Implantação de uma Infraestrutura de Dados Espaciais com Base em Tecnologias Open Source para Riscos Costeiros

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1 UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ MESTRADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL Implantação de uma Infraestrutura de Dados Espaciais com Base em Tecnologias Open Source para Riscos Costeiros Suzana Zeni Guedes Itajaí, 29 de Novembro 2010

2 UNIVERSIDADE DO VALE DO ITAJAÍ MESTRADO EM CIÊNCIA E TECNOLOGIA AMBIENTAL Implantação de uma Infraestrutura de Dados Espaciais com Base em Tecnologias Open Source para Riscos Costeiros Suzana Zeni Guedes Dissertação apresentada à Universidade do Vale do Itajaí, como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciência e Tecnologia Ambiental. Orientador: Antonio H. F. Klein Co-Orientadores: Rafael Medeiros Sperb João Thadeu de Menezes Itajaí, 29 de Novembro 2010

3 SUMÁRIO Lista de Figuras... iv Lista de Quadros... v Lista de Abreviações... vi Resumo... 7 Abstract Introdução Estrutura da Dissertação Objetivo Geral Objetivos Específicos Capítulo 1 Diretrizes e Normas Para a Implementação de Infraestruturas Espaciais de Dados Introdução Padrões e Normas Panorama Mundial Panorama Nacional Metadados Padrões e Perfis Perfil de Metadados Perfil de Metadados Brasileiro Infraestrutura Espacial de Dados (IDE) Hierarquia de IDEs Componentes de IDE Padrões Globais Global Spatial Data Infrastructure Association (GSDI) Infraestrutura de Informação Espacial na Europa (INSPIRE) International Organization for Standardization (ISO) Open Geoespatial Consortium (OGC) Web Services i

4 3.5. Panorama Mundial Panorama Brasileiro Interoperabilidade Softwares Livres e de Código Aberto Softwares Livres e de Código aberto em Geotecnologias Servidores de mapa GeoServer Catálogos de metadados GeoNetwork Conclusão Capítulo 2 Estudo de Caso Implantação de uma IDE utilizando as Cartas de Sensibilidade ao Derramamento de Óleo Cartas de Sensibilidade Ambiental ao Derramamento de Óleo Estrutura da base de dados Análise das bases para descoberta de padrões Padronização Simbologia Correção das Informações Dados Simbologia Documentação Configuração de Dados em Servidor de Mapas Testes de Interoperabilidade Catálogo de Informações Geoespaciais Resultados Discussão Conclusão Capítulo 3 Avaliação da Padronização de Informações Cartográficas Digitais Referentes a Riscos Costeiros Análise dos dados ii

5 2.Estruturação dos dados Campos de Atributos Simbologia Criação de Metadados Servidor de Mapas Estilos no Servidor de Mapas Catálogo de Metadados Resultados Discussão Conclusão Considerações Finais Referências Bibliográficas iii

6 Lista de Figuras Figura 1 - Padrões e perfis de metadados. Fonte: CONCAR Figura 2- Hierarquia de IDEs segundo Rajabifard ( 2000) Figura 3- Componentes de uma IDE, adaptado de WARNEST (2005) Figura 4- Linha do tempo das iniciativas de IDE do panorama mundial Figura 5 - Representação das agências usuárias do catálogo de metadados GeoNetwork Figura 6-Fluxograma referente à metodologia empregada para a disponibilização das informações em catálogo de dados geoespaciais Figura 7 - Exemplo da falta de atributos em um shape da base de dados da Carta SAO54 Figura 8 - Exemplo de falta de padrão e inconsistência de atributos de um shape da base de dados da Carta SAO Figura 9 - Atributos nominais usados para padronizar os dados da base das Cartas SAO Figura 10- Simbologia sugerida no documento de estruturação de cartas de sensibilidade ambiental ao derramamento de óleo (Brasil, 2004) Figura 11- Catálogo de símbolos utilizados nos estilos de dados geográficos no servidor de mapas Figura 12- Arquitetura da IDE do estudo de caso desenvolvido com as Cartas SAO Figura 13- Testes de conexão WMS nos softwares QuantumGIS,gvSIG, OpenJUMP e udig Figura 14- Testes de conexão WFS nos softwares QuantumGIS,gvSIG, OpenJUMP e udig Figura 15- Simbologia utilizada para a disponibilização das informações sobre projeções de linhas de costa Figura 16 - Configurações de dados no servidor de mapas GeoServer Figura 17- Fluxograma de configuração de metadados no GeoNetwork Figura 18- Informações sobre projeções de linha de costa da enseada do Itapocorói de Freitas et al. (2010) no catálogo de metadados GeoNetwork Figura 19 - Fluxo de informação na IDE do Grupo de Oceanografia Geológica de Ambientes Costeiros e Oceânicos Figura 20 - Fluxo de informações desejável para uma IDE de Riscos Costeiros iv

7 Lista de Quadros Quadro 1- Problemas relacionados a geoinformação modificado de Ariza ( 2002) Quadro 2- Seções, entidades e elementos do perfil completo de metadados geográficos brasileiro Quadro 3- Entidades e elementos do perfil brasileiro de metadados sumarizado (Fonte: CONCAR, 2009) Quadro 4- Definições dos web services abordados na presente pesquisa Quadro 5 - Características dos SIGs Desktops de código aberto Quadro 6 - Teste de interoperabilidade em diferentes plataformas de SIGs Quadro 7 - Características do desenvolvimento da IDE Quadro 8 - Atributos mínimos referentes a definição de transects Quadro 9 - Atributos mínimos referentes à posição de linha de costa atual Quadro 10 - Atributos mínimos referentes à posição de linha de costa prevista para 50 anos Quadro 11- Atributos mínimos referentes à posição de linha de costa devido a tempestades Quadro 12- Atributos mínimos referentes ao ajuste de linha de costa Quadro 13- Atributos mínimos referentes á áreas suscetíveis a inundações Quadro 14- Estilos disponíveis no servidor de mapas GeoServer em 81 v

8 Lista de Abreviações ANZLIC - Australia New Zeland Land Information Council CEMG -Comitê de Estruturação de Metadados Geoespaciais CEN - Comissão Européia, para Normalização CENPES - Centro de Pesquisa e Desenvolvimento CEPAD -Comitê Especializado para Estudo do Padrão de Intercâmbio de Dados Digitais CGDI - Canadian Geospatial Data Infrasctuture CNPq- Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CONCAR -Comissão Nacional de Cartografia FAO- Food and Agriculture Ornanization FGDC - Federal Geographic Data Comittee GINIE Geographic Information Network In Europe GML Geography Markup Language GSDI - Global Spatial Data Intrastructure HTTP Hyper Text transfer Protocol IBGE - Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IDE Infraestrutura de Dados Espaciais IMO - Organização Marítima Internacional INDE Infraestrutura nacional de dados espaciais INSPIRE - Insfrastructure for Spatial Information in the European Community ISO International Organization for Standardization MGB - Metadados Geográficos Brasileiro MMA Ministério do Meio Ambiente NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration NSDI - National Spatial Data Infrastructure OGC Open Geoespatial Consortium ONU- Organização das Nações Unidas SAIF - Spatial Archive and Interchange Format SAO Sensibilidade ao Derramamento de Óleo SFS Simple Features Specification SIG - Sistemas de Informações Geográficas SLD Styled Layer Descriptor URL- Uniform Resource Locators WCS Web Coverage Service WFS Web Feature Service WMS Web Map Services XML - Extensible Markup Language vi

9 Resumo Este trabalho apresenta a definição de diretrizes para a estruturação de informações cartográficas digitais com o emprego de tecnologias open source,referentes a riscos costeiros naturais.a revisão de conceitos sobre infraestrutura de dados espaciais para informações geoespaciais auxiliaram a escolha de ferramentas open source que possibilitaram a disponibilização de dados referentes a riscos costeiros na internet. Um estudo de caso utilizando a base de dados do projeto Carta SAO possibilitou a criação de uma IDE corporativa. A arquitetura da IDE utilizou softwares livres e recomendados pela iniciativa brasileira (INDE) viabilizando a disponibilização de informações referentes a riscos costeiros na internet de maneira interoperável. A validação da metodologia adotada no estudo de caso foi feita nos dados de quantificação de perigos costeiros da Enseada do Itapocorói, a fim de comprovar a eficiência da infraestrutura e dos padrões propostos. Foram testadas quatro diferentes plataformas de sistemas de informações geográficas livres e de código aberto para a garantia da interoperabilidade dos dados. A alimentação de um catálogo de metadados propiciou a disponibilização das informações cartográficas digitais com suas características preservadas e independentes de plataformas, permitindo que outros usuários, não somente os produtores da informação, possam descobrir, acessar e as utilizar. Palavras- Chave: Interoperabilidade, padrões, IDE, riscos costeiros, Carta SAO 7

10 Abstract This work presented herein provides guidelines for the structuring of digital chart information, relating to natural coastal hazards, with the use of open source technology. A review of concepts regarding spatial data infrastructure for geospatial information facilitated the choice of open source tools, which would enable the availability of coastal hazard data on the internet. A case study using the database from the project Carta SAO made the creation of a corporative (geo) spatial data infrastructure (SDI) possible. The architecture of the SDI used free software, recommended by the Brazilian initiative (INDE), enabling the provision of information relating to coastal hazards on the internet in an interoperable manner. The validation of the methodology adopted in the case study was performed with coastal hazard data from Itapocorói Cove in order to examine the efficiency of the infrastructure and proposed standards. Four different free and open source GIS platforms were tested to assure the interoperability of the database. The composition of a metadata catalog led to the availability of digital cartographic information with its characteristics preserved, independent of platforms, allowing not only the users who generate data, but also other users, be able to discover, access and use the information. Keywords: Interoperability, standards, SDI, coastal hazards, Carta SAO. 8

11 1.Introdução A expansão do uso de geotecnologias por diversos usuários, não necessariamente especialistas em geoinformação, tem ocasionado inadequações na utilização e integração de dados. Questões que estão relacionadas à falta de planejamento na coleta de informação ou mesmo na utilização de padrões para a elaboração da informação. Ariza (2002) faz referência a problemas usuais relativos ao manejo da informação geoespacial (Quadro 1), que os produtores de geoinformação estão habituados a lidar rotineiramente. Os vários formatos de dados, a adoção de diferentes projeções cartográficas, escalas, simbologias e a utilização de mídias diversas são questões importantes de heterogeneidade dos dados comprometendo o compartilhamento e a reutilização dos mesmos. As diferentes maneiras de representar uma mesma feição aumentam a complexidade do dado, dificultando o aproveitamento do mesmo. Os inúmeros produtores de informação, utilizando metodologias diferentes de coleta e produção de informação, finalidades distintas e precisões diferentes aumentam a complexidade de distribuição e reutilização das informações. A falta de documentação das informações geoespaciais compromete a qualidade da informação e dificulta a descoberta do dado. A falta de protocolos únicos para a geração da informação faz com que inúmeros modelos de informações sejam criados, dificultando e por vezes inviabilizando sua integração. Todas essas questões levantadas por Ariza (2002) são contempladas na adoção de infraestrutura de dados espaciais. Estas, são ferramentas ou estruturas que são implementadas com a finalidade de harmonização e distribuição de informações geopaciais de maneira interoperável, ou seja, que os dados possam ser acessados através de diferentes plataformas. Aspectos relevantes, tais como modelo de dados, aquisição, referenciais e tratamento geodésico/cartográfico e formas de representação, armazenamento, entre outros itens técnicos de produção, são muitas vezes ignorados, contribuindo para a ocorrência de inconsistências na utilização de documentos cartográficos como referência para outros mapeamentos. Frente a esta problemática, diversas são as iniciativas que vem se utilizando de IDEs com a finalidade de distribuir dados geográficos para múltiplos usuários, disponibilizar ferramentas de descoberta e acesso aos dados, promover a manutenção 9

12 de dados, padronizar sua aquisição e seu armazenamento. Contudo, essas infraestruturas servem para viabilizar a economia de recursos, evitando duplicação de esforços de aquisição, distribuição, atualização de dados. Quadro 1- Problemas relacionados a geoinformação modificado de Ariza ( 2002) QUESTÕES ORIGEM Heterogeneidade Referência temporal Complexidade Múltipla Procedência Documentação Mídias diversas Formatos Diferentes Cartográfica: escalas, Projeções, Simbologia, Temática Diferentes datas de elaboração Representação de elementos com diversas geometrias Variedade de produtores Finalidades distintas Precisões diversas Métodos Diferentes Legenda não completa Não adoção de padrão de metadados Inexistência de metadados Todas as questões ressaltadas por Ariza (2002) são comumente enfrentadas no Grupo de Oceanografia Geológica de Ambientes Costeiros e Oceânicos da Universidade do Vale do Itajaí. O Grupo é composto pelos Laboratórios de Oceanografia Geológica, Computação Aplicada e Geoprocessamento e Sensoriamento Remoto. Os três laboratórios vêm fazendo pesquisas em parceria, coletando dados e tratando informações referentes a riscos costeiros, que são provenientes de diferentes fontes (diversos usuários) e coletadas para finalidades distintas. A necessidade de investir tempo para a descoberta da informação bem como a sua procedência e sua posterior padronização motivara o desenvolvimento de uma pesquisa sobre implantação de infraestruturas de dados espaciais. O levantamento sistemático de informações relacionadas a riscos costeiros oferece uma valiosa ferramenta para os governos e instituições encarregadas de financiar as atividades de planejamento e de socorro bem como descobrir as causas dos acontecimentos a fim de tentar minimizá-los. 10

13 Para o desenvolvimento da presente pesquisa, foram assumidos como riscos costeiros os riscos associados ao derramamento de óleo que são previstos nas Cartas de Sensibilidade ao Derramamento de Óleo (Cartas SAO) e a potencial elevação do nível do mar e os efeitos de tempestades estudados por Freitas et al. (2010). 1.1.Estrutura da Dissertação A presente dissertação está dividida em capítulos que fazem referência aos objetivos específicos da pesquisa. O primeiro capítulo é uma breve introdução sobre a problemática abordada na dissertação. O capítulo 2 foi destinado à revisão de padrões e normas adotados nacional e internacionalmente para a produção, catalogamento e disponibilização de informação geográfica de maneira interoperável, atendendo ao objetivo de levantar critérios técnicos para a estruturação, padronização e sistematização de dados geoespaciais para a implementação de uma IDE. Foram revisadas normas e padrões de metadados. Serviços e tecnologias utilizados para o alcance da interoperabilidade também foram o foco deste capítulo. O levantamento de diretrizes e padrões levou ao conhecimento de iniciativas de sucesso na implantação de IDEs, propiciando a eleição de arquiteturas de Open Source na implantação da infraestrutura. O terceiro capítulo foi destinado à aplicação das diretrizes do Capítulo 2 em um estudo de caso envolvendo uma base de dados pré-existente. As Cartas de Sensibilidade Ambiental ao derramamento de óleo do trecho do Estado de Santa Catarina foram escolhidas para o desenvolvimento do estudo de caso por apresentarem informações referentes a riscos costeiros, e serem de abrangência costeira e estadual. A padronização e sistematização das informações propiciaram o carregamento de dados em um servidor de mapas e a posterior disponibilização em um catálogo de metadados. Esta experiência revelou o potencial da arquitetura de IDE escolhida e o potencial dos softwares eleitos. O quarto capítulo utilizou dados de Quantificação de perigos costeiros e projeção de linhas de costa futuras para a Enseada do Itapocorói, de Freitas et al. (2010), para a aplicação da metodologia utilizada na execução do estudo de caso com as Cartas SAO. A eleição desta base de dados para a aplicação do procedimento se deu pela importância dos dados para as avaliações de risco costeiro ambiental. Foram sistematizadas e padronizadas informações sobre variação de linha de costa do Balneário Piçarras e posteriormente carregados no servidor de mapas para a disponibilização via catálogo. Além disso, o procedimento de coleta das informações foi 11

14 padronizado, através da eleição de conjuntos de informações imprescindíveis para o tratamento da informação ( atributos nominais, metadados e simbologia padronizada). 12

15 2.Objetivo Geral Implantar uma infraestrutura de dados espaciais para riscos costeiros utilizando ferramentas Open Source. 2.1.Objetivos Específicos Levantar critérios técnico-científicos para a estruturação, padronização e sistematização de dados espaciais digitais para implementação de infraestrutura de dados espaciais; Aplicar os critérios propostos em um estudo de caso: padronização e sistematização de informações referentes ao Projeto Cartas SAO, Bacia de Santos, trecho SC (MMA/CNPq - CT-PETRO); Avaliar os resultados da padronização e sistematização das informações referentes a riscos costeiros. 13

16 Capítulo 1 Diretrizes e Normas Para a Implementação de Infraestruturas Espaciais de Dados 1. Introdução A cartografia é definida como uma disciplina que trata da organização, apresentação, comunicação e utilização da geoinformação nas formas gráfica, digital ou tátil incluindo todos os processos, desde o tratamento dos dados até o uso final na criação de mapas e produtos relacionados com a informação espacial. É definida pela Associação Internacional de Cartografia (2003) como a habilidade singular para a criação e manipulação de representações, visuais ou virtuais, do espaço geográfico mapas permitindo a exploração, análise, compreensão e comunicação de informação acerca desse espaço. Sob a influência dos avanços tecnológicos a cartografia passou a considerar a elaboração de mapas e outros documentos cartográficos em formato digital, dando origem a uma nova linguagem como computação gráfica, cartografia automatizada ou cartografia digital. Um mapa, definido pela Associação Internacional de Cartografia (2003), é uma representação simbolizada da realidade geográfica, apresentando aspectos e características selecionados, resultante do esforço criativo do autor, que é concebida para ser utilizada quando as relações espaciais têm importância essencial. A cartografia brasileira passou por diversos períodos desde sua aparição no início do século XX, quando existiam problemas de conseqüentes mudanças nas instituições ligadas a cartografia, passando pela criação do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), pelo desenvolvimento tecnológico e da engenharia cartográfica. Nos anos 90 a introdução e desenvolvimento de novas tecnologias do sensoriamento remoto, cartografia digital e sistemas de informações geográficas (SIG) vieram a dinamizar e popularizar a cartografia no Brasil (Archela, 2007). Os SIGs vêm sendo usados amplamente como ferramenta de análise de exploração de variações/ mudanças de paisagem, por proverem funcionalidades para o armazenamento de dados espaciais, gerenciamento, análise e representação (Steiniger & Hay, 2009). São ferramentas que estão sendo difundidas em diversas áreas do conhecimento e utilizadas por diferentes perfis de pesquisadores. 14

17 Comparando a cartografia convencional e digital, existem diversos contrastes, porém a maior diferença está na composição em camadas que um mapa digital possui. Se alguma feição do mapa muda, como uma desembocadura de rio, linha de costa, urbanização, no mapa convencional não seria possível alterar somente a feição que foi modificada, tendo a necessidade de recriar o mapa novamente. No mapeamento digital, neste caso, seria necessário apenas atualizar a camada referente a feição modificada. Camadas estas que podem ser compartilhadas em diversos mapeamentos, para diferentes finalidades, através do cruzamento de informações. Este processo de automação de mapas influenciou diretamente na simbologia gráfica pelas novas possibilidades de representação simbólica permitida pelos softwares de desenho (Rodrigues, 2009). Com a digitalização da cartografia com um simples clique do mouse ou com poucas linhas de código o computador analisa, desenha e colore um mapa. Aprender a produzir mapas digitais requer certo esforço, porém vem agilizando a tomada de decisões e auxiliando a disseminação de informações na internet. Atualmente a geoinformação está presente em diversos setores da economia, auxiliando os negócios, direta e indiretamente. Para isso, algumas premissas básicas têm que ser adotadas, que serão comentadas ao longo deste capítulo, que se dispõe a apresentar diretrizes e normas para estruturar informações cartográficas digitais Padrões e Normas Com o avanço da tecnologia, aumenta a quantidade de ferramentas utilizadas no compartilhamento de diversos tipos de dados. Contudo, estes, muitas vezes não obedecem a um padrão. A adoção de padrões pretende garantir a preservação de características desejáveis de produtos e serviços tais como qualidade, segurança, confiabilidade, eficiência e interoperabilidade. Lima & Câmara (2002) ressaltam que o intercambio de dados geoespaciais é um importante desafio no uso das geotecnologias, impulsionado pelo alto custo na produção de dados. Em sistemas heterogêneos, o mesmo autor afirma que os custos de aquisição de dados variam de 60 a 80% do valor do custo total da implantação de um SIG. Durante os anos 1980, quando uma grande parte do setor privado e governamental começou a desenvolver SIGs no Brasil, o maior desafio foi a integração desses sistemas, pois cada departamento criou seu próprio sistema local,e naturalmente a duplicação de informações na mesma agência era comum (Paixão et al., 2008). O 15

18 resultado é um ambiente heterogêneo em que cada organização tem sua maneira de tratar sua informação geoespacial. Devido ao aumento da demanda e à necessidade da produção de dados digitais georreferenciados, as normas que antes garantiam padrões mínimos necessários passaram a não regular todos os aspectos essenciais, surgindo conjuntos de dados dispersos e redundantes (Granemann, 2009). Houve, então, a necessidade da padronização de normas, políticas, tecnologias e recursos humanos necessários para adquirir, processar, armazenar, distribuir e melhorar a utilização de dados georreferenciados (Lunardi, 2006), formando, assim, o conceito de infraestrutura de dados espaciais (IDE). Os padrões constituem uma importante abordagem para a troca de informações (Hadzilakos et al., 2000).Os benefícios da adoção de padrões que podem ser apontados são: diminuição de custos da tecnologia para produção de dados, aumento da possibilidade de comunicação e integração de dados geoespaciais, aumento da produção de dados e aumento de potenciais produtores de dados. Burity & Sá (2003) afirmam que a necessidade de criação de padrões é amplamente justificada quando se objetiva a redução de custos, a interoperabilidade, a integração com outras bases de dados e a produção especifica dos mesmos. A padronização implica que os dados devem manter o mesmo significado e características quando forem migrados e usados em sistemas distintos. Para que as informações sejam disponibilizadas de maneira eficientemente e que os usuários possam fazer seu uso da melhor forma, o ideal é que o formato dos dados esteja padronizado, sendo necessária a adoção de um padrão comum para a estrutura de dados que permita sua utilização por diversas instituições sem que haja a necessidade de um re-trabalho para adaptá-los à base de dados (Silva & Ribeiro, 2009). Trabalho esse que consome tempo e recursos e muitas vezes pode comprometer a qualidade do dado. Há padrões de fato, que existem pelo constante uso e não por um decreto ou regulamento, e padrões de direito, que são legais, provenientes de normas estabelecidas por órgãos oficiais de padronização (Burity & Sá, 2003). O objetivo da padronização de dados geoespaciais é a busca de soluções para problemas de interoperabilidade, que tem como causa fundamental a diversidade de SIGs e dados geográficos que utilizam diferentes modelos e estruturas. Burity & Sá (2003) afirmam que a migração entre sistemas só é possível quando os dados estão padronizados. O intercâmbio de dados é a capacidade de compartilhar e trocar dados, 16

19 informações e processos entre diferentes usuários de geoinformação (Hübner & Oliveira, 2008). Para Casanova et al. (2005) o grande desafio do intercâmbio de dados é enfrentar a diversidade de modelos conceituais dos SIGs disponíveis no mercado. Questões como formulação, estrutura, semântica, consistência e atributos são guiados por regras que objetivam manter a integridade do dado espacial, em todas as suas instâncias (Burity & Sá, 2003). O processo de coleta de dados deve ser guiado por diretrizes que garantam a qualidade da informação, a falta de planejamento e adoção de padrões no momento de coleta dos dados pode comprometer a qualidade da informação. Padrões de informação têm sido estabelecidos em várias áreas do conhecimento. Via de regra determinam não só unidades e padrões técnicos, a serem seguidos pelas instituições e pessoas, como também procedimentos para acesso e transferência de informação (Ribeiro, 2006). As aplicações geográficas, em geral, podem ser desenvolvidas em diferentes arquiteturas de hardware, diferentes ambientes de software e distintas localizações geográficas. Uma vez que são estabelecidos padrões da informação geográfica de forma globalizada e generalizada, é possível conhecer descrições desses padrões com mais rapidez e, desta forma, os usuários e os sistemas podem conhecer e podem tratar, respectivamente, de informações mais adequadas para atender aos requisitos das aplicações. Muitos são os esforços no sentido de fornecer mecanismos computacionais de padronização de formatos e uniformização sintática e semântica de objetos geográficos. Atualmente é inquestionável o uso da Extensible Markup Language (XML) ( como padrão de troca de dados. O OGC fornece um conjunto de especificações para padronizar o processo de interoperabilidade entre diferentes formatos de dados baseado na tecnologia XML. A Geographic Markup Language (GML) ( pode ser considerada a principal delas, por ser utilizada em outras especificações. Ela foi concebida com o objetivo de representar as informações geográficas, incluindo tanto as informações espaciais quanto as não espaciais (Azevedo et al., 2006). Alguns benefícios da padronização, ressaltados por Burity & Sá (2003) são a diminuição dos custos da tecnologia para produzir e utilizar dados georreferenciados, aumentar a possibilidade de comunicar e de integrar dados geoespaciais, aumento de produtores potenciais da informação e aumento do volume de dados produzidos. Mais que isso, as normas e as especificações técnicas para a padronização de dados constituem o marco regulador para que os dados a serem gerados e a informação a ser 17

20 integrada ofereçam a garantia de: comparabilidade, compartilhamento, compatibilidade, confiabilidade, consistência e completeza (CONCAR,2010) Panorama Mundial Esforços em todo o mundo estão sendo feitos no sentido de estabelecer infraestruturas de dados espaciais nos níveis global, regional, nacional e local, para que as organizações, agências, empresas e indivíduos possam ter acesso às informações geográficas de maneira simples e segura. As iniciativas de normatização de dados espaciais começaram na Europa, com a comissão técnica 278 da Comissão Européia, para Normalização CEN: no âmbito mundial, com a comissão técnica 211 da Organização Internacional para Padronização ISO e através do Consórcio OpenGIS (Fernandes & Loch, 2007). As iniciativas de adoção de padrões são diversas e devem ser comentadas. A Austrália e a Nova Zelândia possuem um conselho chamado Australia New Zeland Land Information Council (ANZLIC) desde Trata-se de um conselho de informação espacial intergovernamental de coleta, gestão e utilização de informação geoespacial, a fim de facilitar o uso e o acesso dos dados espaciais e serviços prestados por diferentes organizações dos setores públicos e privados. Em nível mundial pode ser citada a Global Spatial Data Intrastructure (GSDI), que é a associação de organizações, agências, empresas e indivíduos de todo o mundo num objetivo de promover a cooperação internacional e a colaboração para apoiar o desenvolvimento de IDEs locais, nacionais e internacionais. Nos Estados Unidos National Spatial Data Infrastructure (NSDI) de 1996 é uma iniciativa do Federal Geographic Data Comittee (FGDC), que desenvolveu um padrão de metadados com o mesmo nome. A NSDI estabelece tecnologias, políticas e recursos humanos necessários para o alcance da interoperabilidade no setor governamental, privado, acadêmico e individual. A União Européia estabeleceu em 2001 o Insfrastructure for Spatial Information in the European Community (INSPIRE) com os objetivos de criar uma IDE européia comserviços que possibilitem identificar e acessar a informação espacial de uma variedade de fontes, em nível local ao global. Porém o estabelecimento da 18

21 infraestrutura de dados espaciais da comunidade Européia foi concretizado a partir do decreto da diretiva que data de Panorama Nacional No Brasil o órgão responsável por padrões de informações geoespaciais é a Comissão Nacional de Cartografia (CONCAR) que possui a missão de coordenar e orientar a elaboração e a implementação da Política Cartográfica Nacional e a manutenção do Sistema Cartográfico Nacional, com vistas à ordenação da aquisição, produção e disseminação de informações geoespaciais para a sociedade brasileira. Seus principais objetivos são garantir a aplicação e atualização da legislação cartográfica e das especificações e normas de produção, fiscalização e disseminação cartográfica, nas escalas cadastral, topográfica e geográfica; promover a articulação entre entidades, públicas e privadas, que produzam e/ou utilizem, efetiva ou potencialmente, dados e informações geoespaciais; elaborar e acompanhar a execução do Plano Cartográfico Nacional. Promover a formulação e a articulação de uma política cartográfica como suporte à condução do processo de planejamento e gestão territorial com apoio nos diversos fóruns do Governo Federal. Promover a cultura do uso da cartografia como instrumento de inserção e referência territorial da sociedade. Buscar fontes de recursos financeiros que garantam os investimentos necessários para execução do plano e programas da Política Cartográfica Nacional. Esforços paralelos de padronização que cabem ser citados neste momento são a Infra-Estrutura Nacional de Dados Espaciais (INDE), a Mapoteca Nacional Digital (MND) e Padrões de Interoperabilidade de Governo Eletrônico( e-ping). A INDE engloba as tecnologias, políticas, normas e recursos humanos necessários para adquirir, processar, armazenar, distribuir e melhorar a utilização de dados georreferenciados. Entre as normas desta infraestrutura deve estar presente uma que defina apropriadamente a descrição e distribuição de informações geoespaciais, e que permita a disseminação a e disponibilização das informações digitais, otimizando assim sua partilha, e maximizando a utilidade dos recursos informacionais. Tal necessidade foi identificada pelos órgãos responsáveis pelo mapeamento de referência e os produtores de informação geográfica do Sistema Cartográfico Nacional (SCN), quando se percebeu o problema da multiplicidade de estruturas de dados e que algumas delas eram incompatíveis. Já em 1992, foi verificada a referida necessidade na 19

22 Agenda 21, documento elaborado durante a Conferência das Nações Unidas para o Meio Ambiente, realizada no Rio de Janeiro (MMA, 2000), onde foi levantado que a disponibilização dos produtos geoespaciais deve garantir a facilidade de intercâmbio de dados. (Lunardi & Augusto, 2006) A MND é o marco inicial dos esforços brasileiros para a obtenção de um padrão único de estrutura de dados nacional, prevendo o compartilhamento de dados do mapeamento de referência através da adequação à nova estrutura e disponibilização dos produtos do Sistema Cartográfico Nacional (Lunardi & Augusto, 2006). A utilização desta estrutura de dados da MND implicará na portabilidade dos arquivos, na facilidade de agregação de novas informações e sua atualização, na possibilidade de agregação de informações temáticas sobre a base cartográfica, na facilidade de construção de programas conversores para gerar estruturas compatíveis com o padrão único, na possibilidade de auditoria por parte dos órgãos do Sistema Cartográfico Nacional, possibilidade de geração de base cartográfica contínua, economia de recursos públicos, entre outros. e-ping é um documento do governo federal que entre outras coisas visa a padronização na área de tecnologia de informação do Brasil por meio da adoção de padrões abertos. Define padrões de interoperabilidade de Governo Eletrônico através de um conjunto mínimo de premissas, políticas e especificações técnicas que regulamentam a utilização da Tecnologia de Informação e Comunicação na interoperabilidade de Serviços de Governo Eletrônico, estabelecendo as condições de interação com os demais Poderes e esferas de governo e com a sociedade em geral. O governo brasileiro, no entanto, estabelece essas especificações como o padrão por ele selecionado e aceito, ou seja, estes são os padrões em que deseja interoperar com as entidades fora do governo federal - Poder Executivo brasileiro. A adesão dessas entidades dar-se-á de forma voluntária e sem qualquer ingerência por parte da Coordenação da e-ping. 1.3.Metadados O uso efetivo de informações geográficas requer fácil acesso à documentação (em papel ou formato digital com mais freqüência) que descreve a origem, a propriedade, qualidade, idade (Magüire & Longley, 2005). 20

23 A Associação Internacional de Cartografia define que "metadados espaciais são dados que descrevem o conteúdo, a definição dos dados, a estrutura, extensão (temporal e geográfica), as referências espaciais, a qualidade, a disponibilidade, o status e a administração do conjunto de dados geográficos" (Guptill & Morrison 1997). Elaborados para uma série de utilidades, os dados geográficos digitais são produzidos e comumente disponibilizados em ambientes corporativos. Por isso há a necessidade de descrever as características dessas informações, o que é papel dos metadados. Os metadados descrevem o conteúdo, a qualidade, a condição e outras características que acercam os dados. Definidos de maneira corriqueira, os metadados são os dados sobre os dados. São as respostas para as perguntas: O que? Quem? Quando? Onde? E como?, ou seja, são informações úteis para identificar, localizar, compreender e gerenciar os dados. A adoção de metadados geográficos é justificada por permitir a identificação das fontes geradoras da informação, de suas possíveis atualizações e de auxiliar a criação de interfaces de consulta e recuperação em bancos de dados (Lima& Câmara,2002). A documentação de dados é um trabalho necessário para uma boa gestão e exploração de dados. O aproveitamento de dados não destina-se apenas para uso interno de uma organização, mas também para ser capaz de compartilhar e trocar dados entre diferentes produtores, ou entre produtores e usuários. Os metadados geoespaciais tem como objetivo descrever as características, possibilidades e limitações dos dados geoespaciais através de informação estruturada e documentada, possibilitando a criação de repositórios de dados dessa natureza, os quais podem ser encontrados pelos usuários através de um buscador geográfico ligado a diversos serviços, páginas e portais especificamente direcionados a este fim (IBGE, 2009). Os metadados geográficos surgiram com o desenvolvimento dos mapas digitais, produzidos pela cartografia digital, e pela manipulação da informação geográfica através dos SIGs ( Prado et al, 2009). Existem diferentes propostas de padrões de metadados, sendo algumas iniciativas mais importantes como: o padrão canadense Spatial Archive and Interchange Format (SAIF), padrão australiano proposto pelo Australia New Zealand Land Information Council (ANZLIC), padrão americano do United States Federal Geographic Data Comitte (FGDC) e o padrão internacional da International 21

24 Organization of Standards (ISO), citados anteriormente. Estes padrões fornecem informações para o conhecimento dos dados existentes, o enquadramento em determinadas aplicações e as condições de acesso e transferência para o usuário. No Brasil, a Comissão Nacional de Cartografia (CONCAR), através do seu Comitê de Estruturação de Metadados Geoespaciais (CEMG), é responsável pela implementação do perfil de metadados Geoespaciais Brasileiro (Perfil MGB) baseado no padrão ISO Os metadados representam a principal questão para a interoperabilidade de sistemas baseada em dados, pelo fato de facilitar a construção de consultas e o estabelecimento de correlações entre os dados em um nível mais abstrato. Metadados estão sendo progressivamente incorporados aos dadosgeográficos e não somente permitem identificar os dados e acelerar as consultas, mas também possibilitam o reuso dos dados por meio das informações qualitativas (Smits, 1997). Visto isso, fica claro que as normas de metadados tem determinadas funções como: fornecer as informações necessárias para descrever seus dados corretamente, facilitar a organização e manutenção de metadados para dados geográficos, permitir que os usuários utilizem dados geográficos de forma mais eficiente por conhecer as suas características básicas, facilitar a descoberta, valorizar e reutilizar dados e permitir aos usuários determinar se os dados geográficos podem ser usados por eles Padrões e Perfis Um padrão de metadados estabelece um conjunto de elementos de metadados para uma comunidade, incluindo a especificação de cada elemento e esquemas de codificação para permitir a interoperabilidade entre os sistemas que utilizam o padrão (E-ping, 2009). A utilização de um padrão comum de metadados possibilita o compartilhamento dos mesmos facilitando o acesso dentro das organizações além da troca de informações entre organizações. Os padrões fornecem notação descritiva para os dados armazenados, visando facilitar a construção de consultas e permitir estabelecer correlações de dados em um nível mais abstrato. Proporcionam informações adicionais sobre a produção de dados, descrevendo o conteúdo, a qualidade, a origem, o formato, os procedimentos de geração, a disponibilidade, entre outras características. Os padrões de metadados são planejados a fim de abranger todos os tipos de dados, genericamente. 22

25 Prado et al. (2009) afirma que os padrões FGCD e ISO são amplamente adotados por abrangerem uma maior variabilidade de informações geográficas permitindo atender usuários diversificados, apresentando diferenças estruturais e conceituais. O padrão FGDC é organizado em 11 seções, cada uma composta por subseções com campos que devem ser preenchidos de acordo com as especificidades dos dados descritos. As agências norte americanas são obrigadas a utilizar este padrão por exigência do FGDC para disponibilizar livremente os dados geoespaciais no repositório virtual americano National Geospatial Data Clearinghouse. A ISO é uma organização composta por representantes de empresas privadas e governos a fim de estruturar e estabelecer padrões internacionais em diversos segmentos da sociedade (Prado et al., 2009). Atua através de comitês técnicos sendo o ISO/TC211 (Geographic Information/Geomatic) responsável pela concepção de um esquema de metadados para dados geográficos digitais, apresentando seus resultados na norma ISO 19115:2003. Neste padrão os elementos de metadados estão organizados em 92 classes. Trata-se de uma norma complexa, uma vez que foi desenvolvida para qualquer tipo de informação espacial e não está disponível gratuitamente pois trata-se de um padrão fechado, tendo que ser adquirida junto a organização, por U$ 220atualmente. A ISO é uma norma muito ampla que permite definição de perfis e de extensões para campos específicos de aplicação, mostrando-se ideal, para uso nos departamentos e agências internacionais de produção de dados geoespaciais (CONCAR, 2009). Muitas são as iniciativas que vêm baseando seus perfis nesta norma sendo a mais difundida nos dias de hoje Perfil de Metadados Um perfil de metadados é um detalhamento da norma geral, segundo linguagem e características locais. A Figura 1 ilustra a esfera dos padrões e perfis de metadados. O perfil é composto de uma descrição detalhada do padrão, definindo termos, definições e valores de domínio, para uma comunidade específica. O perfil pode também estender a norma, colocando mais atributos, ou diminuí-la, descartando campos irrelevantes. 23

26 Figura 1 - Padrões e perfis de metadados. Fonte: CONCAR 2010 Os metadados precisam ser estruturados de maneira que suporte uma indexação automática, ou seja, em um formato que possibilite a busca e recuperação dessas informações por diferentes usuários, através de aplicações com estas finalidades, neste caso, catálogos de metadados Perfil de Metadados Brasileiro O perfil MGB foi homologado em 2009 pelo Comitê de Estruturação de Metadados Geoespaciais (CEMG 1 ). A expectativa deste comitê é que todos os órgãos produtores de dados geoespaciais, cartográficos e temáticos se integrem ao esforço de validar este Perfil MGB, e que ele atenda as demandas de informações sobre produtos do Sistema Cartográfico Nacional (CONCAR, 2009). A fim de fomentar a cultura de documentação de produtos através de padrão de metadados, nas organizações que porventura não disponham de elementos que compõem o Perfil MGB completo, recomenda-se o uso do perfil MGB sumarizado. O Quadro 2- Seções, entidades e elementos do perfil completo de metadados geográficos brasileiro.2 apresenta as seções e elemento/entidades do perfil completo e o Quadro 3- Entidades e elementos do perfil brasileiro de metadados sumarizado (Fonte: CONCAR, 2009) o perfil sumarizado. 1 O CEMG é composto por representantes dos principais órgãos produtores de dados geoespaciais no Brasil e reuniu-se ao longo dos anos de 2008 e 2009 com o objetivo de especificar um perfil nacional de metadados geoespaciais (CONCAR, 2009), submetendo-o a consulta pública. 24

27 Quadro 2- Seções, entidades e elementos do perfil completo de metadados geográficos brasileiro. Seção Entidade/Elemento Entidade/Elemento Identificação Identificação do CDG Informação de restrição Qualidade Informação de Manutenção Informação de Representação Espacial Sistema de Referência Citação Resumo Objetivo Créditos Status Responsável pelo Recurso Palavras Chaves Descritivas Pré-visualização Gráfica Informação de Dados Agregados Tipo de Representação Espacial Escala Idioma Norma de Codificação de Caracteres Categoria Temática Ambiente de Produção Extensão Restrição Legal Restrição de Segurança Nível Hierárquico Linhagem Relatório Freqüência de Manutenção e Atualização Representação Espacial Vetorial Representação Espacial Matricial Identificador do Sistema de Referência Título Data Edição Séries ISBN Nome da Organização Função Disciplinar Toponímia Temática Nome Tipo de Associação Escala equivalente Extensão Geográfica Extensão temporal Extensão Altimétrica- Batimétrica Restrição de Acesso Restrição de Uso Classificação Declaração Fontes dos Dados Denominados escala Etapas do Processo Completude Consistência Lógica Exatidão Posicional Exatidão Temporal Exatidão Temática Nível Topológico Tipos de Objetos Geométricos Representação Espacial Matricial Georretificada Representação Espacial Matricial Georreferenciável 25

28 Informação de Conteúdo Distribuição Metametadados Elipsóide Parâmetros de Elipsóide Datum Projeção Parâmetros de Projeção Descrição do Catálogo de Feições Descrição do Conteúdo dos Dados Matriciais Formato de distribuição Opções de Transferência Digital Responsável Dados dos Metadados Identificador de Metadados Idioma dos Metadados Nível Hierárquico Norma de codificação de caracteres dos Metadados Designação da Norma e Perfil de Metadados Responsável pelos Metadados Versão da Norma de Metadados Restrições Legais Semi-eixo maior Achatamento Catálogo Incluído Citação do Catálogo de Feições Descrição do conteúdo da partição ( pixel) Tipo da Informação representada pelo valor do pixel Descrição da imagem Banda espectral Acesso Online Acesso Offline Nome da organização Função Nome da Organização Função Restrições de Acesso Restrições de Uso 26

29 Quadro 3- Entidades e elementos do perfil brasileiro de metadados sumarizado (Fonte: CONCAR, 2009) Entidade/elemento Sumarizado Título Obrigatório Data Obrigatório Responsável Obrigatório Extensão Geográfica Opcional Idioma Obrigatório Código de Caracteres do CDG Condicional Categoria Temática Obrigatório Resolução Espacial Opcional Resumo Obrigatório Formato de Distribuição Obrigatório Extensão Temporal e Altimétrica Opcional Tipo de Representação Espacial Opcional Sistema de Referência Obrigatório Linhagem Opcional Acesso Online Opcional Identificador de Metadados Opcional Nome e Padrão de Metadados Opcional Versão da Norma de Metadados Opcional Idioma dos Metadados Condicional Código de Caracteres dos Metadados Condicional Responsável pelos Metadados Obrigatório Dados dos Metadados Obrigatório Status Obrigatório 2. Infraestrutura Espacial de Dados (IDE) A partir do levantamento de diferentes significados do conceito IDE, constatouse que não existe uma definição única ou mesmo um consenso. Seu objetivo principal é compartilhar dados por meio de padrões abertos entre as instituições. As diferenças estão basicamente relacionadas ao contexto escolhido, porém tendo muito em comum, ou seja, assumem que as IDEs são um conjunto de componentes e princípios que contemplam harmonia, sendo um conceito relativamente novo que tende a sofrer uma considerável evolução em termos conceituais e metodológicos. Encarada como iniciativa, ferramenta ou estratégia, o importante é que as IDEs estão emergindo de maneira a diminuir os custos com levantamentos cartográficos, diminuir no sentido de não fazer coletas redundantes de informações, o que vem despendendo recursos em diversas organizações que não tem um sistema de gerenciamento de informações e nem uma política de distribuição das mesmas. 27

30 O termo IDE instituído em 1993 pelo Conselho Nacional de Pesquisa da união Européia para descrever, entre outras coisas, a oferta de acesso a informações geográficas padronizadas. O FGDC define IDE como o conjunto de "tecnologias, políticas, normas, recursos humanos e atividades relacionadas, necessárias para aquisição, processamento, distribuição, utilização, manutenção e preservação de dados espaciais em todos os níveis de governo, os setores privados e sem fins lucrativos, e universidades ( Magüire & Longley, 2005). As IDEs existem em diversas escalas ( global, nacional, estadual, regional e local) embora os mesmos princípios básicos aplicáveis em todas as escalas. Magüire & Longley (2005) destacam que mais de 100 programas de IDE foram estabelecidas dentro e entre muitos países. Programas regionais, nacionais e internacionais vêem trabalhando para melhorar o acesso aos dados geográficos disponíveis, promover a sua reutilização, garantir a disponibilização das informações geoespaciais sem investimentos adicionais. O grande aumento na produção de dados geoespaciais, aliado à necessidade da digitalização dessas informações, criaram a necessidade da definição de padrões tecnológicos e políticos, auxiliando no gerenciamento das infraestruturas de dados geoespaciais, formando-se, assim, o conceito de IDE (Granemann, 2009), a fim de garantir os recursos financeiros e tecnológicos sejam utilizados de maneira correta, tornando as informações geoespaciais facilmente acessíveis aos seus usuários. As pesquisas sobre requisitos de IDEs começaram em 1995 na Europa e Ásia- Pacífico e em 2000 nas Américas, principalmente em resposta à evolução de infraestruturas nacionais de dados ocorrendo em poucas nações dentro dessas regiões ( Longhorn, 2003). Como definido pelo Conselho Nacional Holandês, uma IDE é uma coleção de políticas, dados, padrões, tecnologias (hardware, software e comunicações eletrônicas) e conhecimentos que provê as informações geográficas necessárias para uma determinada tarefa (Rajabifard, 2001). Já o comitê americano explica que IDEs consistem de organizações e indivíduos que geram ou utilizam dados geoespaciais e as tecnologias que facilitam o uso e a transferência desses dados (Rajabifard, 1999). As IDEs têm o potencial de aumentar as oportunidades comerciais para a indústria da informação geográfica e promover a utilização generalizada de conjuntos de dados geoespaciais disponíveis que são essenciais para otimizar a tecnologia geoespacial, dando apoio para os processos de tomada de decisão (Feeney et al., 28