SISTEMAS GEOREFERENCIADOS DE APOIO À DECISÃO ESPACIAL VIA INTERNET

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1 A pesquisa Operacional e os Recursos Renováveis 4 a 7 de novembro de 2003, Natal-RN SISTEMAS GEOREFERENCIADOS DE APOIO À DECISÃO ESPACIAL VIA INTERNET Rogério Pesse Centro de Análises de Sistemas Navais Rua 1º de março s/n - AMRJ - Ed. 08, Rio de Janeiro, RJ Tel.: (021) ; Fax: (021) ; pesse@casnav.mar.mil.br Roberto Diéguez Galvão Programa de Engenharia de Produção, COPPE/UFRJ Caixa Postal 68507, Rio de Janeiro, RJ Tel: (021) ; Fax: (021) ; galvao@pep.ufrj.br RESUMO Avanços tecnológicos têm aberto novas oportunidades para o uso de aplicativos de Sistemas de Informações Geográficas (SIG) na Internet. Nos últimos anos tem aumentado a popularidade da apresentação de dados georeferenciados via Internet. A demanda por aplicativos mais sofisticados utilizando mapas tem crescido e representa um novo desafio para desenvolvedores Web. Para preencher os requisitos de tais aplicativos os dados espaciais devem possibilitar a utilização de mecanismos tais como uma sofisticada interação com o usuário e mapas mais adaptáveis. Deve ser possível ao usuário interagir com o mapa; operações de zoom e pan devem ser disponibilizadas, assim como pedidos de informações (atributos) sobre o mapa visualizado e outros mecanismos de análise do lado Cliente. Neste trabalho são apresentadas algumas técnicas que podem ser usadas para desenvolvimento de aplicativos Internet SIG e estudos para implementação de um projeto piloto de Sistema de Apoio à Decisão Espacial para a Internet usando o software ArcIMS. Palavras-Chave: Sistemas de Apoio à Decisão Espacial, Sistemas de Informações Geográficas, Internet SIG. ABSTRACT Technological advances have opened up new opportunities for the use of applications of Geographical Information Systems (GIS) in the Internet. In recent years the presentation of spatial data on the Internet has also become increasingly popular. Demand for more sophisticated applications using maps has increased and presents new challenges for Web developers. In order to fulfill the requirements of such applications, the presentation of spatial data must support features like a more sophisticated interaction with the user and the adaptability of maps. The user should be able to interact with maps; operations like zooming and panning must be supported, as well as requests of further information about a visualized spatial object and other instruments of analysis on the Client side. This paper presents several techniques that can be used to develop Internet GIS applications, as well as studies for the implementation of a pilot project of a Spatial Decision Support System for the Internet using the ArcIMS software.

2 Keywords: Spatial Decision Support Systems, Geographical Information Systems, Internet GIS. 1. Introdução Até o final do século XX, ferramentas como o GEOREDES e GEOREDES Web (ver Barros Neto e Galvão, 2000) foram concebidas para visualizar e manipular dados georeferenciados, seja em um computador local ou em um computador cliente (via Internet, com certa limitação e uso específicos), buscando auxiliar na tomada de decisões relacionadas por exemplo a problemas de roteamento de veículos e localização de facilidades. Tais ferramentas fazem parte dos chamados Sistemas de Apoio à Decisão Espacial (SADEs), nos quais técnicas para a solução de problemas específicos são implementadas sobre um ambiente de Sistemas de Informações Geográficas (SIGs). Essa onda de SIG, que ultimamente vem tendo como ênfase aplicações via Internet, consumiu bilhões de dólares na última década e busca sintetizar e integrar dados georeferenciados visando disponibilizar projetos de apoio à decisão via Internet. Nessa linha surgiu uma grande variedade de software Internet SIG que mudou a filosofia de implementação do apoio à decisão. Nesse contexto ainda é um grande desafio possibilitar acesso a dados georeferenciados de forma simples, em tempo real e remotamente via rede de computadores. Hoje há um novo conceito em desenvolvimento SIG. Os antigos projetos SIG, com tecnologia orientada a projetos específicos, passaram a ser vistos como uma plataforma integrada, contendo dados de diferentes características e estruturas, com novas possibilidades de integração e derivação de novas informações. Graças ao crescente avanço dos computadores está sendo possível armazenar grandes quantidades de atributos dos mapas digitais nas respectivas bases de dados. Tais bases de dados devem representar diferentes tipos de interesse do usuário, pois lá se encontram por exemplo dados sobre os sentidos das vias e informações sobre diferentes tipos de instalações, fundamentais para utilização em roteamento de veículos e localização de facilidades. Acessando apenas o mapa pode-se ter acesso remoto a todos esses dados. Provavelmente as soluções Internet SIG futuras serão mais amigáveis e com melhor desempenho, permitindo dispor de SADEs inclusive em sistemas móveis (pockets PC). Profissionais de todas as áreas descobriram as vantagens de se utilizar Internet SIG para apoio à decisão. Com os browsers atuais, SIG via Internet provê uma ferramenta muito mais dinâmica que os mapas estáticos. Esses sistemas permitem aos usuários interagirem via Internet, como por exemplo em projetos de localização de instalações, na manipulação, visualização e análise de múltiplos conjuntos de dados e na execução de aplicativos comerciais ou no serviço de dados especializados. No presente trabalho será apresentada uma visão geral sobre soluções SIG para Internet mais recentes. Nessa retrospectiva serão descritas as possibilidades e limitações das diferentes soluções SIG atuais, no que diz respeito à facilidade de uso (user friendliness) e interação com as bases de dados, entre outras possibilidades. A motivação deste estudo é o desenvolvimento de um protótipo de Internet SIG (futuramente um Sistema de Apoio à Decisão Espacial via Internet) com base no ArcIMS da ESRI (Environmental Systems and Reserch Institute). A plataforma de desenvolvimento utiliza o Windows 2000 com um servidor Web e mecanismos Java e XML. Esses novos mecanismos e terminologias serão abordados ao longo do trabalho. 2. Sistemas de Apoio à Decisão Usando Dados Georeferenciados O termo Sistema de Informações Geográficas SIG (do inglês, Geographic Information System GIS) é utilizado para caracterizar sistemas computacionais que tratam dados com características espaciais, ou seja, manipulam banco de dados geograficamente referenciados. Num contexto mais amplo, os SIG permitem capturar, modelar, recuperar, manipular, consultar, apresentar e analisar bases de dados conectados a informações geográficas. 1031

3 A evolução dos SIG fez com que novas definições começassem a surgir de acordo com as visões, possibilidades e estágios dessa tecnologia: - Um conjunto de dados indexados espacialmente, sobre o qual opera um conjunto de procedimentos para responder a consultas sobre entidades espaciais (Smith et al., 1987); - Um conjunto manual ou computacional de procedimentos utilizados para armazenar e manipular dados georreferenciados (Aronoff, 1989). - Uma cadeia de operações que compreende o planejamento, coleta, armazenagem, recuperação e análise de dados, cuja finalidade é aumentar a capacidade do usuário tomar decisões (Star e Estes,1990). Os componentes básicos de um SIG são: Interface com usuário, Entrada e Integração de Dados, Consulta e Manipulação, Saída de Dados e Sistema de Gerenciamento de Banco de Dados (SGBD) (Maguire, 1991). O usuário interage com o sistema por meio de uma interface gráfica com menus ou através de uma linguagem de comandos, onde o usuário determina uma seqüência de operações e ser executada. Na entrada e integração de dados realiza-se a conversão de dados externos para um formato interno de trabalho do SIG. Os dados externos podem estar na forma de mapas e tabelas de atributos, em papel, arquivos de mapas digitalizados, imagens de satélites, fotografias. Uma operação necessária e importante, executada pelo componente de entrada, é a compatibilização de localização entre os diversos dados que estão sendo integrados. O componente de entrada e integração interage diretamente com o componente SGBD. O componente SGBD é responsável pelo armazenamento e recuperação dos dados no banco de dados geográfico digital do SIG. Para que estes dados tenham uso prático, é necessário que o SGBD possua as seguintes características: eficiência (acesso e modificações de grandes volumes de dados); integridade (controle de acesso por múltiplos usuários); e persistência (manutenção de dados por longo tempo, independentemente dos aplicativos que acessem os dados). O componente de consulta e manipulação interage com o SGBD para extrair as informações desejadas pelo usuário. Fazem parte deste módulo as funções de processamento de imagens, consulta e análise espacial. Para permitir análises interativas, visualizar resultados de consultas e manipulações, gerar relatórios e mapas, os SIG possuem um módulo de saída. A natureza dual das informações é o aspecto fundamental dos dados tratados em um SIG, ou seja, um dado espacial ou dado geográfico possui uma localização expressa, como coordenadas de um mapa, e atributos descritivos representados num banco de dados convencional (Câmara Neto, 1995). Hoje existem SGBDs que gerenciam esta dualidade de informações, armazenando dados binários de mapas e dados de atributos em um único banco de dados, como é feito pelo ARCSDE da ESRI. Uma etapa mais avançada seria a transformação de um SIG em um SADE (Sistema de Apoio à Decisão Espacial), que seria um SAD (Sistema de Apoio à Decisão) a ser usado para apoiar os tomadores de decisão em diversos níveis e tipos de atuação, e que enfocam dados espaciais. Em geral um SADE contém todos os componentes de um SAD, adicionando ao mesmo a capacidade de armazenar e manipular dados espaciais, normalmente no contexto SIG. Pode ser visto como uma coleção organizada (integrada) de software, dados e procedimentos para apoiar o processo de tomada de decisões. Trabalhos iniciais em SADE tendiam a enfocar aplicações em negócios, tais como estratégias de marketing geográfico, localização de armazéns de varejo ou decisões sócioeconômicas relacionadas a dados demográficos, porém em ambiente computacional isolado. O sistema deve ser genérico com modelagem acoplada ao ambiente espacial para facilidade de construção do SADE. Também deve ser capaz de operar outros programas para aumentar a capacidade de funções normais de gerenciamento e de análise. Os componentes básicos de um SADE se assemelham aos componentes de um SIG, ressalvando-se que em um SADE há uma ênfase no gerenciamento de modelos e procedimentos de análise, que o diferenciam de um SIG. Esse Sistema de Gerenciamento de Modelos geralmente é composto de módulos, cada um resolvendo um problema específico. Nesse 1032

4 contexto também há uma dualidade, difícil de ser tratada quando se trata de um SADE para Internet: executar complexos modelos de Pesquisa Operacional em um ambiente SIG amigável. 3. Software, Bibliotecas SIG e Mecanismos para a Internet Com a evolução dos Sistemas de Informações Geográficas, as empresas de criação de software SIG perceberam que o desenvolvimento de pacotes abrangendo inúmeras aplicações é caro e consome muito tempo. Assim elas passaram a desenvolver bibliotecas para a implementação de aplicações que disponibilizam os principais recursos de edição e manipulação de bases de dados geográficos. Desta forma o analista de sistemas passou a utilizar bibliotecas de desenvolvimento de aplicações SIG ou, simplesmente, bibliotecas SIG. Elas podem ser instaladas em software de desenvolvimento orientado a objetos, como Borland Delphi, Visual C++, Visual Basic, entre outros. Tais bibliotecas podem incluir o tratamento de redes espaciais. O GEOREDES e GEOREDES WEB Sistemas de Apoio à Decisão Espacial para Modelos em Redes Georeferenciadas desenvolvidos na COPPE/UFRJ (veja Barros Neto e Galvão, 2000) - utilizam bibliotecas tais como o MapObjects versão 2.1, desenvolvida pela ESRI, que apresenta diversos procedimentos e funções para tratamento de mapas digitais, e o MapObjects Internet Map Server versão 2.0, que possibilita a publicação na Internet de aplicações (Barros Neto e Galvão, 2000). Usando a experiência obtida no Projeto GEOREDES e GEOREDES WEB foi pesquisada a melhor forma de concretizar um novo projeto valendo-se dos recentes avanços em tecnologia de software e de hardware. Algumas bibliotecas e software para desenvolvimento disponíveis atualmente são mostrados na Tabela 1. Empresa Bibliotecas Especiais para Web ArcIMS ESRI MapObjects ( (Windows e Java) ArcView Streetmap MapObjects Internet Map Server MAPINFO MapInfo MapXtreme Java Edition MapX ( MapInfo Routing J Server EMAP TECHNOLOGIES ( EMap - CALIPER ( GISDK Maptitude for the Web BLUE MARBLE GEOGRAPHICS GeoObjects - ( MANIFOLD Manifold - ( Manifold Database Commander MAPSERVER ( - MapServer Opensource Geotools ( - GT1 e GT2 MICROSOFT ( - MapPoint ppoint/default.htm) ESRI NetEngine ( NetWork Analyst - INTERGRAPH GeoMedia ( Network GeoMedia Web Map 1033

5 Tabela 1 Software e Bibliotecas para a Implementação de Aplicações SIG, SADE e Internet SIG Durante o desenvolvimento do GEOREDES, a implementação de algoritmos, basicamente voltados para roteamento de veículos e localização de facilidades, era facilitado por ser o mesmo um aplicativo stand alone, não trabalhando em um ambiente Web; logo não havia a preocupação com a transferência (download) de dados. Os passos básicos na execução do GEOREDES para uma aplicação de roteamento de veículos são: - Dispor de uma malha viária, uma rede de arcos e uma rede de pontos disponíveis (3 camadas abertas ao usuário); - Cadastrar os clientes, depósitos, produtos e a uma frota de veículos heterogênea; - Gerar os arquivos shapefile (base para trabalho georeferenciado) dos clientes e dos depósitos e disponibilizá-los (abri-los) ao usuário (5 camadas abertas); - Segmentar a rede de arcos e pontos (gerar nova rede de arcos e pontos incluindo-se os clientes e depósitos); - Gerar a matriz de distâncias mínimas entre clientes e depósitos; - Executar um algoritmo de roteamento de veículos para frota heterogênea (Busca Tabu/Simulated Annealing) usando os dados acima descritos; - Gerar os arquivos shapefile das rotas resultantes (vias e pontos) e disponibilizá-los; - Customizar (renderizar) as vias para uma melhor apresentação; e - Disponibilizar o relatório. Internet SIG, no entanto, deve ser uma ferramenta SIG especial pois utiliza a Internet como meio de acessar e transmitir dados remotos, realizar análises e fazer apresentações SIG. Há uma certa dificuldade em implementar as etapas descritas acima e executá-las no ambiente Web, apesar dos navegadores (Browsers) já permitirem que usuários da Internet tenham acesso a aplicações SIG disponibilizada em servidores remotos na rede. Tais usuários podem trabalhar com dados SIG interativamente no navegador, parcialmente dispensando a necessidade de possuir software SIG em sua máquina local. Ainda há, porém, restrições na execução via Internet de algumas etapas executadas no GEOREDES, particularmente a segmentação das redes de arcos e pontos para inclusão de novos clientes e depósitos. Este assunto ainda é tratado com certo cuidado pela ESRI (ESRI Technical Paper, 2001). É recente o acesso e transmissão de dados SIG pela Internet. Atribui-se a Coleman e McLaughlin (1997) e Peng e Nebert (1997) os primeiros artigos sobre o assunto. A tarefa principal do acesso e transmissão de dados é prover acesso e retorno de informações espaciais. Ao utilizar a Internet para ter acesso e transmitir dados SIG, assume-se que o usuário utilizará os dados em sua máquina local com software SIG pré-instalado. Isto é útil no sentido que pode facilitar ao usuário a obtenção dos dados mais eficazmente. O uso da Internet desta maneira é no entanto muito limitado. Os usuários SIG têm que usar um software tradicional SIG, como o ArcView, para visualizar e analisar os dados. Acessar e transmitir dados SIG pela Internet é muito importante mas este é apenas o primeiro passo alcançado pela comunidade SIG. A habilidade de acessar as funções de análise SIG pela Internet é um passo ainda mais importante que será tratado a seguir. 4. Os Lados Cliente e Servidor da Internet SIG A Internet SIG tem características de orientação a objetos distribuídos e interativos. Cada dado SIG e sua funcionalidade é um objeto. Estes objetos podem estar em servidores diferentes na Internet e são integrados quando necessário. Uma aplicação cliente/servidor tem três componentes: um cliente, um servidor, e uma rede. Cada um é apoiado por software e hardware específicos. O cliente envia um pedido ao servidor que então processa o pedido e retorna os resultados para o cliente, que manipula os dados e/ou resultados e apresenta-os ao usuário. As conexões entre o cliente e o servidor são estabelecidas de acordo com um protocolo de comunicação como por exemplo o TCP/IP. 1034

6 Internet SIG aplica esse conceito de cliente/servidor executando tarefas de análise SIG. As tarefas ocorrem tanto no lado do servidor quanto no lado do cliente. O cliente pode pedir dados, ferramentas de análise ou módulos ao servidor. O servidor ou executa uma tarefa e manda de volta os resultados ao cliente pela rede, ou envia os dados e ferramentas de análise ao cliente para uso no lado do cliente. A World Wide Web provê uma interatividade natural à Internet pela existência de hipertexto. O usuário navega página a página através dele. Cada página Web porém é uma imagem estática organizada pelo fomentador de Web. A maioria das imagens são arquivos.jpeg ou.gif. O usuário não pode manipular o mapa e executar uma função de análise simples até mesmo como zoom, pan e busca no mapa propriamente dito. Poderá no entanto executar funções básicas de SIG como zoom, pan, busca e identificação se houver mecanismos específicos acoplados ao navegador. Internet SIG é vantajosa exatamente porque dados e ferramentas de análise podem estar armazenados em computadores diferentes na rede. Internet SIG no lado cliente permite que a análise de dados SIG seja processada no navegador Web da máquina local do usuário. Os dados e ferramentas de análise SIG residem inicialmente em um servidor. Os usuários normalmente pedem dados e ferramentas de processo ao servidor que os envia ao cliente para processamento local. Aplicações lado cliente incluem as seguintes abordagens: Plug-ins SIG, Controles ActiveX SIG, Applets Java SIG e mecanismos JSP e ASP. Plug-ins SIG são programas criados para trabalhar na Internet no navegador Web como o Netscape e Internet Explorer, e controlar dados e mapas SIG. São enviados pelo servidor Web e operam na máquina local do usuário. Agem como um aplicativo auxiliar que controla dados SIG que o HTML não pode reconhecer. São módulos de código dinâmicos associados a um tipo de dados que o cliente Web não pode operar sem apoio. Quando o navegador Web é inicializado, os Plug-ins disponíveis são enumerados em uma plataforma específica e são registrados de acordo com o seu tipo. Quando o navegador Web encontra dados desconhecidos, como a maioria dos dados SIG, ele procura o Plug-in que está associado àquele tipo de dados e o carrega. Plug-in SIG pode ser incorporado ao documento HTML como uma sub-parte de uma página HTML. Isto é semelhante a uma imagem.gif ou.jpeg, porém a imagem pode ser manipulada pelo usuário, executando funções com zoom, pan e busca, entre outras. A segunda aplicação do lado cliente é o que chamamos de Controle ActiveX, desenvolvido pela Microsoft. Controles ActiveX SIG são semelhantes aos Plug-ins SIG e foram criados para estender as capacidades do HTML em controlar mapas e dados espaciais. São também carregados via Internet e executados na máquina local do usuário. Outro desenvolvimento consiste no uso da linguagem de programação Java para criar Applets Java, que são aplicativos Java (ou executáveis Java). Applets Java são mini-aplicativos executados dentro de um navegador Web habilitado para Java. São carregados nos servidores Web e executados no navegador Web. Neles podem ser encapsuladas todas as funcionalidades e dados SIG em um pacote, que é transportado ao cliente. São criados para interpretar dados SIG e executar análises SIG. Cada função SIG como zoom in, zoom out, zoom por área, busca, legenda e relatório de saída podem ser executados por um Applet. Eles residem inicialmente no lado servidor, da mesma forma que o documento HTML, Plug-Ins e Controles ActiveX. Os arquivos Applet são carregados e executados quando um usuário conecta-se e invoca o documento HTML contendo uma referência de chamada ao Applet SIG. Há uma sucessão específica de eventos que acontecem quando um navegador habilitado para Java carrega um documento HTML e Applets SIG. Os Applets Java SIG provêem características importantes não apresentadas no HTML, Plug-Ins ou Controles ActiveX: 1. Applets Java são dinâmicos, considerando que o HTML é relativamente estático. 2. Applets Java são executados no lado cliente, não no servidor, podendo fazer melhor uso dos recursos de computação locais. 1035

7 3. A linguagem Java é projetada para ser de "arquitetura neutra". Isto significa custos mais baixos, maiores escolhas, e maior inter-operação entre componentes. 4. Os Applets Java são instalados no navegador Web do usuário quando o mesmo inicia o pedido e podem ser desinstalados automaticamente quando o usuário deixa a aplicação. O Applet Java não ocupa espaço de disco permanente na máquina local do cliente, o que não ocorre com os Plug-Ins e Controles ActiveX. 5. Os Applets Java são mais flexíveis para criar e exibir gráficos e mapas. A interface do usuário pode portanto ser estendida para incluir mapas mais complexos e capacidades de busca. 6. Um programa Java tende a ser menor e se adequa melhor para transferência pela Internet. 7. A linguagem Java tem um alto mecanismo de segurança. Quando um Applet Java ou aplicação é carregada, ele é executado no JVM (Máquina Virtual Java) no dispositivo local do usuário. Os programas não têm nenhum acesso a recursos do sistema locais. Nenhum vírus pode executado na memória local ou no sistema de arquivos. A desvantagem dos Applets Java é que eles não podem se conectar com outros computadores da rede além daqueles onde foram carregados. Isto impede que o processo seja verdadeiramente distribuído, essencial em Internet SIG. Já o mecanismo JSP (Páginas de Servidor em Java) é uma tecnologia que permite incorporar a uma página de hipertexto (HTML) características estáticas e dinâmicas. O JSP pode controlar o conteúdo de páginas Web pelo uso de Servlets, que são pequenos programas especificados na página Web e executados no servidor, para modificar a página antes de ser enviada a resposta ao usuário. A empresa Sun Microsystems, criadora do Java, também se refere à tecnologia JSP como um API Servlet. O Servlet é a resposta Java para o CGI (Common Gateway Interface), arquitetura que intermedia solicitações do cliente ao servidor. Outro mecanismo semelhante ao JSP é o ASP (Active Server Page, ou Página de Servidor Ativa) da Microsoft. O JSP chama um programa em Java que é executado pelo servidor Web, enquanto o ASP contém um script, executado antes de a página ser enviada ao usuário. Uma ASP pode também ser definida como uma página HTML que inclui um ou mais scripts, processados em um servidor Web antes de a página ser enviada ao usuário. No JSP a parte dinâmica da página Web é escrita em Java e no ASP é escrita em VB ou outra linguagem que interprete scripts. A seguir, nas Tabelas II e III, é apresentado um resumo das vantagens e desvantagens de aplicativos serem executados no cliente ou no servidor. Vantagens de Aplicativos Internet SIG no lado servidor Desenvolvimento facilitado e mais simples pois será executado no servidor. Facilidade de manutenção. Adere aos padrões da Internet Desvantagens de Aplicativos Internet SIG no lado servidor Interface gráfica deficiente: fornece só imagens ao cliente. Baixa qualidade gráfica. Pouca funcionalidade dos Web browsers. Requer apenas browsers padrão (Internet Explorer, Netscape). Requer baixa largura de banda. Possibilita aplicativos mais complexos. Tabela II Vantagens e Desvantagens de Aplicativos Internet SIG no Lado Servidor 1036

8 Vantagens de Aplicativos Internet SIG no lado cliente Possibilita o uso de dados vetoriais. Melhor qualidade de imagem e interface gráfica para o usuário. Desvantagens de Aplicativos Internet SIG no lado cliente Maior dificuldade de desenvolvimento. Requer software adicional. Longo tempo de download. Não aderência a padrões da Internet. Incompatibilidade com plataformas/browsers. Tabela III Vantagens e Desvantagens de Aplicativos Internet SIG no Lado Cliente Decidir o que disponibilizar de toda essa complexidade de mecanismos em um Internet SADE pode ser uma tarefa difícil. Para tal, uma das etapas iniciais para implementação de um Internet SADE seria a seguinte: Implementar um servidor de mapas para Internet (usando por exemplo o software ArcIMS), com possibilidades de acesso a dados georeferenciados, o que formará a base para um Internet SADE. A partir deste ponto trabalhar para que um computador cliente acesse via Internet ferramentas da Pesquisa Operacional para executar algoritmos de rotas de caminhos mínimos. Posteriormente pode-se pensar na disponibilização, via Internet, de algoritmos de localização e distribuição (roteamento de veículos). 5. Desafios na Aplicação de Modelos de Localização e Distribuição em Ambiente Internet SIG O ArcIMS é um servidor para editar e publicar mapas na Internet. Provê uma arquitetura para distribuir serviços SIG na Internet. Opera em um ambiente distribuído e consiste de ambos os componentes, servidores e clientes. O componente servidor de aplicações possibilita a extensão de um site da Web, introduzindo no mesmo capacidades e funcionalidades de um SIG. Logo, após a montagem de um site Web ArcIMS, pode-se disponibilizar dados, mapas e aplicações, como uma rede de arcos e pontos de vias de uma cidade, e até mesmo um aplicativo simples. Como passos básicos do uso do ArcIMS estão a instalação do servidor Web, do servidor de mapas e a introdução das ferramentas de geoprocessamento. Como etapa mais avançada está a implementação, via Internet, dos tratamentos dos dados das redes de arcos e pontos (segmentação) e a disponibilização de algoritmos mais complexos, por exemplo algoritmos de roteamento de veículos e de localização de instalações. O lado cliente mais simples desse sistema inclui um conjunto de disponibilizadores (viewers) HTML e JAVA, os quais podem ser distribuídos sem custo para os usuários. Estes viewers disponibilizam uma significativa funcionalidade de geoprocessamento e já vêm com o ArcIMS (são os chamados clientes "enviados" pelo ArcIMS), conectando-se e trabalhando em conjunto com o ArcIMS. Caso se deseje um ambiente computacional mais avançado, o lado cliente pode utilizar o software ArcGIS (composto por ArcView, ArcEditor, ArcInfo, ArcExplorer) ou o ArcPAD, no caso de se usar um computador de bolso (pocket PC). Esses são clientes que possuem habilidade em conectar e utilizar com maior propriedade o site ArcIMS (veja a Figura 1). 1037

9 O viewer HTML é utilizado para acessar mapas no formato de imagem, assim como dados tabulares. Trata-se de um viewer leve, sendo o viewer ArcIMS mais simples. O usuário interage visualizando mapas e atributos por meio de mecanismos de geoprocessamento bastante simples, embora suficientemente poderosos. O viewer HTML pode ser incorporado em qualquer site HTML visando a criação dinâmica e interativa de mapas para os usuários; ele possibilita ao gerenciador do site um maior controle em relação a como os usuários podem acessar e ao que podem fazer com um SIG. O viewer HTML não apoia algumas funções de geoprocessamento nem a integração de dados Web com dados locais. A despeito de ser um cliente leve, o viewer HTML é no entanto um cliente altamente customizável, e que pode ser utilizado nos navegadores mais comuns. O ArcIMS disponibiliza dois viewers JAVA (um padrão e outro customizável). O viewer JAVA customizável, que é um Applet, apresenta uma grande flexibilidade e enorme funcionalidade mediante sua customização, tornando-se portanto muito útil para um usuário que necessita de grande poderio de geoprocessamento. O viewer JAVA padrão oferece uma interface padrão, que não requer qualquer customização, podendo utilizar os navegadores Web mais comuns. Ambos os viewers JAVA são clientes um pouco mais robustos e pesados que o correspondente viewer HTML e contêm um conjunto significativo de funções de geoprocessamento. Com os viewers JAVA é possível combinar dados georeferenciados oriundos de muitas e diferentes fontes, locais e da Internet. Os melhores clientes para operarem com o ArcIMS são os produtos ArcGIS Desktop, ou seja, ArcView, ArcEditor e ArcInfo. O módulo ArcMap, disponível em todos os ArcGIS Desktops, oferece a capacidade mais ampla e poderosa de todos os possíveis clientes do ArcIMS. No ArcMap pode-se trabalhar com shapefiles, coverages, geodatabases e camadas ArcIMS. Com a exceção de edições, mesmo as funcionalidade mais avançadas do ArcMap podem ser executadas e operadas sobre camadas ArcIMS. A habilidade de integrar dados locais com informações geográficas disponibilizadas em qualquer lugar do mundo é uma evolução em SIG. AMBIENTE DISTRIBUÍDO VIA INTERNET CLIENTES COM VIEWERS HTML OU JAVA CLIENTES ArcGIS computadores pessoais avançados e computadores de bolso com ArcPAD O Servidor Web Figura 1 Possíveis Ambientes Computacionais do Lado Cliente Com respeito ao servidor Web, este deve funcionar com algum dos atuais serviços para Internet, como o Internet Information Server, o Apache, o Netscape Enterprise Server ou o iplanet. Um site deste tipo também deve dispor de um servidor de aplicativos. Quando um cliente ArcIMS envia um pedido para o servidor de aplicativos, o servidor ArcIMS processa e responde a este pedido gerando um mapa, ou então pesquisa e recupera dados geográficos para uma determinada extensão do mapa. Este serviço prestado pelo ArcIMS é chamado de Map Service. Quando é criado um Serviço de Mapas (Map Service) para um site são determinadas as camadas de dados que serão incluídas no mapa e a forma pelas quais as feições do mapa serão 1038

10 renderizadas (customização da apresentação). Quando um cliente envia um pedido para utilização do Map Service em questão, o mapa decorrente é gerado no servidor de aplicações em conformidade com as especificações que foram inseridas no pedido. O MapService disponibiliza o mapa produzindo para o cliente que o solicitou uma de duas alternativas: -uma imagem (Image Map Service), como era no GEOREDES WEB, que utilizava o MapObjects Internet Map Server; ou - vetores baixados no browser (Streamed Feature). Uma Image Map Service utiliza as capacidades de renderização do ArcIMS para disponibilizar uma visão instantânea dos mapas para o cliente requisitante. Esta visão é enviada comprimida ao cliente. Uma nova imagem de mapa é gerada cada vez que o cliente requisita uma nova informação. O Feature Map Service remete feições vetoriais comprimidas para o cliente requisitante. Esta modalidade de remessa de feições vetoriais (feature streaming) possibilita que funções mais sofisticadas de geoprocessamento sejam realizadas diretamente no cliente requisitante. Esta funcionalidade possibilita ao cliente alterar a aparência e conteúdo do mapa sem intervenção do servidor. Isso é de extrema importância no caso de segmentação das redes de arcos e pontos para uso em um Internet SADE. Feature Streaming é uma funcionalidade somente disponível nos clientes mais poderosos: ArcExplorer (JAVA Edition), ArcIMS JAVA Viewer ou o próprio ArcMap deverão estar instalados no cliente. As feições vetoriais remetidas por um site ArcIMS podem ser combinadas e integradas a feições vetoriais remetidas por outros sites ArcIMS, bem como com dados locais, possibilitando ainda a utilização conjunta de todas elas em operações e análises espaciais. Há também a possibilidade de consulta ao banco de dados. Outro mecanismo é a extração de dados geográficos reais. Finalmente a geocodificação, que possibilita a submissão de um endereço pelo cliente para ser geocodificado no Servidor, também é permitida. Uma possível arquitetura para um Internet SIG é mostrada na Figura 2. INTERNET ArcIMS Manager Web Server Trabalha com: IIS, Apache, Netscape Ent. Server, iplanet Envolve: Author, Design, Gerenciador e Administrador ArcIMS Server ArcIMS Aplication Server Mapas Dados Aplicativos As respostas do ArcIMS são empacotadas como mensagens ArcXML e enviadas ao cliente Arquivos BASE DE DADOS SIG 1039

11 Figura 2 Arquitetura de um Internet SIG O ArcIMS tem por base tecnologia Internet padrão, a qual é empregada pelos usuários para desenvolver (author) e gerenciar sites Internet SIG. Os sites ArcIMS são desenvolvidos (authored) utilizando-se ferramentas e padrões HTML e JAVA, tornando o processo similar à construção de qualquer outro site Web convencional. O processo envolvendo o ArcIMS é único tão somente porque ele também disponibiliza ferramental para desenvolvimento (authoring) e implementação de capacidades de geoprocesamento no site. Há facilidade em customizar um novo cliente para uso do ArcIMS. O requisito fundamental é que este novo cliente customizado tenha a capacidade de interpretar e responder ao ArcXML (o Delphi possui objetos XML na Metamarkup Language). A arquitetura utilizada pelo ArcIMS possibilita uma customização direta, em todos os níveis. Ao nível do cliente, customizações HTML ou JAVA scripts podem ser utilizadas para modificar a aparência dos viewers. Já no âmbito do servidor a linguagem ArcXML pode ser utilizada para modificar os arquivos de configuração de mapas (reprojetar dados, mudar a aparência das feições). O ArcXML é a linguagem utilizada para comunicação entre clientes, viewers (HTML / JAVA) e servidores de aplicações. O ArcXML é uma especificação do XML que possibilita a criação de mensagens estruturadas. Todos os pedidos efetuados pelos clientes, bem como as respostas enviadas pelos servidores, são codificadas em ArcXML. Uma vez que são utilizados protocolos padrões XML, toda e qualquer linguagem que entenda XML poderá trabalhar conjuntamente e operar normalmente com o ArcIMS. Após essas considerações há outro ponto a ser estudado para a implementação de um site Internet SIG: buscar, por meio do ambiente Web, atingir grande quantidade de usuários. Esse usuário porém não quer pagar caro para ter acesso a dados SIG e suas funções de análise. Em contrapartida manter na Internet, a custos operacionais baixos, dados e ferramentas SIG que incorporam atualizações, muitas vezes em tempo real, passou a ser um grande desafio para seus desenvolvedores. 6. Resultados Esperados e Conclusões Neste trabalho foram apresentadas algumas características e possíveis implementações de um SIG para uso através da Internet. Em todas elas, no entanto, ainda não há a possibilidade de plena execução de algoritmos mais complexos via Internet, por exemplo para roteamento de veículos e localização de facilidades. Uma das melhores soluções atuais é o uso do ArcIMS, das facilidades da linguagem ArcXML e dos mecanismos Servlet ou de conectores ActiveX. Outra possibilidade é o uso dos metadados como forma de tornar mais leves os aplicativos Internet SADE. O protótipo de um Internet SADE deve desempenhar inicialmente as funções de um bom servidor de mapas e executar algoritmos de caminhos mínimos via Internet. O uso de uma rede de arcos e pontos ainda é necessária e o custo da transferência desses dados e dos mecanismos de segmentação da rede para inclusão de clientes e facilidades via Internet, aliado às demoras na execução dos algoritmos (mesmo heurísticos), ainda necessitam ser melhor pesquisados para viabilizar as implementações respectivas. O uso de todo o mecanismo implementado no GEOREDES (ver Barros Neto e Galvão, 2000) ainda geraria um alto custo via Internet, mesmo na execução de um algoritmo de caminhos mínimos. O computador cliente, mesmo utilizando mecanismos Applet Java interativos, demoraria certo tempo na sua execução. No caso de se utilizar a linguagem ArcXML, o servidor ficaria encarregado da maior parte do trabalho, desvirtuando a finalidade da distribuição de responsabilidades na execução do aplicativo pela máquina cliente. Todas essas conjecturas terão que ser testadas. Enquanto isso fica a expectativa da implementação e do funcionamento, em um servidor Internet SADE, de um aplicativo via Internet para cálculo de caminhos mínimos com uma malha viária de teste. Futuramente 1040

12 também será estudada a implementação de algoritmos mais complexos. Fica também patente a crescente necessidade de um banco de dados relacional onde dados de atributos e dados binários de mapas estejam disponíveis e inter-relacionados em tabelas. O crescente avanço da velocidade de tráfego na Internet estimula desenvolvimentos futuros, mas a taxa de transferência de dados SIG necessita ser incrementada, sob pena de desinteresse dos usuários clientes devido à atual demora de transferência dos dados SIG via Internet. Sites na Internet [1] Installation guide of Jakarta Tomcat server [online]: [2] USNO GPS Timing Operations [online]: [3] ESRI, GIS & mapping software [online]: [4] Produtos da Manifold, GIS & mapping [online]: [5] Produtos Mapinfo [online]: [6] Produtos Mapmaker [online]: [7] Produtos Mappiont [online]: [8] Informações sobre MapServer [online]: [9] Informações sobre produtos Caliper [online]: [10] Informações sobre postgresql server [online]: [11] Informações sobre cartografia [online]: [12] Informações sobre Geographynetwork [online]: [13] Dicionário GIS [online]: [14] Informações sobre GIS [online]: Referências Bibliográficas [1] Aronoff, S. (1989). Geographical Information Systems: A Management Perspective. WDI Public. [2] Barros Neto, Júlio F. & Galvão, R. D. (2000), "GEOREDES e GEOREDES WEB: Sistemas de Apoio à Decisão Espacial para Redes Georeferenciadas" Anais SOBRAPO [3] Câmara Neto, G. (1995). Modelos, Linguagens e Arquiteturas para Banco de Dados Geográficos. Tese de Doutorado, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais. [4] Coleman D.J. e John D. McLaughlin, (1997). Information Access and Network Usage in the Emerging Spatial Information Marketplace. Journal of Urban and Regional Information Systems. [5] ESRI Technical Paper, (2001)-Linear Referencing and Dynamic Segmentation in ArcGIS 8.1, Redlands, California, EUA, [6] Maguire, D. (1991). An Overview and Definition of GIS, In: Maguire, D., Gooldchild, M. e Rhind, D.(eds) Geographical Information Systems: Principles and Applications, John Wiley & Sons, [7] Peng, Zhong-Ren e Douglas, D. Nebert, (1997). An Internet-Based GIS Data Access System. Journal of Urban and Regional Information Systems, spring [8] Smith, T.R., Menon, S., Star, J. e Estes, J.E. (1987). Requerements and Principles for the Implementation and Constructions of Large-Scale Geographical Information Systems, Intenational Journal of Geographical Information Systems, 1, [9] Star, J. e Estes, J. (1990). Geographic Information Systems: An Introduction, New York, Prentice- Hall. 1041