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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2009.tde-13072009-165044
Documento
Autor
Nome completo
Fabiana Soares Santana
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2009
Orientador
Banca examinadora
Saraiva, Antonio Mauro (Presidente)
Hirama, Kechi
Lorena, Ana Carolina
Melnikoff, Selma Shin Shimizu
Silva, Flávio Soares Corrêa da
Título em português
Uma infraestrutura orientada a serviços para a modelagem de nicho ecológico.
Palavras-chave em português
Arquitetura de software
Biodiversidade
Integração
Padrões de software
Resumo em português
A modelagem de nicho ecológico combina dados ambientais com informações sobre a ocorrência de uma espécie para obter modelos que descrevem a sua distribuição probabilística em uma região. Algoritmos computacionais geram modelos baseados na hipótese de que, se uma espécie foi encontrada sob as condições que definem o seu nicho, então ela pode sobreviver em qualquer lugar que ofereça as mesmas condições. A técnica de modelagem normalmente utiliza dados obtidos de diferentes provedores, em grandes quantidades e em formatos diferentes, e os resultados são exportados para outras ferramentas de análise e interpretação, como os SIGs, Sistemas de Informação Geográfica. Os sistemas de informação disponíveis para modelagem de nicho ecológico são monolíticos e, embora efetivamente implementem algoritmos para gerar modelos, não foram projetados para atender todos os requisitos da modelagem. Este trabalho define uma solução mais abrangente, na forma de uma infraestrutura orientada a serviços para a modelagem de nicho ecológico. A opção pela orientação a serviços está diretamente relacionada com a integração de sistemas. A infraestrutura especifica um barramento de serviços para gerenciá-los, com funcionalidades como roteamento e garantia de entrega, e para tratar questões de interoperabilidade. Antes de construir a infraestrutura, foi formalizado o processo de modelagem de nicho ecológico. Ele permitiu definir o domínio do problema, identificar falhas e potenciais evoluções, e acelerar a curva de aprendizado de pesquisadores iniciantes. Definida a infraestrutura, foram abordados outros aspectos da modelagem, resultando em soluções integradas para alguns dos problemas identificados. Em algoritmos para geração de modelos, foi apresentada uma solução usando tecnologia adaptativa, com resultados promissores. Em computação de alto desempenho, o Garp, um dos algoritmos mais utilizados para modelagem, foi paralelizado. Além de resultados positivos em relação ao desempenho, esta iniciativa mostrou como se evoluir neste sentido. Para integração com outros provedores e disponibilização de recursos oferecidos por outras ferramentas de software, foi proposta a integração com serviços de SIG, utilizando padrões estabelecidos para serviços geoespaciais. Em conjunto, estas soluções mostram a capacidade da infraestrutura de atender os requisitos já identificados e evoluir para incorporar novas características que a evolução natural das técnicas de modelagem venham a desenvolver. Incorporando as soluções propostas à infraestrutura, foi desenvolvido um portal de modelagem para atender aos usuários desta técnica. A modelagem de nicho ecológico apresenta desafios em diferentes áreas do conhecimento e a abordagem adotada permitiu formalizá-los. Trabalhos em andamento incluem a avaliação de modelos, a evolução do barramento de serviços, o desenvolvimento de ontologias e a incorporação de sistemas legados, com potenciais benefícios para a modelagem de nicho ecológico. Como resultado adicional, o próprio desenvolvimento do trabalho mostrou que a solução é integrável com outros domínios, comprovadamente os de agricultura de precisão e polinizadores, mostrando a versatilidade e o potencial da infraestrutura de serviços apresentada.
Título em inglês
A service-oriented infrastructure for ecological niche modelling.
Palavras-chave em inglês
Biodiversity
Software architecture
Software patterns
Systems integration
Resumo em inglês
Ecological niche modelling combines environmental data and information about the occurrence of a species to obtain models to describe its probabilistic distribution in a region. Computational algorithms generate models based on the hypothesis that, if a species was found under the conditions which define its niche, then it may survive in any place which offers the same conditions. The modelling technique usually applies data obtained from different providers, in large quantities and different formats, and the results are exported to other analysis and interpretation tools, such as GIS, Geographic Information Systems. Information systems available for ecological niche modelling are monolithic and, although they effectively implement algorithms for model generation, they were not designed to meet all modelling requirements. This work defines a more comprehensive solution, a service-oriented infrastructure for ecological niche modelling. The choice of a service-oriented solution is directly related to system integrations requirements. The infrastructure specifies a service bus to manage services with many features, such as routing and delivery, and to treat interoperability issues. Before building the infrastructure, the ecological niche modelling process was formalized. It allows defining the problem domain, identifying failures, gaps and potential evolutions, and increasing the learning curve of beginners. Having the infrastructure defined, other modelling aspects were addressed, resulting in integrated solutions for some of the identified problems of the technique. In algorithms for model generation, a solution using adaptive technology was introduced, with promising results. In high performance computing, the Garp, one of the algorithms most applied for modelling, became parallel. Besides positive results related to performance, this initiative showed how to evolve in this sense. Related to integration with other providers and availability of resources offered by other software tools, a proposal to integrate GIS services was presented, applying patterns for geospatial services. Together, these solutions show the ability of the infrastructure to meet all identified requirements and to evolve in order to incorporate new features that the natural evolution of modelling techniques may develop in the future. Incorporating the proposed solutions to the infrastructure, a portal of ecological niche modelling was developed to serve the users of this technique. Ecological niche modelling presents challenges in different areas of knowledge and the adopted approach allowed formalizing them. Research work is ongoing and includes model evaluation, bus services evolution, ontologies development and incorporation of legacy systems, with several potential benefits for ecological niche modelling. As an additional result, the development of this work indicates that the solution may be extended to other domains, such as precision agriculture and pollinators, showing the versatility and the potential of the presented services infrastructure.
 
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Data de Publicação
2009-07-16
 
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