WBCMS – A service oriented web
architecture for enhancing collaboration in
biodiversity: The case of a species
distribution modelling community
Karla Donato Fook
Orientadores:
2009
Dr. Antônio Miguel V. Monteiro
Dr. Gilberto Câmara
Pesquisa de Biodiversidade
Fonte: USDA - United States Department of Agriculture
Dados de Biodiversidade
Fonte: http://www.anbg.gov.au/cpbr/program/images/herbarium-compactus-bronwyn-2008-700.jpg
http://www.brevardcounty.us/environmental_management/assets/photos/flora/herbarium_sheets_on_table.jpg
Modelagem de Distribuição de Espécies
Pontos de Ocorrência
Algoritmo
Posição Geográfica
Variáveis Ambientais
tempetarura
precipitação
topografia
Modelo de Distribução de Espécies
Distribuição Preditiva
Fonte: Siqueira (2005)
Recuperação Ambiental
Área contaminada –
antes e depois do trabalho de
recuperação em 2001
Companhia Mineira de Metais (CMM)
Três Marias-MG
Fonte: http://cienciahoje.uol.com.br/
controlPanel/materia/view/2419
Conservação de Espécies
Callicebus Coimbrai &
Callicebus barbarabrownae
Fonte: Ibama
Impactos de mudanças climáticas
Expansão de espécies invasoras
Bufo marinus
Fonte: USDA – United States Department of Agriculture /
http://www.environment.gov.au/biodiversity/invasive/publications/cane-toad/
http://g1.globo.com/Noticias/Mundo/0,,MUL1063522-5602,00-MILHARES+DE+SAPOS+SAO+MORTOS+EM+FESTIVAL+NA+AUSTRALIA.html
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Colaboração
Comparar resultados
Executar novos experimentos
Questão 1
Como prover colaboração em uma rede de
modelagem de distribuição de espécies?
Questão 2
Qual seria uma forma conveniente de
compartilhar conhecimento de uma
modelagem de distribuição de espécies
utilizando a web?
Hipótese
O framework conceitual dos serviços web
provê uma base para o desenvolvimento de
ambientes colaborativos para modelagens
de distribuição de espécies
Contribuição
WBCMS
Callicebus Coimbrai &
Callicebus barbarabrownae
Pelargonium
Cordifolium
Web Biodiversity Collaborative Modelling Services
Objetivo geral
Suportar colaboração em uma Rede de
Modelagem de Distribuição de Espécies:
Compartilhamento de modelagens
Modelagem de Distribuição de Espécies
Além de dados de entrada, algoritmo
utilizado e resultados obtidos, engloba
informações sobre o ciclo do processo de
modelagem, anotações e avaliação do
pesquisador
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 Dynamic chaining GIS Web services

Arquitetura na qual aplicações cliente são dinamicamente
encadeadas em vários padrões baseados em GIS Web
Services
(Alameh, 2003)
 Road Blockage Service

Resolve tarefas mais complexas através do encadeamento
de vários serviços simples
(Bernard et al., 2003)
Serviços GeoWeb
 Projeto AWARE (Available WAter REsources)

Explora como serviços de geoprocessamento distribuídos
podem gerenciar grandes volumes de dados de Observação
da Terra
(Granell et al., 2007)
 WS-GIS

Infra-estrutura de Dados Espaciais baseada em SOA para
integrar fontes de dados espaciais heterogêneas
(Leite-Jr et al., 2007)
Trabalhos Relacionados
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Biodiversidade e
Ambientes Colaborativos
Aplicações em Biodiversidade
Aplicações em Biodiversidade
 Projeto WeBIOS (Web Service)

Ferramenta para Pesquisa, Avaliação e Monitoramento da
Biodiversidade que suporta consultas exploratórias sobre
diversas fontes de dados de biodiversidade
(WeBios, 2005)
 Aondê Web Service

Suporta compartilhamento e gerenciamento de ontologia na
web no domínio de biodiversidade
(Daltio and Medeiros, 2008)
 Projeto BioWired

Arquitetura P2P que suporta acesso a dados de
biodiversidade em grandes bancos de dados distribuídos
(Alvarez et al., 2005)
Aplicações em Biodiversidade
 GBIF - Global Biodiversity Information Facility
 Usa serviços web para a criação de modelos de
distribuição de espécies
 Provê integração com o OpenModeller e dados de
pontos de ocorrência dentro do portal de dados do
Worldclim
(Hobern, 2005)
 Lifemapper


Agrupamento de modelo e todas as projeções construídas
para ele
Usuários podem submeter seus próprios experimentos com
os parâmetros de sua preferência
(http://www.lifemapper.org/ondemand)
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Ambientes Colaborativos
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 Projeto BiodiversityWorld

Propõe uma maneira de utilizar ferramentas analíticas de
biodiversidade sobre fontes de dados variadas
(Jones et al., 2003; Pahwa et al., 2006)
 Mo Porã

Ambiente para o compartilhamento de arquivos e dados
entre grupos de pesquisa no Programa LBA – Large-Scale
Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia
(Serique et al., 2007)
Biodiversidade e Ambientes Colaborativos
 Projeto BioGeomancer

Projeto Colaborativo que visa melhorar a qualidade e
quantidade de dados de biodiversidade
(BioGeomancer, 2005)
 Projeto Beija-flor

Abordagem baseada na internet para compartilhamento de
dados científicos. Provê busca a dados pela coleta e
organização de metadados
(Horta and Gentry, 2008)
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Metadados
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Integração e compartilhamento de dados de biodiversidade, dados
geográficos e ferramentas
Execução de algoritmos utilizando serviços web
Visualização de resultados
Não abordam
Compartilhamento do processo da modelagem
de distribuição de espécies
Arquitetura proposta
Catalogação da modelagem de distribuição de espécies
Acesso a modelagens catalogadas
Reutilização de dados catalogados para a execução de
novos experimentos
Contexto INPE
Grupo de Geoinformática
Pesquisa voltada para web
Gioielli, 2006
Aulicino, 2006
Fook, 2009
Souza, 2008
Xavier, 2008
Conceito-chave
Modelagem de
Distribuição de Espécies
Instância de Modelo
Instância de Modelo
Instância de Modelo +
Objeto
modelado
Geração
do modelo
ISO19115
Metadado
Resultados
Nível 1
Instância de Modelo
Instância de Modelo +
Objeto
modelado
Geração
do modelo
Metadado
Resultados
Nível 1
Nível 2
Espécies
+
Metadado
Instância de Modelo
Instância de Modelo +
Geração
do modelo
Objeto
modelado
Metadado
Resultados
Nível 1
Nível 2
Espécies
Algoritmo
+
+
Metadado
Metadado
Variáveis
Ambientais
+
Metadado
Dados
Ocorrência
+
Ausência
Metadado
Instância de Modelo
Instância de Modelo +
Geração
do modelo
Objeto
modelado
Metadado
Resultados
Nível 1
Nível 2
Espécies
Algoritmo
+
+
Metadado
Metadado
Variáveis
Ambientais
+
Índices de
Avaliação
Relatórios
Metadado
Dados
+
Metadado
Mapa de
Distribuição
+
Metadado
Ocorrência
Ausência
Prover respostas para
Quais espécies estão sendo modeladas?
De onde vieram os dados?
Quais são as variáveis ambientais?
Quais são os algoritmos?
Se eu tenho uma questão, como posso buscar resultados
semelhantes?
Arquitetura Geral do WBCMS
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Aplicações cliente
Web
Catálogo de
Repositórios
WBCMS
CatalogueProcessor
WS_1
WS_2
AccessProcessor
ModelProcessor
WS_N
WFS
(TeOGC)
Coleções de
Biodiversidade
Servidores de
Mapas
Repositórios de
Instâncias de Modelo
Arquitetura Geral do WBCMS
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Aplicações cliente
Web
Catálogo de
Repositórios
WBCMS
CatalogueProcessor
WS_1
WS_2
AccessProcessor
ModelProcessor
WS_N
WFS
(TeOGC)
Coleções de
Biodiversidade
Servidores de
Mapas
Repositórios de
Instâncias de Modelo
Processador de Catálogo
dados de
biodiversidade
Processo de modelagem
de distribuição de
espécies
Mapas
Arquivos
resultantes
Aplicação Cliente
Metadados
XML,
Arquivos
resultantes
web
web
serviços
services
services
web
WMICS
WMIPS
WMCS
WFS
(TeOGC)
WMISS
WBCMS CatalogueProcessor
Repositório
Instância de
Modelos
Legenda:
Aplicação
componente WBCMS
WMIPS: Web Model Instance Publisher Service
WMICS: Web Model Instance Compose Service
WS externo
/ WMCS: Web Model Classifier Service
/ WMSS: Web Model Instance Storage Service
Processador de Catálogo
dados de
biodiversidade
Processo de modelagem
de distribuição de
espécies
Mapas
Arquivos
resultantes
Aplicação Cliente
Metadados
XML,
Arquivos
resultantes
web
web
serviços
services
services
web
WMICS
WFS
(TeOGC)
WMCS
WMIPS
WMISS
Orquestrar
WBCMS CatalogueProcessor
Repositório
Instância de
Modelos
Legenda:
Aplicação
componente WBCMS
WMIPS: Web Model Instance Publisher Service
WMICS: Web Model Instance Compose Service
WS externo
/ WMCS: Web Model Classifier Service
/ WMSS: Web Model Instance Storage Service
Processador de Catálogo
dados de
biodiversidade
Processo de modelagem
de distribuição de
espécies
Mapas
Arquivos
resultantes
Aplicação Cliente
Metadados
XML,
Arquivos
resultantes
web
web
serviços
services
services
web
WMICS
WMCS
Compor
WFS
(TeOGC)
WMIPS
WMISS
WBCMS CatalogueProcessor
Repositório
Instância de
Modelos
Legenda:
Aplicação
componente WBCMS
WMIPS: Web Model Instance Publisher Service
WMICS: Web Model Instance Compose Service
WS externo
/ WMCS: Web Model Classifier Service
/ WMSS: Web Model Instance Storage Service
Processador de Catálogo
dados de
biodiversidade
Processo de modelagem
de distribuição de
espécies
Mapas
Arquivos
resultantes
Aplicação Cliente
Metadados
XML,
Arquivos
resultantes
web
web
serviços
services
services
web
WMICS
WMIPS
WMCS
WFS
(TeOGC)
WMISS
Classificar
WBCMS CatalogueProcessor
Repositório
Instância de
Modelos
Legenda:
Aplicação
componente WBCMS
WMIPS: Web Model Instance Publisher Service
WMICS: Web Model Instance Compose Service
WS externo
/ WMCS: Web Model Classifier Service
/ WMSS: Web Model Instance Storage Service
Processador de Catálogo
dados de
biodiversidade
Processo de modelagem
de distribuição de
espécies
Mapas
Arquivos
resultantes
Aplicação Cliente
Metadados
XML,
Arquivos
resultantes
web
web
serviços
services
services
web
WMICS
WMIPS
WMCS
WFS
(TeOGC)
WMISS
Armazenar
Repositório
Instância de
Modelos
Legenda:
Aplicação
WBCMS CatalogueProcessor
componente WBCMS
WMIPS: Web Model Instance Publisher Service
WMICS: Web Model Instance Compose Service
WS externo
/ WMCS: Web Model Classifier Service
/ WMSS: Web Model Instance Storage Service
Arquitetura Geral do WBCMS
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Aplicações cliente
Web
Catálogo de
Repositórios
WBCMS
CatalogueProcessor
WS_1
WS_2
AccessProcessor
ModelProcessor
WS_N
WFS
(TeOGC)
Coleções de
Biodiversidade
Servidores de
Mapas
Repositórios de
Instâncias de Modelo
Arquitetura Geral do WBCMS
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Aplicações cliente
Web
Catálogo de
Repositórios
WBCMS
CatalogueProcessor
WS_1
WS_2
AccessProcessor
ModelProcessor
WS_N
WFS
(TeOGC)
Coleções de
Biodiversidade
Servidores de
Mapas
Repositórios de
Instâncias de Modelo
Processador de Acesso
Aplicação Cliente
Requisição
Arquivos
uploaded
Instância de Modelo
WBCMS Server
AccessProcessor
WMS
WFS
(TeOGC)
WMIQS
WMIRS
Repositório de
Instâncias de
Modelo
Legenda:
Aplicação
Componente WBCMS
WS externo
WMIQS: Web Model Instance Query Service / WFS: Web Feature Service
WMIRS: Web Model Instance Retrieve Service / WMS: Web Map Service
Processador de Acesso
Aplicação Cliente
Requisição
Arquivos
uploaded
Instância de Modelo
WBCMS Server
AccessProcessor
WMS
WFS
(TeOGC)
WMIQS
WMIRS
Consultar
Repositório de
Instâncias de
Modelo
Legenda:
Aplicação
Componente WBCMS
WS externo
WMIQS: Web Model Instance Query Service / WFS: Web Feature Service
WMIRS: Web Model Instance Retrieve Service / WMS: Web Map Service
Processador de Acesso
Aplicação Cliente
Requisição
Arquivos
uploaded
Instância de Modelo
WBCMS Server
AccessProcessor
WMS
WFS
(TeOGC)
WMIQS
WMIRS
Recuperar
Repositório de
Instâncias de
Modelo
Legenda:
Aplicação
Componente WBCMS
WS externo
WMIQS: Web Model Instance Query Service / WFS: Web Feature Service
WMIRS: Web Model Instance Retrieve Service / WMS: Web Map Service
Arquitetura Geral do WBCMS
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Aplicações cliente
Web
Catálogo de
Repositórios
WBCMS
CatalogueProcessor
WS_1
WS_2
AccessProcessor
ModelProcessor
WS_N
WFS
(TeOGC)
Coleções de
Biodiversidade
Servidores de
Mapas
Repositórios de
Instâncias de Modelo
Arquitetura Geral do WBCMS
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Aplicações cliente
Web
Catálogo de
Repositórios
WBCMS
CatalogueProcessor
WS_1
WS_2
AccessProcessor
ModelProcessor
WS_N
WFS
(TeOGC)
Coleções de
Biodiversidade
Servidores de
Mapas
Repositórios de
Instâncias de Modelo
Processador de Modelo
Aplicação Cliente
Requisição
Mapa de Distribuição de Espécie
OMWS
WBCMS Server
ModelProcessor
WMRS
Repositório de
Instâncias de Modelo
Legenda:
Aplicação
Componente WBCMS
WS externo
WMRS: Web Model Run Service / OMWS: OpenModeller Web Service
Processador de Modelo
Aplicação Cliente
Requisição
Mapa de Distribuição de Espécie
OMWS
WBCMS Server
ModelProcessor
WMRS
Executar novos modelos
Repositório de
Instâncias de Modelo
Legenda:
Aplicação
Componente WBCMS
WS externo
WMRS: Web Model Run Service / OMWS: OpenModeller Web Service
Arquitetura Geral do WBCMS
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Aplicações cliente
Web
Catálogo de
Repositories
WBCMS
CatalogueProcessor
WS_1
WS_2
AccessProcessor
ModelProcessor
WS_N
WFS
(TeOGC)
Coleções de
Biodiversidade
Servidores de
Mapas
Repositórios de
Instâncias de Modelo
Arquitetura Geral do WBCMS
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Pesquisador
Web
Aplicações Cliente
Catálogo de
Repositories
WBCMS
CatalogueProcessor
WS_1
WS_2
AccessProcessor
ModelProcessor
WS_N
WFS
(TeOGC)
Coleções de
Biodiversidade
Servidores de
Mapas
Repositórios de
Instâncias de Modelo
Protótipo do WBCMS –
Web Biodiversity Collaborative
Modelling Services
Projeto OpenModeller
Diagrama de Classes
Aplicação Cliente de Catálogo
Web Services
Resultados
modelagem
OpenModeller
status
msg
Pesquisador
W
B
C
M
S
Dados Biodiversidade
Instância de
Modelo
Instâncias de Modelo
Aplicação Cliente de Acesso
Instância de
Modelo
Instâncias de Modelo
W
B
C
M
S
Query
Instância
de Modelo
Pesquisador
Exemplo
Publicação da modelagem de distribuição da espécie
Euterpe edulis Mart. para responder à questão
“Qual é a distribuição potencial da Euterpe edulis
Mart. no Brasil?”
Luciana Satiko Arasato
Conclusões
Hipótese
O framework conceitual dos serviços web
provê uma base para o desenvolvimento de
ambientes colaborativos para modelagens
de distribuição de espécies
Nossos experimentos
demonstraram a viabilidade de
nossas propostas e idéias
Conclusões
O conceito de instância de modelo apresentado
aqui é apenas o primeiro passo em direção a uma
definição de modelos científicos
Nosso trabalho indica a necessidade para futuras
pesquisas na área de “modelagem de modelos”,
que investiga formas de descrever
computacionalmente modelos científicos
Contribuições
Arquitetura do WBCMS
Permite o compartilhamento de
experimentos em uma Rede de Modelagem
de Distribuição de Espécies
Habilita pesquisadores a executar novos
modelos baseados em outros
Permite a comparação de resultados
Protótipo do WBCMS
Futuras Direções
Desafios Científicos
Descrever a estrutura da instância de
modelo de maneira formal
Investigar métricas de reputação para
avaliar instâncias de modelo
Investigar formas para descrição
computacional de modelos científicos
Futuras Direções
Desafios Tecnológicos
Melhorar a visualização de estatísticas de reutilização das
instâncias de modelo
Habilitar o pesquisador a inserir modelos derivados como novas
instâncias de modelos no repositório
Implementar um plug-in para publicação e acesso de instâncias de
modelo no openModeller Desktop
Tornar os Web Biodiversity Collaborative Modelling Services
(WBCMS) disponível
Publicações relacionadas à tese
Periódicos
Fook, K. D. ; Amaral, S. ; Monteiro, A.M.V. ; Câmara, G. ;
Ximenes, A. C; Arasato, L. S. Making species distribution
models available on the Web for reuse in biodiversity
experiments: Euterpe edulis species case study. Aceito
para publicação pela revista Sociedade & Natureza.
Fook, K. D.; Monteiro, A. M. V.; Câmara, G., Casanova, M. A.;
Amaral, S. Geoweb services for sharing modelling
results in biodiversity networks. Submetido à revista
Transactions in GIS, e encontra-se em processo de
adequação às primeiras sugestões dos revisores.
Publicações relacionadas à tese
Eventos
Fook, K. D. ; Amaral, S. ; Monteiro, A.M.V. ; Câmara, G. Web Service
for Cooperation in Biodiversity Modeling. In: DAVIS, C.;
MONTEIRO, A. M. V., eds., Advances in Geoinformatics, Springer,
2007. p. 203-216.
Fook, K. D. ; Amaral, S. ; Monteiro, A.M.V. ; Câmara, G. ; Casanova,
M. A. Sharing executable models through an Open
Architecture based on Geospatial Web Services: a Case Study
in Biodiversity Modelling. In: X Brazilian Symposium on
GeoInformatics - GEOINFO 2008, Rio de Janeiro.
Fook, K. D. ; Monteiro, A. M. V. ; Câmara, G. ; Amaral, S. . Geospatial
web services applied to Biodiversity Modelling. In: Conferência
Científica Internacional Amazônia em Perspectiva: Ciência
Integrada para um Futuro Sustentável, 2008, Manaus.
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Biodiversity Case Study. Proceedings 20th Brazilian Symposium onDatabases and 19th
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Congresso da SBC. Rio de Janeiro, RJ - Brazil, 2007. p. 1801-1812.
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remoto.São José dos Campos: INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2008.
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Assessment and Monitoring Project, http://www.lis.ic.unicamp.br/projects/webios.
XAVIER, E. M. A. Serviços geográficos baseados em mediadores e padrões abertos
para monitoramento ambiental participativo na Amazônia.São José dos Campos: INPE
- Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, 2008.
Meu muito obrigada ...
A meu orientador, Dr. Antônio Miguel Vieira Monteiro, por acreditar que eu conseguiria
realizar este trabalho, por seu constante estímulo, paciência e por ter criado as diversas
oportunidades para meu crescimento intelectual e emocional.
A meu orientador, Dr. Gilberto Câmara, por seus constantes ensinamentos, motivação,
incondicional suporte, e por ter contribuído para o meu crescimento no mundo científico.
Aos colaboradores Dra. Silvana Amaral e Dr. Marco Antônio Casanova por suas
contribuições, que foram fundamentais para este trabalho.
A Dra. Marinez Siqueira por ter utilizado o protótipo e pelas sugestões.
Aos membros da banca examinadora, pelo cuidado que tiveram ao ler este documento e
pelas sugestões oferecidas.
A meu esposo Inaldo e às minhas filhas Iracema e Mayara, que me apoiaram
incondicionalmente. Este trabalho não seria realizado sem o amor, o carinho, o incentivo, a
paciência e a compreensão deles.
A meus pais, Carlos (in memorian) e Benedita, por todo amor e dedicação. A meus irmãos
Karina, Klauber e Karolyne pelo carinho, fé e amizade.
A meus amigos Evaldinolia, Eveline, Jeane, Lourdinha, Ilka, Sérgio, Adair, Olga, Pedro,
Emerson, Eduilson, Giovana, Missae, Joice, Gilberto Ribeiro e Elienê por todo carinho e
amizade.
Meu muito obrigada ...
Lençóis Maranhenses