ArgoCASEGEO + TerraLib = bancos de dados geográficos para aplicações Small GIS

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1 ArgoCASEGEO + TerraLib = bancos de dados geográficos para aplicações Small GIS Alexandre Gazola, Gustavo Breder Sampaio, Jugurta Lisboa Filho Departamento de Informática Universidade Federal de Viçosa (UFV) CEP Viçosa MG Brasil {agazola,gustavobreder,jugurta}@dpi.ufv.br Abstract. This paper presents how was performed the integration between the ArgoCASEGEO CASE-tool and the spatial-component library TerraLib to enable the automatic generation of geographic database schemas for several GIS applications. Resumo. Este artigo apresenta como foi realizada a integração entre a ferramenta CASE ArgoCASEGEO e a biblioteca de componenetes espaciais TerraLib, de maneira a viabilizar a geração automática de esquemas de bancos de dados geográficos para diversas aplicações de SIG. 1. Introdução ArgoCASEGEO [Lisboa Filho et al., 2004] é uma ferramenta CASE que pode ser utilizada para o projeto de bancos de dados geográficos, sendo baseada no modelo conceitual UML-GeoFrame [Lisboa and Iochpe, 1999]. Aplicações Small GIS são sistemas de informação capazes de executar um conjunto limitado de operações envolvendo dados espaciais. São frequentemente baseados em uma biblioteca de componentes espaciais, dispensando, dessa forma, a necessidade de integração a um software completo de Sistema de Informação Geográfica (SIG). TerraLib [Câmara et al., 2000] é uma biblioteca de classes C++ particularmente adequada para a construção de aplicações Small GIS. É um projeto open-source em desenvolvimento no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), na Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio) e na Fundação de Ciência, Aplicações e Tecnologias Espaciais (FUNCATE). Este artigo descreve como foi realizada a integração entre a ferramenta ArgoCASEGEO e a biblioteca TerraLib, de maneira a permitir a geração automática de esquemas de bancos de dados geográficos para aplicações Small GIS. A arquitetura do Módulo de Geração Automática TerraLib (MGA-TerraLib) para a ferramenta é apresentada em detalhes. Esse módulo converte esquemas no modelo conceitual UML- GeoFrame para esquemas lógico-espaciais no modelo da biblioteca TerraLib. Este artigo está organizado da seguinte forma. A Seção 2 descreve o processo geral de geração automática. A Seção 3 explica o funcionamento e arquitetura do MGA- TerraLib. Por fim, a Seção 4 traz as considerações finais.

2 2. MDA e Geração Automática Tendo realizado a modelagem conceitual, o usuário necessita transformar o esquema elaborado em uma implementação efetiva, caracterizando uma aplicação de SIG. Para realizar essa tarefa, é necessário definir o SIG que será utilizado. Como cada software de SIG possui seu próprio modelo lógico de dados, não é possível estabelecer um conjunto único de regras de transformação para fazer a geração automática do esquema lógico-espacial, ao contrário, por exemplo, da transformação de esquemas conceituais Entidade-Relacionamento em esquemas lógicos dos SGBD relacionais. Desta forma, para cada software de SIG, a ferramenta ArgoCASEGEO necessita de um Módulo de Geração Automática (MGA) específico. O processo de geração automática descrito na Seção 3 foi desenvolvido em termos da MDA (Model Driven Architecture Arquitetura Dirigida ao Modelo) [OMG, 2001]. Baseada nos padrões estabelecidos do OMG, a idéia da MDA é separar a especificação da arquitetura do sistema dos detalhes da plataforma na qual o sistema será implementado. Esse objetivo é atingido através de três modelos principais: Modelo Independente de Plataforma (PIM) Esse é o primeiro modelo gerado. É utilizado para descrever o sistema sem considerar a tecnologia que será utilizada. Modelo Específico de Plataforma (PSM) É o próximo passo do processo, ou seja, o PIM é transformado em um ou mais PSMs. Portanto, o PSM continua a ser o mesmo modelo, mas agora os detalhes da plataforma de implementação são levados em consideração. Modelo de Código É o ultimo passo, o qual é responsável por transformar cada PSM em código. ArgoCASEGEO utiliza uma extensão da UML (UML-GeoFrame) para especificar PIMs. Uma ferramenta pode transformar um PIM diretamente em código final, sem produzir um PSM [OMG, 2001]. Os MGAs implementados na ArgoCASEGEO funcionam dessa maneira, visto que transformam um PIM em uma implementação efetiva de esquema lógico de banco de dados. 3. O Módulo de Geração Automática TerraLib Um resumo das regras de conversão usadas na implementação do Módulo de Geração Automática TerraLib (MGA-TerraLib) é exibido nesta seção. Primeiramente, é explicado o modelo lógico da biblioteca TerraLib O Modelo TerraLib TerraLib define um modelo de dados geográficos e provê suporte para esse modelo em uma variedade de SGBDs (MySQL, PostgreSQL, ORACLE, SQL Server e ACCESS), sendo implementada como uma biblioteca de classes e funções escritas em ANSI-C++ (INCITS / ISO/ IEC 14882:1998) [Vinha and Ferreira, 2005]. Um banco de dados TerraLib é composto por um conjunto de tabelas relacionais materializadas em um dos SGBDs suportados pela TerraLib. Essa independência de SGBD é conseguida através do uso de herança e polimorfismo. A classe abstrata TeDatabase é especializada, tendo seus métodos implementados pelas classes

3 específicas responsáveis pelos bancos de dados. Estas últimas recebem o nome de drivers. As informações armazenadas nas tabelas do banco de dados podem ser trazidas para a memória e manipuladas pelas classes da TerraLib. Dois grupos de tabelas relacionais são encontrados na biblioteca TerraLib: Tabelas de metadados são utilizadas para guardar os conceitos da biblioteca TerraLib, tais como layers, temas, views, etc. Essas tabelas possuem formato pré-definido de modo a serem usadas pelas classes da biblioteca no processo de leitura. Tabelas de dados são utilizadas para armazenar a componente descritiva do dado, a qual possui formato livre e dependente da aplicação Módulo de Geração Automática TerraLib O Módulo de Geração Automática TerraLib (MGA-TerraLib) foi implementado utilizando as linguagens Java e C++. A entrada do módulo consiste na identificação do dicionário de dados que contém o esquema conceitual a ser transformado (arquivo XML/XMI), bem como o respectivo SGBD para o qual o modelo TerraLib será gerado. Uma regra de transformação única é aplicada para cada elemento do esquema conceitual de dados. Essas regras estão brevemente descritas na subseção Detalhes da arquitetura do MGA-TerraLib são discutidos na subseção Regras de Transformação As regras de transformação implementadas pela ferramenta mapeiam univocamente um elemento do modelo UML-Geoframe em um elemento do modelo da TerraLib. Um total de seis regras é implementado pelo módulo da seguinte maneira: pacotes são convertidos em views; objetos geográficos são mapeados em layes e temas, tendo seus atributos e tabelas de geometrias gerados apropriadamente; objetos não-geográficos (objetos que não possuem representação espacial) são transformados em tabelas relacionais; relacionamentos de associação, agregação e composição seguem as mesmas regras especificadas em um esquema de SGBD relacional [Elmasri, 2000]. Para um tratamento completo das regras de transformação utilizadas pelo MGA-TerraLib e exemplo de utilização através de um estudo de caso, consultar [Gazola and Lisboa Filho, 2005]. Regras de transformação considerando aspectos temporais são descritas em [Sampaio et al., 2005] A Arquitetura do MGA-TerraLib O MGA-TerraLib é composto por um Parser, por uma DLL e pela biblioteca TerraLib. Como todos os módulos da ArgoCASEGEO, o Parser também é implementado em Java. Ele é responsável pela leitura do documento XML/XMI, que representa o modelo conceitual elaborado pelo usuário. Representar o modelo conceitual como um documento XML/XMI é fundamental para interoperabilidade, pois é através desse arquivo que outros módulos de geração automática (e.g., MGA-Shapefile) poderão obter informações essenciais do esquema criado, independente da plataforma de implementação. Com isso, é possível gerar esquemas para outro software de SIG além

4 da TerraLib, desde que sejam implementados algoritmos capazes de ler o documento XML/XMI e executar operações específicas do determinado software de SIG. A DLL é uma camada intermediária com o objetivo de habilitar a comunicação entre o Parser Java e a biblioteca TerraLib C++. A DLL segue as convenções da Java Native Interface (JNI). JNI torna uma aplicação Java capaz de executar métodos escritos numa linguagem dependente de plataforma [JNI, 2003]. Esses métodos precisam possuir uma assinatura especial e serem colocados dentro de uma biblioteca DLL, a qual é carregada pela aplicação Java e executada quando os métodos Java nativos correspondentes são invocados. Por fim, a biblioteca TerraLib é responsável por efetivamente gerar as tabelas e objetos que irão compor o banco de dados geográfico. A arquitetura do MGA-TerraLib é exibida na Figura 1. Figura 1. Arquitetura do MGA-TerraLib 4. Conclusões Este artigo apresentou a integração entre a ferramenta CASE ArgoCASEGEO e a biblioteca de componentes espaciais TerraLib para a construção de bancos de dados geográficos a partir de esquemas conceituais de dados. Com isso, a arquitetura da aplicação é separada de sua implementação, de acordo com a especificação MDA. [OMG, 2001]. Foi explicada de maneira detalhada a arquitetura do Módulo de Geração Automática TerraLib, o qual, utilizando-se de regras de mapeamento específicas, transforma elementos do modelo UML-GeoFrame em elementos do modelo TerraLib. Como resultado dessa integração, os programadores de aplicações Small GIS (usuários da TerraLib) podem contar com uma ferramenta que, além de auxiliar na criação da documentação de seus sistemas, pode reduzir significativamente o tempo de desenvolvimento e aumentar a qualidade do projeto de banco de dados. Agradecimentos Este trabalho foi parcialmente financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico CNPq, entidade governamental brasileira promotora do desenvolvimento científico e tecnológico e pela Fapemig Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais.

5 Referências Câmara, G. et al. (2000), TerraLib: Technology in Support of GIS Innovation. In II Brazilian Symposium in Geoinformatics, GeoInfo2000, São Paulo. Elmasri, R. and Navathe, S. B. (2000), Fundamentals of Database Systems, Addison- Wesley. Frank. A. U. (2002), BIG GIS/Small GIS - the commercialization of geographic information, In: IV Simpósio Brasileiro de Geoinformática (GEOINFO), Caxambú- MG. Available in Gazola, A. and Lisboa Filho, J. (2005), Projeto Automatizado de Bancos de Dados Geográficos para Aplicações Small GIS, Revista Eletrônica de Iniciação Científica (REIC), SBC, 2005, n. 4. Goodchild, M. F. (1992), Geographical data modelling, Computers & Geosciences, v.18, n.4. Lisboa Filho, J. and Iochpe, C. (1999), Specifying analysis patterns for geographic databases on the basis of a conceptual framework. In Proc.7th ACM GIS, Kansas City. Lisboa F., J. and Sodré, V. F. and Daltio, J. and Rodrigues Jr., M. F. and Vilela, V. M. (2004), A CASE tool for geographic database design supporting analysis patterns. In Proc. of Conceptual Modeling for Advanced Application Domains. 1st Int. Workshop on Conceptual Modelling for GIS (CoMoGIS ER2004), LNCS 3289, Springer, Shanghai, China. Object Management Group (2001), Model Driven Architecture (MDA) Specification. Sampaio, G. B. and Gazola, A. and Lisboa Filho, J. (2005), Modelagem e Projeto de Bancos de Dados Geográficos com Características Temporais. In II Simpósio Mineiro de Sistemas de Informação (SMSI), Belo Horizonte-MG. SUN Microsystems (2003), Java 2 Platform API Specification: Java Native Interface (JNI). Vinhas, L. and Ferreira, K. R. (2005), Descrição da TerraLib. In: Casanova, M. A. et. al. Bancos de Dados Geográficos, Curitiba: MundoGeo.