de Ciência de Computadores2019
Orientador
Luís Miguel Barros Lopes, Professor Associado, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Coorientador
Eduardo Resende Brandão Marques, Professor Auxiliar, Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Todas as correções determinadas pelo júri, e só essas, foram efetuadas.
O Presidente do Júri,
Abstract
Biodiversity is a term used to refer the variety of living beings that inhabit a particular area. The “environmental health” of a region can be assessed through its biodiversity. The existence of threats such as climate change, pollution, fire and the introduction of new exotic species, among others, makes the permanent monitoring of biodiversity crucial as a way of follow up the environmental health of the ecosystems of a region. Unfortunately, the human resources traditionally hired to perform this service are increasingly scarce.
On the other hand, the smartphone has become an ubiquitous and indispensable tool for the most varied daily tasks. These mobile devices are equipped with significant capabilities of information processing and storage and advance sensors. The democratization of this computing platform contrasts with the scarcity of human resources mentioned above and allows under certain conditions interested citizens to voluntarily contribute to a region’s biodiversity census. It was in this scenario that arose the opportunity for a collaboration with the Biological Park of Gaia to develop a citizen science plataform that would allow continuous monitoring of biodiversity in the municipality of Vila Nova de Gaia. Citizens, using only their mobile devices, are expected to collect sightings of plants, animals and fungi and report them to an online server. Once there, the sightings are validated by experts and stored in a database for future study. This way, the information collected can be valuable for scientific research and, subsequently, for the definition of environmental protection policies by the municipality.
An important case study in the context of the LIFE STOP Cortaderia multinational project involved the monitoring of an invasive exotic specie, Cortaderia selloana, which has been colonizing vast areas of northern Portugal and Spain and southern France. The impact on ecosystems is dramatic leading to habitat loss for native species. The computer platform presented here, with some modifications, is being used in the mapping of colonies of this specie for the application of containment and irradication plans.
Resumo
Biodiversidade é um termo utilizado para referir a variedade de seres vivos que habitam uma determinada área. A "saúde ambiental" de uma região pode ser avaliada através da sua biodiversidade. A existência de ameaças como as alterações climáticas, poluição, incêndios e a introdução de espécies exóticas, entre outras, torna crucial a monitorização permanente da biodiversidade como forma de aferir a saúde ambiental dos ecossistemas de uma região. Infelizmente, os recursos humanos que tradicionalmente eram contratados para realizar esse serviço são cada vez mais escassos.
Por outro lado, o telemóvel tornou-se numa ferramenta ubíqua e imprescindível para as mais variadas tarefas do quotidiano. Estes dispositivos móveis estão dotados de capacidades de processamento e de armazenamento de informação significativas e de sensores avançados. A democratização desta plataforma computacional contrasta claramente com a escassez de recursos humanos acima referida e permite que, em certas condições, cidadãos interessados possam, voluntariamente, dar o seu contributo para o censo da biodiversidade de uma região.
Foi neste cenário que surgiu a oportunidade de uma colaboração com o Parque Biológico de Gaia no sentido de desenvolver uma plataforma do tipo "citizen science" que permitisse monitorizar de forma contínua a biodiversidade no concelho de Vila Nova de Gaia. Pretende-se que os cidadãos, recorrendo apenas aos seus telemóveis, recolham avistamentos de plantas, animais e fungos e os reportem a um servidor online. Aí chegados, os avistamentos são validados por especialistas e guardados numa base de dados para estudo futuro. A informação assim recolhida pode vir a ser valiosa para a pesquisa científica e, posteriormente, para a definição de políticas de protecção ambiental pelo município.
Um caso de estudo importante, no contexto do projeto multinacional LIFE STOP Cortaderia, envolveu a monitorização de uma espécie exótica invasora, a Cortaderia selloana, que tem vindo a colonizar vastas áreas do norte de Portugal e Espanha e do sul de França. O impacto nos ecossistemas é dramático levando à perda de habitat para espécies autóctones. A plataforma informática aqui apresentada, com algumas modificações, está a ser utilizada no mapeamento das colónias desta espécie tendo em vista a aplicação de planos de contenção e de irradicação.
Agradecimentos
No decorrer desta dissertação foram várias as pessoas que contribuíram para o desenvolvimento do meu projeto e, como tal, quero agradecer-lhes por tudo isso.
Em primeiro lugar aos meus orientadores, Professor Luís Lopes e Professor Eduardo Marques por todos os ensinamentos que me proporcionaram e pela grande disponibilidade que tiveram.
Agradeço ainda ao biólogo Henrique Nepomuceno Alves pelos apontamentos indicados para a construção de uma melhor aplicação bem como pelos ensinamentos na área da biodiversidade.
Gostaria de agradecer ao CRACS/INESC TEC que suportou o projeto através de uma bolsa de investigação, que foi um grande incentivo para a elaboração e conclusão do mesmo.
Agradeço também ao projeto LIFE STOP Cortaderia o convite e a possibilidade de participar num projeto desta magnitude.
A todos os meus amigos que me apoiaram e acompanharam durante toda a dissertação. Aos meus pais e à Mafalda, por todo o carinho, ânimo e incentivo que me deram ao longo de todos os anos de estudo.
Conteúdo
Abstract i
Resumo ii
Agradecimentos iii
Conteúdo iv
Lista de Tabelas viii
Lista de Figuras ix
Lista de Blocos de Código xii
Acrónimos xiii
1 Introdução 1
1.1 Enquadramento . . . 2
1.2 Motivação . . . 2
1.3 Objetivos . . . 3
1.4 LIFE STOP Cortaderia . . . 3
2 Contextualização 5 2.1 Taxonomia . . . 5
2.2 Conceitos . . . 7
2.2.1 Avistamento. . . 7 iv
2.2.2 Geoprivacy . . . 7 2.2.3 Saídas de campo . . . 8 2.2.4 Regras . . . 8 3 Estado da Arte 9 3.1 Soluções existentes . . . 9 3.1.1 Map of Life . . . 9 3.1.2 NatureLynx . . . 11
3.1.3 Butterflies and Moths . . . 13
3.1.4 National Biodiversity Data Centre . . . 14
3.1.5 Invasoras.pt . . . 15
3.1.6 iNaturalist . . . 17
3.1.7 Flora-On . . . 20
3.2 Comparação das soluções . . . 20
3.3 Discussão . . . 21
4 Sistema Gaia 23 4.1 Requisitos funcionais . . . 23
4.2 Arquitetura dos componentes . . . 24
4.2.1 Aplicação móvel . . . 25
4.2.2 Interação entre App e Servidor . . . 26
4.2.3 Modelo relacional da App e Servidor . . . 27
4.3 Funcionalidades da Aplicação Móvel . . . 31
4.3.1 Permissões . . . 31
4.3.2 Menu . . . 31
4.3.3 Ecrã inicial . . . 32
4.3.4 Informação acerca do ser vivo encontrado . . . 32
4.3.5 Gestão de eventos e avistamentos . . . 35
4.3.6 Seres vivos presentes nas proximidades do utilizador . . . 36
4.3.7 Definições da aplicação . . . 37 4.3.8 Controlo de sessão . . . 38 4.3.9 Alertas . . . 39 4.4 Funcionalidades do Servidor . . . 39 4.4.1 Página inicial . . . 39 4.4.2 Lista de avistamentos . . . 40
4.4.3 Informações acerca de um avistamento . . . 41
4.4.4 Lista de utilizadores . . . 43
4.4.5 Avistamentos de um utilizador . . . 44
4.4.6 Download da aplicação móvel . . . 45
4.4.7 Controlo de sessão . . . 45
4.5 STOP LIFE Cortaderia . . . 46
4.5.1 Aplicação Android . . . 46 4.5.2 Servidor . . . 51 5 Desenho e Desenvolvimento 59 5.1 Tecnologias utilizadas . . . 59 5.2 Aplicação Android . . . 61 5.2.1 Estrutura da aplicação . . . 61 5.2.2 Mapas offline . . . 64 5.2.3 Estrutura de dados . . . 64 5.2.4 Funcionalidades. . . 66 5.2.5 Comunicação . . . 68 5.3 Servidor . . . 71 5.3.1 Estrutura do projeto . . . 71 5.3.2 Estrutura de dados . . . 72 5.3.3 Funcionalidades. . . 74
5.3.4 Atribuição do concelho e distrito . . . 75
5.3.5 Comunicação . . . 76
6 Avaliação 80
6.1 Sistema Gaia . . . 80 6.2 LIFE STOP Cortaderia . . . 81
7 Conclusão 83
7.1 Apreciação global . . . 83 7.2 Trabalho Futuro . . . 84
Bibliografia 87
Lista de Tabelas
3.1 Comparação das aplicações . . . 22
5.1 Endpoints . . . 77
Lista de Figuras
2.1 Hierarquia dos grupos . . . 5
2.2 ITIS – Lista de todas as espécies do género Acacia. . . . 6
2.3 ITIS – Acacia longifolia. . . . 7
3.1 Map of Life – Submissão através da aplicação móvel. . . 10
3.2 Map of Life – Dashboard da aplicação web. . . 11
3.3 NatureLynx – Aplicação móvel. . . 12
3.4 Butterflies and Moths – Aplicação web. . . 14
3.5 National Biodiversity Data Centre – Aplicação móvel. . . 15
3.6 Invasoras.pt – Aplicação móvel. . . 17
3.7 iNaturalist – Aplicação móvel.. . . 18
3.8 iNaturalist – Lista de avistamentos através da aplicação web. . . 19
4.1 Arquitetura do sistema. . . 25
4.2 Diagrama de estados.. . . 26
4.3 Modelo relacional do dispositivo móvel . . . 28
4.4 Modelo relacional do servidor . . . 29
4.5 Modelo relacional do dispositivo móvel (Cortaderia) . . . 30
4.6 Modelo relacional do servidor (Cortaderia). . . 30
4.7 Menu. . . 31
4.8 Novo avistamento. . . 32
4.9 Preenchimento de Avistamentos. . . 34
4.10 Ecrã de gestão de Eventos. . . 35
4.11 Lista de avistamentos. . . 36
4.12 Avistamentos no local onde se encontra o utilizador. . . 37
4.13 Ecrã das Definições. . . 37
4.14 Ajuda. . . 38 4.15 Novo avistamento. . . 38 4.16 Alertas. . . 39 4.17 Página inicial. . . 40 4.18 Lista de avistamentos. . . 41 4.19 Avistamento. . . 42 4.20 Avistamento (administrador). . . 43 4.21 Lista de utilizadores. . . 44 4.22 Utilizador.. . . 45
4.23 Aplicação Gaia - QR Code. . . 45
4.24 Controlo de sessão. . . 46 4.25 Menu. . . 47 4.26 Novo avistamento. . . 47 4.27 Ecrã de Detalhes. . . 49 4.28 Lista de avistamentos. . . 50 4.29 Ecrã de definições. . . 51 4.30 Gestão de sessão. . . 51 4.31 Página inicial. . . 52 4.32 Lista de avistamentos. . . 53 4.33 Avistamento. . . 54 4.34 Avistamento (administrador). . . 55 4.35 Lista de utilizadores. . . 56 4.36 Utilizador.. . . 57
4.37 Aplicação Cortaderia selloana - QR Code. . . . 57 x
4.38 Gestão de sessão. . . 58
5.1 Estrutura da aplicação móvel. . . 63
5.2 Seleção da área do mapa a descarregar. . . 64
5.3 Estrutura do servidor. . . 72
5.4 Mapa da distribuição dos concelhos de Portugal. . . 76
6.1 Avistamento criado na "saída de campo". . . 81
7.1 Arquitetura da comunicação (cloudlets). . . 85
Lista de Blocos de Código
5.1 Criação do Bundle de avistamento. . . 62
5.2 Configuração de actividade com dados de Bundle de avistamento. . . 63
5.3 Modelo do avistamento . . . 65
5.4 Modelo do evento . . . 65
5.5 Selecionar eventos por evento . . . 68
5.6 POST do avistamento . . . 68
5.7 POST de fotos . . . 69
5.8 GET de avisamentos válidos . . . 70
5.9 Servidor modelo do utilizador . . . 73
5.10 Conexão à base de dados dos avistamentos. . . 74
5.11 Endpoint para a submissão de um avistamento . . . 78
5.12 Gerar hash para a password . . . 79
5.13 Endpoint para obter os avistamentos validados . . . 79
Acrónimos
ABMI Alberta Biodiversity Monitoring
Institute
API Application Programming Interface
ASF Apache Software Foundation
BAMONA Butterflies and Moths of North
America
CAOP Carta Administrativa de Portugal
DAO Data Access Object
DCC Departamento de Ciência de
Computadores
FCUP Faculdade de Ciências da
Universidade do Porto
GBIF Global Biodiversity Information Facility
GPS Global Positioning System
HTTP HyperText Transfer Protocol
HTTPS Hypertext Transfer Protocol Secure
IDE Integrated development environment
ITIS Integrated Taxonomic Information
System
IUCN International Union for Conservation
of Nature
JSON JavaScript Object Notation
JSP JavaServer Pages
MoL Map of Life
NASA National Aeronautics and Space
Administration
NBDC National Biodiversity Data Centre
NSF National Science Foundation
ORMLite Object Relational Mapping Lite
PBG Parque Biológico de Gaia
REST Representational State Transfer
SQL Structured Query Language
TSN Taxonomic Serial Number
URIs Uniform Resource Identifiers
WAR Web Application Resource
WWF World Wide Fund for Nature
Capítulo 1
Introdução
O mundo está repleto de sítios únicos, cada um destes com estranhas e incríveis formas de vida. Algumas espécies podem estar do outro lado do mundo mas outras estão simplesmente ao virar da esquina. A biodiversidade é definida como a variedade de seres vivos que habitam uma determinada área [1]. Esta inclui plantas, animais, fungos e bactérias. Todos estes grupos encontram-se distribuídos de forma distinta pelo o mundo. Esta diversidade aparece de forma natural, sem intervenção humana. Num determinado sistema, a biodiversidade contribui para o bem-estar humano através dos seus efeitos sobre os ecossistemas que assumem uma posição relevante nos sistemas de suporte de vida na terra [2]. Nos dias que correm, o principal instrumento para a conservação da biodiversidade é o estabelecimento de áreas protegidas [3]. A poluição, o uso excessivo de recursos naturais e a expansão urbana e industrial, são encaradas como as principais ameaças à biodiversidade [4]. Com estas crescentes ameaças, devem existir mecanismos capazes de monitorizar a biodiversidade observada atualmente, de maneira a conseguir compreender tendências de possíveis alterações, relativamente a localização geográfica ou mesmo de comportamentos de certas espécies.
Os dispositivos móveis estão em constante desenvolvimento, melhorando as suas características relativamente a memória de armazenamento, velocidade de operações, acesso à Internet e câmaras fotográficas. Numa sociedade em que o telemóvel é uma ferramenta quase imprescindível, a utilização de aplicações móveis no dia-a-dia é uma realidade cada vez mais presente. Atualmente já existem aplicações para dispositivos móveis que permitem registar informação em tempo real sobre a biodiversidade existente, sendo esta uma ferramenta muito importante para os especialistas [5]. O número de aplicações em que o principal objetivo é monitorizar a biodiversidade está em contínuo crescimento, de forma a responder às necessidades dos responsáveis pelas tomadas de decisão, bem como por parte dos especialistas de maneira a recolher informação sobre as mudanças na biodiversidade.
Esta monitorização da biodiversidade, para além de ser um bom indicador para avaliar o sucesso de políticas de conservação e proteção de determinas espécies ou áreas [6], é de especial importância para estudos e pesquisa levada a cabo pelos especialistas.
2 Capítulo 1. Introdução
Permitir com que membros interessados da sociedade possam contribuir com informação sobre as mais variadas espécies, participando assim na pesquisa científica, é uma abordagem conhecida por Citizen Science. A Citizen Science ou então "ciência cidadã", permite recrutar público casual para registar e submeter enormes quantidades de dados de vários locais e habitats durante um longo espaço de tempo. Projetos que assumem este tipo de abordagem têm sido bem sucedidos no avanço do conhecimento científico, fornecendo assim uma grande quantidade de dados sobre a ocorrência bem como a distribuição das espécies em todo o mundo. De maneira a agradecer a dedicação do utilizador casual que submete avistamentos das espécies encontradas, os projetos com estas características esforçam-se para ajudar os participantes a compreender melhor os organismos que observaram, assumindo assim uma componente educacional [7].
1.1
Enquadramento
Este trabalho enquadra-se numa colaboração entre o Departamento de Ciência de Computadores (DCC) e o Parque Biológico de Gaia (PBG), instituição debaixo da alçada da Câmara Municipal
de Gaia.
O PBG foi criado em 1983 na freguesia de Avintes com uma área rural e florestal de cerca de 350 000 metros quadrados, com o propósito de difundir e alertar para a educação ambiental [8]. Este tem como principal objetivo a preservação de espécies da região onde está inserido, também conhecidas como espécies autóctones, e possui ainda uma componente pedagógica para a população relativamente a questões ambientais. O parque abriga vários habitats, nos quais existem atualmente mais de 40 espécies de aves selvagens e outras tantas que visitam o parque durante as migrações, 18 espécies de mamíferos, 14 de répteis e anfíbios, 9 de peixes e várias dezenas de vertebrados juntamente com as mais de 200 espécies de plantas selvagens. Estes números demonstram o valor natural do local [9].
1.2
Motivação
Por limitações logísticas e de pessoal, oPBGnão consegue fazer uma monitorização adequada de toda a área do concelho de Gaia sem a ajuda dos cidadãos. Neste contexto, o Parque Biológico manifestou interesse em criar uma plataforma que permite ao cidadão não especialista instalar uma aplicação no seu telemóvel e, através desta, tentar identificar o melhor possível animais ou plantas. Esta identificação é enviada com uma pequena descrição, data, fotos e georreferenciadas para uma plataforma central onde é posteriormente validada por um especialista (e.g., botânico, entomólogo). No caso de a identificação ser validada, é adicionada numa base de dados mantida peloPBG.
O facto de que qualquer pessoa possa ser um observador permite a existência de uma enorme recolha de dados sobre as espécies presentes no concelho de Gaia bem como a sua distribuição geográfica, sazonalidade e evolução temporal das suas populações. Espera-se que todos os dados
1.3. Objetivos 3 obtidos sirvam de suporte a medidas de preservação ambiental, relativamente a estudos de impacto ambiental bem como classificação de novas áreas protegidas.
1.3
Objetivos
Com o propósito de criar uma ferramenta que permita registar e explorar animais, plantas entre outras espécies de vida selvagem, foi criada uma aplicação móvel. O presente projeto teve como principal objetivo contribuir para o conhecimento da biodiversidade do concelho de Gaia através de uma aplicação Citizen Scientist, utilizando dispositivos móveis e respetivo serviço de repositório e visualização, comprometendo-se assim com três aspetos inovadores:
• Conceção de uma solução de Citizen Science para monitorização da biodiversidade no concelho de Vila Nova de Gaia;
• Desenho e implementação uma aplicação que permita aos utilizadores criar e submeter, da forma mais simples e intuitiva, um avistamento de um animal ou planta; foi ainda necessária a criação de um servidor central responsável por gerir a informação recolhida pelos "cidadãos cientistas";
• Realização de testes no exterior de forma a identificar possíveis problemas bem como testes com utilizadores finais.
1.4
LIFE STOP Cortaderia
Dado o envolvimento da câmara de Vila Nova de Gaia no projeto LIFE STOP Cortaderia, no decorrer da dissertação surgiu a oportunidade de integrar uma solução idêntica à desenvolvida ao longo do atual projeto na monitorização da distribuição geográfica de uma espécie invasora. O projeto LIFE STOP Cortaderia foi aprovado pela Comissão Europeia, dedicado à gestão da erva-das-pampas. Esta espécie, cujo nome científico é Cortaderia selloana, é também conhecida por erva-das-pampas, plumas, penacho-branco, entre outros [10].
Esta espécie é uma planta invasora muito agressiva com elevada capacidade de propagação tanto em habitats naturais como em áreas perturbadas pelo Homem. Trata-se de uma espécie nativa da América do Sul que normalmente habita áreas ribeirinhas, margens de cursos de água e áreas oceânicas sujeitas a invernos suaves. Sendo uma espécie invasora faz com que não existam espécies nativas com a capacidade de fazer frente à propagação da mesma, afetando negativamente as espécies nativas [11].
Esta espécie exótica invadiu a costa da Europa à volta do Arco Atlântico, entre Portugal e França. O objetivo do projeto é coordenar as ações em torno do Arco Atlântico através da partilha de informação e experiências entre organizações portuguesas, espanholas e francesas. Para além de ações de consciencialização de forma a informar as pessoas sobre os efeitos prejudiciais desta
4 Capítulo 1. Introdução
espécie sobre a biodiversidade, o projeto propõe-se também a impedir a propagação da Cortaderia
selloana, bem como a reduzir a sua presença nas áreas afetadas, de forma a salvaguardar os
habitats e espécies nativas mais vulneráveis. O projeto irá ainda quantificar a distribuição desta espécie no norte de Portugal e testar novos métodos para o controlo da mesma, que poderão ser replicados noutros locais [12].
Capítulo 2
Contextualização
Dado que o atual projeto é transversal a diferentes áreas de estudo, para além da apresentação e avaliação das soluções tecnológicas já existentes relevantes para o projeto, foi também necessário estudar e compreender alguns conceitos básicos de biologia, especificamente Taxonomia.
2.1
Taxonomia
A taxonomia é um sistema de classificação dos organismos vivos atendendo à sua morfologia [13]. No âmbito da biologia, a taxonomia é um processo utilizado para descrever, identificar e classificar todos os seres vivos que habitam a terra. Este processo é feito recorrendo à classificação e nomenclatura. A classificação consiste em colocar as espécies agrupadas com base em alguns critérios, apresentando as espécies do mesmo grupo características comuns. A nomenclatura atribui um nome a estas mesmas espécies e grupos. Um grupo é também conhecido por táxon [14].
Os grupos, ou taxons, como representado na Figura 2.1 encontram-se hierarquicamente organizados de acordo com as suas semelhanças genéticas:
Figura 2.1: Hierarquia.
À medida que se avança na hierarquia, maior é a especificidade do organismo em causa. Entre
6 Capítulo 2. Contextualização
os diferentes elementos definidos na hierarquia acima, podem ainda existir subcategorias (e.g., sub-família).
Uma espécie é identificada através de um sistema de nomenclatura binomial. Foram criados nomes científicos que permitem identificar qualquer espécie em qualquer lugar do mundo. Estes nomes científicos são compostos por dois nomes que foram criados com base no latim. O primeiro nome identifica o género a que a espécie pertence e começa sempre com a primeira letra maiúscula. Já o segundo nome identifica especificamente a espécie em causa e é escrito com todas as letras minúsculas. Os dois nomes em conjunto identificam a espécie (e.g., Acacia longifolia) [14].
Atualmente pode-se aceder a informação taxonómica confiável sobre plantas, animais, fungos e micróbios através da base de dados disponibilizada pela Integrated Taxonomic Information System (ITIS). Esta base de dados contém informação de espécies a uma escala mundial, e para se ter uma ideia da sua grandeza, existem referências de quase 800 mil nomes científicos. Cada nome científico é identificado recorrendo a um Taxonomic Serial Number (TSN). Este é um identificador único, o que faz com que não existam nomes com o mesmo TSN. Uma vez que seja atribuído a um determinado nome um TSN, este par não desaparece mantendo-se assim a persistente. O identificador não contém qualquer tipo de significado inerente, sobre a sua posição ou grupo, também conhecido como identificador não inteligente (e.g., 26429) [15].
De maneira a visualizar a forma de como uma determinada espécie está organizada e qual a informação relevante a disponibilizar, na Figura2.2consegue-se visualizar as espécies que existem dentro do género de Acacia. No total existem 263 espécies do género Acacia.
Figura 2.2: ITIS – Lista de todas as espécies do género Acacia.
2.2. Conceitos 7 para além do identificador único correspondente (TSN), temos ainda uma pequena introdução sobre a espécie. Nesta introdução é mostrada informação sobre o reino onde se encontra inserida bem como a posição taxonómica que ocupa (neste caso trata-se de uma espécie), espécies semelhantes caso existam e nomes comuns pela qual a espécie pode ser conhecida. Por fim temos toda a hierarquia até se chegar à espécie em causa.
Figura 2.3: ITIS – Acacia longifolia.
2.2
Conceitos
Entre os diversos especialistas que dedicam o seu tempo a estudar a biodiversidade (e.g., botânicos, entomólogos), existe um determinado vocabulário, práticas bem como preocupações que valem a pena ser mencionadas e descritas. Os seguintes conceitos estão relacionados com as saídas de campo para o registo de espécies.
2.2.1 Avistamento
Refere-se a um encontro com uma determinada espécie ou organismo num determinado momento e local. Engloba o encontro com espécies que fazem parte da paisagem (e.g., árvores), ninhos ou qualquer outro tipo de seres vivos. Quando encontrada uma determinada espécie, esta deve de ter avistamento individual [16].
2.2.2 Geoprivacy
No preenchimento de um avistamento para submissão, a localização é um dos parâmetros obrigatórios. Com o intuito de proteger algumas espécies que possam ser particularmente sensíveis e em determinados casos proteger também a propriedade privada, é fundamental a
8 Capítulo 2. Contextualização
existência de mecanismos que permitam acautelar as situações descritas. Podendo, em casos mais extremos, a localização submetida ser ocultada.
A localização pode assumir três níveis de privacidade:
• Aberta: Todos os utilizadores têm acesso às coordenadas exatas do avistamento. Aparece normalmente representado através de um ponto no mapa;
• Encoberta: Com o objetivo de obter um pouco mais de privacidade, em vez de serem facultadas as coordenadas exatas, é mostrada uma área com um determinado raio que contem essa mesma localização. As coordenadas exatas encontram-se guardadas do lado do servidor e apenas os administradores do sistema conseguem ter acesso a esta informação; • Privada: O utilizador não tem acesso a qualquer tido de informação de localização da
espécie em causa. Mantendo-se de igual forma a localização exata armazenada no lado do servidor.
2.2.3 Saídas de campo
Embora as saídas de campo sejam complicadas de conciliar com o restante trabalho inerente de um especialista da área, estas são uma das principais fontes de estudo da biodiversidade. Um especialista pode individualmente partir à descoberta da diversidade biológica que o rodeia. Contudo, em grande parte dos casos as saídas de campo são organizadas por grupos de pessoas, proporcionando estas atividades um ambiente de grande partilha de informação entre os intervenientes. Apenas com um caderno e uma máquina fotográfica, os especialistas conseguem registar e fazer o senso das espécies encontradas [17].
2.2.4 Regras
Na altura de fazer um avistamento acerca de uma espécie que está na nossa presença, existem determinados procedimentos que não devem ser descurados. Procedimentos esses que são considerados boas práticas e que todos os utilizadores devem respeitar. O utilizador deve ter o maior cuidado, aproximando-se o mais possível sem nunca perturbar a espécie. Em certos casos aproximações indevidas ou mais descuidadas podem, desencadear stress à espécie observada. Por algum motivo, caso o utilizador não se consiga aproximar o suficiente da espécie para conseguir tirar uma fotografia com maior detalhe, este deve de a descrever o melhor possível nos seus apontamentos [18].
Capítulo 3
Estado da Arte
Nesta secção é feita a análise e descrição conceptual de algumas das soluções já existentes que permitem aplicar o conceito de Citizen Science, tendo estas soluções a capacidade de estabelecer comunicação entre o cliente e o servidor. Procurou-se também por aplicações que estivessem diretamente associadas a dispositivos móveis.
3.1
Soluções existentes
Segue-se agora a resenha de aplicações que melhor cumprem os objetivos esperados da aplicação, tirando partido do conceito de Citizen Science. As seguintes aplicações encontram-se relacionadas com a temática de monitorização da biodiversidade, tendo sido escolhidas através de alguns critérios relevantes para o projeto em causa. Inclusão de fotos, partilha da localização e opção de adicionar informação relevante são critérios importantes no âmbito da submissão de um avistamento. Procuraram-se também soluções que permitissem registar avistamentos sem ser necessária ligação à Internet. Outro dos critérios utilizados foi se havia a possibilidade de validação dos avistamentos submetidos.
3.1.1 Map of Life
A aplicação Map of Life visa monitorizar e apoiar a educação, pesquisa bem como a tomada de decisão sobre a biodiversidade a uma escala global, reunindo um vasto leque de conhecimento acerca da distribuição de espécies e as suas dinâmicas ao longo do tempo. Construída sobre uma plataforma web escalonável preparada para um enorme volume de dados ambientais e de biodiversidade, a Map of Life esforça-se para fornecer o informação o mais completa possível sobre cada espécie individualmente, bem como uma lista de espécies existentes em determinada área geográfica.
Partindo de uma base de dados com informação a nível mundial e integrada na aplicação, desde mamíferos, aves, plantas, anfíbios, répteis, peixes, entre outros, o utilizador é informado a
10 Capítulo 3. Estado da Arte
qualquer instante sobre quais as espécies que podem ser encontradas nas redondezas. Nesta base de dados existe informação sobre mapas de áreas de espécies específicas, pontos de ocorrência de espécies e áreas protegidas, definidas e providenciadas pela International Union for Conservation of Nature (IUCN), World Wide Fund for Nature (WWF), Global Biodiversity Information Facility (GBIF) entre outros.
Fotos e texto ajudam os utilizadores a identificar e aprender mais sobre o que se está a observar. Podem ainda ser criadas listas pessoais de avistamentos contribuindo assim para a pesquisa científica bem como nos esforços de conservação da biodiversidade.
Recorrendo à aplicação móvel é possível pesquisar através do nome da espécie ou então pesquisar através do mapa. Ao fazer o download prévio do mapa com as suas espécies associadas, consegue-se fazer uma utilização do mapa mesmo estando offline. De maneira a submeter o avistamento de uma espécie, é obrigatório ter a sessão iniciada na aplicação. Cumprido este passo, é mostrada uma lista com todas as espécies existentes. Desta lista é necessário escolher uma espécie e só de pois é que se consegue fazer o avistamento, como se pode perceber pela Figura 3.1. A submissão contém apenas informação sobre a localização, bem como uma pequena janela temporal.
Figura 3.1: Map of Life – Submissão através da aplicação móvel.
Tirando agora partido da aplicação web consegue-se de igual forma ter acesso a informação sobre uma espécie através do nome ou do mapa. Ao utilizar uma vista mais alargada do mapa é possível obter informação de todos os pontos de espécies existentes bem com a localização de reservas naturais e áreas protegidas. A pesquisa no mapa pode também ser feita especificando um determinado país, ou então escolher um ponto no mapa o que vai indicar quais as espécies existentes à volta desse ponto, num raio fixo de 50 quilómetros. Depois de iniciar sessão, tem-se acesso à dashboard, representada na Figura 3.2, onde se encontra toda a informação registada pelo utilizador com a sessão iniciada.
3.1. Soluções existentes 11
Figura 3.2: Map of Life – Dashboard da aplicação web.
Relativamente à sua arquitetura, a National Science Foundation (NSF) e a National Aero-nautics and Space Administration (NASA) forneceram apoio inicial à Map of Life. A Google e a Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung também apoiaram o projeto [19].
Todos os dados são guardados, geridos e acedidos através de utilização de uma cloud instance (Google Cloud Platform). Recorrendo à Google App Engine, que se trata de uma web framwork e plataforma que permite desenvolver aplicações com utilização de serviços de cloud, esta encarrega-se de fazer host de toda a lógica da aplicação em causa e a informação é difundida pelos utilizadores através de uma Application Programming Interface (API) Restful [20]. O Serviço de mapeamento é feito através de Google Earth Engine, plataforma para análise e visualização de dados geoespaciais , visualizado através da API já existente [21].
3.1.2 NatureLynx
O NatureLynx é uma aplicação gratuita que aplica o conceito de Citizen Science, criada e apoiada pelo Alberta Biodiversity Monitoring Institute (ABMI) com o principal objetivo de construir uma rede de biodiversidade em Alberta. A aplicação deve dar a capacidade aos utilizadores de poderem explorar, partilhar, aprender e agir. A aplicação para além de permitir a partilha de informação entre os seus utilizadores é também uma forma de contribuir para a crescente compreensão do património natural de Alberta bem como a sua relação com as atividades humanas. Na melhor das hipóteses, incentivar os utilizadores a interagirem diretamente com a biodiversidade, faz com que se possa expandir a recolha de dados fornecendo assim maior informação científica para os membros da comunidade. Tudo isto permite que os utilizadores não especialistas ganhem uma maior consciência e perícia para a área da biodiversidade.
12 Capítulo 3. Estado da Arte
uma determinada espécie escolhida, como se pode confirmar pela Figura3.3a. Nesta informação podemos encontrar uma pequena descrição da espécie em causa, o seu nome científico e comum e ainda as suas principais características.
De maneira a submeter um avistamento, na Figura3.3b encontra-se o ecrã para este efeito, podendo ser utilizada a câmara do dispositivo móvel ou então escolher uma imagem diretamente da galeria. Deve-se identificar a que grupo de espécies pertence (e.g., mamífero, planta). No caso de não conseguir identificar a espécie, pode-se atribuir o nome de “unknown”. Parâmetros como a data, tempo e localização são obtidos automaticamente. Por fim podem ainda ser adicionadas algumas notas opcionais.
(a) Descrição da espécie. (b) Criar novo evento.
(c) Estados da submissão.
Figura 3.3: NatureLynx – Aplicação móvel.
3.1. Soluções existentes 13 um profissional da área. Através da Figura3.3c, um avistamento pode obter três diferentes tipos de estados:
• Pendente: Inicialmente quando um avistamento é submetido, adquire de forma automática este estado, só sendo este alterado depois de um especialista o ter estado a examinar; • Verificado: Aqui o especialista conseguiu validar que a espécie submetida no avistamento é
de facto a espécie correta;
• Não verificado: Neste caso, o especialista pode ter ficado com dúvidas quanto à identificação da espécie. Pode ocorrer quando as fotos não são suficientemente claras de maneira permitir a sua identificação.
Recorrendo agora à aplicação web, para além do habitual acesso a uma infindável galeria de espécies através do nome da espécie, localização ou características. A aplicação web permite ainda a criação de missões e grupos. As missões fazem referência a uma determinada atividade que vai ser realizada num sítio predefinido a uma hora estipulada (e.g., visita ao parque). Podem-se convidar ou participar nas missões criadas por outros utilizadores. Quanto à existência de grupos, estes podem ser públicos ou privados e agrupam membros na maioria dos casos com interesses em comum. Consegue-se também submeter um avistamento com toda a informação necessária através da aplicação web.
Quanto à arquitetura esta não é descrita pela instituição. A aplicação aparenta estar a aceder a informação fornecida e mantida pelo ABMI, que é responsável por acompanhar as mudanças na vida selvagem da região de Alberta [22].
3.1.3 Butterflies and Moths
Embora este projeto não possua uma componente que o permita ser utilizado através de um dispositivo móvel, a sua aplicação web tem algumas abordagens interessantes.
O projeto Butterflies and Moths of North America (BAMONA) consiste num esforço ambicioso de reunir e fornecer acesso a dados no contexto de, como o próprio nome indica, borboletas e traças no continente Norte Americano, do Panamá ao Canadá. Tem como principal objetivo preencher as necessidades dos cientistas e observadores destas espécies, através do registo de ocorrências e histórico de vida verificada na área em questão.
A informação presente na aplicação web advém de dados provenientes de museus, coleções pessoais, especialistas na área e literatura publicada. Toda a informação é sujeita a um controlo de qualidade realizado por especialistas no estudo de borboletas de traças. Os dados são acedidos através de listas de visualização, perfis de espécies individuais e mapas que demonstram pontos de ocorrência dos avistamentos. Depois de realizado o log in obrigatório, pode-se submeter o avistamento pretendido. Na Figura 3.4a encontra-se a página destinada a guardar todas as
14 Capítulo 3. Estado da Arte
submissões do utilizador. Esta lista de avistamentos pode ser filtrada pelo número de identificação do avistamento, pelo seu estado, pela família a que pertence e pode ainda ser ordenado pelo campo desejado (e.g., mais recente).
(a) Lista de avistamentos. (b) Avistamento.
Figura 3.4: Butterflies and Moths – Aplicação web.
Ao abrir um dos avistamentos submetidos, através da Figura 3.4b o autor da observação pode confirmar ou até mesmo alterar toda a informação fornecida. Esta alteração só é possível se o avistamento ainda estiver com o estado de “pendente” associado. Neste contexto, pode ainda ser verificado o atual estado do avistamento. Estados que variam entre o pendente, aceite, rejeitado e não identificável. Embora pareçam conceitos com uma finalidade muito parecida, é feita a distinção entre uma observação ser rejeitada e não confirmada. A que não cumpra os requisitos do projeto é atribuído o estado de rejeitado, sendo enviada posteriormente uma mensagem para o seu autor com uma pequena explicação sobre o porquê de isto se suceder. Já um avistamento cujo especialista não consegue confirmar a veracidade da informação submetida, diz-se não identificável. Nesta fase o avistamento pode ainda ser sujeito a mais uma avaliação por parte de outro especialista. Apenas as submissões aceites são adicionadas à base de dados central [23].
3.1.4 National Biodiversity Data Centre
O National Biodiversity Data Centre (NBDC) é uma organização que coleciona, analisa e gere os dados acerca da biodiversidade da Irlanda, com o objetivo de documentar a vida selvagem e a forma de como esta se altera com o tempo.
Esta organização já tinha em sua posse uma aplicação web. Através desta era fornecida informação das mais variadas espécies existentes na Irlanda, e o utilizador tinha ainda a
3.1. Soluções existentes 15 possibilidade de adicionar um novo avistamento de uma determinada espécie. Esta submissão pode ser concluída sem a necessidade de o utilizador estar registado na aplicação. Toda a complexidade inerente da identificação das espécies era “escondida” do utilizador, tendo este acesso apenas ao nome científico e comum da espécie desejada. Internamente existe um dicionário taxonómico que garante que os registos efetuados estão corretos [24].
Com a finalidade de fazer com que existisse um maior número de pessoas casuais e especialistas, a contribuir para a construção de recursos naturais de informação sobre o meio ambiente e das espécies que desta fazem parte, surgiu a oportunidade de criar uma aplicação móvel. A Compass Informatics, uma empresa de tecnologias de informação e localização baseada em Dublin, ficou encarregue de desenhar e construir uma aplicação móvel representada na Figura3.5, que permitisse a gravação de uma foto, localização e detalhes da espécie observada. Existe a possibilidade de criar uma lista de avistamentos que ainda não foram submetidos, ficando estes guardados na memória do dispositivo móvel. Este funcionalidade é de especial importância, quando por exemplo um utilizador se encontra num local onde a rede é escassa. A informação é posteriormente enviada para um sistema de gestão e mapeamento dos dados daNBDCda Irlanda. Dado que a NBDC é um dos nós responsáveis pela partilha de registo de informação para a Global Biodiversity Information Facility (GBIF) [25], os avistamentos feitos pelos utilizadores casuais vão poder ser utilizados a uma escala global [26].
Figura 3.5: National Biodiversity Data Centre – Aplicação móvel.
Relativamente à arquitetura, os dados são enviados para um sistema de controlo onde especialistas vão validar submissão. São de seguida mapeados para a base de dados do NBDC.
3.1.5 Invasoras.pt
A Invasoras.pt é uma aplicação utilizada para reportar e mapear os avistamentos de plantas invasoras em Portugal. Esta permite com que utilizadores casuais e especialistas contribuam
16 Capítulo 3. Estado da Arte
com observações de espécies. A aplicação encontra-se inserida num contexto mais específico, pelo que apenas podem ser submetidas plantas invasoras. As plantas invasoras são plantas não nativas que causam impactos ambientais e económicos negativos. Quando comparadas com as restantes plantas, as invasoras apresentam alguma características distintas, tais como: rápido crescimento e capacidade de dispersão; conseguem obter recursos mais eficientemente do que as espécies nativas; como são invasoras, estando assim deslocadas do seu local de origem, não têm inimigos naturais.
O projeto tem como principal objetivo a consciencialização sobre as plantas invasoras, divulgando as diferentes espécies existentes em Portugal, de forma a estimular a participação do público no mapeamento e controlo destas espécies. Membros da comunidade científica ou qualquer outra pessoa interessada no tema são também educados no sentido de compreender melhor as principais características de uma determinada espécie invasora, e ainda a forma como esta pode influenciar o restante ecossistema. Toda esta informação está disponível através de perfis individuais de espécies consideradas invasoras em Portugal [27].
Através da aplicação móvel, depois de feito o registo e de se iniciar sessão, consegue-se tirar partido de todas as funcionalidades disponibilizadas. No início é mostrada uma lista com todas a plantas consideradas invasoras, e só destas espécies é que se pode submeter um avistamento. Ao escolher a espécie que se está a observar, através da Figura3.6a, é fornecida uma descrição bem como outras fotos já existentes da espécie em causa, com o objetivo de o utilizador ter uma maior certeza na identificação da espécie. Depois de a espécie ser identificada, é reportado um novo avistamento. Na Figura3.6b encontra-se representado o formulário de submissão que se tem de preencher. Neste formulário, é obrigatório a existência de uma fotografia, recolhida da câmara ou através da galeria do dispositivo, a data atual, a densidade, o habitat e ainda a localização geográfica. A localização pode ser a atual ou então pode-se também escolher um determinado ponto no mapa. Existem ainda alguns parâmetros opcionais de maneira a fornecer informação mais específica dentro do contexto das plantas invasoras.
3.1. Soluções existentes 17
(a) Descrição da espécie. (b) Submissão.
Figura 3.6: Invasoras.pt – Aplicação móvel.
Ao utilizar a aplicação web consegue-se aceder a descrições individuais de plantas invasoras, as suas ocorrências no mapa de Portugal e ainda fazer submissões de avistamentos. A submissão online é em tudo idêntica à realizada no dispositivo móvel. Existe ainda uma área pessoal onde são exibidos os avistamentos submetidos, podendo estes ser editados ou eliminados. Aqui encontra-se também informação quanto à gestão de plantas invasoras bem como metodologias para controlar e combater estas mesmas plantas. Relativamente à vertente educativa, existe uma série de atividades de educação ambiental que os utilizadores podem usufruir e assim obter um maior nível de compreensão sobre algumas espécies. Estas atividades consistem em pequenos jogos como quebra-cabeças, jogos de memória e plantas para pintar. Tudo isto com o intuito de desafiar o utilizador e ao mesmo tempo este ganhar conhecimento da espécie em causa.
Quanto à arquitetura, é apenas sabido que os dados são validados regularmente por equipas de especialistas de forma a manter a sua base de dados o mais correta e atualizada possível. O mapa de avistamentos de plantas invasoras em Portugal guarda os registos dos avistamentos [27].
3.1.6 iNaturalist
A aplicação iNaturalist é um projeto de Citizen Science que fornece um lugar para registar e organizar as mais variadas descobertas existentes na natureza. Este projeto faz parte da California Academy of Sciences em San Francisco, e utiliza o poder de crowdsourcing, mapas e partilha de fotos para incentivar a administração ambiental [28]. Para além desta partilha de informação, possibilita a interação com outros entusiastas do tema em causa e ainda a aprendizagem sobre a biodiversidade. O projeto incentiva a participação de uma grande variedade de entusiastas, desde participantes ocasionais de caminhadas pela montanha até ao ecologista especialista. Através da partilha entre os diversos utilizadores existentes, o iNaturalist espera criar uma vasta consciência
18 Capítulo 3. Estado da Arte
comunitária da biodiversidade local bem como a exploração do ambiente destes mesmos locais. Com tudo isto, espera-se que todos estes dados possam ser utilizados para ajudar a salvar uma espécie antes que ela se torne extinta [16].
Através da aplicação móvel temos acesso a toda a informação submetida por qualquer utilizador. Na Figura 3.7a consegue-se compreender que a pesquisa pode ser feita por diversas categorias, desde uma espécie específica à pesquisa por observadores. Uma vez iniciada a sessão na aplicação, temos ainda acesso aos avistamentos submetidos pelo utilizador em causa. Existe a categoria de identificações, onde é mostrada uma lista das espécies para as quais o utilizador com a sessão iniciada tentou identificar as espécies de outros utilizadores. A submissão, representada na Figura3.7bdeve ter uma foto associada, identificação da espécie observada, notas do avistamento, data, hora e localização atual. É também possível especificar a visibilidade da localização, podendo esta ser ocultada para os restantes utilizadores do iNaturalist. A aplicação tem ainda sugestões de alguns guias, onde o utilizador é desafiado a ir a explorar determinadas áreas de formar a avistar as espécies referenciadas nestes mesmos guias, ver Figura 3.7c.
(a) Lista da espécies. (b) Submissão. (c) Guias.
Figura 3.7: iNaturalist – Aplicação móvel.
Pela aplicação web, é possível pesquisar e obter informação sobre todas as espécies submetidas pelos seus utilizadores. Dado que a aplicação em causa proporciona uma experiência muito interativa entre todos os utilizadores, cada um destes tem acesso a um calendário onde se pode agendar tarefas pessoais ou coletivas, podendo neste último caso convidar outros utilizadores. Um avistamento pode também ser portador de uma tag, que pode ser uma referência para um determinado evento. Tem-se também acesso à lista pessoal de observações submetidas, como demonstrado na Figura 3.8. É ainda possível submeter avistamentos com os mesmo parâmetros identificados na aplicação móvel.
3.1. Soluções existentes 19
Figura 3.8: iNaturalist – Lista de avistamentos através da aplicação web.
Todo o software existente neste projeto é open source, podendo ser adicionadas novas funcionalidades quer na aplicação web bem como nos dispositivos móveis. Internamente é utiliza uma Rest API que se vai encarregar de responder aos pedidos requisitados. Pode-se ainda interagir com esta APIatravés da documentação fornecida.
3.1.6.1 Nature Explorer
No projeto que se pretende desenvolver um dos principais fatores reside na validação de um avistamento por um especialista. Dado que qualquer utilizador pode utilizar a aplicação móvel existem casos em que o utilizador pode identificar uma espécie de forma errada, tornando-se assim a foto crucial para o especialista no momento da validação.
A Google tem investido no desenvolvimento de projetos relacionados com inteligência artificial, dos quais se destaca um kit que permite identificar objetos através da imagem. Esta identificação só é possível com a construção de modelos de software através de um método de machine learning. Com estes modelos é possível fazer previsões baseadas em padrões e relações entre os dados recolhidos.
Em colaboração com o iNaturalist, foi construído o Nature Explorer que tem três modelos de machine learning baseados em MobileNet (redes neuronais eficientes para aplicações de visualização móveis). Estes modelos foram treinados com fotos fornecidas pela comunidade do iNaturalist e atualmente conseguem reconhecer 4080 espécies diferentes (pássaros, insectos, plantas) [29].
20 Capítulo 3. Estado da Arte
3.1.7 Flora-On
A Flora-On [30] é uma plataforma que mantém há já alguns anos um acervo de observações de espécies feitas por especialistas.
Flora-On foi criada e continua a ser mantida por voluntários membros associados da Sociedade Portuguesa de Botânica. Sendo o seu âmbito direcionado para dados atuais e de investigação, este projeto apresenta um contributo significativo para o conhecimento da distribuição e estado atual da flora portuguesa.
Esta plataforma tem presente na sua base de dados registos de observações de plantas vasculares em todo o território de Portugal (Continente e Ilhas). As observações são carregadas frequentemente na base dados principalmente por botânicos e naturalistas experientes, e estas observações consistem em pontos de dados georreferenciados para espécies juntamente com a sua data de observação e estado fenológico.
O projeto Flora-On tem como finalidade compilar e disponibilizar informações cronológicas, ecológicas, morfológicas e fotográficas acessíveis ao público para toda a flora vascular de Portugal. O portal funciona de modo dinâmico e interativo, tornando assim a pesquisa de informação simples e intuitiva. O site fornece ainda poderosos recursos de consulta e visuais, dos quais se destacam as consultas bioclimáticas, em que estas consistem em distribuições empíricas de densidade das espécies sobre esta mesma variável [31].
Trata-se também de um projeto open source.
3.2
Comparação das soluções
Depois de apresentadas as diferentes soluções já existentes que permitem aplicar o conceito de Citizen Science através de uma aplicação móvel, recorrendo à Tabela 3.1, foi elaborada uma comparação entre cada uma das aplicações sobre alguns parâmetros necessários para o desenvolvimento deste projeto.
De todas as aplicações consegue-se perceber que a que menos requisitos cumpre é a Map of Life, contudo esta possui uma mais valia que é o facto de se conseguir utilizar os mapas mesmo estando offline.
Relativamente à submissão, todas as restantes aplicações guardam informação similar. Invasoras.pt e iNaturalist são as únicas que conseguem fornecer informação descritiva de espécies através do nome ou então através de uma pesquisa no mapa. A NatureLynx só consegue fornecer esta informação individual de cada espécie quando feita a pesquisa pelo seu nome.
Relativamente à arquitetura utilizada, na generalidade todas seguem padrões mais ou menos idênticos. Só os avistamentos validados é que podem pertencer à base de dados em causa e a
3.3. Discussão 21 informação disponibilizada (e.g., descrição das espécies) é retirada de uma entidade externa que garante a validade e atualidade da mesma.
A NatureLynx é a que apresenta uma interface mais conseguida para a descrição de espécies, sendo também fácil de reportar um avistamento. Um outro ponto positivo é um facto de existirem grupos e missões, possibilitando uma maior interação entre os utilizadores.
A aplicação da National Biodiversity Data Centre, tem com principal vantagem a utilização do conceito de “bucket” para uma lista de avistamentos. Aqui os avistamentos podem ser guardados no dispositivo móvel e apenas submetidos quando o utilizador assim o entender. Permite que se consiga gravar um avistamento, tudo isto offline, e submeter este quando o utilizador assim o entender.
Embora a aplicação Invasoras.pt possua algumas funcionalidades úteis para o atual projeto em desenvolvimento, a plataforma existente de análise e visualização de dados encontra-se ainda numa fase inicial. Sendo também o seu contexto mais específico e âmbitos de utilização mais limitados.
De todas as soluções o iNaturalist, no âmbito geral é que apresenta uma aplicação móvel mais apelativa, dando também ênfase à página pessoal de cada utilizador. É com base nestes perfis que é levada a cabo a pesquisa por observadores, bem como o convite para determinado utilizador pertencer a um grupo ou participar num projeto criado.
3.3
Discussão
Embora alguns dos sistemas comparados nas Secção3.2preencham parte dos requisitos necessários, nenhuma das opções os consegue cumprir na totalidade. De todas, o iNaturalist é a aplicação que mais se enquadra no contexto pretendido, contudo a parte da validação é o principal contratempo. Nesta aplicação são os próprios utilizadores a fazer a validação das submissões, sendo estes especialistas ou não. Na aplicação que se pretende desenvolver um dos pontos é a validação ser efetuada apenas por especialistas.
Um outro ponto que nos leva a desenvolver uma nova solução de raiz está relacionada com a falta de conectividade com a infraestrutura nas saídas de campo. Para melhorar este cenário, para além da utilização da memória interna do dispositivo móvel, estas saídas de campo podem ser feitas juntamente com um dispositivo de baixo custo (e.g., Raspberry Pi) que se vai comportar como uma cloulet. Conseguindo assim o utilizador submeter dados para este serviço móvel. Este cenário encontra-se melhor descrito na Secção 4.2.
22 Capítulo 3. Estado da Arte T ab ela 3.1: Comparação das aplicaçõ e s Submissão Explorar V alidação de A vistamen tos Arquitetura Pro jeto atual Observ açõ es F oto Lo calizã o Informação Ligação Esp écie s Mapa Map of Life Não Sim Não Sim Sim Sim Não -Dados guardados e ge ridos Go ogle cloud platform; -Lógica atra v és de APIs Restful. Sim -P ágina p essoal; -Áre as offline; -Ap enas p ermite in tro duzir esp écies já conhec idas (no v as não) NatureLynx Sim A tual / p o n to -Nome; -Dat a; -Tip o de esp écie. Sim Sim Não Sim: -Não v erificado; -P enden te; -V erificado. App ace de a informação man tida p or uma instituição resp onsá v el p e la vida selv agem Sim -P ágina p essoal; -In terface para apresen tação de esp é cies; -F ácil de rep ortar; -Grup os/Missõ es; -Ap enas p ermite in tro duzir esp écies já conhecidas (no v as não). National Bio div ersit y Data Cen tre Sim App (ap enas atual) -Nome/t ip o; -Info. lo cal; -Info. adicional; -email. Não (obs.) Não Não Sim Dados submetidos passam p or um sistema de con trolo (esp ecialista) e de seguida são map eados na base de dados Sim -Nã o precisa de login, sem página p essoal; -Captura v ários a vistamen to s (buc k et), e quando existir ligação, p ossív el submetê-los to dos de uma só v ez; -Ap enas p ermite in tro duzir esp écies já existen tes (no v as não). In v asoras Sim Sim -Nome, quan tidade, tip o de área (protegida), grau ce rteza, adicional Sim Sim Sim Sim A vistamen tos submetidos (B D) e as equipas ten tam man ter esta informação o mais correta p ossív el 2013 In v estigação -P ágina p essoal; -Descrição da s esp écies; -Filtros para a vistamen tos; -Ap enas esp écies já existen tes; -T emplate em PDF para registar v ários a vistamen tos para submeter m ais tarde. iNaturalist Sim Sim Data, nota s, tip o de área Sim Sim Sim F eita p or utilizadores da aplicação Esp é cies são iden tificadas quando v ários utilizadores estão de acordo Sim -P erfil p essoal m uito completo; -P esquisa p or observ adores; -Pro jetos (grup os) -Aplica ção mó v el.
Capítulo 4
Sistema Gaia
Depois de feita a análise e avaliação das soluções existentes que permitem aplicar o conceito de Citizen Science, este capítulo destina-se a descrever quais os principais requisitos funcionais, componentes necessários para o desenvolvimento do projeto e as possíveis ligações entre estes. Para cada um dos componentes, vai ser apresentada a sua arquitetura bem como uma pequena descrição acerca da sua função no projeto. Vão também ser descritas as principais funcionalidades para cada um dos componentes e por fim apresenta-se a reestruturação necessária para o projeto STOP LIFE Cortaderia.
O sistema irá apelidar-se de Gaia dada a colaboração com o Parque Biológico e uma vez que na mitologia grega Gaia é a referência à Terra.
4.1
Requisitos funcionais
Dado o contexto para a qual a aplicação está a ser construída, foi necessário reunir com especialistas do Parque Biológico de Gaia (PBG), de forma a compreender quais os requisitos funcionais.
Existem duas abstrações iniciais, avistamento e evento. Um avistamento refere-se ao registo de um encontro com uma determinada espécime num determinado local. Um evento é constituído por vários avistamentos e é particularmente útil para organizar saídas de campo.
Estas são as funcionalidades que se esperam da aplicação, também conhecidas por requisitos funcionais:
• Para registar um avistamentos deverá ser possível:
– Identificar espécies através de uma campo com completação automática (apenas
identificadas as espécies autóctones da Europa);
– Inserir mais do que uma foto no registo do avistamento;
24 Capítulo 4. Sistema Gaia
– Inserir uma descrição opcional da espécie;
– Incluir a data do avistamento de forma automática ou manual;
– Incluir a localização geográfica automaticamente através deGPSou escolher um ponto no mapa (possibilidade de guardar mais do que um ponto de maneira a representar uma área).
• Todos os avistamentos devem ter um evento associado, agrupando assim um evento vários avistamentos (e.g., saída de campo em Gaia);
• Um evento deve seguir os seguintes parâmetros:
– Conter identificação textual e temporal;
– No mesmo dia não é possível a criação de eventos com igual nome.
• Os eventos e respetivos avistamentos devem de poder ser armazenados localmente sem necessidades de ligação à Internet, e posteriormente enviados a um servidor quando exista uma.
4.2
Arquitetura dos componentes
Através da aplicação móvel consegue-se registar avistamentos e submeter estes mesmos para futura validação. É ainda possível obter informação sobre as espécies existentes nas proximidades utilizador da aplicação. Relativamente ao servidor, este é responsável pelo armazenamento e gestão dos avistamentos obtidos.
De um modo geral, um utilizador depois de instalar a aplicação num dispositivo móvel pode iniciar o registo de avistamentos de espécies. Ficando esta informação apenas armazenada no dispositivo. A partir do momento em que exista necessidade de submeter o avistamento para futura validação por parte de um especialista, é obrigatório o registo do utilizador na aplicação.
Na Figura4.1, encontra-se representada a forma de como a comunicação é estabelecida entre os diferentes componentes. O servidor pode estar disponível a partir da infraestrutura existente no PBG.
4.2. Arquitetura dos componentes 25
Figura 4.1: Arquitetura do sistema.
De maneira a estabelecer comunicação entre os dispositivos móveis e o servidor é imprescindível o acesso à Internet. Neste momento é estabelecida uma comunicação bidirecional entre estes componentes, que para além de ser utilizada para enviar os avistamentos criados é também utilizada para obter informação das espécies existentes.
4.2.1 Aplicação móvel
Depois de terem sido identificado os requisitos funcionais na Secção 4.1, um avistamento tem de estar associado sempre a um evento e só é considerado completo se existir identificação da espécie, pelo menos uma fotografia da mesma e a sua localização. Só assim é que o avistamento é considerado apto para ser submetido.
No diagrama representado na Figura 4.2, pode-se verificar o fluxo que a aplicação móvel deve desempenhar. São representados os ecrãs com os quais o utilizador se vai deparar desde o iniciar da aplicação até à submissão de um avistamento. Apenas é necessário garantir a ligação à Internet no caso de o utilizador querer enviar a submissão para validação de um especialista ou caso queira obter informação de uma espécies existentes. No primeiro caso é imprescindível o registo na aplicação.
Um evento é utilizado para manter os avistamentos agrupados sobre um determinado tema ou saída de campo. Ao iniciar a aplicação temos a possibilidade de escolher o evento ao qual queremos associar um avistamento. No caso de não ser especificado um evento, é criado e utilizado um automaticamente com o nome de "default". O avistamento refere-se a um encontro com uma determinada espécie num determinado local, através do qual são identificadas as características desta. Depois de preenchida a informação o avistamento é armazenado no dispositivo. Para possibilitar o envio de avistamentos, para além de ser necessário o acesso à Internet é também obrigatório o registo e respetivo login na aplicação. O login pode ser efetuado em qualquer altura sendo obrigatório no momento da submissão.
26 Capítulo 4. Sistema Gaia
Figura 4.2: Diagrama de estados.
4.2.2 Interação entre App e Servidor
Conhecidos os objetivos a que se propõe a aplicação, esta pode ser utilizada de duas formas, sendo fundamental garantir a conexão à Internet em ambos os cenários. A primeira refere-se à submissão de um avistamento, com toda a informação obrigatória recolhida através do dispositivo móvel. A segunda permite obter informação dos avistamentos onde o utilizador se encontra.
De maneira a contemplar estes diferentes cenários, resolveu-se estabelecer uma comunicação através de um RESTful Web Service. Representational State Transfer (REST) é uma arquitetura para aplicações web que é atualmente utilizada para criar serviços web rápidos, eficientes, leves, de fácil manutenção e escalonáveis. Um serviço que tenha como baseRESTé também conhecido por um serviço RESTful. Estes são normalmente utilizados para criar uma Application Programming Interface (API) para aplicações web. Embora REST não dependa de nenhum protocolo, um serviço RESTful é construído sobre o protocolo HyperText Transfer Protocol (HTTP) que permite um sistema distribuído baseado em documentos. Tirando partido desta arquitetura, os dados são considerados recursos e estes podem ser acedidos através de Uniform Resource Identifiers (URIs), que são normalmente links. A comunicação entre o cliente e o servidor consiste em o cliente enviar um pedido para obter ou alterar um recurso e consoante este pedido receber uma resposta do servidor em conformidade com o pedido [32].
4.2. Arquitetura dos componentes 27 • GET – devolver um determinado recurso (identificado pelo id) ou conjunto de recursos; • POST – criar um novo recurso;
• PUT – atualizar um determinado recurso; • DELETE – remover um determinado recurso.
De forma a simplificar o processo inerente à criação de um serviço com arquiteturaREST, foi utilizada a biblioteca Volley no lado do cliente e Jersey no lado do servidor.
4.2.3 Modelo relacional da App e Servidor
Para manter o registo de todos os avistamentos foram criadas duas bases de dados. Uma base de dados no lado servidor e uma outra que funcionará em cada dispositivo móvel com a aplicação instalada. São ainda documentadas as alterações feitas para o caso de estudo da Cortaderia
selloana.
4.2.3.1 Modelo relacional da App
Cada dispositivo móvel terá uma base de dados onde serão armazenados todos os dados relevantes para a navegação na aplicação. Esta base de dados serve como um bloco de notas para todos os eventos e avistamentos registados, quer estes sejam submetidos ou não.
Para cumprir pontos descritos nos requisitos funcionais, acima referidos, é relevante guardar o nome da espécie observada, uma pequena descrição desta ou informação adicional sobre o meio onde esta está inserida, a data, a localização que pode ser apenas um ponto geográfico ou um conjunto de pontos (área representada através de um polígono), identificação do tipo de espécie (e.g., plantas, aves), campo para guardar informação sobre cada foto adicionada e ainda a identificação do evento a que este pertence. O identificador do evento é uma chave para outra tabela. É também armazenada informação sobre se o avistamento já foi submetido e se este está completo (campos obrigatórios preenchidos). Sendo atribuído o valor de zero nos casos em que o avistamento não foi submetido ou não está completo. Esta informação é especialmente útil para adaptar a interface gráfica no dispositivo móvel.
Da primeira vez que a aplicação é executada, são criadas as tabelas representadas na Figura4.3 que contêm a informação descrita anteriormente.
28 Capítulo 4. Sistema Gaia
Figura 4.3: Modelo relacional do dispositivo móvel.
4.2.3.2 Modelo relacional do Servidor
No lado do servidor é utilizada uma base de dados que vai receber todos os dados dos avistamentos submetidos pelos dispositivos móveis bem como os dados dos utilizadores registados na aplicação.
Relativamente aos avistamentos, para além do nome da espécie, descrição, data, fotos, localização, tipo de espécie (e.g., ave, mamífero) é ainda adicionada informação acerca do Concelho e respetivo Distrito onde o avistamento foi criado. Estes dois últimos são adicionados depois de o avistamento ser submetido e antes de ser adicionado à base de dados do servidor. O evento não é guardado do lado do servidor pois apenas é utilizado no dispositivo móvel de maneira a organizar os avistamentos. Cada avistamento tem ainda um campo de utilizador que identifica conta da pessoa que submeteu o avistamento. Este último campo trata-se de uma chave para a tabela que guarda a informação dos utilizadores registados, tabela essa que guarda informação como o primeiro e último nome, email, tipo de utilizador (e.g., normal ou administrador), e ainda dois campos que se destinam à encriptação da password. Cada avistamento pode ainda ter uma ou mais acções associadas. Esta tabela destina-se a guardar informação acerca do avistamento em causa, a data, o email do utilizador que adicionou a ação (normalmente este é um processo destinado a utilizadores com permissão de administrador) o tipo de ação efetuada (e.g., entrada, verificada ou removida) e a data em que esta ocorreu. Relativamente à tabela com a informação acerca dos utilizadores registados, existem dois tipos: os que submetem os avistamentos através da aplicação móvel (normal) e o responsável por gerir toda a informação recebida (administrador). A base de dados encontra-se representada na Figura 4.4.
4.2. Arquitetura dos componentes 29
Figura 4.4: Modelo relacional do servidor.
4.2.3.3 Alterações feitas no âmbito do caso de estudo da Cortaderia selloana
Dado o âmbito mais reduzido do projeto e depois de conhecidas as principais preocupações para com a espécie em causa, foi necessário redefinir toda a estrutura de dados tanto do lado do dispositivo móvel como no lado servidor.
Relativamente à aplicação móvel, foi utilizado o processo já descrito na Subsecção 4.2.3.1. Retirou-se o conceito de que os avistamentos estariam de estar associados a um evento, existindo assim apenas uma tabela onde são armazenados todos os dados recolhidos representada na Figura 4.5. Como a aplicação se destina ao registo de avistamentos de apenas uma espécie, a Cortaderia selloana, não é necessária a identificação da espécie. Para além dos campos da descrição, data, submissão, completo, fotos e localização que já foram previamente descritos, foram adicionados três novos campos. A densidade, que guarda informação sobre a quantidade de plantas que existe no avistamento (e.g., menos de 10, de 10 a 20, mais de 20). Outro dos campos foi o estado, onde representa a informação acerca do estado fenomenológico da planta (e.g., só folha, em flor, com fruto). E por fim o habitat que, como o próprio nome indica, guarda informação acerca do tipo de local onde foi registado o avistamento. Na Figura 4.5 temos a base de dados ilustrada.
