Ambiente de monitoramento para o Canal da Piracema

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1 Ambiente de monitoramento para o Canal da Piracema Thiago Bitencourt CELTAB thiago.mbitencourt@gmail.com Luis Valdés CELTAB luisvaldes88@gmail.com Gustavo Valiati CELTAB gustavovaliati@gmail.com Resumo This document presents a general body of a project to solve the current situation of Piracema channel. The researchers need their tools to make everything as automated as possible and with posibilities of gather real-time information. Our proposal is to change old proprietary software with new open innovative solutions. Keywords: Monitoramento, Canal da Piracema, Open Source, Raspberry Pi, RFID Introdução O canal da piracema foi criado para facilitar a migração reprodutiva dos peixes no período da piracema e seu retorno no período de outono e inverno, quando ocorre a migração trófica para áreas de alimentação. A ligação é fundamental para a conservação da biodiversidade. O canal usa um trecho do leito do Rio Bela Vista para vencer o desnível médio de 120 metros existente entre o Rio Paraná e a superfície do reservatório e tem extensão de 10 quilômetros, dos quais quatro quilômetros são de leito artificial. O canal da piracema foi construído após a avaliação das condições de migração das espécies de peixes do Rio Paraná. Depois da construção do canal, a Itaipu estuda nele, a migração dos peixes em parceria com alguns grupos de pesquisa, permitindo o acompanhamento da dispersão das espécies e fornecendo informações sobre o ciclo migratório. Com isso é possível implementar medidas de redução de impactos ambientais causado pela construção da barragem. O projeto foi iniciado em 1996 e consiste no monitoramento dos peixes por meio de radiotransmissores implantados. Quatro pontos ao longo do canal são responsáveis por captar os sinais dos peixes que já receberam a implantação dos transmissores, e então armazenar os dados coletados. Desde o inicio do projeto mais de 45 mil peixes foram marcados, mas com a tecnologia de radiotransmissores foram 1300 marcações. Com o monitoramento foi possível perceber, por exemplo, exemplares marcados em Itaipu que migraram 625 km até o lago artificial da usina de Porto Primavera [1]. A tecnologia em uso atualmente, apresenta alguns pontos negativos que dificultam o processo de extração de conhecimento com base nos dados coletados. Portanto, é de interesse dos coordenadores do projeto que tais pontos sejam eliminados, tornando o processo mais eficiente e otimizado. Este documento tem com objetivo apresentar uma solução baseada em um ambiente otimizado que atende as necessidades do projeto, possibilitando a extensão do mesmo. É feita uma apresentação da solução atualmente utilizada, apresentando os seus pontos negativos e posteriormente é apresentada a proposta de um modelo que atende as necessidades do projeto. 1

2 1 Situação atual 1.1 Como é a tecnologia? A tecnologia utilizada para realizar o processo de monitoramento da migração dos peixes, é composta por: Transmissor implantado no peixe. RFID Radio Frequency Identification, em que utiliza-se ondas eletromagnéticas para acessar dados armazenados em um microchip (Passive Integrated Transponder PIT-tag). Hardware de leitura (Reader). Conjunto de equipamentos composto por uma antena e um módulo de controle, responsáveis por fazer a leitura, via radiotransmissão, dos transmissores dos peixes marcados. A Figura 1 representa a estrutura do Reader. Sistema operacional Windows XP. Sistema operacional que opera sobre o computador presente no ponto de coleta, como requisito de funcionamento para o sistema TIRIS S2000. Computador. Elemento necessário para hospedar o sistema TIRIS S2000. Sistema TIRIS S2000 Texas Instruments. Sistema responsável por coletar os dados providos pelo hardware na leitura realizada sobre os peixes. A interface gráfica do sistema pode ser observada na Figura 2. Figura 1: Estrutura do reader. 2

3 CELTAB 18 de Junho 2013 Figura 2: TIRIS Multireader Program. 1.2 Quais os problemas? Nesta composic a o, alguns problemas foram identificados, sendo eles: Multireader so roda em Windows XP. O sistema TIRIS S2000 tem como requisito o sistema operacional Windows XP. Em uma eventual necessidade de troca do computador por um equipamento moderno, a utilizac a o do sistema operacional Windows XP se torna invia vel, ja que a Microsoft na o oferece mais suporte ao mesmo [2]. Programa em ingle s. O sistema TIRIS S2000 usa padra o de configurac a o internacional, trazendo problemas com questo es de idiomas e formato de data/hora. Acesso apenas local. Em cada ponto de coleta, existe um computador que faz o armazenamento dos dados coletados, o que implica na descentralizac a o dos dados. Banco de dados. O banco de dados utilizado e alimentado manualmente. Uma coleta manual e realizada em cada ponto, e o usua rio e responsa vel por inserir os dados na planilha (banco de dados Access). Falta um software mais adequado para ana lise dos dados. Os usua rios encontram grande dificuldade na manipulac a o dos dados armazenados nas planilhas, quando procuram fazer remoc a o de informac a o inva lida e extrac a o de conhecimento, devido ao fato de que e feito de maneira manual. 3

4 2 Solução Proposta Nesta seção são apresentadas as características de um sistema que atende as necessidades já mencionadas, além de oferecer flexibilidade para evolução do projeto. Permitir importação de dados antigos. O sistema possibilita que a base de dados antiga (Access) seja importada para o novo ambiente, para que os dados fiquem armazenados e acessíveis em um único local, evitando a descentralização. A importação é acompanhada, caso necessário, de uma filtragem de dados redundantes, que podem ser encontrados na base antiga. Persistir dados em forma local e remota, com tolerância a falhas. Cada ponto de coleta está equipado com um Raspberry PI [3], que faz a leitura dos dados recebidos da antena e armazena esses dados localmente (Em um cartão de memória, por exemplo) e verifica se existe conexão com o banco dados central. Se existir, envia os dados para o servidor através do meio de comunicação utilizando um protocolo de transmissão de dados. Caso não exista conexão com a base de dados central, os dados são armazenados localmente. Os dados coletados devem ser filtrados antes da persistência. Quando o sistema efetua a leitura dos dados oriundos do Reader, é realizada a filtragem de dados redundantes, para que não sejam persistidos dados inúteis (redundantes), aproveitando adequadamente o espaço de armazenamento, a banda de rede e evitando processamento desnecessário. Oferecer interface de importação e exportação de dados. Alguns pontos de coleta de dados podem não estar conectados com a base de dados central e, portanto, os dados são persistidos apenas localmente. Para que seja possível a centralização dos dados mesmo sem conexão, é oferecida uma interface de exportação no ponto de coleta, que conta com uma porta USB na qual é possível conectar um dispositivo de armazenamento removível, para onde os dados serão exportados. Os dados exportados de um ponto de coleta podem ser importados para a base de dados central. O sistema verificará a integridade dos dados e evitará que dados redundantes sejam armazenados. Oferecer interface de monitoramento dos pontos de coleta. O sistema permite monitorar cada ponto de coleta, com objetivo de verificar seu funcionamento e integridade. Permite visualizar as seguintes informações: Verificar se os dados estão sincronizados, para evitar perdas. Quando um ponto não está conectado com o servidor, persiste os dados localmente e quando esse ponto se conectar ao servidor, os dados devem ser persistidos na base central. Portanto, o sistema deve ser capaz de verificar quais dados ainda não foram armazenados para evitar redundância de dados e garantir a integridade dos mesmos. Verificar a comunicação com os pontos. Quando a comunicação com um ponto está estabelecida o sistema mantém contato com o mesmo. Quando a comunicação não existe, o sistema emite uma notificação para que a coleta manual seja feita. Ou seja, é necessário fazer a exportação dos dados no ponto de coleta e a importação dos mesmos para o sistema. Monitoramento em tempo real. Criar um serviço que forneça os dados em tempo real, para que outras aplicações possam acessar. O objetivo do sistema é manter uma base de conhecimento para fins de estudo e pesquisa e, portanto, o sistema oferece uma interface que fornece os dados armazenados na base de dados e também dados em tempo real. Com isso, é possível desenvolver aplicações que farão a leitura dos dados fornecidos, utilizando técnicas de data mining, para que sejam feitos estudos mais elaborados e complexos. 4

5 Interface de configuração da antena e RFID. Interface de configuração do equipamento responsável por captar os dados da antena e também inserir dados em novos RFIDs. A Figura sistema. 3 apresenta um diagrama simplificado das funcionalidades que serão oferecidas pelo Figura 3: Sistema de monitoramento de peixes. 3 Materiais necessários 3.1 Pontos de Coleta Raspberry Pi (Figura 4) equipado com sistema operacional Linux e o sistema responsável por fazer a leitura e persistência dos dados. Cartão de memória SD (Figura 5) para atuar como disco rígido. Fonte de energia 2,5 volt via MicroUSB ou header GPIO (Figura 7). Meio de comunicação com a base de dados central (Rede Local, USB Wireless (Figura 6), 3G e etc.). Disco rígido removível com interface USB (Figura 8) para exportação dos dados. 5

6 Figura 4: Raspberry Pi. Figura 5: Cartão de memoria SD 4Gb. Figura 6: Adaptador USB Wireless. Figura 7: Fonte Micro USB. Figura 8: Pendrive 4 Gb. 6

7 3.2 Custo aproximado por ponto Nome Custo estimado Raspberry Pi 150,00 Cartão de memória SD 30,00 USB Wireless 80,00 Pendrive 15,00 Fonte Micro USB 27,00 Custo total R$ 302, Software para Raspberry Pi Protocolo de comunicação com o Hardware data reader / multi reader. Sistema que utiliza o protocolo para a persistência dos dados local ou remota. Exportação dos dados. Sincronização com tolerância a falhas. 3.4 Software Servidor Interface de monitoramento em tempo real. Base de dados centralizada. Monitoramento dos pontos de coleta. Importação dos dados. Controle da sincronização dos dados. 3.5 Software de Interface Gráfica Visualizar os dados em tempo real. Visualizar dados da base de dados. Visualizar monitoramento dos pontos de coleta. Importação dos dados coletados manualmente. 4 Conclusão A solução proposta, tem como objetivo suprir as necessidades apresentadas pelo projeto de monitoramento do canal da piracema. A ideia inicial era de resolver alguns problemas pontuais que a solução corrente apresenta. Porém, foi identificado que ao implementar apenas a solução única e direta aos problemas descritos, implicaria em uma solução fraca e atrelada a realidade única do ambiente em que consiste o canal da piracema. A solução proposta por este documento, tem como objetivo, além de suprir as necessidades do projeto, oferecer uma solução de software livre baseada em tecnologias que podem ser estendidas a outros projetos similares, ou seja, uma solução adequada aos problemas apresentados mas que não está restrito a esses. 7

8 Ainda, os autores consideram como uma solução mínima para o ambiente problemático, a expansão da solução para além dos pontos citados. Já que, a solução de tais pontos são desconexas, referindo produção de resultados que implicariam em refatoração total da solução, em inevitáveis melhorias posteriores. Observando estas premissas, os autores propõem um ambiente dinâmico, integrado, com tecnologia de ponta, produzindo um ambiente de monitoramento moderno e otimizado, que pode ser usado como modelo para outros projetos. Referências [1] Itaipu, Canal da Piracema. Disponível em < Acessado em 17/06/2013. [2] Microsoft, Windows XP. Disponível em < xp.html> Acessado em 18/06/2013. [3] Raspberry Pi Foundation, Raspberry Pi. Disponível em < Acessado em 18/06/