Uso do OMT­G para Modelagem Ambiental do SistemaManguezal da Ilha do Maranhão Frente o Aumento do Nível

do Mar

Márcio Vennan de Sousa Galeno¹, Jouglas Willians Castro Serrão¹, Iran CharlesPereira Belfort¹, Carlos Ronaldo do Nascimento Filho¹, Elilson Santos¹, Ramon

Bezerra¹, André Luís Silva dos Santos¹

1Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Maranhão – IFMAAvenida Getúlio Vargas, 04, Monte Castelo – 65030­005 – São Luís ­ MA, Brasil

{marciovennan,jouli1204,irancharles,elilson.java,ramonbezerra90}@gmail.com, ronaldofilhor@hotmail.com, andresantos@ifma.edu.br

Abstract.  The rising sea level is a typical effect of climate change in themangrove swamp is particularly sensitive to this process. Climate change andpossible changes to ecosystems, need to study and analysis of certain objectsare of utmost importance for the socio-economic and environmental. But theserepresent real objects and phenomena in a computer system is quite complex.Thus, it is necessary to build an abstraction of geographic data for asimplified representation. The OMT-G is a modeling technique of geographicapplications that can facilitate the representation capability of real-worldobjects for the computer. This study aims to present a modeling of themangrove system of the island of Maranhao, based on the study by Bezerra(2014), who developed a conceptual model of the mangrove response patternto the dynamic rise of the sea level.

Resumo.  A elevação do nível do mar é um efeito típico das mudançasclimáticas em que o manguezal é particularmente sensível a este processo.Com as mudanças climáticas e as eventuais alterações dos ecossistemas anecessidade de estudo e análise de certos objetos são de extrema importânciapara o meio socioeconômico e ambiental. Porém representar tais objetos efenômenos reais em um sistema informatizado é bastante complexo. Dessaforma, é necessário construir uma abstração de dados geográficos para obteruma representação simplificada. O OMT-G é uma técnica de modelagem deaplicações geográficas que pode facilitar a capacidade de representação deobjetos do mundo real para o computacional. Este trabalho tem comoobjetivo apresentar uma modelagem do sistema manguezal da ilha doMaranhão, tomando como base o estudo de Bezerra (2014), que desenvolveuum modelo conceitual do padrão de resposta do manguezal à dinâmica deelevação do nível do mar.

1. Introdução

O manguezal  é  um sistema ecológico costeiro tropical,  geralmente é  encontrado emlocais que haja encontro da água doce com água salgada, sendo o solo úmido, salgado,lodoso, pobre em oxigênio, mas muito rico em nutrientes [Correia e Sovierzoski 2005].

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Entender  o  comportamento  do  manguezal   frente  a   elevação  do nível  do  mar  é   umgrande desafio. 

        Neste   cenário,   nota­se   a   complexidade   em   realizar   uma   representaçãocompleta do entendimento de objetos e fenômenos do mundo real, sobretudo em umsistema informatizado. Deste modo, é preciso delimitar o escopo ao definir os conceitosdo que se quer representar através de um modelo de dados conceitual. A modelagem éuma simplificação  da  realidade  em modelos  menores  e  de   fácil  estudo,  os  mesmosajudam  a  visualizar  o   sistema  como  ele   é,   como   é   seu   comportamento  e  quais   asdecisões têm que ser tomadas para quando houver a necessidade de aplicar o estudo[Martinez e Frozza     2014]. O OMT­G que é um modelo de dados geográfico partindodas primitivas básicas da UML, e que introduz primitivas geográficas com o objetivo deaumentar a capacidade de representação semântica [ Davis e Laender 2014]. 

O presente trabalho teve como objetivo fazer uma modelagem usando o padrãoOMT­G a partir do modelo conceitual do padrão de resposta do manguezal à dinâmicade elevação do nível do mar criado por Bezerra (2011). Com o OMT­G foi possívelcriar uma representação de um modelo de dados orientado a objetos para facilitar  aimplementação desse modelo, assim como o desenvolvimento de outras aplicações emcima do sistema manguezal da ilha do Maranhão.

2. OMT­G

O modelo OMT­G é baseado em três conceitos principais: classes, relacionamentos erestrições   de   integridade   espaciais.   As   classes   e   relacionamentos   representam   asprimitivas   básicas   para   a   criação   de   um   esquema   estático   de   uma   aplicação.   Aidentificação de restrições de integridade espacial consiste na identificação de condiçõespara garantir a integridade do banco de dados [Davis e Laender, 2014]. 

        As   classes   representadas   podem   ser   do   tipo   georreferenciada   (Figura   1a)   ouconvencional   (Figura   1b)   exatamente   como   é   simbolizada   na   UML.   Uma   classegeorreferenciada   representa   um   conjunto   de   objetos   que   têm   alguma   representaçãoespacial associado ao mundo real. Um retângulo no canto esquerdo da classe indica ageometria   da   representação.   As   classes   convencionais   não   possuem   propriedadesgeográficas  ou geométricas,  são utilizadas  para descrever  objetos  com propriedades,comportamento e se relacionam com objetos espaciais.

Figura 1. Notação gráfica para as classes do modelo OMT­G. Fonte: adaptadoDavis e Laender (2014).

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As primitivas geográficas são organizadas em dois grupos: Geo Objetos,  querepresenta   objetos   discretos   e   estruturas   em  rede   (topologia);   e,   Geo  Campos,   querepresenta dados distribuídos continuamente no espaço, como minerais e sementes sobo solo [Martinez e Frozza,  2014]. A Figura 2 mostra os tipos de classes do modeloOMT­G.

Figura 2. Representação de classes OMT­G. Fonte: Matizez e Frozza (2014).

3. Elevação Do Nível Do Mar E A Dinâmica Do Manguezal

Um dos impactos das mudanças climáticas que afetam o manguezal é a elevação donível  do  mar.  Por   está   localizado  em  áreas  de   influência  de  maré,   o  manguezal  éparticularmente  vulnerável   ao  processo  de  elevação  do nível  do  mar,  apresentando,contudo, resistência e resiliência a este processo. [Bezerra 2014). 

Segundo Gilman, Ellison and Coleman (2007 apud Bezerra 2014) indicam trêscenários gerais que definem o padrão de resposta do manguezal conforme as alteraçõesdo nível do mar (Figura 3): cenário de não elevação, retração e elevação do nível domar. Tendo­se em consideração uma escala local para períodos de décadas ou mais.

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Figura   3.   Cenários   de   padrões   de   reposta   do   manguezal   conforme   asalterações do nível do mar. Fonte: Bezerra (2014).

Conforme a Figura 3 observa­se que no cenário de não elevação do nível do mar (Figura3a),  não  há   alterações  significativas  na  estrutura  do  ecossistema do manguezal.  Nocenário de retração (Figura 3b), há a possibilidade de o manguezal ocupar áreas queestavam submersas, e dependendo da topografia, expandir lateralmente ou em direçãoao próprio canal do rio. E quando ocorre a elevação do nível do mar (Figura 3c) ocorrea inundação permanente e erosão de áreas ocupadas pelo manguezal e o deslocamentoda área de influência das marés (AIM), ocasionando perdas de diversidade biológica emdecorrência   de   alterações   no   hidroperíodo   e   na   zonação   pré­existente   das   espéciesvegetais do  manguezal [Bezerra 214]. 

A partir desse cenário Bezerra (2014) propôs um modelo conceitual (Figura 04),denominado   BR­MANGUE,   que   apresenta   os   fluxos   de   padrões   de   resposta   domanguezal frente à elevação do nível do mar. 

Figura 4. Modelo conceitual BR­MANGUE considerando a elevação do nível domar, dinâmica do manguezal, uso e ocupação do solo e restrições ambientais.Fonte: adaptado de Bezzera (2014). 

4. Modelagem Do Sistema Manguezal Da Ilha Do Maranhão

A modelagem geográfica do sistema manguezal da ilha de do Maranhão compreende ageração   de   um   modelo   orientado   a   objetos   para   facilitar   a   compreensão   e   aimplementação   do   modelo   conceitual   BR­MANGUE   de   Bezerra   (2014)   em   váriaslinguagens   de   programação.   O   objetivo   de   uma   modelagem   é   sistematizar   oentendimento   que   é   desenvolvido   a   respeito   de   objetos   e   fenômenos   que   serãorepresentados em um sistema informatizado [Borges, Davis e Laender 2005]. 

Foi proposto por Bezerra (2014) uma abordagem metodológica para simular opadrão de resistência do manguezal a elevação do nível do mar, usando modelagemespacialmente explícita baseada em autômatos celulares, isto é, um sistema lógico quetem o conceito de célula como unidade fundamental (Figura 5). Para isso foi utilizado ométodo de rasterização de mapas através do software TerraView. Rasterizar é a tarefade   converter   uma   imagem   vetorial   em   uma   imagem   raster   (pixel   ou   pontos).   “Arepresentação   raster   ou   tesselação   é   caracterizada   por   uma   matriz   de   células   detamanhos   regulares,   onde   para   cada   célula   é   associado   um   conjunto   de   valoresrepresentando   as   características   geográficas   da   região”   [Botelho   1995   apud

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Albuquerque e Borges 2002, p. 5]. A Figura 05 apresenta um exemplo de rasterizaçãodo uso e ocupação do solo da ilha do Maranhão.

Figura 5. Apresenta uma imagem rasterizada do uso e ocupação da ilha domaranhão. Fonte: Bezerra (2014) 

A partir da análise do cenário estudado e do modelo conceitual BR­MANGUE,foi possível a extração de 18 entidades para a construção da modelagem orientada aobjeto do sistema manguezal da ilha do Maranhão. São elas: IlhaDoMaranhao, Celula,UsoOcupacao,  VegetacaoTerrestre,  AreaAntropica,  Manguezal,  Mangue,  Praia,  Mar,Solo,   MangueIndiscriminado,   LeitodoCanal,   Concrecionario,   LatosSolo,   Altimetria,Mare,   BaixaMar,   Preamar.   Assim,   foi   possível   criar   uma   abstração   dos   objetos   efenômenos para ajudar na compreensão do sistema de manguezal frente o aumento donível do mar, resultando na modelagem ambiental apresentada na Figura 6.

Figura  6.  Modelagem do Sistema Manguezal  da   Ilha  do  Maranhão Frente  oAumento Nível do Mar.

A classe IlhaDoMaranhao (Figura 6) representa na modelagem OMT­G os dados

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obtidos através de uma imagem da Ilha do Maranhão, isto é, o dado raster obtido docatálogo de imagens do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais). Esta classe édefinida  pelo  modelo  OMT­G como georreferenciada,  descrevendo  um conjunto  deobjetos que possuem representação espacial e estão associados a regiões da superfícieda terra [Câmara 1995]. A partir desta classe baseiam­se as demais classes básicas paraa modelagem, como o mapeamento de uso e ocupação do solo (UsoOcupacao), o mapade solos (Solo),  altimetria (Altimetria), maré (Mare) e todas as outras classes derivadasdestas. A classe célula representa uma das várias células que compõem o espaço celular,um conjunto de células de forma regular que cobrem o geo­campo referente ao dadoraster da Ilha de São Luís.

Diante disso, considerou­se o OMT­G adequado para a tarefa de modelagem debanco  de  dados  geográficos,   pois   através  do   suporte   a  múltiplas   representações  deobjeto   e   relacionamentos   espaciais   há   uma   grande   expressividade   na   representaçãográfica   aumentando   a   capacidade   de   codificação.   Dessa   forma,   possibilitou­se   oaumento   da   capacita   representativa   do   modelo   real   do   espaço   para   um   modelocomputacional.

5. Conclusão 

O objeto resultante da modelagem feita com o auxílio do OMT­G, o mapeamento dasentidades envolvidas no estudo no formato de classes se faz útil quando possibilita queoutros pesquisadores possam continuar a pesquisa implementando o modelo em umalinguagem que seja mais confortável para o mesmo, aumentando assim a velocidade deprodução de novas implementações do mesmo modelo. 

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Borges, k. A. V.; DAVIS, C. A.; Laender, A. H. F (2005) “Modelagem conceitual de dadosgeográficos”, Curitiba, Paraná: MundoGEO.

Bezerra, D. da S. (2014) “Modelagem da Dinâmica do manguezal frente à elevação do nível domar”. São José dos Campos: INPE. Tese de doutorado.

Câmara, G. (1995) “Modelos, linguagens e arquiteturas para bancos de dados geográficos”, SãoJosé dos Campos: INPE. Tese de doutorado. 

Correia,   M.   D.   and   Sovierzoski,   H.   H.   (2005)   “Ecossistemas   Marinhos”,http://www.ufal.edu.br/usinaciencia/multimidia/livros­digitais­cadernos­tematicos/Ecossistemas_Marinhos_recifes_praias_e_manguezais.pdf, Setembro.

Davis, C. A. and Laender, H. F (2014) “Extensões ao Modelo OMT­G para Produção de

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Martinez, A. O. T.; Frozza, A. A (2016). “OMT­G Design: uma ferramenta para modelagem dedados espaciais”, http://www.lbd.dcc.ufmg.br/colecoes/erbd/2014/0013.pdf >, Agosto.

Marengo, J. A. (2006) “Mudanças Climáticas Globais e seus Efeitos sobre a Biodiversidade”,http://www.mma.gov.br/estruturas/imprensa/_arquivos/livro%20completo.pdf, Setembro.

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