Aplicações de SIG na WEB

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1 Aplicações de SIG na WEB O atlas do ambiente dinâmico MACHADO, João; CABRAL, Pedro e PAINHO, Marco RESUMO Um dos principais focos do desenvolvimento actual de ferramentas de Sistemas de Informação Geográfica (SIG) tem consistido no desenvolvimento de funcionalidades para disponibilização na Internet. Os SIG Distribuídos (SIGD) utilizam tecnologia de distribuição de informação geográfica por uma vasta audiência, familiarizada ou não com SIG, de forma a permitir a realização de funções e obtenção de resultados similares aos existentes num ambiente SIG tradicional. A Internet constitui um meio privilegiado e com um elevado potencial de crescimento no que respeita à disponibilização de grandes quantidades de informação geográfica, e torna possível o acesso, por parte dos utilizadores, a funcionalidades SIG, sem terem necessariamente de ser proprietários de licenças de aplicações de SI. Basta disporem de um computador com ligação à Internet e de um browser. Dados residentes numa máquina local ou na rede podem ser integrados com dados de sites remotos utilizando o mesmo browser. Estas foram algumas das principais razões que levaram o Instituo do Ambiente (IA) em conjunto com o Laboratório de Novas Tecnologias do ISEGI - Universidade Nova de Lisboa a desenvolver um novo sistema, o Atlas do Ambiente Dinâmico em ArcIMS. Esta nova versão constitui uma evolução da versão anterior desenvolvida em MapObjects IMS e introduz algumas vantagens consideráveis como o aumento da velocidade de acesso aos dados, disponibilização de serviços de dados, gravação de dados de acordo com o nível de visualização, arquitectura mais robusta e escalonável entre outras. PALAVRAS -CHAVE: Atlas do Ambiente; WebGIS; SIG distribuídos 1. INTRODUÇÃO Neste trabalho descreve-se a concepção e desenvolvimento do Atlas do Ambiente. Estas foram realizadas com recurso à tecnologia ArcGIS/ArcIMS, capaz de disponibilizar a informação geográfica do Atlas do Ambiente no formato Digital e respectiva metainformação. Pretendeu-se ainda tomar como referência a sua anterior versão, sobre a tecnologia MapObjects IMS. Esta comunicação apresenta alguns aspectos técnicos relativos ao sistema desenvolvido. São descritas as componentes necessárias ao funcionamento da aplicação e é apresentada a fundamentação para as principais opções técnicas tomadas. Começa-se por descrever a informação disponível, que se pretende servir na Internet, bem como os ficheiros de configuração dos mapas (AXL). Descreve-se de seguida a fase de análise de requisitos e a especificação destes, ao nível funcional e ao nível técnico. Apresenta-se depois o desenho global da solução adoptada e descrevem-se alguns aspectos relativos ao desenvolvimento. Finalmente, apresentam-se algumas sugestões para desenvolvimentos futuros deste projecto, que poderão ser equacionadas ou mesmo motivar novas fases para a sua evolução. 2. A TECNOLOGIA ARCIMS O ArcIMS constitui uma sofisticada plataforma de desenvolvimento de aplicações de WebGIS, em arquitectura cliente/servidor, com ferramentas de desenvolvimento e gestão que podem ser utilizadas para construir soluções empresariais seguras, fiáveis e facilmente adaptáveis ao aumento da procura. A partir de um browser de Internet é possível aceder, visualizar e interagir com os dados produzidos por soluções SIG profissionais em qualquer parte do mundo, bem como integrar dados a partir de múltiplas origens para realizar inquirições e análises localizadas. O ArcIMS permite a integração simultânea de dados da Internet, layers SDE, coberturas ArcInfo e imagens, para visualização com dados locais (ESRI, 2000a).

2 O ArcIMS revoluciona a forma como os utilizadores podem aceder e interagir com a informação geográfica num ambiente "desktop", tornando numa realidade a promessa do GIS distribuído. Dados residentes numa máquina local ou na rede podem ser integrados com dados de sites ArcIMS remotos utilizando o mesmo browser. Outro aspecto importante desta tecnologia é a possibilidade de publicar serviços SIG a partir de um único servidor ou distribuir esses serviços por múltiplos servidores (ESRI, 2000a). Através da disponibilização de um ambiente altamente eficiente e escalonável, o ArcIMS permite aumentar as capacidades do site para ir ao encontro da procura, sem que seja necessário reconstruir as aplicações. Esta perspectiva de evolução inclui a integração com as tecnologias de Internet móvel para o serviço de mapas. O ArcIMS pode ser utilizado para servir mapas para telemóveis através do Wireless Application Protocol (WAP), assim como para o cliente SIG móvel da ESRI, o ArcPad. A segurança incorporada permite construir sites que restrinjam o acesso apenas a utilizadores autorizados (ESRI, 2000a). 2.1 Arquitectura A implementação de uma solução ArcIMS (Figura 1) requer sempre um servidor Internet, que tem de suportar servlets. Os servidores que são totalmente suportados incluem o Microsoft Internet Information Server, o Netscape Enterprise Server, e o Java Server. O ArcIMS também funciona com sucesso em servidores Apache e O'Reilly. É também necessário um Servlet Engine, que pode ser encontrado no mercado em versões comerciais e em versões OpenSource. Finalmente, o sistema requer uma Java Virtual Machine, software necessário para a execução de aplicações Java, que pode ser encontrado no site da Sun Microsistems. Figura 1 Componentes necessários a uma solução ArcIMS (ESRI, 2001) Ao conceber uma solução assente em tecnologia ArcIMS é necessário, entre outros aspectos, escolher o tipo de cliente. Esta decisão baseia-se sobretudo nos objectivos da aplicação e nas funcionalidades que se pretendem, bem como no tipo de utilizadores a quem se destina. De uma forma geral, se pretendemos uma aplicação com elevados requisitos ao nível do cliente, nomeadamente a manipulação de informação vectorial, a opção terá de passar por um Java Viewer (ESRI, 2001d), caso contrário podemos optar por qualquer dos outros visualizadores disponíveis (ESRI, 2001b) e (ESRI, 2001c), tendo-se escolhido para esta aplicação o HTML Viewer. O ArcIMS apresenta uma arquitectura multi-tier. Podemos encontrar uma camada referente à apresentação (ver figura 2), onde se situam os clientes (1), que enviam pedidos ao servidor e recebem e apresentam as respostas a esses pedidos. Na camada central encontramos os componentes responsáveis por receber (2), encaminhar (3) e satisfazer (4) os pedidos enviados pelos clientes. Também nesta camada se situam as ferramentas de gestão e manutenção. Finalmente, temos a camada dos dados que são acedidos (5) e disponibilizados (6) pelo ArcIMS aos clientes. Figura 2 Arquitectura do ArcIMS (ESRI, 2000a). A informação geográfica a servir pelo ArcIMS é previamente definida e configurada em ficheiros de configuração (Map Configuration Files), escritos em linguagem AXL (ESRI, 2001a). O ArcIMS acede aos mapas, através dos seus ficheiros de

3 configuração (AXL), que são referenciados em serviços de mapas (MapServices). O ArcIMS suporta dois tipos de MapServices. Os MapServices de imagens, que produzem o mapa no servidor e enviam ao cliente uma imagem deste em formato JPEG, GIF ou PNG. Por outro lado, os MapServices de features empacotam os dados no servidor (stream) e enviam para o cliente em formato vectorial. O serviço de dados vectoriais proporciona uma visualização em ecrã de melhor efeito. Adicionalmente, técnicas avançadas como o anti-aliasing também permitem melhorar a qualidade dos mapas. Também funcionalidades como a alteração de simbologia de mapas, as selecções espaciais, e as inquirições podem ser feitas no cliente, sem que sejam enviados pedidos ao servidor. O lado do servidor do ArcIMS suporta funções de rendering de mapas, streaming de features, geocodificação, inquirição e extracção de dados. Também as projecções são suportadas do lado do sevidor. Os diferentes temas de informação poderão estar em diferentes projecções que o ArcIMS associa uma projecção comum ao MapService. Desta forma, os pedidos que a ele chegam poderão solicitar dados na mesma projecção ou numa projecção diferente da do MapService, de forma transparente para os clientes, que não tem que projectar os dados. O geoprocessamento local resulta em capacidades de processamento cliente/servidor mais eficientes. Poderá escolher-se entre um dos clientes HTML/DHTML ou Java, prontos a usar, ou construir aplicações em Visual Basic ou Visual C++ que utilizem os serviços do ArcIMS (ESRI, 2001). 2.2 Solução Adoptada O aspecto e funcionalidade das páginas Web com mapas dinâmicos gerados pelo ArcIMS podem ser personalizados através da utilização do HTML/DHTML e de uma linguagem de script, tal como o JavaScript ou o VBScript (ESRI, 2000). Este foi o procedimento seguido neste trabalho. Relativamente ao visualizador a adoptar, foram ponderados os objectivos e funcionalidades pretendidas para o projecto juntamente com o objectivo de que a aplicação seja acessível a todo o tipo de utilizadores. Assim, a solução deverá passar pela escolha do HTML Viewer, uma vez que não haverá necessidade de manipular informação vectorial no lado do cliente, nem seria desejável que os utilizadores tivessem que fazer o download e instalação do Java Runtime Environment, para acederem ao Atlas. A aplicação foi desenvolvida sobre uma configuração composta por um servidor Web Internet Information Server, com o JakartaServlet da Apache (SHACHOR, 2000). Contudo, é de esperar que seja compatível com outras configurações. 3. ANÁLISE E ESPECIFICAÇÃO DE REQUISITOS Nesta fase, de concepção da nova aplicação, procurou-se atender à informação a processar, às funcionalidades a implementar bem como às restrições existentes e aos critérios de aceitação da solução final (Silva, 2001). Tendo em vista a definição das funcionalidades a implementar nesta nova versão do Atlas Digital Dinâmico, foi feita uma análise prévia à sua versão actual. A partir desta análise e da discussão entre os intervenientes no projecto, foram acordadas algumas alterações às funcionalidades existentes bem como decidido implementar algumas novas. Apresentam-se a seguir os requisitos funcionais identificados na fase de análise, e que deverão ser contemplados pela aplicação. Definição da Interface Ao nível da interface esta nova versão apresenta alguma inovação, quer pela necessidade de enquadrar as novas funcionalidades implementadas, quer para introduzir alguns ajustes considerados pertinentes. Embora se mantenha a divisão em quatro zonas fundamentais, com o mapa ao centro as ferramentas de interacção com o mapa à esquerda e o mapa de enquadramento e a legenda à direita, já relativamente à parte inferior da aplicação reserva-se agora esta área para apresentação de informação ao utilizador, transferindo-se os botões de controlo do mapa para a parte esquerda, juntamente com as restantes ferramentas. Os resultados de identificar elementos no mapa e outras mensagens para o utilizador são agora apresentados nesta nova parte inferior, evitando-se o lançamento de novas janelas de browser. Relativamente ao acesso aos temas, foi pensada uma nova forma de interacção. Dividiu-se a informação disponível em temas do ambiente e em temas de enquadramento. O utilizador pode assim escolher um tema do ambiente e sobrepor-lhe um tema de enquadramento à sua escolha, sem dependência da escala de visualização. Ainda em relação aos temas de enquadramento, foram criadas opções para escolher entre visualizar apenas os limites, ou visualizar limites com a toponímia (Figura 3). No caso dos distritos é sempre mostrada a toponímia, por não levantar problemas de excesso de informação. Foi ainda prevista a opção de não ter visível um tema de enquadramento, vendo só o tema de ambiente, bem como o inverso. Figura 3 Caixas de escolha dos temas

4 Outra inovação importante é ao nível das ferramentas de identificar e acesso à metainformação dos temas. O Identificar pode actuar sobre o tema do ambiente ou sobre o tema de enquadramento, consoante a zona onde se selecciona essa opção (junto à caixa de escolha de temas do ambiente, ou junto à caixa de escolha de temas de enquadramento). O mesmo acontecendo com a opção Descrição do Tema. O resultado desta opção, que é apresentar um conjunto de metadados sobre o tema escolhido na caixa de selecção respectiva, continua a ser apresentado em nova janela de browser, pois dada a quantidade de informação que é apresentada não se considera adequada a sua apresentação na parte inferior da aplicação, reservada à interacção com o utilizador. Novas Funcionalidades Para além das mudanças ao nível da interacção com temas de informação, já descritas anteriormente, foram adicionadas algumas novas funcionalidades, motivadas em grande medida pelas potencialidades proporcionadas pelo ArcIMS. Uma nova funcionalidade tem a ver com o mapa de enquadramento (Figura 4), que agora permite, a um dado zoom, percorrer diferentes zonas do mapa principal, por simples indicação de um ponto no mapa de enquadramento. Outra nova funcionalidade desenvolvida é a possibilidade de gravar no computador do utilizador, a informação geográfica que está a ser visualizada no mapa, pela sua actual extensão (Figura 5). Os dados são copiados em formato ESRI Shapefile, mas compactados num único ficheiro do tipo Winzip. Desta forma, é possível copiar apenas os dados de uma determinada área de interesse, em vez do tema completo. Figura 4 Mapa de enquadramento Apresentam-se a seguir as várias funcionalidades disponibilizadas pela aplicação e respectivas funções. As funções referidas são apenas aquelas que são directamente invocadas a partir da interface. Figura 5 Nova funcionalidade de gravar dados visíveis As funcionalidades de interacção com os temas (Figura 6) incluem a escolha do tema, de enquadramento ou do ambiente, a possibilidade de obter a metainformação referente ao tema escolhido e ainda identificar elementos no mapa obtendo os atributos que lhe estão associados. Interacção com os temas Identificar elementos no mapa idtema(tipotema) O tipo de tema é passado como argumento para distinguir se a função foi invocada para identificar Consultar descrição do tema desctema(tipotema) O tipo de tema é passado como argumento para distinguir se a função foi invocada para obter descrição de um tema do

5 Escolha de um tema de enquadramento showthemeenq(tema) Nome do tema a mostrar Escolha de um tema do ambiente showtheme(tema) Nome do tema a mostrar Figura 6 - Funcionalidades de interacção com os temas. A opção Identificar Elementos no Mapa pode ser escolhida a partir do tema do ambiente ou do tema de enquadramento. O botão a partir do qual se escolhe a aplicação vai determinar, para o mesmo ponto, qual o tema a identificar. Os atributos encontrados no ponto indicado são apresentados no frame inferior (Figura 7). Figura 7 - Funcionamento da ferramenta Identificar elementos no mapa. O resultado de se escolher a ferramenta Descrição do Tema é apresentado em nova janela (Figura 8). O ficheiro apresentado na janela, é um ficheiro HTML, com o mesmo nome que o tema tem no ficheiro AXL do ArcIMS. Se for pedida a descrição de vários temas seguidos, o resultado é apresentado sempre na mesma janela, caso esta ainda esteja aberta. Figura 8 - Funcionamento da ferramenta Descrição do tema.

6 As ferramentas de controlo do mapa permitem ao utilizador controlar a forma como este é apresentado (Figura 9). A ferramenta que permite aumentar o mapa (Aproximar), funciona por indicação de um ponto ou de uma área rectangular sobre este, sendo o mapa aumentado em torno desse ponto ou dessa área. A ferramenta de diminuição do mapa tem um funcionamento e uma implementação semelhantes à de aumentar o mapa, mas com o efeito inverso. A funcionalidade de deslocar o mapa em qualquer direcção (Mover), normalmente conhecida por pan, requer que se indique sobre o mapa um ponto de partida e uma direcção, após o que o ArcIMS gera um novo mapa mostrando a nova zona indicada. Finalmente, a ferramenta ver tudo repõe o mapa inicial pela sua extensão máxima, definida no ficheiro AXL. Esta funcionalidade não requer qualquer interacção com o mapa. Todas as ferramentas de controlo do mapa invocam a função clickfunction(), sendo passado como argumento a funcionalidade seleccionada pelo utilizador.

7 Controlo do Mapa Aumentar mapa clickfunction( zoomin ) Mostrar mapa todo clickfunction( fullextent ) Diminuir mapa clickfunction( zoomout ) Deslocar em qualquer direcção clickfunction( pan ) Figura 9 - Funcionalidades de controlo do mapa. Os dados do Atlas do Ambiente têm sido largamente divulgados e distribuídos sendo desejável que assim continue. Assim, nesta versão mantém-se a ligação à página do site da DGA que permite efectuar o download de alguns ou da totalidade dos temas do Atlas. Para complementar esta possibilidade criou-se a funcionalidade que permite efectuar o download da informação geográfica dos temas visíveis e recortados pela área visível no mapa (Figura 10). Esta nova funcionalidade é em grande medida facilitada pela tecnologia ArcIMS. A simples inclusão da extensão do tipo extract nos ficheiros de configuração de mapas, tal como se apresenta no código a seguir, permite implementar na aplicação a possibilidade de solicitar ao servidor o ficheiro contendo a informação geográfica visível no mapa (ESRI, 2001a). <EXTENSION type="extract"> <EXTRACTPARAMS clip="false" /> </EXTENSION> Cópia da Informação Gravar dados visíveis clickfunction('extract') - Gravar os temas do atlas Função (link): m Figura 10 - Funcionalidades para copiar a informação geográfica do Atlas. A opção de gravar os dados visíveis dá origem a uma nova janela de browser (Figura 11). Primeiro é mostrada informação relativa aos dados que vão ser copiados, nomeadamente o formato, os temas e a área geográfica abrangida. É ainda

8 apresentado um botão que permite confirmar a cópia dos dados e continuar para o passo seguinte. Caso se opte por esta opção, é criado um ficheiro em formato Winzip com as shapes dos temas visíveis e apresentada ao utilizador uma ligação que permite fazer o seu download. Figura 11 - Funcionamento da ferramenta de gravar dados visíveis. 4. DESENHO E IMPLEMENTAÇÃO Para o cabal cumprimento dos requisitos funcionais e técnicos identificados na secção anterior, procedeu-se ao desenho da correspondente aplicação informática, tendo-se chegado a uma solução cuja arquitectura global se sistematiza na figura seguinte (Figura 12). Clientes Internet ArcIMS TCP/IP WebServer HTTP/XML TCP/IP Dados Figura 12 - Arquitectura global da solução desenhada. Ao nível dos clientes, tudo o que é necessário é um browser. A partir do endereço Internet do Atlas, os pedidos dos utilizadores são enviados para o servidor Internet (WebServer), através do protocolo HTTP. Os pedidos de interacção com o mapa são codificados em XML e enviados ao ArcIMS onde são processados. A XML adapta-se perfeitamente a este papel, por se tratar de um standard reconhecido capaz de dar resposta a necessidades específicas de grupos de utilizadores. Este constitui aliás um dos principais trunfos desta nova linguagem, quando comparada com o HTML (Coelho, 2000). Ao nível do WebServer vai funcionar toda a aplicação desenvolvida, quer a própria interface, quer as

9 funcionalidades disponibilizadas. Na figura seguinte encontram-se representados os principais componentes da aplicação, bem como as suas relações (Figura 13). Figura 13 - Estrutura da aplicação no WebServer. Ao nível do servidor de mapas (ArcIMS), são necessários três serviços ArcIMS do tipo ImageServer, correspondentes a cada uma regiões (Continente, Madeira e Açores) (Figura 14). Estes serviços, através dos respectivos ficheiros AXL, acedem directamente aos dados a servir, nos seus formatos originais (ESRI Shapefile). Na figura seguinte representa-se a forma como a solução desenhada será implementada no ArcIMS, para que este possa processar os pedidos que lhe são feitos pela aplicação a partir do WebServer. Figura 14 - Implementação ao nível do ArcIMS.

10 5. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS A implementação de novas funcionalidades na aplicação deverá sempre passar uma fase de análise, seguida da especificação de requisitos. A título de exemplo deixam-se algumas sugestões que poderão contribuir para incrementar a utilidade e interesse do serviço, tais como: o Localizar objectos espaciais com base na informação toponímica; o Localizar objectos espaciais com base nos valores dos seus atributos, simples ou combinados (Spatial Queries); o Algumas operações espaciais; o Criação de Layout para impressão. Caso se opte por soluções mais complexas, deverá ter-se presente que poderá ser necessário que cada utilizador do site, tenha que instalar o Java Runtime Environment. Neste caso, poderá equacionar-se construção de uma aplicação que permita ao utilizador juntar os seus dados aos dados do Atlas do Ambiente. Uma solução deste género poderá ser equacionada para um ambiente Intranet ou para Internet. Publicação na Geography Network A ESRI disponibiliza um serviço na Internet chamado Geography Network, cujo principal propósito é o de proporcionar a qualquer utilizador o acesso a informação geográfica de qualquer local do mundo (Figura 15). Um dos aspectos mais interessantes deste serviço é a possibilidade de qualquer entidade poder disponibilizar nele a sua informação. Desta forma a quantidade e a qualidade da informação disponibilizada é garantida pelos próprios produtores. Também será de esperar que quanto maior for o número de produtores a associarem-se ao projecto, maior será a probabilidade de lá encontrarmos a informação que procuramos. Os objectivos subjacentes à criação do Atlas do Ambiente Digital vão claramente de encontro à filosofia da Geography Network. Ao disponibilizar os serviços ArcIMS, criados no Figura 15 Explorador da Geography Network âmbito deste trabalho, na Geography Network, a Direcção Geral do Ambiente estará desde logo a aumentar a visibilidade do Atlas do Ambiente, mas também a contribuir para uma consciencialização de que é possível encontrar informação geográfica relevante na Web. Este será um possível desenvolvimento a equacionar, que certamente muito contribuirá para a prossecução dos objectivos deste projecto. BIBLIOGRAFIA o COELHO, Pedro; XML A nova Linguagem da Web, FCA, 2000 o ESRI; ArcIMS 3.1 Architecture and Functionality - An ESRI White Paper, ESRI, 2001 o ESRI; ArcXML Programmer s Reference Guide (ArcIMS 3), ESRI, 2001a o ESRI; Customizing ArcIMS ActiveX Connector, ESRI, 2001b o ESRI; Customizing ArcIMS HTML Viewer, ESRI, 2001c o ESRI; Customizing ArcIMS Java Viewer, ESRI, 2001d o ESRI; Introduction to ArcIMS, ESRI, 2000 o ESRI; The ArcIMS 3 Architecture - An ESRI White Paper, ESRI, 2000a o SHACHOR, Gal; Working with the Jakarta NT Service, Apache Software Foundation, 2000 o SILVA, Alberto; VIDEIRA, Carlos; UML Metodologias e Ferramentas CASE, Centro Atlântico, 2001 Outras Referências o Atlas do Ambiente, o Documentação on-line do ArcIMS, o Servidor de Web, o Geography Network,

11 Instituto Superior de Estatística e Gestão de Informação - ISEGI Travessa Estevão Pinto (Campolide) Lisboa Tel: (+ 351) Fax: (+ 351) URL: