karla donato fook orientadores:dr. antônio miguel v. monteiro dr. gilberto câmara

WBCMS – A service oriented web architecture for enhancing

collaboration in biodiversity: The case of a species distribution modelling

community

Karla Donato Fook

Orientadores: Dr. Antônio Miguel V. MonteiroDr. Gilberto Câmara

2009

Pesquisa de Biodiversidade

Fonte: USDA - United States Department of Agriculture

Fonte: http://www.anbg.gov.au/cpbr/program/images/herbarium-compactus-bronwyn-2008-700.jpghttp://www.brevardcounty.us/environmental_management/assets/photos/flora/herbarium_sheets_on_table.jpg

Dados de Biodiversidade

Modelagem de Distribuição de Espécies

Posição Geográfica

Pontos de Ocorrência

Distribuição Preditiva

Modelo de Distribução de Espécies

precipitação

topografia

tempetarura

Variáveis Ambientais

Alg

ori

tmo

Fonte: Siqueira (2005)

Recuperação Ambiental

Área contaminada – antes e depois do trabalho

de recuperação em 2001

Companhia Mineira de Metais (CMM)Três Marias-MG

Fonte: http://cienciahoje.uol.com.br/controlPanel/materia/view/2419

Conservação de Espécies

Callicebus Coimbrai & Callicebus barbarabrownae

Fonte: Ibama

Impactos de mudanças climáticas

Expansão de espécies invasoras

Fonte: USDA – United States Department of Agriculture / http://www.environment.gov.au/biodiversity/invasive/publications/cane-toad/

http://g1.globo.com/Noticias/Mundo/0,,MUL1063522-5602,00-MILHARES+DE+SAPOS+SAO+MORTOS+EM+FESTIVAL+NA+AUSTRALIA.html

Bufo marinus

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Colaboração

Comparar resultados

Executar novos experimentos

Questão 1

Como prover colaboração em uma rede de modelagem de distribuição

de espécies?

Questão 2

Qual seria uma forma conveniente de compartilhar conhecimento de uma

modelagem de distribuição de espécies utilizando a web?

Hipótese

O framework conceitual dos serviços web provê uma base para o

desenvolvimento de ambientes colaborativos para modelagens de

distribuição de espécies

PelargoniumCordifolium

Callicebus Coimbrai & Callicebus barbarabrownae

WBCMSWBCMS

Web Biodiversity Collaborative Modelling ServicesWeb Biodiversity Collaborative Modelling Services

Contribuição

Suportar colaboração em uma Rede de Modelagem de Distribuição de

Espécies:Compartilhamento de modelagens

Objetivo geral

Além de dados de entrada, algoritmo utilizado e resultados obtidos,

engloba informações sobre o ciclo do processo de modelagem, anotações e

avaliação do pesquisador


Serviços Geoweb

Aplicações em BiodiversidadeBiodiversidade e

Ambientes Colaborativos

Trabalhos Relacionados

Serviços GeoWeb

Dynamic chaining GIS Web services Arquitetura na qual aplicações cliente são

dinamicamente encadeadas em vários padrões baseados em GIS Web Services

(Alameh, 2003)

Road Blockage Service Resolve tarefas mais complexas através do

encadeamento de vários serviços simples(Bernard et al., 2003)

Serviços GeoWeb

Projeto AWARE (Available WAter REsources) Explora como serviços de geoprocessamento

distribuídos podem gerenciar grandes volumes de dados de Observação da Terra

(Granell et al., 2007)

WS-GIS Infra-estrutura de Dados Espaciais baseada em SOA

para integrar fontes de dados espaciais heterogêneas

(Leite-Jr et al., 2007)

Serviços Geoweb




Aplicações em Biodiversidade

Projeto WeBIOS (Web Service) Ferramenta para Pesquisa, Avaliação e Monitoramento

da Biodiversidade que suporta consultas exploratórias sobre diversas fontes de dados de biodiversidade

(WeBios, 2005)

Aondê Web Service Suporta compartilhamento e gerenciamento de

ontologia na web no domínio de biodiversidade(Daltio and Medeiros, 2008)

Projeto BioWired Arquitetura P2P que suporta acesso a dados de

biodiversidade em grandes bancos de dados distribuídos

(Alvarez et al., 2005)

Aplicações em Biodiversidade

GBIF - Global Biodiversity Information Facility Provê integração de dados de pontos de

ocorrência dentro do portal de dados do Worldclim

Usa serviços web para a criação de modelos de distribuição de espécies

(Hobern, 2005)

Lifemapper Agrupamento de modelo e todas as projeções

construídas para ele Usuários podem executar modelagens com os

parâmetros de sua preferência(http://www.lifemapper.org/ondemand)

Serviços Geoweb




Biodiversidade e Ambientes Colaborativos

Projeto BiodiversityWorld Propõe uma maneira de utilizar ferramentas

analíticas de biodiversidade sobre fontes de dados variadas

(Jones et al., 2003; Pahwa et al., 2006)

Mo Porã Ambiente para o compartilhamento de arquivos e

dados entre grupos de pesquisa no Programa LBA – Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia

(Serique et al., 2007)

Biodiversidade e Ambientes Colaborativos

Projeto BioGeomancer Projeto Colaborativo que visa melhorar a qualidade e

quantidade de dados de biodiversidade(BioGeomancer, 2005)

Projeto Beija-flor Abordagem baseada na internet para

compartilhamento de dados científicos. Provê busca a dados pela coleta e organização de metadados

(Horta and Gentry, 2008)

Serviços Geoweb





Metadados

Serviços Geoweb




Integração e compartilhamento de dados de biodiversidade, dados geográficos e ferramentas

Visualização de resultados

Execução de algoritmos utilizando serviços web

Não abordam

Compartilhamento do processo da modelagem de distribuição de espécies

Arquitetura proposta

Catalogação da modelagem de distribuição de espécies

Reutilização de dados catalogados para a execução de novos experimentos

Acesso a modelagens catalogadas

Contexto INPE

Grupo de GeoinformáticaPesquisa voltada para web

Aulicino, 2006 Gioielli, 2006

Souza, 2008 Xavier, 2008

Fook, 2009

Conceito-chave

Instância de Modelo


Instância de ModeloMetadado+Instância de Modelo

Resultados

Nível 1

Geraçãodo modelo

Objetomodelado

ISO19115

Instância de ModeloMetadado+Instância de Modelo

Espécies

Resultados

Metadado

+

Nível 1

Geraçãodo modelo

Nível 2

Objetomodelado


Ocorrência

VariáveisAmbientais

Algoritmo

Metadado+Instância de Modelo

Espécies

Ausência

Resultados

Metadado+

Metadado

+Metadad

o

+Metadad

o

+

Dados

Nível 1

Geraçãodo modelo

Nível 2

Objetomodelado


Ocorrência

VariáveisAmbientais

Algoritmo

Mapa deDistribuição

Índices deAvaliação

Metadado+

Metadado

+


Espécies

Ausência

Relatórios

Resultados

Metadado+

Metadado

+Metadad

o

+Metadad

o

+

Dados

Nível 1

Geraçãodo modelo

Nível 2

Objetomodelado

Prover respostas para

Quais espécies estão sendo modeladas?

De onde vieram os dados?

Quais são as variáveis ambientais?

Quais são os algoritmos?

Se eu tenho uma questão, como posso buscar resultados semelhantes?

Arquitetura Geral do WBCMS

WBCMS

ModelProcessorAccessProcessorCatalogueProcessor

Web

Aplicações cliente

Pesquisador

Pesquisador Pesquisador

Pesquisador

Repositórios deInstâncias de Modelo

Coleções de Biodiversidade

WS_2 WS_N

Servidores de Mapas

WS_1

Catálogo deRepositórios

WFS(TeOGC)

Processador de Catálogo

XML,Arquivos

resultantes

WMICS

WMISS

Processo de modelagemde distribuição de

espécies

MapasArquivos

resultantes

Aplicação Cliente

WMCS

WBCMS CatalogueProcessor

RepositórioInstância de

Modelos

dados debiodiversidade

webservices

webservices

serviçosweb

Metadados

WMIPS

Legenda: Aplicação componente WBCMS WS externo

WMIPS: Web Model Instance Publisher Service / WMCS: Web Model Classifier ServiceWMICS: Web Model Instance Compose Service / WMSS: Web Model Instance Storage Service

WFS(TeOGC)


XML,Arquivos

resultantes

WMICS

WMISS


espécies

MapasArquivos

resultantes

Aplicação Cliente

WMCS



Modelos


webservices

webservices

serviçosweb

Metadados

WMIPS



WFS(TeOGC)

Orquestrar


XML,Arquivos

resultantes

WMICS

WMISS


espécies

MapasArquivos

resultantes

Aplicação Cliente

WMCS



Modelos


webservices

webservices

serviçosweb

Metadados

WMIPS



WFS(TeOGC)

Compor


XML,Arquivos

resultantes

WMICS

WMISS


espécies

MapasArquivos

resultantes

Aplicação Cliente

WMCS



Modelos


webservices

webservices

serviçosweb

Metadados

WMIPS



WFS(TeOGC)

Classificar


XML,Arquivos

resultantes

WMICS

WMISS


espécies

MapasArquivos

resultantes

Aplicação Cliente

WMCS



Modelos


webservices

webservices

serviçosweb

Metadados

WMIPS



WFS(TeOGC)

Armazenar


WBCMS


Web


Pesquisador


Pesquisador



WS_2 WS_N

Servidores de Mapas

WS_1


WFS(TeOGC)

Processador de Acesso

WBCMS Server

Requisição Instância de Modelo

Aplicação Cliente

Repositório de Instâncias de

Modelo

Arquivosuploaded

WMSAccessProcessor

WMIQS

Legenda: Aplicação Componente WBCMS WS externo

WMIQS: Web Model Instance Query Service / WFS: Web Feature ServiceWMIRS: Web Model Instance Retrieve Service / WMS: Web Map Service

WMIRS

WFS(TeOGC)


WBCMS Server


Aplicação Cliente


Modelo

Arquivosuploaded

WMSAccessProcessor

WMIQS



WMIRS

WFS(TeOGC)

Consultar


WBCMS Server


Aplicação Cliente


Modelo

Arquivosuploaded

WMSAccessProcessor

WMIQS



WMIRS

WFS(TeOGC)

Recuperar


WBCMS


Web


Pesquisador


Pesquisador



WS_2 WS_N

Servidores de Mapas

WS_1


WFS(TeOGC)

Processador de Modelo

Requisição Mapa de Distribuição de Espécie

Aplicação Cliente

Repositório deInstâncias de Modelo

OMWSWBCMS Server

ModelProcessor

WMRS

Legenda: Aplicação Componente WBCMS WS externoWMRS: Web Model Run Service / OMWS: OpenModeller Web Service

Processador de Modelo

Requisição Mapa de Distribuição de Espécie

Aplicação Cliente

Repositório deInstâncias de Modelo

OMWSWBCMS Server

ModelProcessor

WMRS

Legenda: Aplicação Componente WBCMS WS externoWMRS: Web Model Run Service / OMWS: OpenModeller Web Service

Executar novos modelos


WBCMS


Web


Pesquisador


Pesquisador



WS_2 WS_N

Servidores de Mapas

WS_1

Catálogo deRepositories

WFS(TeOGC)


WBCMS


Web

Pesquisador


Pesquisador



WS_2 WS_N

Servidores de Mapas

WS_1

Catálogo deRepositories

WFS(TeOGC)

Aplicações Cliente

Protótipo do WBCMS –Web Biodiversity Collaborative

Modelling Services

Projeto OpenModeller

Diagrama de Classes

Aplicação Cliente de Catálogo

Resultados modelagem

OpenModeller

statusmsg

Instâncias de Modelo

WBCMS


Web Services

Dados Biodiversidade

Pesquisador

Aplicação Cliente de Acesso


Instância

de Modelo

Query

Pesquisador

WBCMS

Instâncias de Modelo

Exemplo

Publicação da modelagem de distribuição da espécie Euterpe edulis Mart. para responder à

questão

“Qual é a distribuição potencial da espécie Euterpe edulis Mart. no Brasil?”

Luciana Satiko Arasato

Conclusões

Hipótese

O framework conceitual dos serviços web provê uma base para o

desenvolvimento de ambientes colaborativos para modelagens de

distribuição de espéciesNossos experimentos

demonstraram a viabilidade de nossas propostas e idéias

Conclusões

O conceito de instância de modelo apresentado aqui é apenas o primeiro passo

em direção a uma definição de modelos científicos

Nosso trabalho indica a necessidade para futuras pesquisas na área de “modelagem de modelos”, que investiga formas de descrever

computacionalmente modelos científicos

Contribuições

Arquitetura do WBCMS

Permite o compartilhamento de experimentos em uma Rede de Modelagem de Distribuição de

EspéciesHabilita pesquisadores a executar

novos modelos baseados em outros

Permite a comparação de resultados

Protótipo do WBCMS

Futuras Direções

Descrever a estrutura da instância de modelo de maneira formal

Investigar métricas de reputação para avaliar instâncias de modelo

Desafios Científicos

Investigar formas para descrição computacional de modelos científicos

Futuras Direções

Melhorar a visualização de estatísticas de reutilização das instâncias de modelo

Desafios Tecnológicos

Habilitar o pesquisador a inserir modelos derivados como novas instâncias de modelos no repositório

Implementar um plug-in para publicação e acesso de instâncias de modelo no openModeller Desktop

Tornar os Web Biodiversity Collaborative Modelling Services (WBCMS) disponível

Publicações relacionadas à tese

Periódicos

Fook, K. D. ; Amaral, S. ; Monteiro, A.M.V. ; Câmara, G. ; Ximenes, A. C; Arasato, L. S. Making species distribution models available on the Web for reuse in biodiversity experiments: Euterpe edulis species case study. Aceito para publicação pela revista Sociedade & Natureza.

Fook, K. D.; Monteiro, A. M. V.; Câmara, G., Casanova, M. A.; Amaral, S. Geoweb services for sharing modelling results in biodiversity networks. Submetido à revista Transactions in GIS, e encontra-se em processo de adequação às primeiras sugestões dos revisores.

Publicações relacionadas à tese

Eventos

Fook, K. D. ; Amaral, S. ; Monteiro, A.M.V. ; Câmara, G. Web Service for Cooperation in Biodiversity Modeling. In: DAVIS, C.; MONTEIRO, A. M. V., eds., Advances in Geoinformatics, Springer, 2007. p. 203-216.

Fook, K. D. ; Amaral, S. ; Monteiro, A.M.V. ; Câmara, G. ; Casanova, M. A. Sharing executable models through an Open Architecture based on Geospatial Web Services: a Case Study in Biodiversity Modelling. In: X Brazilian Symposium on GeoInformatics - GEOINFO 2008, Rio de Janeiro.

Fook, K. D. ; Monteiro, A. M. V. ; Câmara, G. ; Amaral, S. . Geospatial web services applied to Biodiversity Modelling. In: Conferência Científica Internacional Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável, 2008, Manaus.

Referências ALAMEH, N. Chaining geographic information web services. IEEE Internet

Computing, v. 7, n.5, p. 22-29, 2003. ALVAREZ, D.; SMUKLER, A.; VAISMAN, A. A. Peer-To-Peer Databases for e-Science: a

Biodiversity Case Study. Proceedings 20th Brazilian Symposium onDatabases and 19th Brazilian Symposium on Software Engineering, 2005.

AULICINO, L. C. M. WISS - Serviço Web para Segmentação de Imagens: Especificação e Implementação.São José dos Campos: INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2006.

BERNARD, L.; EINSPANIER, U.; LUTZ, M.; PORTELE, C. Interoperability in GI Service Chains-The Way Forward. In: 6th AGILE Conference on Geographic Information Science. Muenster, 2003. p.

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DALTIO, J.; MEDEIROS, C. B. Aondê : An ontology Web service for interoperability across biodiversity applications. Information Systems, v. 33, p. 724–753, 2008.

FREW, J.; BOSE, R. Earth System Science Workbench: A Data Management Infrastructure for Earth Science Products. In: 13th International Conference on Scientific and Statistical Database Management (SSDBM). Virginia, USA, 2001. p. 180-189.

GIOIELLI, F. L. P. Tecnologias e padrões abertos para o domínio geográfico na Web: Um estudo em ecoturismo.São José dos Campos: INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2006.

GRANELL, C.; DÍAZ, L.; GOULD, M. Managing Earth Observation data with distributed geoprocessing services. In: International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS 2007). Barcelona, Spain, 2007. p.

HORTA, L. M.; GENTRY, M., 2008, Beija-flor User’s Guide: An Internet-based Approach for Sharing Scientific Data in LBA, LBA / INPE-CPTEC.

JONES, A. C.; WHITE, R. J.; PITTAS, N.; GRAY, W. A.; SUTTON, T.; XU, X.; BROMLEY, O.; CAITHNESS, N.; BISBY, F. A.; FIDDIAN, N. J.; SCOBLE, M.; CULHAM, A.; WILLIAMS, P. BiodiversityWorld: An architecture for an extensible virtual laboratory for analysing biodiversity patterns. In: UK e-Science All Hands Meeting. Cox, S.J., Nottingham, UK, 2003. p. 759-765.

LEITE-JR, F. L.; BAPTISTA, C. S.; SILVA, P. A.; SILVA, E. R., 2007. WS-GIS: Towards a SOA-Based SDI Federation. In: DAVIS, C.; MONTEIRO, A. M. V., eds., Advances in Geoinformatics, Springer, p. 247-264.

PAHWA, J. S.; WHITE, R. J.; JONES, A. C.; BURGESS, M.; GRAY, W. A.; FIDDIAN, N. J.; SUTTON, T.; BREWER, P.; YESSON, C.; CAITHNESS, N.; CULHAM, A.; BISBY, F. A.; SCOBLE, M.; WILLIAMS, P.; BHAGWAT, S. Accessing Biodiversity Resources in Computational Environments from Workflow Applications. In: The Workshop on Workflows in Support of Large-Scale Science. 2006. p.

SANTANA, F. S. ; MURAKAMI, E. ; SARAIVA, A. M. ; BRAVO, C. ; CORREA, P. L. P. . Uma arquitetura de referência para sistemas de informação para modelagem de nicho ecológico. In: 6o. Congresso Brasileiro de Agroinformática, 2007, São Pedro, São Paulo. Proceedings - 6o. Congresso Brasileiro de Agroinformática, 2007.

SERIQUE, K. J. A.; SANTOS, J. L. C. D.; COSTA, F. S.; MAIA, J. M. F. Mo Porã –Um sistema gerenciador de repositórios distribuídos e colaborativos no ambiente cientifico da Amazônia. In: Simpósio Brasileiro em Sistemas Colaborativos (SBSC'07).Anais do XXVII Congresso da SBC. Rio de Janeiro, RJ - Brazil, 2007. p. 1801-1812.

SIQUEIRA, M. F. Uso de modelagem de nicho fundamental na avaliação do padrão de distribuição geográfica de espécies vegetais. São Carlos: USP - Universidade de São Paulo, 2005.Doutorado em Ciências de Engenharia Ambiental

SOUZA, V. C. O. D. Geoportal global para centros de imagens de sensoriamento remoto.São José dos Campos: INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2008.

WEBIOS, 2005, WeBios: Web Service Multimodal Tools for Strategic Biodiversity Research, Assessment and Monitoring Project, http://www.lis.ic.unicamp.br/projects/webios.

XAVIER, E. M. A. Serviços geográficos baseados em mediadores e padrões abertos para monitoramento ambiental participativo na Amazônia.São José dos Campos: INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2008.

Meu muito obrigada ...A meu orientador, Dr. Antônio Miguel Vieira Monteiro, por acreditar que eu conseguiria realizar este trabalho, por seu constante estímulo, paciência e por ter criado as diversas oportunidades para meu crescimento intelectual e emocional.A meu orientador, Dr. Gilberto Câmara, por seus constantes ensinamentos, motivação, incondicional suporte, e por ter contribuído para o meu crescimento no mundo científico.

Aos membros da banca examinadora, pelo cuidado que tiveram ao ler este documento e pelas sugestões oferecidas.

A meu esposo Inaldo e às minhas filhas Iracema e Mayara, que me apoiaram incondicionalmente. Este trabalho não seria realizado sem o amor, o carinho, o incentivo, a paciência e a compreensão deles.

A meus pais, Carlos (in memorian) e Benedita, por todo amor e dedicação. A meus irmãos Karina, Klauber e Karolyne pelo carinho, fé e amizade.

A meus amigos Evaldinolia, Eveline, Jeane, Lourdinha, Ilka, Sérgio, Adair, Olga, Pedro, Emerson, Eduilson, Giovana, Missae, Joice, Gilberto Ribeiro e Elienê por todo carinho e amizade.

Aos colaboradores Dra. Silvana Amaral e Dr. Marco Antônio Casanova por suas contribuições, que foram fundamentais para este trabalho.

A Dra. Marinez Siqueira por ter utilizado o protótipo e pelas sugestões.

Meu muito obrigada ...

Lençóis Maranhenses

karla donato fook orientadores:dr. antônio miguel v. monteiro dr. gilberto câmara

Documents

servios web prov

worldclimusa servios

dados de pontos

acesso a dados

dados de entrada

portal de dados

vrios servios simplesbernard

rede de modelagem