SISTEMA DE CONVERSÃO DE DADOS DE SIMULAÇÃO HIDRODINÂMICA DO SISBAHIA PARA O GNOME Cabral, A. 1 ; Sperb, R. M. 2 ; Lima, G. 3 ; Mussi, C. S. 4 RESUMO A crescente demanda por estudos sobre a dispersão de hidrocarbonetos nos oceanos impulsionou o desenvolvimento e oferta de softwares livres no mercado. Este é o caso do GNOME, desenvolvido pelo NOAA, para estudo de dispersão de partículas de óleo no oceano. Apesar da disponibilidade desta ferramenta, ela carece do modelo hidrodinâmico, que é a base para previsão do comportamento das correntes e eventual previsão da dispersão do óleo. Assim, é necessário que o GNOME seja alimentado com dados de simulação hidrodinâmica, obtidos a partir de outros modelos, para realizar a simulação. Este é o caso do SisBahia, que é um software livre brasileiro com capacidade de realizar modelagens hidrodinâmicas. A utilização combinada destes softwares, no entanto, não era possível visto a falta de interoperabilidade entre ambos. Ou seja, O GNOME e o SISBAHIA possuem formatos distintos de entrada e saída de dados. Desta forma viu-se a necessidade de criar um software para realizar esta conversão. Este foi desenvolvido em Linguagem de Programação C/C++ com o uso da biblioteca Proj.4 para as conversões geoespaciais. O software de conversão foi testado com sucesso em um estudo de caso que avalia, na Baia da Babitonga. Palavras-chave: Modelagem Hidrodinâmica, Dispersão de Óleo, GNOME, SisBaHia. INTRODUÇÃO Em face à expansão da atividade petrolífera na costa de Santa Catarina e a necessidade de se realizar previsões para o caso de derramamento de óleo em distintos cenários operacionais, motivou a busca por programas opensource ou gratuitos para a realização deste tipo de estudos. Uma das ferramentas disponíveis para este fim é o GNOME (General NOAA Operational Modeling Environment), um software gratuito disponibilizado pelo NOAA para este fim. Ele foi desenvolvido para auxiliar a Divisão de Resposta a Emergência (ERD) do Escritório de Resposta e Restauração da Administração Nacional Atmosférica e Oceânica do NOAA (GNOME, 2000), sendo utilizado para avaliar a trajetória de dispersão de óleos por ação das correntes, ventos e marés. No entanto, ao se analisar suas funcionalidades e modos de operação, constatou-se que o GNOME não permite a realização da modelagem hidrodinâmica 1 Graduado em Biologia- Universidade do Vale do Itajaí- UNIVALI- alencar@univali.com.br; 2 Doutor em Engenharia de Produção - Universidade do Vale do Itajaí - UNIVALI rsperb@univali.br; 3 Mestranda em Ciências e Tecnologia Ambiental - Universidade do Vale do Itajaí - UNIVALIglaucia_blima@hotmail.com 4 Mestre em Ciência e Tecnologia Ambiental Universidade do Vale do Itajaí- UNIVALIcarolinamussi@hotmail.com 987
que serve de base para o estudo de dispersão de partículas de óleo. Ou seja, esta modelagem deve ser realizada em outra ferramenta, e posteriormente os resultados dos cenários de simulação hidrodinâmica carregados no GNOME. Somente a partir daí é possível desenvolver as simulações de dispersão de óleo. Em virtude desta característica, a alternativa foi a busca por um software, da mesma forma opensource ou gratuito, para o desenvolvimento da simulação hidrodinâmica. A alternativa selecionada foi o SisBaHia (Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental), desenvolvido pela Universidade Federal do Rio de Janeiro para plataforma Windows. O programa é capaz de modelar a circulação hidrodinâmica em 3D ou 2DH (SisBaHia, 2012). Porém, a falta de interoperabilidade entre eles dificultou a pronta utilização combinada. Como alternativa, poder-se-ia desenvolver um módulo de exportação/importação de dados. Porém, apesar de ambos serem gratuitos, eles não são opensource, o que impossibilitou tal procedimento. Desta forma, optou-se pelo desenvolvimento de um software para realizar esta operação. Assim, neste trabalho encontra-se descrito o software que foi desenvolvido para interpretar os dados provenientes de simulações hidrodinâmicas do SisBaHia, e a posterior geração de arquivos em formato compatível com o GNOME. O software desenvolvido foi testado com sucesso em um estudo de caso baseado na Baía da Babitonga, Santa Catarina. METODOLOGIA E DESENVOLVIMENTO A avaliação da viabilidade de conversão de formato dos dados, entre o SisBaHia e o GNOME foi realizada a partir de uma tabela comparativa contendo as características dos formatos de dados de cada um dos sistemas. Nela foram identificadas as diferenças entres os dados suportados por ambos os sistemas. Foram levadas em conta informações como extensões de arquivos, número de casas decimais e formatos do identificador dos nós das malhas de simulação. Um característica importante dos dados gerados pelo SisBahia é que estes são armazenados em dois banco de dados: o Microsoft Access(.mdb) e Paradox(.db), expressando, respectivamente, os dados sobre as bordas limites e os pontos da malha. A partir das características dos distintos formatos, foi possível definir como os dados contidos nos dois bancos de dados do SisBaHia deveriam ser tratados para a geração do formato.ptcur utlizado pelo GNOME. Este tipo de arquivo de texto contém os dados de corrente, com elementos finitos, tendo sua organização interna disposta em blocos. Nestes blocos estão dispostos os valores associados ao vetor de velocidade de cada nó. O primeiro bloco, o cabeçalho do arquivo, possui informações gerais do arquivo, enquanto o segundo os pontos que formam as bordas limites da área de estudo e os pontos internos da malha. Os demais blocos são criados de acordo com cada unidade de tempo a ser simulada e analisada. Uma diferença marcante entre o GNOME e o SisBaHia é que os dados são ordenados por data no formato dia/mês/ano hora:minuto no primeiro, enquanto o segundo gera o arquivo dados para cada tempo, mostrando a variação do tempo em segundos, com base no tempo decorrido a partir da data inicio do modelo. A linguagem de programação escolhida para o desenvolvimento do software foi o C/C++, devido facilidade e capacidade de gerenciamento de recursos de memória, tendo em vista o grande volume de dados a serem convertidos de um 988
sistema para outro. O software é capaz de ler os dados dos nós nos arquivos.mdb, guardar em memória, e reordená-los conforme o padrão do.ptcur. Após a etapa de importação dos nós para o sistema de conversão, os dados contidos nos arquivos.db são colocados em memória, sendo ordenados agora pela ordem da importação do arquivo.mdb. A conversão das projeções foi realizada com a implementação no, software, de funcionalidades do Proj4, que é uma biblioteca manuseio de projeções cartográficas desenvolvida na linguagem de programação C/C++. Para validação da ferramenta de conversão, foi utilizado um conjunto de dados de 2158 tempos, em uma malha de 8600 nós, totalizando 18.558.800 pontos a serem ordenados, convertidos e formatados. Os dados foram obtidos de um estudo de modelagem hidrodinâmica da Baia da Babitonga, gentilmente cedido pelo Laboratório de Oceanografia Física Universidade do Vale do Itajaí. RESULTADOS E DISCUSSÃO O software desenvolvido mostrou se capaz de converter as extensões dos dados do modelo hidrodinâmico gerado pelo SisBaHia para a extensão suportada pelo GNOME. É capaz, ainda, de gerar um ambiente de observação da variação da velocidade nos nós de acordo com o tempo e da dispersão de óleos. Na Figura1 pode-se observar a malha utilizada no SisBaHia e os arquivos.db gerados para cada unidade de tempo simulada, apresentando os valores das velocidades dos nós. Figura 1: visualização da malha de nós no SisBaHia. O sistema possui, também, campos de texto onde são informados ao usuário o que está acontecendo em cada processo de conversão, como pode ser observado na Figura 2. Como o SisBaHia utiliza duas fontes de dados, sendo uma de referência e outra para os resultados obtidos na simulação hidrodinâmica, foram implementados no ambiente de conversão duas funcionalidades: uma para seleção do modelo (arquivo.mdb) e outro para a carga de dados (arquivos.db). 989
Figura 2: Visão geral do Conversor. A partir da conversão é possível realizar a carga dos dados de simulação hidrodinâmica no GNOME. A partir deste passo, pode-se visualizar o comportamento hidrodinâmico conforme as condições de cenário de simulação, conforme ilustrado na Figura 3. Nela há um intervalo de 19 horas entre o início da simulação (a) e o final (b), sendo possível identificar a alteração dos vetores de corrente. (a) (b) Figura 3: Simulação hidrodinâmica no tempo inicial (a); (b) e condições após 19 horas. A simulação da dispersão de óleo foi rodada com o cenário teste do Oil Medium Crude, padrão do GNOME, conforme ilustrado na Figura 4. A Figura apresenta as partículas de óleo dispersas no tempo 49 e 60 horas, a partir de um ponto de vazamento arbitrariamente escolhido no canal de navegação. 990
(a) (b) Figura 4: Dispersão das partículas de derrame após (a) 49 e (b) 60 horas, respectivamente. O desempenho do software de conversão, em relação à quantidade de pontos processados, foi de aproximadamente 10.300 pontos por segundo utilizando um computador comum (Quadro 1), totalizando 30 minutos de execução. A complexidade do algoritmo é de n2, isto implica que o tempo de processamento é relativo a quantidade de pontos contidos nos modelo. Quadro 1: Configuração do Computador utilizado nos testes. Processador Intel Core 2 Duo 2,6Ghz Memória 4GB DDR2 DISCO RIGIDO 350GB SISTEMA OPERACIONAL WINDOWS 7 Ultimate CONSIDERAÇÕES FINAIS A criação deste ambiente de conversão tornou viável associar a previsão de dispersão do óleo realizado pelo software GNOME à modelagem hidrodinâmica gerada pelo SisBahia. Isto permite o uso acoplado destes modelos de previsão por qualquer instituição. Em termos técnicos, o sistema conversor processa os dados em uma única instancia do processador, sem realizar paralelismo entre os demais núcleos do mesmo. Uma futura atualização seria implementar no ambiente de conversão, uma técnica de paralelismo, proporcionando uma redução no tempo necessário para o processamento dos dados. Em breve este sistema estará disponível para uso público através do url: http://peld.acad.univali.br/model. REFERÊNCIAS Cartas de Sensibilidade ao derramamento de óleo na Costa de Santa Catarina (CARTA SAO). 2006. Convenio MMA/CNPq - CT-PETRO. Cartographic Projections Library (Proj.4). Disponível em: <http://trac.osgeo.org/proj/>. Acesso em: 10 de Jan. de 2012 General NOAA Oil Modeling Environment (GNOME). Manual de uso. Jan. 2002. Disponível em: <http://response.restoration.noaa.gov/oil-and-chemical-spills/oilspills/response-tools/gnome.html>. Acesso em: 10 de Jan. de 2012. SisBaHia - Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental. Manual de uso. Maio 2011. Disponível em: http://www.sisbahia.coppe.ufrj.br. Acesso em: 8 de Jan. de 2012. 991