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Aluno: Anthony Miranda Vieira Orientador: Prof. Francisco Antonio Dupas Co-orientador: Prof. João Bosco Schumann Cunha Período: Março de 2008 a Fevereiro de 2009

Índice


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1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

página Resumo ....................................................................................2 Introdução ................................................................................2 Objetivos ....................................................................................4 Material .....................................................................................5 Métodos .....................................................................................7 Resultados .................................................................................8 Discussão ...............................................................................12 Conclusão .................................................................................13 Bibliografia .................................................................................13

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Resumo 2


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A cidade de São Carlos está localizada no estado de São Paulo, a aproximadamente 230 km a noroeste do município de São Paulo. O uso e ocupação desordenado da bacia está causando prejuízos econômicos ao município. O objetivo desta pesquisa é a construção de um banco de dados geográfico, composto pelos dados coletados na bacia, e baseado em modelos matemáticos que mostram a relação entre as variáveis ambientais da bacia de São Carlos gerar uma estrutura computacional para simulação ambiental. Devido ao andamento do projeto, foi constatado a necessidade de introdução de uma terceira estrutura computacional, uma interface online para possibilitar, com facilidade, uma interação entre o usuário e o banco de dados. O banco de dados tem a função de armazenar e transferir dados ambientais para a estrutura computacional de simulação. A estrutura computacional tem a função de realizar simulações através do modelo matemático e dos dados fornecidos pelo banco de dados. Serão duas estruturas, uma com a função de armazenar os dados e outra com a função de simular as situações através desses dados. O Banco de Dados foi montado, sendo possível inserir, exportar e alterar dados via internet de qualquer variável ambiental. A interface usuário – banco de dados também foi criada, sendo necessário ainda realizar certas mudanças para seu funcionamento pleno. Foram obtidos dados de pedologia, hidrografia, declividade e outros para serem associados a dados de qualidade de água e peixe. A estrutura de simulação ainda não foi feita devida ao fato da não confecção do mapa de uso e ocupação do solo e a falta de dados de vazão nos pontos onde foram coletadas as amostras de água. 2.

Introdução

São Carlos é uma cidade localizada no estado de São Paulo, a aproximadamente 230 km a noroeste do município de São Paulo, limitada pelos paralelos de 22o00’ e 22o30 sul e meridianos 47o30’ e 48o00’ oeste. O município apresenta também uma área total de 1.143,9 Km 2, e no ano de 2000, sua população foi estimada em 192.923 habitantes, segundo IBGE. A bacia hidrográfica da cidade de São Carlos é composta por outras 9 subbacias, como é mostrada na Figura 1. Apresenta também, relevo acidentado e temperatura média anual ao redor de 19,5 (ºC). Os impactos sobre a cobertura vegetal ao longo dos anos no município e entorno são grandes restando pouca cobertura original.

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Figura 1. Bacias hidrográficas do município de São Carlos e a sua área urbana. O crescimento de população não segue nenhum dos padrões técnicos que deveriam ser pré-estabelecidos, como saneamento básico, sistema viário e áreas de lazer. Este descaso gera prejuízos aos cofres públicos além de danos ambientais que atingem, sobretudo, o Aqüífero Guarani, sobre o qual a região está inserida. Além da contaminação do Aqüífero Guarani provocada por chorume – proveniente do lixão localizado a montante do local de capitação de água da cidade – e insumos agropecuários, toda a carga de esgotos domésticos e industriais é lançada nos contribuintes urbanos do rio Jacaré-Guaçu, dos quais o córrego Feijão é um dos principais. Um estudo de previsão ambiental para ser aplicado na bacia é uma ferramenta para a minimização de problemas ambientais que causam prejuízos a população da cidade. Um estudo que visa realizar tais previsões através de bioindicadores se denomina ‘’Uso atual e potencial do solo no município de São Carlos, SP Base do planejamento urbano e rural” financiado pela Fapesp (processo 98/10924-3) que está sendo desenvolvido em parceria do Instituto Internacional de Ecologia, Universidade Estadual de Londrina e UFSCar. Composto de três sub-projetos, seus objetivos buscam (i) desenvolver métodos para planejar o uso e ocupação da bacia hidrográfica, (ii) buscar soluções integradas que tenham abrangência no monitoramento, no planejamento e na execução e, (iii) criar ambiente de simulação ambiental para análise da relação entre as diversas variáveis ambientais. Cabe a essa 4


pesquisa os itens um e três do projeto citado. Ja foram coletadas pela Universidade Estadual de Londrina e UFSCar amostras de água, peixes, parasitas em peixes, vazão, precipitação em diversos pontos na bacia. Os dados de uso e ocupação do solo, geologia, pedologia, declividade foram obtidos por essa pesquisa na UNIFEI. A figura 2 mostra a estrutura do projeto.

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Sub projeto 1 Água parâmetros físicos, químicos e biológicos

Sub projeto 2 Índice de Integridade Biótica Projeto Principal Banco de dados (BD) e construção do modelo matemático

Sub projeto 3 Uso atual e potencial do solo, vazões e precipitações

Figura 2. Estrutura do projeto em andamento com a Fapesp, Fapemig e CNPq. Alguns estudos com o objetivo de buscar relações entre variáveis ambientais em uma bacia ja foram realizados. Segundo (Roger Bennermam, 2001) a quantidade de superfície impermeável é a melhor medida de urbanização para prever a densidade e riqueza de peixes. Outro pesquisador (Jon E. Schoonover e outros, 2005) mostrou forte relação entre uso e ocupação e vazão com TDS e coliformes fecais nos corpos de água de uma bacia. Para que se possa realizar estudos com grande quantidade de dados é necessário um Banco de Dados online que facilite a aquisição e o armazenamento de dados e o desenvolvimento de uma interface para gerir a comunicação usuário – banco. 3.

Objetivo

Este projeto teve por objetivo elaborar uma estrutura de dados referente a bacia em foco, que deverá ser inserida em um de banco de dados ambiental. Tais dados coletados visam pesquisar bioindicadores de um projeto que já vem sendo desenvolvido por uma equipe de pesquisadores na bacia hidrográfica piloto do córrego do Feijão, São Carlos, SP, com financiamento 5


da Fapesp, Fapemig e do CNPq. Tais bioindicadores serão encontrados, por meio de simulação com modelos matemáticos a serem criados a partir do banco de dados. Os modelos preditivos para planejamento de uso e da ocupação do solo em bacias hidrográficas, serão definidos a partir das relações existente entre o uso do solo atual, a precipitação, a vazão, a qualidade da água e os parasitas de peixes. Inicialmente o banco de dados fruto do projeto visava armazenar dados apenas da bacia em questão, porém, devido ao estudo realizado em sua elaboração, atualmente o banco de dados pode comportar e gerir de forma precisa, dados de quaisquer bacia hidrográfica desejada. 4.

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Material e Metodos

4.1 Material Para a elaboração e construção do banco de dados ambiental (que conterá todos os dados coletados na bacia) seu local de armazenamento, e a interface web (que permitirá a interação online do usuário com o banco de dados) estão sendo utilizados os seguintes materiais: • SGBD PostgreSQL • SGBD PhPMyAdmin • Editor de PHP e HTML - Dreamweaver 8.0 • Data Center Unifei 4.1.2 Banco de Dados (BD) Segundo o (C.J Date, 2003) o sistema banco de dados é basicamente apenas um sistema computadorizado de manutenção de registros. O banco de dados, por si só, pode ser considerado como o equivalente eletrônico de um armário de arquivamento; ou seja, ele é um repositório ou recipiente para uma coleção de arquivos de dados computadorizados. Os usuários de um sistema podem realizar (ou melhor, solicitar que o sistema realize) diversas operações envolvendo tais arquivos, por exemplo: • Acrescentar novos arquivos de banco de dados; • Inserir dados em arquivos existentes; • Buscar dados em arquivos existentes; • Alterar dados em arquivos existentes; • Remover arquivos existentes do banco de dados; 4.1.3 Sistema Gerenciador de Banco de dados (SGBD) Um Sistema Gerenciador de Banco de Dados é o conjunto de programas de computador (softwares) responsáveis pelo gerenciamento de uma base de dados. O principal objetivo é retirar da aplicação cliente a responsabilidade de gerenciar o acesso, manipulação e organização dos dados. O SGBD disponibiliza uma interface para que os seus clientes possam incluir, alterar ou consultar dados. Em bancos de dados relacionais a interface é constituída pelas APIs ou drivers do SGBD, que executam comandos na linguagem SQL. 4.1.4 PhPMyAdmin 6


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PhpMyAdmin é uma aplicação de fácil utilização que serve para controlar um banco de dados MySql. Pode ser utilizado para criar, copiar, deletar, renomear e alterar tabelas, fazer a manutenção de tabelas, deletar, editar e adicionar campos, exportar ou importar um banco de dados, etc. 4.1.5 PostgreSQL

O PostgreSQL é um SGBD (Sistema Gerenciador de Banco de Dados) objeto-relacional de código aberto, com mais de 15 anos de desenvolvimento. É extremamente robusto e confiável, além de ser extremamente flexível e rico em recursos. Ele é considerado objeto-relacional por implementar, além das características de um SGBD relacional, algumas características de orientação a objetos, como herança e tipos personalizados. A equipe de desenvolvimento do PostgreSQL sempre teve uma grande preocupação em manter a compatibilidade com os padrões SQL92/SQL99. Recursos oferecidos pelo SGBD: - Sub-consultas; - Controle de concorrência multi-versão (MVCC); - Integridade Referencial; - Funções armazenadas (Stored Procedures), que podem ser escritas em várias linguagens de programação (PL/PgSQL, Perl, Python, Ruby, e outras); - Gatilhos (Triggers); - Tipos definidos pelo usuário; - Esquemas (Schemas); - Conexões SSL. - Áreas de armazenamento (Tablespaces) - Pontos de salvamento (Savepoints) - Commit em duas fases - Arquivamento e restauração do banco a partir de logs de transação - Diversas ferramentas de replicação - Extensões para dados geoespaciais, indexação de textos, xml e várias outras. 4.1.6 Dreamweaver Ferramenta utilizada para desenhar, desenvolver e manter a interface gerenciadora do banco de dados. Software composto das ferramentes necessárias para criar sites da Web e aplicativos. Edita e viabiliza o uso de linguagens de programação como PhP e HTML. 4.1.7 Data Center Um Data Center, também chamado de Centro de Processamento de Dados é o local onde são concentrados os computadores e sistemas confiaveis (software) responsáveis pelo processamento de dados de uma empresa ou organização. A Central de Processamento de Dados da UNIFEI, tem como finalidade o apoio e a execução de atividades necessárias à condução da política de informática no âmbito da universidade. Compete, dentre outros fatores, administrar os recursos computacionais de uso geral da instituição; planejar, coordenar, orientar e supervisionar os trabalhos técnicos e administrativos referentes ao uso da informática, de acordo com as necessidades da instituição; desenvolver e manter 7


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os sistemas computacionais necessários à instituição; prestar assessoria em atividades que demandam o uso da informática; propor a adoção e a difusão de novas tecnologias de informática; propiciar infra-estrutura em equipamentos/serviços de informática às atividades acadêmicas/administrativas da instituição; fazer a manutenção e dar suporte à rede computacional interna. 4.2 Métodos

Para o desenvolvimento do banco de dados, inicialmente foi proposto a criação de um banco simples, apenas para inserção dos dados. Posteriormente, foi realizado um levantamento de requisitos, utilizando-se de conhecimentos de Engenharia de Software que gerou como resultado um modelo EntidadeRelacionamento, que permite enxergar as reais necessidades e abrangência do banco de dados de forma otimizada e consistente. O Modelo Entidade-Relacionamento (MER) foi desenvolvido pelo professor Peter Chen, a fim de representar as estruturas de dados de uma forma mais natural e mais próxima do mundo real dos negócios. Diagrama entidade relacionamento é um modelo diagramático que descreve o modelo de dados de um sistema com alto nível de abstração, ou eja, um conjunto de conceitos e elementos de modelagem que o projetista de banco de dados precisa conhecer. Ele é a principal representação do Modelo de Entidades e Relacionamentos. Sua maior aplicação é para visualizar o relacionamento entre tabelas de um banco de dados, no qual as relações são construídas através da associação de um ou mais atributos destas tabelas. Apesar de ter recebido, por alguns outros estudiosos, algumas representações gráficas e abordagens ligeiramente diferentes, tais como a notação Peter Chen, Bachman ou James Martin, o Modelo Entidade- Relacionamento acabou se tornando o modelo mais utilizado e, até mesmo, confundido com a própria modelagem de dados. Na figura 3, temos o modelo entidade-relacionamento desenvolvido sobre a supervisão do coordenador.

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Figura 3. Modelo Entidade Relacionamento Este modelo foi utilizado na criação do novo banco de dados que fez uso de um SGBD mais robusto e útil para a pesquisa em questão. Após a criação estrutural do novo banco de dados, o mesmo foi alimentando (através de dump de dados) com os dados contidos no banco anterior e substituiu o banco inicialmente proposto. A interface que relaciona o usuário ao banco está sendo implementada para funcionar de forma online e, portanto, será construída em uma linguagem que possua este suporte. Para tal, foi escolhida a linguagem PhP 5.0. A princípio a mesma deve ser capaz de permitir a visualização dos dados do banco e, posteriormente, deve fornecer as ferramentas necessárias para a inserção dos dados através da mesma, ao invés de serem inseridos diretamente no SGBD. Em sua posterior fase de implementação, será definido os níveis de acesso aos respectivos usuários e com isto, estará pronta para ser colocada a disposição na Web. 5.Resultados e discussão 5.1 Resultados 5.1.1 Banco de dados e Interface Gráfica 9


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O Banco de Dados foi inicialmente montado de forma parcial utilizando-se do SGBD PhPMyAdmin, devido a sua facilidade de implementação e para que os dados de qualidade de água e bioindicadores já pudessem ser inseridos nele. A figura 4 ilustra o Banco de Dados que era utilizado.

Figura 4. Banco de dados gerado na pesquisa Baseado nos estudos realizados e aplicando conhecimendos adquiridos como Engenharia de Software, planejamento, Banco de Dados, linguagem SQL, foi desenvolvido uma nova versão do banco em questão, utilizando-se de um SGBD mais poderoso, o Postgre. Esta mudança foi crucial para o desenvolvimento da pesquisa, pois, este novo SGBD possui um maior suporte para dados, favorecendo a armazenagem de dados do tipo geográficos, o que tornou a estocagem de dados mais consistente. O novo banco de dados mais completo e robusto, foi construído baseado no Modelo Entidade-Relacionamento apresentado anteriormente e supre de forma mais efetiva as necessidades apresentadas pelo projeto. O Banco de Dados está sendo armazenado no Data Center da Unifei, que, através dos seus servidores, possibilita a interação online com o mesmo. O banco de dados foi elaborado de forma que facilitasse a construção de uma interface e reduzisse o esforço computacional. Ele permite a inserção de todos os dados referentes a um novo projeto (desde pesquisadores até dados referentes a um ponto de coleta específico) com suporte online, ou seja, podendo ser feito de qualquer parte do país através da internet. O mesmo se encontra disponível no endereço eletrônico prometeu.unifei.edu.br, com o nome de “dbasigbacia”. Como a interface ainda não se encontra disponibilizada para uso, a interação com o banco de dados demanda certo conhecimento técnico por parte do usuário, como conhecimentos estruturais, por exemplo, identificar chaves primárias e estrangeiras para conseguir inserir dados de forma eficiente. Um exemplo disto é quando se quer inserir um ponto de coleta de dados, onde é 10


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necessário mencionar antes a bacia onde este ponto está localizado. A figura abaixo mostra o banco de dados.

Figura 5 – Tabelas do Banco de Dados Segue abaixo algumas figuras referentes ao banco de dados e suas tabelas, para melhor visualização.

Figura 6 – Visualização da tabela variáveis observáveis de um ponto

Figura 7 – Inserção de dados direta no banco 11


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Figura 8 – Inserção de dados direta no banco A interface, responsável em gerir, propiciando uma interação mais facilitada e segura entre o usuário – banco de dados, está sendo desenvolvida em PhP e HTML, editados pelo Dreamweaver. Atualmente ela permite visualização dos dados contidos no banco, dependendo do ponto de coleta selecionado e exportação de dados nos formatos comportados pela mesmo (atualmente apenas .xls). Posteriormente (e já em desenvolvimento), ela também permitirá a retirada (através de outros formatos) e inserção de dados no banco (manualmente e também através de planilhas). Uma outra ferramenta da interface será a localização através das coordenadas de uma bacia e dos pontos de coleta de água cadastrados. A figura 9 mostra a interface com os pontos de coleta na bacia para serem selecionados, onde deseja-se visualizar os dados de água e bioindicadores.

Figura 9 – Interface do Banco de Dados 12


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A figura 10 mostra um aplicativo da interface que permite a escolha de um determinado ponto de coleta de água no Brasil seja selecionado, com suas respectivas coordenadas de latitude e longitude.

Figura 10 – Aplicativo da interface 5.1

Discussão

No cronograma dessa pesquisa constava a realização de uma pesquisa bibliográfica, por parte da equipe do curso de Engenharia Hídrica, com todo auxílio necessário, e a abstração, obtenção e configuração do Banco de Dados. O banco de dados está totalmente configurado, artigos referentes ao tema da pesquisa foram estudados e os modelos matemárticos foram construídos. Paralelamente a interface gráfica já apresenta sua primeira fase concluída. A pesquisa está sendo fortemente embasada nos artigos científicos estudados que dizem respeito a relações entre o uso e ocupação do solo com a qualidade de água, quantidade e diversidade de peixes e a relação entre qualidade de água e quantidade e diversidade de peixes. 5.2 Estruturas de simulação Tentou-se desenvolver uma estrutura computacional de simulação, que utilizaria para simulação os modelos gerados pelo estudo ou pelos artigos estudados, utilizando o Promodel, que é um programa de simulação utilizado pela engenharia de produção. Durante a pesquisa verificou-se que ele não 13


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poderia ser utilizado para realizar as simulações entre as variáveis da bacia por se tratar de um software de simulação a eventos discretos. 6.Conclusão

Com a construção e manipulação do banco de dados foi possível perceber como esta ferramenta computacional ajuda em pesquisas com variáveis ambientais, onde é necessário trabalhar com muitos dados de forma organizada e gerenciada. Seu desenvolvimento colaborou de forma precisa para aplicação do conhecimento adquirido no meio acadêmico, pois, uniu conceitos adquiridos de diversas matérias relacionadas e teve caráter interdisciplinar envolvendo dois cursos distintos, colaborando para uma grande integração e aquisição de conhecimento através da troca de informações e estudos. Por se tratar de um bando de dados aberto (dentre o respectivo meio de pesquisadores) e online, o mesmo torna-se uma importante ferramenta de auxílio a todos interessados e carentes de apoio técnico para armazenagem e gerenciamento de dados. Não foi possível criar uma estrutura de simulação, pois o software relacionado não tinha as funcionalidades requiridas. A solução é no futuro, a própria equipe, utilizando-se de ferramentas de software e linguagens de programação, desenvolver, através dos modelos matemáticos pesquisados e estudados, seu próprio ambiente de simulação de dados para prever eventos futuros referentes as bacias estudadas através dos dados levantados. 7.Bibliografia C. J. Date, Introdução a Sistema de Banco de Dados, Tradução da 8ª Edição., 2003, Editora Campos, pg 3. Roger Bennermam, 2001.Impacts of Urbanization on Stream Habitat and FishAcross Multiple Spatial Scales. Environmental Management Vol. 28, No. 2, pp. 255–266. Jon E. Schoonover e outros, 2005. Changes in chemical and physical properties of stream water across an urban-rural gradient in western Georgia. Urban Ecosystems, 8: 107–124, 2005. José Galiza Tundisi, 07/2006. Estudo do Índice de integridade biótica (IIB) da bacia hidrográfica do ribeirão do Feijão, São Carlos, SP. Instituto Internacional de ecologia. Relatório parcial número 01/2006. Sites consultados: Adobe Dreamweaver http://www.adobe.com/br/products/dreamweaver/ PhpMyAdmin http://www.jack.eti.br/www/arquivos/apostilas/web/tutorialphpmyadmin.pdf PostgreSQL http://www.postgresql.org.br/ Assinaturas

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_____________________________ Orientado: Anthony Miranda Vieira

_____________________________ Orientador: Prof. Jo達o Bosco Schumann Cunha

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Relatório Final  

Relatório Final da pesquisa FAPEMIG 2008

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