Infra-estrutura de dados geo-espaciais
sobre o ambiente marinho
IDAMAR: Objectivos, componentes, desenvolvimento e produtos
PACHECO, Miguel
PALAVRAS CHAVE: infra-estrutura de dados, SIG, IDAMAR, SIGAMAR, ambiente marinho
RESUMO [ST4]
O Instituto Hidrográfico (IH) é um organismo da Marinha com missões e actividades definidas no âmbito das técnicas e ciências do mar. É responsável pela produção da cartografia náutica oficial, realiza estudos e projectos no âmbito da hidrografia, oceanografia física, geologia marinha, química e poluição do meio marinho e segurança da navegação. Com o objectivo de garantir o armazenamento e reutilização dos dados adquiridos na realização das suas actividades, iniciou em 1998 o desenvolvimento de um sistema de informação geográfica sobre o ambiente marinho (SIGAMAR). Este sistema foi evoluindo, ao longo destes 8 anos, no seu conceito e passou a ser o núcleo central da agora idealizada infra-estrutura de dados geo-espaciais sobre o ambiente marinho (IDAMAR). O público-alvo desta infra-estrutura é primariamente a direcção técnica do IH, a Marinha e de um modo mais selectivo o público em geral.
Este artigo descreve a estrutura da IDAMAR elencando e pormenorizando os seus componentes, actual estado de implementação e principais produtos e serviços. Descreve as bases de dados implementadas (de dados próprios e de terceiros), a infra-estrutura de comunicações, a política de dados, os metadados de dados geo-espaciais, a formação de recursos humanos técnicos e utilizadores, as aplicações de software, o hardware de base, o portal www de acesso primário aos produtos, os produtos SIG, os produtos autónomos e os serviços de informação disponíveis. A política de informação em vigor distingue os produtos e serviços disponíveis ao público em geral e à comunidade da Marinha.
A filosofia de desenvolvimento e implementação segue as especificações que estão preconizadas na directiva INSPIRE e do projecto europeu SEA DATANET, no qual o IH é um dos membros do consórcio de trabalho.
De entre os produtos e serviços disponíveis salienta-se a informação em linha dos dados de agitação marítima em tempo quase-real, a previsão das marés, o catálogo mundial e respectiva cobertura das cartas electrónicas de navegação oficial, os websig de apoio ao projecto de investigação marinha HERMES, o catálogo de pontos coordenados e cartas de navegação do IH, as cartas da albufeira do Alqueva, o sistema de gestão de análises químicas, o sistema de informação de apoio ao planeamento de navegação e o sistema de informação de climatologia meteorológica e oceanográfica, entre outros. Recentemente, resultou também desta infra-estrutura a produção de
um sistema de informação geo-espacial autónomo para apoio à missão dos Fuzileiros da Marinha Portuguesa na República Democrática do Congo, no âmbito da ONU, para a manutenção da ordem pública na sequência das eleições presidenciais naquele país.
As perspectivas de desenvolvimento futuro apontam para a continuação do desenvolvimento e alimentação de bases de dados, publicação e publicitação dos dados produtos e serviços em linha, formação de mais técnicos e utilizadores da Marinha e eventual ligação a outras infra-estruturas semelhantes, principalmente as de cariz militar.
INTRODUÇÃO E ENQUADRAMENTO
O Instituto Hidrográfico (IH) é um organismo da Marinha com missões e actividades definidas no âmbito das técnicas e ciências do mar. É responsável pela produção da cartografia náutica oficial, realiza estudos e projectos no âmbito da hidrografia, oceanografia física, geologia marinha, química e poluição do meio marinho e segurança da navegação. Com o objectivo de garantir o armazenamento e reutilização dos dados adquiridos na realização das suas actividades, iniciou em 1998 o desenvolvimento de um sistema de informação geográfica sobre o ambiente marinho (SIGAMAR). Na realidade os objectivos eram mais latos. Incluíam aspectos relacionados com aplicações específicas, externas ao IH, e aspectos internos que passavam também pela manutenção de um inventário dos dados patrimoniais técnico-científicos.
O desenvolvimento da base de dados e sistema de exploração do SIGAMAR foram realizados por áreas funcionais do IH e crescendo em complexidade à medida que a tecnologia de sistemas de informação geográfica (SIG) e de sistemas de gestão de bases de dados foram evoluindo. O sistema de gestão de base de dados adoptado foi Oracle e o sistema de exploração foi primariamente desenvolvido com recurso a programação em C++ e livrarias de objectos CARIS (a aplicação SIG adoptada em 1993 pelo IH para a produção de cartografia assistida por computador). Esta solução para a componente de exploração foi posteriormente alterada, tendo-se adoptado por um pacote SIG COTS (“commercial off-the-shelf”) – o sistema ArcGIS do fabricante ESRI. A solução inicial tinha a vantagem de desenvolver soluções à medida do utilizador mas, para além da necessidade de manter recursos humanos especializados em programação avançada, implicava constantes acções de manutenção e obrigava ao desenvolvimento para uma utilização específica. Cada tipo de utilização e área funcional necessitaria, praticamente, de uma aplicação programada de raiz. A solução COTS é mais abrangente nos clientes alvos, mais flexível, não necessita de programadores avançados para a sua configuração e manutenção, mas apresenta custos iniciais de instalação e licenciamento que podem levar os decisores a hesitar na sua adopção. Passados alguns anos sob esta inversão e analisando os resultados obtidos, a decisão tomada revela-se bastante acertada. O ónus do desenvolvimento informático está, então, entregue a profissionais que competem no mundo das tecnologias de informação, os clientes beneficiam em plenitude.
A INFRA-ESTRUTURA DE DADOS GEO-ESPACIAIS SOBRE O AMBIENTE MARINHO
Com o SIGAMAR em plena fase de produção, mantendo sempre o seu desenvolvimento continuado, começaram a verificar-se extravases ao seu conceito inicial. Estes resultaram da natural ambição de querer satisfazer as necessidades dos clientes finais, mesmo quando estes desconheciam potencialidades. Colocou-se também o problema da sustentabilidade relativa a ampliação deste sistema, nas suas diversas vertentes, e começaram a ser absorvidos os conceitos relacionados com infra-estruturas de dados geo-espaciais (SDI – “spatial data infrastructure”). Estes conceitos foram posteriormente materializados, envolvendo o SIGAMAR de novos componentes funcionais e de suporte. Particularmente, foram materializadas as componentes de formação, metadados,
elaboração de produtos ad-hoc e política de dados. A Figura 1 elenca, de um modo relativamente simples os componentes da IDAMAR. Estes incluem bases de dados, uma política de dados, motores de metadados, recursos humanos, formação, software, hardware, produtos autónomos, catálogos de dados, serviços de dados, produtos de informação em linha e uma infra-estrutura de comunicações. Esta materialização de uma SDI não significa que o conceito se esgota nestes componentes e suas funcionalidades. Deve a IDAMAR ser vista como uma especificação/adaptação do conceito bastante lato, mas cada vez mais concreto, que é uma SDI. As secções seguintes detalham estes componentes e esclarecem da sua funcionalidade.
Figura 1 – Componentes da IDAMAR – Infra-estrutura de dados geo-espaciais sobre o ambiente marinho
Bases de Dados
No que se refere às bases de dados técnico-científicas, os modelos de dados foram inicialmente desenvolvidos internamente. No entanto, a redução de recursos humanos qualificados na análise de sistemas, concepção e implementação das bases de dados, e a necessidade de dar resposta célere a uma série de áreas levou, entretanto, à adopção de uma solução mista. Esta solução passou pela aquisição de aplicações de gestão de bases de dados específicas, sendo necessário, nas suas especificações, garantir a compatibilidade e possibilidade de total integração no sistema existente. Esta metodologia permitiu eliminar a fase de análise e implementação de algumas bases de dados, implicando no entanto a sua configuração e adaptação à plataforma existente. A título de exemplo refere-se a aquisição do sistema “NAUTILUS Laboratory Information Management System” do fabricante Thermo Electron, especialmente concebido para gerir laboratórios de análises. Este sistema foi implementado e configurado por uma analista de sistemas/programadora de bases de dados e uma especialista química. Face ao requisito de integração no SIGAMAR, o fabricante desenvolveu uma extensão ao pacote de software de modo a que as coordenadas geográficas de aquisição das amostras, para análise laboratorial, fossem armazenadas no formato SDO (spatial data option) da Oracle, de estrutura pública, e acessíveis, por leitura directa, através SIG ArcGIS.
Um outro exemplo passa pela área funcional da hidrografia. O âmbito de desenvolvimento do SIGAMAR sempre se restringiu à componente ambiental, não pretendendo ser o sistema de base de produção cartográfica do IH. Várias razões existiam para esta limitação de âmbito. O sistema de
cartografia existente estava em fase de produção avançada, estável, e baseada num sistema cujo formato de dados era proprietário, dificultando o acesso directo por quaisquer ferramentas que não a do próprio fabricante - CARIS. Esta limitação não impedia no entanto a exportação da cartografia digital para um formato de transferência e partilha, mas, naturalmente, com perda de qualidade de informação e representação.
Este sistema de produção cartográfica tinha a sua base de dados baseada em ficheiros, não utilizando um sistema de gestão de bases de dados para o seu armazenamento. Mais uma vez a evolução tecnológica ditou um avanço por parte do fabricante e, nesta fase, o IH encontra-se a configurar e implementar uma solução informática do fabricante CARIS – designada por HPD “Hydrographic Production Database” - para a produção e armazenamento da cartografia náutica baseada num sistema de gestão de bases de dados. Esta solução utiliza o sistema de gestão de bases de dados do SIGAMAR e permitirá, entre outras funcionalidades, que a produção de cartas em papel e electrónica sejam harmonizadas e muito mais eficiente.
Um outro exemplo, ainda relacionado com a produção cartográfica, foi o desenvolvimento interno uma solução informática para a gestão de dados batimétricos. Esta solução, designada por HDW “Hydrographic DataWharehouse”, gere os dados dos levantamentos hidrográficos, armazenando-os em camadas temporais e permitindo a sua extracção inteligente, segundo os pressupostos da compilação de dados batimétricos para produção de cartografia náutica. Não existem no mercado aplicações com esta funcionalidade, e o seu maior alcance é permitir realizar em minutos o que era tradicionalmente realizado em cerca de um mês, quando era necessário produzir uma carta náutica de raíz. Através de um protocolo de colaboração, o IH disponibilizou esta solução à Estrutura de missão para a Extensão da Plataforma Continental, cuja missão é preparar a proposta Portuguesa de extensão da plataforma continental à ONU.
A funcionar sobre o sistema de gestão de base de dados foi implementado o Gateway SDE “Spatial Data Engine” do fabricante ESRI. Este produto permite o acesso directo das ferramentas SIG ESRI aos dados, que são armazenados no formato SDO. Este foi o formato adoptado pelo IH por ter uma estrutura pública e permitir que ferramentas proprietárias e próprias acedam aos dados sem problemas de compatibilidade.
Figura 2 – Esquema conceptual do acesso de aplicações específicas aos dados técnico-científicos do IH
Assim, os dados técnico-científicos adquiridos e produzidos pelo IH são armazenados num SGBD comercial e a componente espacial (coordenadas geográficas) é mantida no formato SDO para que
aplicações proprietárias e próprias não tenham problemas de compatibilidade de acesso, partilha e integração.
As bases de dados são um dos componentes que viram o seu âmbito ampliado pela evolução do SIGAMAR para a IDAMAR. Enquanto o primeiro visava exclusivamente os dados técnico-científicos do IH, o segundo inclui a duplicação e armazenamento de dados terceiros (de acordo com as normas individuais relativas a direitos de autor) que possam ser relevantes para a missão do IH, quer na qualidade de OCAD – órgão central de administração e direcção da Marinha – quer na qualidade de Laboratório de Estado. Assim, também são mantidos repositórios de dados com interesse e relevância para o apoio ambiental e geo-espacial a actividades militares navais.
Metadados
Os metadados de dados geo-espaciais são peças fundamentais para o inventário, descoberta e reutilização adequada dos dados e informação geográfica de uma organização. Para disseminação em linha de serviços de dados e produtos, é utilizado a aplicação ArcIMS, que faz parte do sistema ArcGIS do fabricante ESRI. Esta aplicação vem embebida da funcionalidade necessária para instalação, configuração e exploração de um serviço de metadados, desde que se disponha de um SGBD comercial com o gateway SDE (ver Figura 3). O sistema ArcGIS, através da sua aplicação ArcCatalog permite a elaboração de fichas de metadados de acordo com as normas da FGDC (em uso nos EUA e diversos países anglosaxónicos) e/ou com a norma ISO 19115. Esta última é a aconselhada utilizar na União Europeia, e foi a adoptada pelo IH.
Figura 3 – Portal interno de metadados de dados geo-espaciais do IH
Política de dados
A política de dados do Instituto Hidrográfico tem sofrido ao longo dos tempos algumas alterações. Neste momento está a ser desenhada uma nova política, que pretende ser a mais harmoniosa possível com o que está a ser adoptado nacional e internacionalmente, não descurando uma série de princípios e condicionantes próprias da organização. Assim, nesta secção não é detalhado o conteúdo desta eventual futura política, mas apenas a que aspectos versa.
Em termos gerais, é abordada a classificação dos dados no que se refere à sua natureza, estatuto jurídico, objecto de utilização, classificação de segurança, documentação, disponibilidade, licenciamento e preço.
Estão neste momento classificados como dados de cidadania (disponibilização sem custos para o cidadão em geral, desde que não faça utilização comercial dos mesmos) os dados relativos à previsão de marés (Figura 4) e os dados de agitação marítima – observação e previsão - (altura da
ondulação, período, direcção e temperatura da água do mar) desde que consultados através da página de Internet do IH. Internamente (na intranet), o sistema disponibiliza estes e os restantes dados e serviços.
Figura 4 – Acesso à previsão de marés em http://www.hidrografico.pt
Os recursos humanos
Os recursos humanos considerados como constituintes do IDAMAR são, não só, os que edificam e mantêm o sistema, mas também os seus utilizadores primários. Os primeiros detêm o conhecimento tecnológico em sistemas de informação e preferencialmente também na área técnica em que desenvolvem os seus produtos. Os segundos, porque são quem se pretende satisfazer com um dado produto. Na qualidade de clientes, eles é que especificam as suas necessidades. Este é sempre o maior desafio no desenvolvimento de sistemas de informação - a comunicação com o cliente final. Estão diagnosticados e identificados, por diversos autores, os problemas que podem levar ao insucesso do desenvolvimento de sistemas de informação. Ao longo do tempo foram sendo identificados alguns desses problemas e foram tentativamente resolvidos. Estes incluíam problemas de linguagem, de conhecimento de capacidades, de simplicidade de soluções e principalmente de garantir que o desenvolvimento ia de encontro ao que o utilizador pretendia e não o que o programador ou técnico considerava que deveria ser. Isso implica o envolvimento do utilizador em praticamente todas as fases do desenvolvimento e principalmente na sua aprovação final. Se isso assim não acontecer, o mais provável é determinado módulo ou aplicação não ser utilizado depois de estar operacional.
A formação de base e técnica dos recursos humanos que edificam o sistema é extremamente relevante. A actual equipa da IDAMAR com um especialista informático para a componente de programação WWW, scripting diverso e administração de bases de dados Oracle, dois mestres em sistemas de informação (geográfica ou ramo SIG), duas mestrandas em sistemas de informação, uma mestranda em administração do território (com especialização em SIG), uma mestre em informática analista de sistemas e programadora de bases de dados Oracle e forms Oracle. A formação de base passa pela geografia, hidrografia, engenharia hidrográfica, engenharia geográfica e matemática. Estes recursos são utilizados, não só na edificação da SDI, mas também na participação em projectos que carecem de apoio SIG e de base de dados.
Os utilizadores da IDAMAR são primariamente os técnicos da Direcção Técnica do IH (cerca de 70 pessoas), os militares da Marinha e o público em geral (como clientes dos dados de cidadania).
A formação
A implementação de uma SDI como a IDAMAR nunca será totalmente sucedida se não incluir uma componente de formação para os seus utilizadores. Os serviços mais básicos e que carecem de análise ou exploração avançada podem passar sem grande esforço de formação dos utilizadores. Umas breves notas de iniciação à utilização são suficientes. Mas, para o utilizador que precisa utilizar capacidades de análise avançada, isto já não se aplica. O conceito de intuitivo não é geralmente aplicável a determinadas ferramentas, nem os utilizadores podem disponibilizar muito
tempo próprio para autoformação. Assim, foi alocado espaço físico próprio para formação em SIG, bases de dados, metadados e sistemas operativos que permite trabalhar até 4 formandos de cada vez. Os recursos humanos técnicos da IDAMAR estão habilitados para dar a formação específica da sua especialidade. O objectivo é duplo, proporcionar conhecimentos técnicos aos diversos utilizadores da SDI e, consequentemente, diminuir o recurso aos edificadores do sistema para solucionar problemas de análise locais.
O hardware e o software
O Hardware de base da IDAMAR consta de 4 servidores (dois na intranet e dois na Internet) para armazenamento e disponibilização de serviços de dados e produtos. Estes servidores têm alta capacidade de armazenamento, estão configurados para garantir a não interrupção do serviço de bases de dados e SIG e são criadas cópias de segurança em sistemas que lhes são externos. Inicialmente foram adoptados sistemas de backup utilizadores de tapes, mas estes têm-se revelado problemáticos com o passar do tempo. Neste momento são preferencialmente realizadas cópias de segurança com recurso a discos externos de alta capacidade (da ordem do terabyte).
Em termos de software, a IDAMAR baseia-se na utilização de sistemas operativos Microsoft, sistemas de gestão de bases de dados Oracle, sistemas de informação geográfica ESRI (ArcGIS) e ambientes de desenvolvimento Microsoft (MSDN). Do sistema ArcGIS, são utilizados o gateway SDE, o serviço ArcIMS, aplicação ArcPAD e licenças de ArcView e ArcEditor com as extensões spatial analyst, 3D analyst, Publisher e geostatistical analyst. Algumas destas licenças são flutuantes (geridas por um servidor que as disponibiliza a quem primeiro a elas aceder) e outras são fixas (normalmente utilizadas em computadores portáteis para realização de trabalhos de campo).
Ao longo dos tempos, cada um destes pacotes de software sofreram actualizações e novas versões com impactos significativos. As grandes preocupações decorrem sempre que estas evoluções são ao nível dos sistemas operativos. Nunca se correu o risco de adoptar uma nova versão sem que se verificasse a sua estabilidade e fiabilidade no tempo. Depois dos sistemas operativos, surgem as preocupações com os sistemas de gestão de bases de dados e finalmente dos sistemas de informação geográfica. Alguns percalços aconteceram em todos estes 3 segmentos, mas nunca com dimensão significativa.
A difusão
A difusão dos dados é feita essencialmente através portais de Internet que referenciam os serviços de metadados e de catálogos de dados, produzidos com recurso à aplicação ArcIMS. Esta aplicação permite criar serviços de dados e páginas de Internet com caris geográfico que podem ser exploradas de modo interactivo pelos diversos utilizadores. Dos catálogos produzidos, um dos mais interessantes e disponíveis para o público navegador é o catálogo com a cobertura mundial das cartas electrónicas de navegação (disponível em http://ih-net-www.hidrografico.pt/website/icenc/
Figura 5 - Catálogo mundial das cartas electrónicas de navegação
Para além dos catálogos, são criados serviços de produtos de carácter técnico-científico e militar. Os de carácter técnico-científico dão resposta a necessidades de projectos de investigação em que o IH se envolve e que cada vez mais carecem de divulgação pública via exploração de um ambiente
geográfico. Um dos exemplos pode ser observado em
http://ih-net-www.hidrografico.pt/website/prehermes/ (ver Figura 6), que é uma das páginas de apoio ao projecto europeu HERMES para identificação e caracterização de ecossistemas marinhos.
Figura 6 - Página de apoio e divulgação do projecto HERMES
Os produtos autónomos
Uma das mais apreciadas capacidades/funcionalidades da IDAMAR é a de produção de sistemas de informação autónomos distribuídos em CD/DVD-ROM. Esta autonomia de distribuição é muito apreciada para os utilizadores que precisam de trabalhar em offline ou não têm a possibilidade física de estarem ligados a uma rede de comunicações estável. Este é o caso geral para as
aplicações de cariz militar. Dos produtos autónomos, alguns com versões a correr em ambiente WWW, destacam-se um de apoio ao planeamento de navegação (SIPLANAV), de climatologia meteo-oceanográfica (SICMO), de cobertura de fólios cartográficos (SIFOLIOS), de identificação de pontos conspícuos da costa Portuguesa (SICOPA) e uma série de sistemas de apoio a operações navais. Destes, o mais recente (SICONGO) foi produzido para apoio à missão dos Fuzileiros da Marinha Portuguesa na República Democrática do Congo, no âmbito da ONU. Este sistema inclui uma compilação de cartografia vectorial, cartografia raster, imagem satélite, modelo digital de terreno, e climatologia ambiental diversa, num total de cerca de 6 GB de dados (ver Figura 7).
Figura 7 – Exploração do SICONGO em 2D e 3D
Infra-estrutura de comunicações
A infra-estrutura de comunicações em que assenta a IDAMAR é a que está subjacente aos diversos serviços do IH. Uma rede interna (LAN) que faz parte da rede interna da Marinha, e uma rede externa de integração na Internet. Estas duas redes não se tocam, o que implica uma duplicação de serviços nos servidores que estão ligados a cada uma delas.
O PARADIGMA DA INFRA-ESTRUTURA DE DADOS GEO-ESPACIAIS
Não se pretende que a IDAMAR se feche sobre si própria. Aí voltávamos à situação de sistema isolado. Pretende-se que ela se ligue a outras SDI de ocasião ou até de modo permanente, partilhando serviços e portais. Pode ser embrionária de uma SDI da própria Marinha, a ser constituída por outras SDI (como se de uma fractal se tratasse). A própria exploração de alguns produtos da IDAMAR com recurso ao Google Earth é disso mesmo um exemplo.
O Instituto Geográfico do Exército tem uma SDI semelhante em termos de componentes de software o que torna exequível a partilha de serviços de dados. Uma primeira experiência já foi mesmo realizada permitindo integrar numa mesma interface serviços de dados oriundos destas duas SDI.
Figura 9 – Integração de dois services de dados (IH/IGeoE) numa mesma interface
Por outro lado, o objectivo da IDAMAR não é criar serviços de dados sem objectivo específico. Há todo o interesse em criar serviços para utilizadores, e não se pretende imaginar quais os serviços que poderiam ser úteis. Esta posição implica um envolvimento de potenciais utilizadores na especificação de produtos de informação.
CONCLUSÕES
O projecto de sustentabilidade dos dados técnico-científicos do IH, inicialmente materializado pelo desenvolvimento do projecto SIGAMAR, tem vindo a evoluir de conceito e a materializar-se como uma infra-estrutura de dados geo-espaciais - IDAMAR. Esta materialização não está terminada, provavelmente nunca estará, no sentido em que se pretende sempre acompanhar os mais modernos paradigmas da gestão de informação geo-espacial. O SIGAMAR, por seu lado não desaparece nem se dilui no IDAMAR, faz dele parte e tem funcionalidade específica.
Sempre se verificou uma preocupação constante do sector de gestão de informação acompanhar as evoluções tecnológicas, quer ao nível do hardware quer ao nível do software. Esta evolução é fundamental para garantir que um sistema ou até infra-estrutura não se fecha no âmbito e extingue por inadequação técnica aos tempos.
Os actuais componentes da IDAMAR estão perfeitamente definidos, os recursos estão alocados e a sustentabilidade garantida por uma estrutura organizacional sólida. Os seus actuais produtos de informação dão resposta a uma série de necessidades correntes, mas também têm respondido de modo eficiente e eficaz em situações inopinadas.
A IDAMAR é mais um instrumento do Instituto Hidrográfico na sua missão de estudo e conhecimento do mar. A multidisciplinaridade de competências em diversas ciências marinhas é complementada com uma gestão da informação que se pretende cada vez mais eficiente e eficaz. Pretende-se que a organização tenha um inventário do seu património geo-espacial, que esse património seja facilmente reutilizável e que produtos de informação sejam lançados para dar resposta a necessidades ocasionais, tanto em ambiente científico como em ambiente militar.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
Tang, W., Selwood, J. “Spatial Portals – gateways to geographic information”. ESRI Press 2005. Williamson, I., et al. “Developing spatial data infrastructures – from concept to reality”. CRC Press
2003.
Nebert, D. “Developing spatial data infrastructures: The SDI cookbook”. Versão 2.0, disponível em
http://www.gsdi.org/gsdicookbookindex.asp [Out 2006].
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