ESTUDO COMPARATIVO ENTRE FERRAMENTAS DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA INTEGRAÇÃO VIA WEB SERVICES

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1 ESTUDO COMPARATIVO ENTRE FERRAMENTAS DE SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA PARA INTEGRAÇÃO VIA WEB SERVICES BRUNO UMEDA GRISI 1 FABIANA SOARES SANTANA 2 ANTONIO MAURO SARAIVA 3 MARCOS NOGUEIRA 4 ALBERT MASSAYUKI KUNIYOSHI 5 RESUMO: Sistemas de Informação Geográfica, SIG, permitem o tratamento útil e centralizado dos dados digitais disponíveis na Internet para aplicações agro-ambientais. A fim de especificar e desenvolver padrões que promovam a interoperabilidade entre SIG, empresas e instituições se organizaram em um consórcio internacional denominado Open Geospatial Consortium, OGC. Este consórcio definiu um conjunto de serviços computacionais baseados em tecnologia de web services, chamados de OGC Web Services, que permitem manipular dados geoespaciais na forma de serviços independentes e interoperáveis. A partir dos OGC Web Services, foram desenvolvidas aplicações que implementam esses serviços. Estas aplicações funcionam como provedores de serviços geoespaciais e simplificam a implementação de SIG em sistemas orientados a serviços. As principais aplicações desenvolvidas para este fim são o Deegree, o GeoServer e o MapServer. Cada aplicação possui características específicas, que podem interferir na sua adoção em função do tipo de problema a ser tratado. Este trabalho detalha estas três aplicações e apresenta uma análise comparativa entre elas, a fim de compor uma perspectiva mais clara dos conceitos a elas associados e das funcionalidades disponíveis em cada uma delas. Como resultado, o estudo comparativo permite avaliar e selecionar uma aplicação provedora de serviços geoespaciais para oferecer serviços de SIG baseados nos padrões definidos pelo OGC. A fim de justificar a avaliação destas aplicações, os principais conceitos de serviços para SIG e os serviços definidos pelo padrão OGC Web Services também são apresentados. PALAVRAS-CHAVE: Sistema de Informação Geográfica (SIG), Open Geospatial Consortium (OGC), OGC Web Services (OWS). COMPARATIVE STUDY AMONG GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS TOOLS FOR WEB SERVICES INTEGRATION ABSTRACT: Geographic Information Systems, GIS, allow the useful treatment of centralized digital data available on the Internet for agro-environmental applications. In order to specify and develop standards to promote interoperability between GIS, businesses and institutions organized an international consortium named as Open Geospatial Consortium, OGC. This consortium defined a set of computer services based on web services technology, named OGC Web Services, which handle geospatial data in the form of independent and interoperable services. The OGC Web Services have enabled the development of applications to implement these services. These applications act as providers of geospatial services and 1 Graduando de Engenharia da Computação, Universidade de São Paulo, 2 Doutora em Engenharia Elétrica, Mestre e Bacharel em Ciência da Computação, Universidade de São Paulo, 3 Professor Titular e Doutor em Engenharia Elétrica, Universidade de São Paulo, 4 Graduando de Engenharia da Computação, Universidade de São Paulo,, 5 Graduando de Engenharia da Computação, Universidade de São Paulo,

2 simplify the implementation of GIS in service-oriented systems. The main applications developed for this purpose are Deegree, GeoServer and MapServer. Each application has specific characteristics that may interfere in its adoption according to the problem being treated. This paper details these three applications and presents a comparative analysis among them so as to obtain a clear view of the concepts associated with them and the features available in each. As a result, the comparative study allows to assess and to select an application service provider to offer services geospatial GIS based os OGC standards. In order to justify the evaluation of these applications, the key GIS concepts and the services defined by OGC Web Services are also provided. KEY-WORDS: Geographic Information System (GIS), Open Geospatial Consortium (OGC), OGC Web Services (OWS). 1. INTRODUÇÃO A utilização de informações geoespaciais (Ratke, 2005) fornecidas por Sistemas de Informação Geográfica (SIG) vem crescendo nos últimos anos. PDA s, sistemas de navegação, celulares e aplicações web contribuem de forma cada vez mais notória às tomadas de decisão em todas as áreas industriais. Assim, mais usuários demandam serviços geoespaciais, porém nem sempre dispõem de software SIG integrado ao seu sistema para o processamento dos dados obtidos. Por outro lado, mais dados e serviços geoespaciais estão disponíveis pela Internet de modo totalmente descentralizado (Ratke, 2005). Existe, portanto, a necessidade de integrar dados geoespaciais em serviços interoperáveis que possam ser utilizados por SIG. O termo geoespacial (Chapman, 2005) está relacionado aos dados geograficamente referenciados ou, tão somente, dados georreferenciados. Assim, dados geoespaciais constituem um tipo particular de dados espaciais que estão relacionados à superfície da Terra. Um Sistema de Informação Geográfica (SIG) é um tipo particular de sistema de informação que possui capacidade para capturar, modelar, armazenar, processar, retornar, compartilhar, manipular, analisar e apresentar dados georeferenciados (Worboys e Duckham, 2004). Em 1994, foi constituído o consórcio internacional sem fins lucrativos Open Geospatial Consortium (OGC) [http://www.opengeospatial.org/] com o objetivo de estudar, especificar e desenvolver publicamente soluções de interoperabilidade entre SIG. Como consenso, surgiram os padrões utilitários para o tratamento complexo de informação geoespacial para todos os tipos de aplicações (Di, 2003). A especificação dos web services definidos pelo OGC, chamados de OGC Web Services ou OWS, faz parte das iniciativas para promover e consolidar a interoperabilidade entre SIG. Dentre os OWS especificados, destacam-se o WMS (Web Map Service), o WFS (Web Feature Service) e o WCS (Web Coverage Service), que permitem aos clientes web consultarem e receberem informação geoespacial na forma de imagem, vetor ou cobertura. A escolha por estes padrões decorre pelo fato de serem os mais difundidos atualmente. O WMS é provavelmente o mais conhecido dos padrões, em virtude de sua ampla aplicação pelos servidores de mapas, que os disponibilizam no formato de imagem. Em contraste com as imagens providas pelo WMS, o WFS realiza comunicação com as características (features) da informação geográfica, por meio das operações transacionais de consulta, inserção, alteração e remoção. O WCS é usado para transferir coberturas (coverages). (Marsden, 2009). Features são abstrações de fenômenos associados geograficamente a um local da superfície da Terra (Gomes, 2006). Coverages são objetos que revestem uma área geográfica e podem ser definidos por um conjunto de pontos de dados, como uma grid regular de pontos (pixels, por exemplo), um conjunto de curvas segmentadas, um conjunto de polígonos Thiessen ou uma rede irregular triangularizada (Marsden, 2009).

3 A partir da definição dos OWS, surgiram diversas aplicações que implementaram serviços geoespaciais tanto como servidor quanto como cliente. Com relação às aplicações servidoras, notam-se principalmente os projetos MapServer, GEOS, PostGIS, MapGuide, GeoTools, GeoServer e Deegree. As aplicações cliente são projetos web que visam à apresentação da informação geoespacial obtida por aplicações servidoras. Entre as diversas aplicações clientes, destacam-se os projetos MapBuilder, OpenLayers, GRASS, Google Earth, GDAL, gvsig e igeoportal (Ramsey, 2007). É importante destacar que a cooperação entre desenvolvedores de SIG permite o reuso de código e de bibliotecas entre áreas de desenvolvimento em C e Java. Um exemplo é a utilização do projeto MapServer por desenvolvedores Java por meio de bindings JNI (Java Native Interface) e/ou dos protocolos definidos para OWS (Ramsey, 2007). 2. OBJETIVO O objetivo deste artigo é realizar uma análise comparativa entre as três principais ferramentas que implementam serviços geoespaciais no lado Servidor, de acordo com a especificação do OGC. Essas ferramentas são o Deegree, o GeoServer e o MapServer. A seleção destas três ferramentas deve-se ao fato de que elas atendem os seguintes requisitos: 1) Implementar WMS; 2) Implementar WFS; 3) Implementar WCS; e 4) Permitir a implementação por Web Services (arquitetura SOA). Estes requisitos englobam os principais serviços definidos pelo OGC Web Services bem com a sua utilização em soluções orientadas a serviços. 3. MATERIAL E MÉTODOS O Deegree [http://www.deegree.org/], inicialmente denominado JaGo, foi desenvolvido em ambiente acadêmico na Universidade de Bonn, na Alemanha. A sua arquitetura (Ramsey, 2007) é motivo de destaque, porque ele foi projetado para ser extremamente modular e interoperável. Ela permite que vários componentes de um SIG possam ser executados em diferentes máquinas, ainda que seja apresentado externamente como um sistema unificado. Antes de sair do meio acadêmico, o Deegree já havia completado grande parcela da implementação dos OWS, incluindo o WMS e o WFS. Atualmente, o Deegree é uma API implementada em Java para o desenvolvimento de SIG em conformidade com a especificação do OGC. Embora o seu código-fonte esteja disponível para download, o projeto Deegree possui um modelo de desenvolvimento mais fechado, restringindo a modificação do códigofonte a apenas desenvolvedores considerados confiáveis. A versão estável publicada mais recente do projeto é o Deegree 2.2, que implementa vários serviços geoespaciais. O GeoServer é um projeto open source, desenvolvido em Java a partir da biblioteca GeoTools, que permite aos usuários compartilharem e modificarem dados geoespaciais por meio de serviços implementados de acordo com a especificação OGC. Além das capacidades mais comuns do WMS e WFS, o GeoServer implementa também o WFS-T, que possibilita a modificação de dados geoespaciais de mapas por meio de operações transacionais. O GeoServer inclui o suporte a saídas em KML e no formato tiled maps, além da configuração e gerenciamento web de aplicações. A Keyhole Markup Language (KML) é uma linguagem fundamentada no XML cujo foco é a visualização de mapas e imagens. Esta linguagem é muito útil ao tratamento dos dados geoespaciais por OWS, uma vez que consiste no complemento à maioria das chaves existentes nos padrões OGC, principalmente no que diz respeito à GML (Geographic Markup Language), WFS e WMS. O MapServer é um projeto open source de aplicação servidora, implementado em C, que vem sendo desenvolvido desde meados de Desde as primeiras versões, o MapServer

4 apresentava suporte de execução em diversas plataformas (Unix e Windows), representando um grande diferencial na época em que as aplicações servidoras predominantes eram proprietárias. O projeto possui grande modularidade e, atualmente, suporta múltiplos formatos de entrada e de saída. Com relação a outros aspectos técnicos, o MapServer é extremamente bem sucedido, visto que é o melhor em desempenho no processamento de dados georeferenciados em grande quantidade (Song, 2004). 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO As principais características das ferramentas estudadas estão apresentadas na Tabela 1. A principal diferença entre o GeoServer e o MapServer é que este visa sobretudo o desenvolvimento de aplicações específicas, enquanto que o primeiro foi concebido nos moldes dos OWS. O GeoServer funciona como um gerador de serviços geoespaciais para aplicações cliente, ao passo que o Mapserver é mais utilizado no desenvolvimento de mapas interativos ou em operações de processamento de geometrias, específicas de uma aplicação cliente (Moretti, 2009). Já o Deegree implementa o WMS, o WFS (incluindo suporte ao WFS-T, Web Feature Service Transactional), o WCS e o CSW (incluindo suporte ao CSW-T, Catalogue Service Transactional). Características Tabela 1 Características das aplicações provedoras de serviços geoespaciais. Ferramentas Deegree GeoServer MapServer Data de Criação do Projeto Linguagem de Programação Java Java C Implementação de Referência pelo OGC WMS WFS Suporte a WMS Suporte a WFS Suporte a WFS-T Suporte a WCS Provas de conceito foram realizadas a fim de se obter um melhor entendimento das ferramentas estudadas. Com elas, foi possível identificar e avaliar com maior precisão as facilidades e restrições de cada projeto relacionado. A implementação do WMS por meio do GeoServer foi bem sucedida de forma a apresentar mapas conforme requisição do cliente. No entanto, foram identificadas duas limitações no sistema desenvolvido: 1) Por padrão do próprio GeoServer, a cada acesso a uma aplicação é necessário configurar o servidor para a utilização dos serviços implementados; e 2) O GeoServer permite o acesso a todas as aplicações existentes, independente do usuário que realiza a conexão. Estes problemas não ocorrem no MapServer. No caso do Deegree, o principal problema está relacionado ao modelo de desenvolvimento, que não é completamente open source. Para realizar a implementação do WMS no MapServer, foram instalados os pacotes de instalação do projeto e, com o auxílio do Apache HTTP Server, executou-se a seguinte requisição:

5 bin/mapserv.exe?map=c:\maps\itasca.map&mode=map. O retorno desta requisição pelo MapServer é o mapa apresentado na Figura 1. É importante ressaltar que o MapServer utiliza arquivos particulares do projeto denominados mapfile (formato.map). Estes arquivos são fundamentados nas linguagens de marcação, como XML, e são usados para a configuração do acesso aos dados geoespaciais e de suas características de estilo. 5. CONCLUSÃO O estudo comprova que, de acordo com a especificação do OGC, as três ferramentas estudadas são integralmente compatíveis com o WMS. O principal problema com o Deegree é o modelo de desenvolvimento, com o GeoServer é a necessidade de reconfigurar o servidor para utilizar os serviços implementados e com o MapServer é a ausência de operações transacionais. Enquanto o MapServer provê funções básicas do WFS, o GeoServer e o Deegree apresentam a implementação completa do WFS, incluindo também as operações transacionais com banco de dados de SIG. No entanto, o MapServer possui o melhor desempenho na velocidade de processamento de uma grande quantidade de dados georeferenciados em um SIG. Já o Deegree e o GeoServer são aplicações servidoras desenvolvidas em Java e orientados às linguagens XML/GML e, portanto, constituem plataformas independentes. 6. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à FAPESP Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo pelo suporte aos projetos temáticos openmodeller (04/ ) e BioAbelha (04/ ). 7. REFERÊNCIAS Chapman, A.D., Muñoz, M.E.S., and Koch,I Environmental information: placing biodiversity phenomena in an ecological and environmental context. Biodiversity Informatics 2: Gomes, M. M.; Rocha, A.; Coelho, A. F.; Sousa A. A.. Acesso Interoperável a Informação Geográfica para Disponibilização de Modelos Urbanos 3D em Dispositivos Móveis. XATA2006, P , Hilton, B. N.. Emerging Spatial Information Systems and Applications. In: ZHAO, P.; YU, G.; LIPING, D. (eds.). Geospatial Web Services. George Mason University P Marsden, Richard. Overview: WMS, WFS, WCS. Geoweb Guru, Disponível em acesso em 27 de agosto de Ramsey, P. The State of Open Source GIS. Refractions Research Inc., p. Ratke, C. Implementation of an OGC conform distributed GIS, Tese de Bacharelado. Georg-August-University Göttingen. Göttingen. 73p. Song, X.; Kono, Y.; Shibayama, M.. An Open Source GIS Solution for Discovering Cambodia through Maps and Facts. Proceedings of the FOSS/GRASS Users Conference, Bangkok, Thailand, P , Tu, S.; Abdelguerfi, M.. Web Services for Geographic Information Systems. IEEE Internet Computing, vol.10, n. 5, P.13-15, Worboys, M.; Duckham M.. GIS: A Computing Perspective. CRC Press, 2 nd Edition, P

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