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
Modelagem de Distribuição de Espécies
Serviços Geoweb
Aplicações em BiodiversidadeBiodiversidade e
Ambientes Colaborativos
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Serviços Geoweb
Aplicações em BiodiversidadeBiodiversidade e
Ambientes Colaborativos
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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 BiodiversidadeBiodiversidade e
Ambientes Colaborativos
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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
Aplicações em BiodiversidadeBiodiversidade e
Ambientes Colaborativos
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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
Aplicações em BiodiversidadeBiodiversidade e
Ambientes Colaborativos
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Metadados
Serviços Geoweb
Aplicações em BiodiversidadeBiodiversidade e
Ambientes Colaborativos
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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
Modelagem de Distribuição de Espécies
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
Instância de Modelo
Ocorrência
VariáveisAmbientais
Algoritmo
Metadado+Instância de Modelo
Espécies
Ausência
Resultados
Metadado+
Metadado
+Metadad
o
+Metadad
o
+
Dados
Nível 1
Geraçãodo modelo
Nível 2
Objetomodelado
Instância de Modelo
Ocorrência
VariáveisAmbientais
Algoritmo
Mapa deDistribuição
Índices deAvaliação
Metadado+
Metadado
+
Instância de Modelo
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)
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)
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)
Orquestrar
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)
Compor
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)
Classificar
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)
Armazenar
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)
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 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)
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)
Consultar
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)
Recuperar
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)
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 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
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 deRepositories
WFS(TeOGC)
Arquitetura Geral do WBCMS
WBCMS
ModelProcessorAccessProcessorCatalogueProcessor
Web
Pesquisador
Pesquisador Pesquisador
Pesquisador
Repositórios deInstâncias de Modelo
Coleções de Biodiversidade
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
Instância de Modelo
Web Services
Dados Biodiversidade
Pesquisador
Aplicação Cliente de Acesso
Instância de Modelo
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.
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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.
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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