Projeto USP-ICMC. Ecossistema de software como abordagem colaborativa para a gestão de riscos de inundação e resposta a desastres

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1 Universidade Estadual de São Paulo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação Programa de Ciências de Computação e Matemática Computacional Projeto USP-ICMC Ecossistema de software como abordagem colaborativa para a gestão de riscos de inundação e resposta a desastres Candidato: Sidgley Camargo de Andrade Orientador: Prof. Dr. João Porto de Albuquerque São Carlos SP Maio de 2015

2 Resumo: A ocorrência de desastres naturais, como as inundações, tem aumentado gradualmente devido às ações antrópicas e mudanças climáticas decorrentes dos últimos anos, provocando sérios problemas socioeconômicos. Isso tem chamado a atenção das autoridades públicas e agências de emergência que buscam soluções para resiliência contra os impactos desses fenômenos, prevenindo e combatendo situações de desastre com a colaboração da população. Com a massificação da Internet e dos dispositivos móveis e a eclosão das plataformas de crowdsourcing, sistemas de informação geográfica colaborativos têm sido propostos visando apoiar a população situada nas áreas de risco. Entretanto, as soluções ainda estão em fase de construção da credibilidade e maturidade dos processos e das funcionalidades disponíveis. Assim, este projeto de doutorado propõe uma abordagem colaborativa extra-organizacional e populacional de gestão de riscos e resposta a inundação apoiada pelo conceito de ecossistema de software. Também busca validar a plataforma da abordagem de ecossistema de software nas situações de alerta e emergência e estado de calamidade pública. 2

3 1 Introdução A ocorrência de desastres naturais tem aumentado gradualmente devido às ações antrópicas e mudanças climáticas decorrentes dos últimos anos. Fato esse noticiado por diversos canais de comunicação e pela magnitude e impacto dos fenômenos naturais das inundações (TUCCI; BERTONI, 2003), deslizamentos de terra, tornados e furacões. Dessa forma, a gestão de riscos tem sido tratada com prioridade pelas autoridades públicas que visam reduzir a exposição e vulnerabilidade da população a riscos, bem como promover mecanismos de resiliência contra desastres naturais. Como resultado, as autoridades esperam melhorar as condições de vivência da população situada nas regiões de risco, i.e. criar mecanismos de prevenção e estabilizar as condições de saúde, educação, moradia e transporte em situação de desastre. No Brasil, as inundações são desastres recorrentes em muitas regiões (TUCCI; BERTONI, 2003). Esses desastres são promovidos pelo crescimento urbano descontrolado (e.g. ocupação das áreas de várzea) e processo de urbanização (e.g. impermeabilização do solo). A legislação brasileira prevê que políticas públicas sejam elaboradas para minimizar a ocorrência e os impactos das inundações (e.g. construções de engenharia, serviços a população, sistemas de monitoramento e apoio a decisão, etc.), contudo, muitos municípios possuem dificuldades em implementá-las (IBGE, 2014). Com a massificação da Internet e dos dispositivos móveis e a evolução das plataformas de produtos e serviços online (Web 2.0) foi possível envolver a população no processo gestão de riscos e resposta a desastres (HEIPKE, 2010). Esse marco é fundamentado principalmente pelo conceito de consciência situacional e pelas informações geográficas voluntárias de plataformas de crowdsourcing (GOODCHILD, 2007), cujo objetivo é melhorar o conhecimento do local para a tomada de decisão. Outro fator que contribui com essa abordagem colaborativa é a escassez de informações locais relacionadas à situação de desastre (ALBUQUERQUE; ZIPF, 2012). Nesse sentido, pesquisas sobre Sistemas de Informação Geográfica (SIG) de apoio à decisão para gestão de riscos de inundação têm sido exploradas (HORITA et al., 2015; ALBUQUERQUE et al., 2015; WAN et al., 2014; MACEACHREN et al., 2011). Todavia, as soluções propostas ainda estão em fase de construção da credibilidade e maturidade dos processos e das funcionalidades disponíveis para apoiar a colaboração entre as agências de emergência e a população, bem como ajudá-los em situações de alerta e emergência. Um exemplo de pesquisa sobre SIG aplicado a gestão de riscos de inundação é o projeto A Geospatial Open collaborative Approach for Building Resilience against Flooding (2.1), foco deste projeto de doutorado. Para contribuir com o projeto AGORA é proposto uma abordagem colaborativa extra-organizacional e populacional para apoiar a gestão de risco de inundação com o propósito de melhorar a consciência situacional e apoiar planos de contingên- 3

4 cia nas situações de alerta e emergência e estado de calamidade pública (Seção 5). Essa abordagem será dirigida aos conceitos de Ecossistemas de Software (ECOSs), cuja definição envolve uma abordagem globalizada e colaborativa de gestão e desenvolvimento de produtos e serviços de software. Ressalta-se ainda que os ECOSs para gestão de riscos são uma lacuna na literatura, portanto, tema em potencial de pesquisa de doutorado. O restante desse projeto de doutorado está estruturado da seguinte forma: Na Seção 2 são abordados o contexto de pesquisa do projeto AGORA e o contexto das inundações no Brasil. As Seções 3 e 4 apresentam e relacionam os conceitos de Ecossistemas de Software (ECOSs), Informação Geográfica Voluntária (VIG), Crowdsourcing para Dados Geoespaciais, Qualidade de Dados Geográficos e Gestão de Riscos de Inundação (GRI) com o contexto de pesquisa. Na Seção 5 os objetivos e as questões de pesquisa são discutidas. A Seção 6 trata dos materiais e métodos utilizados para alcançar os objetivos propostos. Por fim, na Seção 7 é apresentado a proposta do plano de trabalho. 2 Contexto do Projeto de Doutorado Este projeto de doutorado procura realizar uma pesquisa aplicada para minimizar problemas socioeconômicos referentes às inundações. Assim, nesta seção, são apresentados: o contexto de pesquisa, o problema socioeconômico gerado pelas inundações e a motivação para o desenvolvimento da pesquisa aplicada. 2.1 Contexto de Pesquisa O presente projeto de doutorado é parte do escopo do projeto de pesquisa intitulado de A Geospatial Open collaborative Approach for Building Resilience against Flooding (AGORA). O projeto AGORA, vinculado ao projeto de pesquisa FAPESP n 12/ e projeto temático FAPESP n 08/ , cobre aspectos técnicos, sociais e econômicos da sociedade e desenvolve atividades de produção científica e transferência de conhecimento à comunidade acadêmica sobre Gestão de Riscos de Inundação (GRI), tornando-se um projeto catalisador para o avanço científico de conhecimento transdisciplinar e construção de arquiteturas de software abertas orientadas a serviços. Portanto, tem como objetivo transformar a pesquisa em produtos e serviços à sociedade

5 As plataformas GeoDashboard (HORITA et al., 2014; DEGROSSI et al., 2013), Flood Citizen Observatory (FCO) (DEGROSSI et al., 2014; DEGROSSI; ALBUQUER- QUE, 2014) e Volunteered Observation Service (VOS) são exemplos dessa transformação de pesquisa científica em produtos e serviços e estão disponíveis no website do projeto AGORA 3. GeoDashboard é um dashboard baseado em Web, o qual visa apoiar em tempo real a tomada de decisão através de um conjunto de indicadores de desempenho, essenciais para o monitoramento do risco de inundação. Essa ferramenta é construída em cima de frameworks de código aberto e geoserviços que seguem os padrões do Open Geospatial Consortium (OGC). Flood Citizen Observatory (FCO) é uma plataforma crowdsourcing a qual obtém informações geográficas de voluntários relacionadas à gestão de risco de inundação. [... ] Essa ferramenta é uma instância da plataforma Ushahidi. Volunteered Observation Service (VOS) é um framework que visa recuperar e disponibilizar informações geográficas de voluntárias coletadas a partir de plataformas crowdsourcing de maneira interoperável por meio de serviços geoespaciais (AGORA, 2014). Por consequência da heterogeneidade da origem dos dados, provenientes de bases oficiais (agências vinculados à gestão de riscos e resposta a desastres), redes de sensores sem-fio e informações voluntárias (ROCHA et al., 2014; AGORA, 2014), a arquitetura do projeto AGORA está fundamentada em três pilares (camadas) e seis componentes de software (Figura 1). A camada de aquisição é composta pelos componentes de coleta de dados voluntários e de plataformas crowdsourcing (AGORA-VOS: Volunteer As Sensor) (DE- GROSSI et al., 2014; DEGROSSI; ALBUQUERQUE, 2014), e por um componente de coleta e gerenciamento de geosensores heterogêneos (móveis e estáticos) que são distribuídos pelos rios, córregos ou pelas bacias hidrográficas (AGORA-SM: Dynamic Sensor Management) (HORITA et al., 2014; DEGROSSI et al., 2013). O gerenciamento e a fusão dos dados da camada de aquisição e a obtenção de informações de bases oficiais (AGORA-IFM: Information Fusion and Management), bem como a garantia da qualidade das informações (AGORA-QA: Information Quality Assurance), consistem nos dois componentes da camada de integração. Por fim, a camada de aplicação compreende os componentes de apoio à decisão (AGORA-DS: Decision Support) (HORITA; ALBUQUERQUE, 2013), dirigido às agências de gestão de riscos de inundação; e o componente de engajamento dos cidadãos (AGORA-CE: Citizen Engagement), dirigido aos sistemas de previsão e alerta

6 Figura 1: Arquitetura conceitual do projeto AGORA. É evidente o potencial de descentralização dos componentes da arquitetura AGORA, haja vista a interoperabilidade proporcionada pela troca de serviços internos (entre as camadas) e externos (entre outros sistemas de informação e bases oficiais externas), associada à metodologia participativa de intercomunicação organizacional entre esses componentes e agências de gestão de riscos e resposta a desastres (HORITA et al., 2014) (e.g. Agência Nacional de Águas (ANA) 4, Centro Nacional de Monitoramento e Alertas de Desastres Naturais (CEMADEN) 5, Defesa Civil e Corpo de Bombeiros). Entretanto, somente a aquisição e apresentação dos dados aos cidadãos e tomadores de decisão (representantes governamentais e de agências oficiais) não denotam a participação dos cidadãos no processo de gestão de riscos e resposta a desastres. Também, não está claro como o conjunto de componentes do projeto AGORA melhorará a gestão de riscos de inundação e a colaboração entre os cidadãos situados nas áreas de risco e as agências locais de gestão de riscos e resposta a desastres. Além disso, a credibilidade dos componentes como um todo deve ser avaliada a partir de estudos de caso. Assim, novos desafios do projeto AGORA devem ser explorados. Para isso, é apresentado na Seção 5 o problema de pesquisa. 2.2 Contexto das Inundações O processo de crescimento das cidades sempre ocorreu em áreas geográficas com pouca variação de altitude (planícies) e, normalmente, próximas aos rios (TUCCI; 4 < 5 <www2.ana.gov.br/> 6

7 BERTONI, 2003). Por isso, incidentes devido às características das grandes bacias hidrográficas e dos rios de planície, acrescentado as ações antrópicas (i.e. urbanização descontrolada, poluição, etc.), são recorrentes. Logo, essas áreas são vulneráveis a perigos naturais como as enchentes. Historicamente há inúmeros casos de morte e destruição associados as enchentes (TUCCI; BERTONI, 2003). Além disso, doenças infectocontagiosas também são transmitidas pelas águas que invadem ruas, residências, estabelecimentos comerciais e industriais e estações de tratamento de água. No entanto, desde que medidas de controle adequadas sejam aplicadas nos pontos de vulnerabilidade as enchentes não precisam causar danos à sociedade, transformando-se em inundações. Desta forma, as enchentes são fenômenos sazonais e inócuos, enquanto as inundações são eventos com impactos socioeconômicos relacionados a: Perdas materiais e humanas; Interrupção do clico econômico parcial ou total; Contaminação da água por doenças de veiculação hídrica e depósito de materiais tóxicos; e Problemas sociais (e.g. água potável). tráfego, educação, fornecimento de energia elétrica e No Brasil, as inundações são desastres recorrentes em muitas regiões. Esses desastres são promovidos principalmente pela ocupação das áreas de várzea (TUCCI; BERTONI, 2003) e ineficiência das medidas de controle, por limitação ou alto custo dos recursos necessários para mitigar os impactos causados pelas inundações (TUCCI, 2005). As medidas de controle incorporam diversos mecanismos e sistemas de mitigação a danos, inclusive sensores in-situ e sistemas de informação geoespacial de previsão e alerta contra inundação. Ademais, agências oficiais de gestão de riscos e resposta a desastres têm disponibilizado dados provenientes das bacias hidrográficas, contudo, são dados históricos e unívocos, além de baixa interoperabilidade. Assim, as medidas de controle relacionadas aos sistemas de informação ainda são insuficientes para mitigar os impactos socioeconômicos causados pelas inundações (ALBUQUERQUE; ZIPF, 2012). Informações oficiais sobre as bacias hidrográficas brasileiras e inundações podem ser observadas por meio da análise dos mapas do Sistema Nacional de Informações sobre Recursos Hídricos (SNIRH), gerenciado pela Agência Nacional de Águas (ANA) 4. O SNIRH é um instrumento para coleta, tratamento, armazenamento e recuperação de informações sobre recursos hídricos, bem como fatores intervenientes para sua gestão (BRASIL, 2014). A Figura 2 ilustra a vulnerabilidade dessas bacias hidrográficas sob o viés da iminência de inundação. Segundo a descrição no website do SNIRH, 7

8 os dados representam eventos sazonais com característica de subida e a descida paulatina dos níveis dos rios, i.e., eventos que ocorrem em determinadas estações do ano com a elevação do leito do rio. Figura 2: Mapa de Vulnerabilidade a Inundações - Brasil (2014). O mapa de vulnerabilidade a inundações (Figura 2) é revelador sob o prisma da distribuição geográfica das vulnerabilidades, sendo mais concentrado na região Sul do Brasil (área na cor vermelha). Esse retrato das regiões vulneráveis se intensifica ao considerar as regiões urbanas que possuem rios sem sistemas de escoamento ou drenagem adequados. Dada a importância do tema, o Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) elaborou um relatório sobre a gestão de riscos e reposta a desastres, cujo objetivo é examinar a capacidade dos municípios em formular e gerir políticas públicas de resiliência contra desastres naturais a partir da sintetização de informações sobre as inundações e os deslizamentos de terra (IBGE, 2014). Dos municípios avaliados (incluindo o Distrito Federal e Distrito Estadual de Fernando de Noronha), 48% não possuem instrumentos (planejamento, leis ou recursos tecnológicos e de engenharia) que visam evitar ou minimizar os danos causados pelas inundações (IBGE, 2014). Ressalta-se ainda que as áreas de ocorrência desses eventos são importantes, pois estão ou devem ser associadas as políticas públicas. Por exemplo, a Lei Nº

9 de 2012 estabelece como dever da União, dos Estados, do Distrito Federal e dos Municípios adotar medidas de redução dos riscos de desastre. Dentre as medidas estão a construção de sistemas de informação de alerta e apoio em situação de emergência ou calamidade pública. Nesse contexto, pesquisas sobre Sistemas de Informação Geográfica Colaborativos são desenvolvidas e visam à gestão de riscos de inundação e resiliência das comunidades afetadas pelas inundações. No Brasil, um dos projetos inseridos nesse contexto e foco deste projeto de doutorado é o AGORA, que foi proposto pelo Departamento de Sistemas de Computação do ICMC/USP 6 em parceria com o Departamento de Geografia da Universidade de Heidelberg 7. 3 Componentes da Fundamentação Teórica Nesta seção são apresentados de forma sucinta os principais componentes teóricos relacionados à temática da pesquisa proposta. Esses componentes constituem o arcabouço do projeto de pesquisa e fornecem subsídios para explorar a questão principal e desenvolver a proposta de pesquisa (Seção 5). Em síntese, os elementos do arcabouço foram baseados em estudos recentes da literatura alinhados aos objetivos do projeto AGORA, e são: Ecossistema de Software; Informação Geográfica Voluntária e Crowdsourcing para Dados Geoespaciais; Qualidade das Informações Geográficas; Estatística Aplicada a Informação Geográfica; e Gestão de Riscos de Inundação. 3.1 Ecossistema de Software (ECOS) Segundo Bosch e Bosch-Sijtsema (2010) a ampla adoção de Linhas de Produtos de Software (SPLs) e Desenvolvimento Distribuído de Software (DDS) tornaram a gestão e o desenvolvimento de software em larga escala complexos, caros, lentos e imprevisíveis. Outro fator que contribuiu para esse cenário do desenvolvimento de software em larga escala é a expansão e transposição das fronteiras organizacionais através de plataformas de software abertas, cujo objetivo é estabelecer parcerias e 6 Instituto de Ciência da Computação e Matemática da Universidade de São Paulo 7 < 9

10 usuários ou obter colaboração externa para ampliar o número de funcionalidades e permitir maior variabilidade das plataformas de produto ou serviço de software (BOSCH; BOSCH-SIJTSEMA, 2010; BOSCH, 2009). Essas tendências da Engenharia de Software (ES) constituem a base para a eclosão de um tópico de pesquisa que visa definir uma abordagem globalizada e colaborativa de gestão e desenvolvimento de software Ecossistemas de Software (ECOSs). Por se tratar de um conceito da ES em fase de construção e maturação, tanto na academia como na indústria de software, a definição de ECOSs não é comum entre os pesquisadores da área, contudo, seguem pontos-chave que permitem sintetizar as definições da literatura. Assim, a definição abaixo é sumarizada por Manikas e Hansen (2013) em sua revisão sistemática da literatura. Ecossistema de software é a interação de um conjunto de atores sobre uma plataforma tecnológica comum que resulta em um número de serviços e soluções de software. Cada ator é motivado por um conjunto de interesses ou modelos de negócio e conectados com o resto dos atores e do ecossistema como um todo com relações simbióticas, enquanto a plataforma tecnológica está estruturada de forma a permitir a participação e contribuição de diferentes atores (MANIKAS; HANSEN, 2013, p ). A plataforma tecnológica comum supracitada é caracterizada como o ambiente colaborativo de desenvolvimento e uso de serviços e soluções de software que podem agregar valor ao modelo de negócio ou beneficiar os atores do ecossistema. Entende-se como atores as entidades físicas e jurídicas, internas e externas, que possuem interesse e estão envolvidas com a finalidade da plataforma tecnológica. A relação entre os atores e a plataforma é de (a) contribuição, com a manutenção ou o desenvolvimento de novas funcionalidades, e/ou (b) utilização de soluções customizadas a partir das funcionalidades disponíveis. Igualmente, outro aspecto importante dos ECOSs é a potencialidade do desenvolvimento e reúso composicional, ou seja, permitir aos atores ativos (i.e. atores que contribuem com a plataforma) desenvolverem funcionalidades dentro de um escopo sintático e semântico da plataforma e aos atores passivos (i.e. atores que utilizam os recursos oferecidos pela plataforma) selecionarem as funcionalidades e uma configuração que atenda às suas necessidades de forma otimizada. No entanto, essa forma de interação depende da estratégia da plataforma. Ademais, Bosch e Bosch-Sijtsema (2010) e Bosch (2009) também elencam algumas questões operacionais e sócio-técnicas em relação aos atores ativos (desenvolvedores) e passivos (clientes), à arquitetura da plataforma tecnológica e ao relacionamento ator-ator e ator-plataforma. Considerando a dinâmica da plataforma, os atores externos não devem ser submetidos a processos padronizados, ferramentas e métodos de trabalho, tornando as 10

11 abordagens clássicas de gestão de processos e projetos difíceis de serem aplicadas no contexto dos ECOSs. Por se tratar de uma plataforma colaborativa aberta envolvendo grupos e subgrupos vinculados ao mesmo modelo de negócio, presume-se uma desigualdade de participação, assim, mantê-los ativos (com contribuição e/ou utilização contínua) exige uma estratégia de motivação. Por fim, proporcionar mecanismos de coordenação entre os atores também é um desafio desse tipo de plataforma. 3.2 Informação Geográfica Voluntária e Crowdsourcing para Dados Geoespaciais Avanços nas áreas de computação e telecomunicação permitiram que informações geográficas fossem atualizadas e complementadas de forma rápida e dinâmica por usuários comuns. Essa interação influenciou a pesquisa de novas abordagens e o desenvolvimento de aplicações colaborativas de geração e disseminação de informações geográficas (e.g. Wikimapia 8 e OpenStreetMap 9 ). Heipke (2010) cita Informações Geográficas Voluntárias (VIG), Crowdsourcing para Dados Geoespaciais e Neogeografia como termos utilizados na literatura para conceitualizar essas abordagens. Entretanto, independente da terminologia utilizada, o objetivo é a participação de cidadãos (i.e. usuários sem qualificação específica e com pouco conhecimento sobre tecnologias) na produção e disseminação de informações geográficas sobre o contexto ao qual eles estão inseridos (GOODCHILD, 2007; HEIPKE, 2010). Essa área de pesquisa foi motivada principalmente pela evolução da Internet como plataforma de produto e serviço (Web 2.0) e a massificação dos dispositivos e das tecnologias móveis (smartphones, tablets e Global Positioning System - GPS). Assim, foi possível adicionar marcações aos dados georreferenciados (geotags de Goodchild) visando complementar a informação geográfica e melhorar a consciência situacional de um local ou contexto socioeconômico específico (e.g. identificar e entender os riscos de desastres naturais (HORITA et al., 2015) de uma cidade). Da mesma forma, também permitiu georreferenciar locais e fenômenos de difícil identificação sem alto investimento tecnológico (GOODCHILD, 2007) (e.g. estabelecimentos comerciais, pontos turísticos, paisagens e perigos e desastres naturais), bem como apoiar possíveis falhas das tecnologias in-situ sensores e equipamentos de transmissão e recepção de dados. Uma definição difundida de VGI no meio científico é apresentada por Goodchild: O envolvimento generalizado de um grande número de cidadãos privados [... ] na criação de informação geográfica, [... ] quase sempre voluntária, [... ] mas que coletivamente representa uma inovação e certamente um 8 < 9 < 11

12 impacto sobre os Sistemas de Informação Geográfica (SIGs) [... ] um caso especial do fenômeno mais geral de conteúdo gerado pelo usuário (GOOD- CHILD, 2007, p. 212). De acordo com Goodchild (2007), anterior a esse fenômeno (conteúdo geográfico gerado por usuário) as informações geográficas eram reservadas a agências oficiais (e.g. dados sobre riscos e população atingida por desastres naturais) normalmente vinculadas ao governo. Com o surgimento das plataformas crowdsourcing para dados geoespaciais essas informações sofreram um processo de democratização, permitindo o livre acesso à informação geográfica pela população (HEIPKE, 2010). Em geral, as plataformas crowdsourcing para dados geoespaciais possuem um conjunto de recursos de manipulação acessível para identificar coordenadas de objetos georreferenciados e atribuir marcações a eles. Como as informações geográficas nas plataformas crowdsourcing são geradas por cidadãos e de modo voluntário, estas estão sujeitas a erros conscientes (intencionais) e inconscientes (não intencionais). Logo discussões são incitadas sobre a precisão, confiança e qualidade dos dados voluntários. Além disso, procedimentos de garantia da qualidade são muitas vezes ausentes nessas plataformas (HEIPKE, 2010). Assim, o principal obstáculo para o uso incondicional de informações provenientes das plataformas crowdsourcing é como alcançar a qualidade e confiabilidade (POSER; KREIBICH; DRANSCH, 2009). 3.3 Qualidade das Informações Geográficas Para que as informações geográficas sejam úteis ao propósito científico ou industrial é fundamental a avaliação da sua qualidade (POSER; KREIBICH; DRANSCH, 2009). Obter a qualidade exige que os dados e processos de coleta e análise estejam em conformidade com normas ou padrões. Por exemplo, na ES a qualidade do produto de software é alcançada por meio de atributos de qualidade descritos por normas que visam desde a concepção até a distribuição e manutenção do software (ISO/IEC 9126, ISO/IEC e ISO/IEC 15504). Além das normas disponibilizadas por organizações responsáveis por manter os padrões nacionais e internacionais, e que estudam e sintetizam as melhores práticas da academia e indústria, pesquisas são continuamente realizadas para explorar as lacunas das normas de qualidade em contextos específicos ou agregar novas especificações as normas existentes. No contexto de informações geográficas, a Organização Internacional para Padronização (International Organization for Standardization - ISO) define um conjunto de normas que estabelecem princípios de qualidade e comunicação de dados geográficos uma busca simples no portal ISO < com a palavra-chave geographic information retorna 63 normas da família ISO 19XXX (e.g. ISO 19157:

13 Geographic information Data quality, ISO/TS 19158: Geographic information Quality assurance of data supply e ISO : Geographic information Metadata Part 1: Fundamentals). Outra organização internacional amplamente aceita que desenvolve e implementa padrões no contexto de informações geográficas é o Consórcio Geoespacial Aberto (Open Geospatial Consortium 10 - OGC), cujos principais padrões envolvem serviços de mapa e marcações e interoperabilidade entre sistemas de informação (e.g. Web Feature Service - WFS, Web Map Service - WMS, Geography Markup Language - GML, Web Coverage Service - WCS e Catalogue Service - CAT). Entretanto, em decorrência da finalidade de determinados estudos (e.g. forma de análise e correlação dos dados), podem existir casos em que as normas ou os padrões não garantam a qualidade como é o caso de eventos naturais que apresentam uma relação entre diferentes pontos e esses pontos dependem da distância. Nesse caso, abordagens estatísticas tornam-se um meio eficiente para explorar a confiabilidade e qualidade dos dados. Por exemplo, Albuquerque et al. (2015) aplicaram a técnica de Modelo Aditivo Generalizado (Generalized Additive Model - GAM) para estimar diferenças espaciais entre mensagens de redes sociais (twitters) sobre pontos de inundação de uma bacia hidrológica com o objetivo de identificar padrões espaciais em relação à distância e ao nível da água. 3.4 Estatística Aplicada a Informação Geográfica Desastres ou fenômenos naturais (e.g. inundações, deslizamentos de terra, etc.) são, normalmente, sazonais e de difícil previsão (TUCCI; BERTONI, 2003; TUCCI, 2005), portanto, podem ser representados por processos estocásticos. Tais processos são frequentemente usados em modelos matemáticos para representar fenômenos nãodeterminísticos, i.e. fenômenos que são difíceis de prever devido a aleatoriedade das entradas e saídas (saídas diferentes para a mesma entrada de dados). Como resultado, as saídas são consideradas como estimativas do sistema modelado. Dois ramos da estatística são comumente aplicados em análises geoespaciais visando à compreensão e criação de modelos probabilísticos: (a) estatística descritiva e (b) estatística espacial. A estatística descritiva tem como objetivo entender os dados a partir de informações sumarizadas (i.e. média, mediana, desvio padrão, quartis, outliers, etc). Por sua vez, a estatística espacial procura compreender a distribuição dos dados ao longo do espaço. Por exemplo, a geoestatística, subárea da estatística espacial, visa identificar a correlação espacial entre pontos amostrais vizinhos para estimar valores em locais não amostrados (YAMAMOTO; LANDIM, 2013) tornando-se muito útil em diversos campos da ciência (e.g. computação, hidrologia e agricultura). Outro exemplo é 10 < 13

14 o modelo GAM utilizado por Albuquerque et al. (2015). 3.5 Gestão de Riscos e Resposta a Inundação À medida que a ciência e tecnologia avançam torna-se mais fácil compreender a ocorrência de desastres naturais e propor medidas de prevenção e resposta (medidas de controle) (ALCáNTARA-AYALA, 2002). O Brasil é um país extenso em relação à hidrologia e está em desenvolvimento urbano, por isso, praticamente todas as regiões brasileiras situadas próximas as bacias hidrográficas são afetadas por desastres causados pelas inundações (Figura 2). É evidente que nenhuma medida de controle é absolutamente segura, há sempre um risco residual devido à ocorrência atípica da inundação (magnitude não esperada) ou falha da medida de controle aplicada (PLATE, 2002). Por isso, a Gestão de Riscos de Inundação (GRI) é essencial para mitigar, preparar, responder e recuperar o ambiente após os impactos socioeconômicos causados pela inundação (POSER; DRANSCH, 2010). A GRI é um desdobramento da gestão de desastres (GD) e estabelece um conjunto de processos contínuos, organizados em fases, que envolve atividades antes, durante e após a ocorrência de inundação. As características de cada fase são apresentadas a seguir (POSER; DRANSCH, 2010, p. 3). Figura 3: Fases da Gestão de Desastres (GD) Gestão de Riscos de Inundação (GRI). Mitigação: refere-se ao conjunto de ações destinadas a evitar ou reduzir a probabilidade de ocorrência de inundação. Preparação: envolve o planejamento das ações de resposta a inundação (planos de contingência), bem como melhorar a capacidade da comunidade frente às inundações (incluindo cidadãos e agências de emergência) para atuar em situações de alerta e emergência e calamidade pública. Resposta : constitui na execução dos planos de contingência desenvolvidos e exercitados nas fases mitigação e preparação. 14

15 Recuperação: compõe a execução das atividades de avaliação e recuperação da área afetada. A inundação é um desastre natural que atinge várias áreas da sociedade (i.e. saúde, educação, segurança, economia, etc.), portanto, a GRI é uma tarefa para esquipes multi-disciplinares que fazem uso do campo da ciência e tecnologia visando prevenir e atenuar os impactos socioeconômicos. O projeto AGORA (Seção 2.1) busca a transdisciplinaridade para propor soluções tecnológicas de GRI. 4 Relação entre a Fundamentação Teórica e o Contexto do Projeto de Doutorado 4.1 Da Relação com os Ecossistemas de Software (ECOSs) Um dos resultados do estudo de Manikas e Hansen (2013) conclui que existe pouca pesquisa aplicada na indústria com modelos analíticos de ecossistema de software. Talvez esse resultado seja passível de questionamento, considerando que alguns ambientes tecnológicos produzidos pela indústria ou academia não trazem ou mencionam em suas fundamentações teóricas o conceito de ecossistema de software (Seção 3.1), como é o caso, em análise preliminar e subjetiva, do projeto AGORA. Entretanto, é essencial levantar as características desses ambientes tecnológicos e correlacionar com os pontos-chave dos ecossistemas de software para caracterizar e comprovar como um ecossistema. Aproximando a definição de Manikas e Hansen (2013) ao contexto do projeto AGORA, as entidades físicas e jurídicas, (i.e. agência oficiais, universidades, cidadãos, pesquisadores, etc.) compõem os atores do ecossistema de software; o sistema de apoio à decisão espacial para a gestão dos riscos de inundações (HORITA et al., 2015) corresponde a plataforma tecnológica; e os componentes arquiteturais de aquisição, integração e aplicação da plataforma tecnológica (Figura 1) são os serviços e soluções de software do ecossistema. Também, admite-se que os atores possuem um conjunto de interesses em particular sobre o mesmo modelo de negócio a gestão dos riscos de inundação (GRI). Portanto, existem asserções a serem verificadas para que o projeto AGORA possa ser caracterizado com uma aplicação do conceito de ecossistema de software. Além dos elementos apresentados na definição de um ecossistema de software (i.e. atores, plataforma tecnológica, serviços e soluções de software, e relação/interesse por um modelo de negócio) outros elementos devem ser explorados e considerados para caracterizar o projeto AGORA como um ecossistema de software, 15

16 e.g. a composicionalidade da plataforma tecnológica e a interoperabilidade com outros sistemas/ecossistemas a partir de um protocolo de comunicação padrão. No mesmo sentido, o estudo de caso do projeto AGORA também pode manifestar novos elementos ou especificidades que caracterizam um ecossistema de software, considerando que é um conceito em maturação na academia e pouco aplicado na indústria. Assim, justifica-se a hipótese de que a visão unívoca dos componentes do sistema de apoio à decisão espacial para a gestão dos riscos de inundações compõem um ecossistema de software. Pressupondo a confirmação da hipótese, o sistema de apoio à decisão espacial para a gestão de riscos de inundações (HORITA et al., 2015) deve admitir a interação dos atores do ecossistema. Logo, três importantes questões devem ser discutidas: 1. Qual o conceito de funcionalidade de ecossistema de software para o sistema de apoio à decisão espacial para a gestão dos riscos de inundação? 2. Como ocorre a concepção das funcionalidades no sistema de apoio à decisão espacial para a gestão dos riscos de inundação? 3. Como é promovido a relação entre os atores do sistema de apoio à decisão espacial para a gestão dos riscos de inundação? Considerando que o sistema de apoio à decisão espacial para a gestão de riscos de inundação possui componentes de suporte gerencial (AGORA-DS: Decision Support)(HORITA; ALBUQUERQUE, 2013) e engajamento dos cidadãos (AGORA-CE: Citizen Engagement), ambos da camada de aplicação (Figura 1), assume-se, preliminarmente, como funcionalidades que refletem a inteligência e o propósito da plataforma os recursos disponíveis nesses componentes. Todavia, essas suposições são apresentadas como problema de pesquisa na Seção Da Relação com as Plataformas de Crowdsourcing para Dados Geoespaciais No contexto do projeto AGORA as plataformas crowdsourcing visam gerir e disponibilizar informações geográficas para a prevenção e construção de resiliência contra inundação. A partir da aquisição de informações de cidadãos das áreas atingidas, combinadas com dados de sensores in-situ, a população e as autoridades locais podem melhorar o conhecimento situacional sobre a iminência ou ocorrência de inundação. Como observado na Seção 2.2, no Brasil vários municípios não possuem instrumentos que visam evitar ou minimizar os danos causados pelas inundações. Assim, informações online e históricas das plataformas crowdsourcing, em conjunto com dados de agências oficiais de gestão de riscos e resposta a desastres, podem apoiar a tomada 16

17 de decisão contra inundação nas esferas Municipais, Estaduais e Federal. Para isso, é necessário que as plataformas possuam um conjunto de funcionalidades que satisfaçam as necessidades e expectativas da população e também estejam alinhadas com as políticas públicas (e.g. Lei Nº de 2012). Dessa forma, considerando as fases da gestão de desastres (Seção 3.5), fazse necessário um estudo para sumarizar quais funcionalidades são importantes em cada uma das fases (prevenção, preparação, resposta e recuperação) e como alinhar às necessidades dos municípios brasileiros. Portanto, um estudo exploratório pode ser realizado para identificar as principais funcionalidades que uma plataforma tecnológica deve ter para contribuir com a população e as autoridades locais. 5 Questões e Objetivos Ecossistemas de Software (ECOSs) proporcionam e fortalecem as relações extra-organizacionais no desenvolvimento de produtos e serviços de software por meio de uma plataforma tecnológica extensível, flexível e escalável (MCGREGOR; AMORIM, 2014). Conforme apresentado na Seção 3.1, essa abordagem colaborativa é pouca explorada na resolução ou mitigação de problemas socioeconômicos e.g. na Gestão de Riscos de Inundação (GRI). As inundações são desastres de ordem natural com impacto socioeconômico, portanto, uma área de pesquisa em potencial para a aplicação de ECOSs. Além disso, um ecossistema de software para GRI pode democratizar as informações geográficas à sociedade. Assim, como questão de pesquisa principal (QP) deste projeto de doutorado tem-se: (QP) Como uma abordagem de ecossistema de software pode melhorar a gestão de riscos de inundação e a colaboração entre a população e as agências locais de emergência? Para isso, propõe-se uma abordagem colaborativa extra-organizacional e populacional para apoiar a GRI com o propósito de melhorar a consciência situacional e apoiar planos de contingência nas situações de alerta e emergência e estado de calamidade pública (Seção 3.5). Nesse contexto, para apoiar a questão de pesquisa principal, três questões de pesquisa secundárias (QS) foram elaboradas: (QS1) Assumindo as agências locais de emergência e a população como atores do ecossistema de software para GRI, como promover a colaboração entre esses atores para melhorar a consciência situacional e a resposta a inundação? 17

18 (QS2) Quais recursos um ecossistema de software para GRI deve possuir para melhorar a consciência situacional e apoiar a população e as agências locais de emergência em resposta a inundação? (QS3) Considerando a complexidade e a diversidade de cenários de inundação, como avaliar a viabilidade e eficiência da abordagem de ecossistema de software para GRI? A partir das questões de pesquisa supracitadas, a abordagem proposta é composta pelas seguintes partes: (1) Conjunto de processos extra-organizacionais para promover a colaboração entre a população e as agências locais de emergência; (2) Conjunto de ativos de software para melhorar consciência situacional e apoiar planos de contingência em resposta a inundação; e (3) Conjunto de cenários e métodos para avaliar a viabilidade e eficiência da abordagem de ecossistema de software para GRI. Assim, assume-se como objetivos específicos (OE): (OE1) Realizar um estudo exploratório dos processos das agências de emergência relacionadas à gestão de riscos e resposta a desastres para identificar como promover a colaboração com a população através de um ecossistema de software para GRI; (OE2) Definir um processo extra-organizacional e populacional para promover a colaboração entre a população e as agências locais de emergência relacionadas à gestão de riscos e resposta a desastres; (OE3) Realizar um mapeamento para identificar os principais recursos existentes nas plataformas tecnológicas voltadas ao domínio de GRI; e (OE4) Avaliar a viabilidade e eficiência da plataforma de ecossistema de software em cenários de alerta e resposta a inundação. Em situação de desastre, ou em sua iminência, é fundamental a participação da população. No entanto, estabelecer ações conjuntas entre a população e agências de emergência exige o compartilhamento de informações, o alinhamento da execução dos planos de contingência e um ambiente operacional para gerenciar as ações, bem como educar representantes da população para responder adequadamente aos eventos de inundação. Dessa forma, espera-se identificar e compreender os processos realizados pelas agências de emergência para integrar ao ecossistema de software para GRI 18

19 (OE1) e propor um processo extra-organizacional com a participação e colaboração da população situada nas áreas de risco (OE2). A forma como a população gostaria de receber as informações não será abordada neste projeto de doutorado, haja vista a existência de outros membros e trabalhos do projeto AGORA envolvidos com esse objetivo (DEGROSSI et al., 2014). Para complementar os componentes da camada de aplicação do projeto AGORA (Figura 1), espera-se mapear os principais recursos existentes em plataformas tecnológicas voltadas à GRI (OE3). O resultado do estudo contribuirá com a evolução do sistema de apoio à decisão espacial para a gestão dos riscos de inundação (HORITA et al., 2015) (ecossistema de software) através do desenvolvimento de novos ativos de software. Entende-se como ativos de software, no contexto do projeto AGORA, novos produtos e serviços ou funcionalidades das ferramentas já disponíveis (apresentadas na Seção 2.1). Para a avaliação assume-se como cenários de resposta à inundação as situações de alerta e emergência e o estado de calamidade pública. Devido a dificuldade e impossibilidade de reprodução desses cenários, a avaliação da viabilidade e eficiência deve ser simulada em ambiente controlado. Logo, uma abordagem com o auxílio de especialistas deve ser definida para avaliar o ecossistema de software proposto (OE4). 6 Materiais e Métodos Para o desenvolvimento desse projeto de doutorado diferentes métodos, técnicas e ferramentas serão utilizadas para alcançar os objetivos propostos na Seção 5. Para cada objetivo específico (OE) diferentes materiais e métodos serão empregados. A Figura 4 ilustra o mapeamento entre os objetivos, as metodologias propensas a serem utilizadas e os resultados esperados. No primeiro objetivo OE1 planeja-se aplicar as metodologias de estudo exploratório e pesquisa histórica de (YIN, 1994). Com o estudo exploratório buscar-se-á familiarização com os processos e as dinâmicas das agências de emergência e resposta a desastres no contexto de GRI (e.g. Defesa Civil, CEMADEN, etc.). A pesquisa histórica proporcionará a investigação em retrospecto do fenômeno de inundação para determinar os desafios e as necessidades da população em situação de emergência, alerta e calamidade pública; assim identificar e classificar os principais processos para futura operacionalização em um ecossistema de software. A definição de um processo extra-organizacional e populacional (OE2) exige o conhecimento do domínio do problema (i.e. da inundação e seus impactos e dos processos de gestão de riscos e resposta) para o qual se propõe a solução. Assim, pretende-se aplicar técnicas da Engenharia de Domínio (ED), sub-área da Engenharia de Software (ES), para alcançar o objetivo OE2. 19

20 Objetivos Metodologia Resultados Esperados (OE1) Identificar estratégias de colaboração entre a população e as agências de emergência no conexto de ECOS para GRI Estudo exploratório nas agências de emergência Pesquisa histórica do comportamento da população diante de uma inundação Mapeamento dos processos que corroboram com a colaboração entre as agências de emergência e a população (OE2) Definir um processo extraorganizacional e populacional para o contexto de ECOS para GRI Análise da Engenharia de Domínio para o processo extra-organizacional e populacional Definição de um processo extra-organizacional e populacional como arcabouço do ECOS para GRI (OE3) Identificar os principais recursos de software referentes ao domínio de GRI Mapeamento sistemático das pricipais plataformas tecnológicas de GRI Identificação dos recursos de software necessários para uma plataforma de ECOS para GRI (OE4) Avaliar a viabilidade e eficiência da plataforma de ECOS nos cenários de alerta e resposta a inundação Pesquisa-ação Provar ou refutar a viabilidade e eficiência da plataforma ECOS em cenários reais Figura 4: Mapeamento entre os objetivos, metodologias e resultados. No terceiro objetivo OE3 será realizado um mapeamento sistemático das principais plataformas tecnológicas de gestão de risco de inundação para identificar os recursos essenciais para apoiar a população na prevenção e em situação de inundação; também será verificado a existência desses recursos nos componentes do projeto AGORA para mapear futuras ferramentas. A metodologia será baseada na proposta de (KITCHENHAM, 2007). No quarto objetivo OE4 será estuado e proposto, com base na metodologia pesquisa-ação (SEIN et al., 2011), cenários de avaliação a partir de situações de alerta e emergência e estado de calamidade pública. Assim, será possível avaliar a viabilidade e eficiência da abordagem proposta. 7 Plano de Trabalho e Cronograma de Execução O escopo do projeto de doutorado proposto está dividido em diferentes atividades, a fim de satisfazer as exigências do programa de doutorado do ICMC/USP, bem como atividades relacionadas à condução da pesquisa. As atividades sugeridas estão organizadas de forma bimestral, conforme apresentado na Tabela 1. 20

21 [1] Obtenção dos créditos necessários para o programa de doutorado; [2] Mapeamento dos processos que corroboram com a colaboração entre as agências de emergência e a população (OE1 Seção 5); [3] Definição de um processo extra-organizacional e populacional como arcabouço do ECOS para GRI (OE2 Seção 5); [4] Escrita e apresentação do documento de qualificação; [5] Estudo e exame de proficiência em língua inglesa; [6] Identificação dos recursos de software necessários para uma plataforma de ECOS para GRI (OE3 Seção 5); [7] Doutorado sanduíche; [8] Consolidar/caracterizar a arquitetura conceitual do projeto AGORA (Figura 1) como um ecossistema de software; [9] Avaliar a viabilidade e eficiência da plataforma de ECOS para GRI em cenários reais (OE4 Seção 5); [10] Participação de eventos; [11] Escrita e publicação de artigos científicos; [12] Escrita da tese de doutorado; [13] Defesa da tese de doutorado. Tabela 1: Cronograma das atividades do projeto de doutorado. Atividades Jul-Ago Set-Out Nov-Dez Jan-Fev Mar-Abr Mai-Jun Jul-Ago Set-Out Nov-Dez Jan-Fev Mar-Abr Mai-Jun Jul-Ago Set-Out Nov-Dez Jan-Fev Mar-Abr Mai-Jun Jul-Ago Set-Out Nov-Dez Jan-Fev Mar-Abr Mai-Jun [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] Continuação na próxima página 21

22 Tabela 1 Cronograma das atividades do projeto de doutorado (continuação). Atividades Jul-Ago Set-Out Nov-Dez Jan-Fev Mar-Abr Mai-Jun Jul-Ago Set-Out Nov-Dez Jan-Fev Mar-Abr Mai-Jun Jul-Ago Set-Out Nov-Dez Jan-Fev Mar-Abr Mai-Jun Jul-Ago Set-Out Nov-Dez Jan-Fev Mar-Abr Mai-Jun [8] [9] [10] [11] [12] [13] A atividade Obtenção dos créditos necessários para o programa de doutorado ([1]) refere-se a carga-horária de disciplinas que o aluno regular deve cursar para obter o título de Doutor conforme Resolução Nº 6542/2013 do Programa de Ciências de Computação e Matemática Computacional (CCMC). Na Seção 6 foi explorado as atividades Mapeamento dos processos que corroboram com a colaboração entre as agências de emergência e a população ([2]), Definição de um processo extra-organizacional e populacional como arcabouço do ECOS para GRI ([3]), Identificação dos recursos de software necessários para uma plataforma de ECOS para GRI ([6]) e Avaliar a viabilidade e eficiência da plataforma de ECOS para GRI em cenários reais ([9]). Na atividade Consolidar/caracterizar a arquitetura conceitual do projeto AGORA (Figura 1) como um ecossistema de software ([8]) buscar-se-á alinhar as ferramentas do projeto AGORA ao conceito de ecossistema de software. As atividades Escrita e apresentação do documento de qualificação ([4]) e Estudo e exame de proficiência em língua inglesa ([5]) são importantes e necessárias para a atividade de Doutorado sanduíche ([7]). Nessa atividade buscar-se-à parcerias de pesquisa em centros de excelência como pretensão tem-se: Departamento de Geografia da Universidade de Heidelberg (Alemanhã), sob a orientação do professor Doutor Alexander Zipf; ou o Departamento de Ciência da Computação e Engenharia da Universidade Tecnológica de Chalmers (Suécia), sob a orientação do professor Jan Bosch. As atividades Participação de eventos ([10]) e Escrita e publicação de artigos científicos ([11]) visam à participação de eventos como ouvinte e/ou autor, além de estabelecer novas parcerias e contribuições de pesquisa. A Tabela 2 apresenta alguns dos eventos relacionados a temática do projeto de doutorado. Por fim, as atividades Escrita da tese de doutorado ([12]) e Defesa da tese de doutorado ([13]) dirigem a defesa pública e conclusão do doutorado. 22

23 Tabela 2: Eventos relacionados a temática do projeto de doutorado. Evento Mês url Workshop on Software Ecosystems (IWSECO) Novembro < Brazilian Symposium on Geoinformatics (GEOINFO) Novembro < Software Product Line Conference (SPLC) Setembro < International Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS) Abril < Referências AGORA. Geospatial Open collaborative Architecture for Building Resilience against Disasters and Extreme Events Disponível em: < ALBUQUERQUE, J. P. de et al. A geographic approach for combining social media and authoritative data towards identifying useful information for disaster management. International Journal of Geographical Information Science, v. 0, n. 0, p. 1 23, Disponível em: < tandfonline.com/action/showcitformats?doi= \%2f >. ALBUQUERQUE, J. P. de; ZIPF, A. Collaborative information systems for disaster management: Building resilience against disasters by combining participatory environmental monitoring and vulnerability communication. In: Proceeding of the Alumni Seminar Natural Hazards - Research on Natural Disasters, Civil Defense, Disaster Prevention, and Aid. [s.n.], p ISSN Disponível em: < hazards/seminar_natural_hazards -_teresopolis_june_2012.pdf>. ALCáNTARA-AYALA, I. Geomorphology, natural hazards, vulnerability and prevention of natural disasters in developing countries. Geomorphology, v. 47, n. 2-4, p , out ISSN X. Disponível em: < article/pii/s x >. BOSCH, J. From software product lines to software ecosystems. In: 13th International Software Product Line Conference (SPLC 09). [S.l.: s.n.], p BOSCH, J.; BOSCH-SIJTSEMA, P. From integration to composition: On the impact of software product lines, global development and ecosystems. Journal of Systems and Software, v. 83, n. 1, p , ISSN SI: Top Scholars. Disponível em: < BRASIL. Ministério do Meio Ambiente Disponível em: < DEGROSSI, L. C.; ALBUQUERQUE, J. P. de. Observatório cidadão de enchentes (oce): uma plataforma de crowdsourcing para a obtenção de vgi no contexto de gestão de risco de inundação. In: X Simpósio Brasileiro de Sistemas de Informação (SBSI). [S.l.: s.n.], DEGROSSI, L. C. et al. Flood citizen observatory: a crowdsourcing-based approach for flood risk management in brazil. In: 26th International Conference on Software Engineering and Knowledge Engineering. [S.l.: s.n.],