Tecnologias da Web Semântica na Geracão de Interfaces Gráficas para Sistemas de Apoio a Decisão:...

Tecnologias da Web Semântica na Geracão de Interfaces Gráficas para Sistemas de

Apoio a Decisão: Caso SustenAgro.

John F. Garavito Suárez Prof. Dr. Dilvan de Abreu Moreira

Qualificação de Mestrado em Ciências da ComputaçãoInstituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC - USP)

Roteiro

1. Introdução

2. Contextualização

3. Trabalhos relacionados

4. Proposta de trabalho

5. Resultados preliminares

6. Plano de trabalho

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Roteiro

1. Introdução

2. Contextualização

3. Trabalhos relacionados

4. Proposta de trabalho

5. Resultados preliminares

6. Plano de trabalho

3

1. Introdução

O sistema SustenAgro é um tipo de sistema de apoio a decisão,

4

Figura 1: Logotipo de SustenAgro(Embrapa Meio Ambiente 2013)

que tem a finalidade de suportar a avaliação da

sustentabilidade dos sistemas produtivos de cana-de-açúcar no centro sul do Brasil

1. Introdução

O processo de decisão é feito nos sistemas de produção agrícola que são sistemas complexos, porque abrangem múltiplos conceitos, classificações, relacionamentos e comportamentos, o que justifica o suporte computacional (Simon, 1991).

5

Sistema de Apoio a Decisão

1. Introdução

Busca mensurar a sustentabilidade em termos das dimensões ambientais, sociais e econômicas medindo um equilíbrio entre elas (Brundtlandt, 1987) e (Bellen, 2005).

6

Avaliação da sustentabilidade

1. Introdução

7Figura 2: As três esferas da sustentabilidade

1. Introdução

A cultura da cana-de-açúcar foi escolhida pela importância histórica, econômica e social no Brasil, sendo atualmente o maior produtor desta cultura no mundo (FAO, 2013).

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Avaliação da sustentabilidade

1. Introdução

9Figura 3: Produção mundial de cana-de-açúcar no 2010 (FAO, 2013)

1. Introdução

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Projeto liderado pela Embrapa Meio Ambiente desde o 2013 e tem a participação de especialistas nas áreas de:

• Sustentabilidade

• Modelagem de conhecimento

• Banco de dados

Figura 4: Unidades de pesquisa participantes

1. Introdução

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No ICMC o sistema SustenAgro está sendo desenvolvido por:

• Especialista em web semântica

• Mestrando focado na arquitetura do software e no sistema de armazenamento e recuperação de dados (back-end)

• Mestrado focado na interface gráfica e interação com os usuários

(front-end)

1. Introdução

Uma característica essencial é que o conhecimento sobre sustentabilidade em cana-de-açúcar está em continua mudança, sendo necessária uma estratégia que facilite a representação e comunicação dela entre os membros da equipe, e a implementação no sistema SustenAgro.

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1. Introdução

As mudanças no conhecimento do especialista influem na totalidade do sistema, inclusive nas interfaces gráficas, permitindo assim a identificação de um problema de pesquisa.

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1. Introdução

14

Base deConheciment

o

SistemaRecomendações

de sustentabilidade

InterfaceGráfica

Mudanças Mudanças Mudanças

Figura 4: SustenAgro como caixa preta

1. Introdução

Como flexibilizar a geração de interfaces gráficas por meio do

conhecimento do especialista?

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Roteiro

1. Introdução

2. Contextualização

3. Trabalhos relacionados

4. Proposta de trabalho

5. Resultados preliminares

6. Plano de trabalho

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2. Contextualização

Para apresentar a proposta que pretende resolver dito problema, é necessário introduzir os seguintes conceitos:

• Sistemas de Apoio a Decisão (SAD)

• Linguagens específicas de domínio (DSL)

• Web semântica

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2. Contextualização

Sistemas de Apoio a Decisão (SAD)

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“Os SAD são sistemas que possuem meios que auxiliam a comparação, analise e apoio para escolha de alternativas num processo de decisão.” (Heinzle et al., 2010).

2. Contextualização

Os SAD ajudam acessar os dados, desenvolver modelos, a interpretar, formular e avaliar alternativas e cenários distintos onde podem haver possíveis soluções para os problemas que se quer solucionar (Lu et al., 2006).

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Sistemas de Apoio a Decisão (SAD)

2. Contextualização

20Figura 5: Componentes de um SAD (Júnior, 2006)

Sistemas de Apoio a Decisão (SAD)

2. Contextualização

São um tipo de linguagem de programação ou linguagem de especificação, dedicada a um domínio particular de problema, uma técnica de representação de problema particular e/ou uma técnica de solução particular.

Ex: HTML, CSS, SQL, LOGO

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Linguagem de domínio específico (DSL)

2. Contextualização

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Linguagem de domínio específico (DSL)

Figura 6: Exemplo da DSL LOGO

2. Contextualização

“Fornece um framework comum que permite compartilhar e reutilizar dados através das fronteiras de aplicações, empresas e comunidades.” o termo foi cunhado por Tim Berners-Lee para uma web de dados que possa ser processada por computadores.

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Web Semântica

2. Contextualização

Padrão que descreve o conhecimento segundo um modelo básico de dados que consiste em uma tripla composta por: sujeito, predicado e objeto.

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Figura 7: Exemplo de tripla em formato RDF

Web Semântica – Resource Description Framework RDF

2. Contextualização

Permite representar e compartilhar informação por meio da definição, classificação e o relacionamento dos dados, este padrão é usado pelas ontologias da web semântica. (McGuinness et al., 2004)

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Web Semântica – Resource Description Framework RDF

2. Contextualização

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Web Semântica

Figura 8: Arquitetura da web semântica

2. Contextualização

As ontologias são um tipo de sistemas de representação e organização do conhecimento (KOS) (Zeng, M. L. 2008), onde os dados são:

• Identificados• Classificados• Relacionados • Inferidos

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Web Semântica - Ontologias

2. Contextualização

28Figura 9: Exemplo de Ontologia

Web Semântica - Ontologias

Leão

Carnívoro

herbívoro

Animal Plant

Antílope

é-um é-um

é-um é-um

come come

Roteiro

1. Introdução

2. Contextualização

3. Trabalhos relacionados

4. Proposta de trabalho

5. Resultados preliminares

6. Plano de trabalho

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3. Trabalhos relacionados

O Oliveira Cardoso identificou um conjunto de 39 indicadores de sustentabilidade que foram aceitos e validados, permitindo assim a quantificação dos aspectos críticos em relação à sustentabilidade nos sistemas produtivos de cana-de-acúcar.

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Principal recurso conceitual

3. Trabalhos relacionados

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Exemplo de indicador:Nome do indicador Ocorrência de queimada de palha no campo.

Definição Segundo Leme (2005), haveria redução de 36% na emissão de gases do efeito estufa (GEE) se a palha fosse queimada nas caldeiras das usinas e destilarias, ao invés de ser queimada no campo. No mesmo estudo, calculou em 5,94 KgCO2eq/tc a taxa dessa redução (ANDRADE; DINIZ, 2007).

Limiar de sustentabilidade

- Queimada no campo: menos sustentável (-1).- Queimada nas caldeiras: mais sustentável (+1).

Medida de Manejo Adoção de caldeiras e controle das queimadas

Tabela 1: Exemplo de indicador

3. Trabalhos relacionados

Existem SAD que suportam a avaliação de sustentabilidade (Olsson et al, 2009) e (Brilhante et al, 2006), eles usam estratégias que integram indicadores e fazem a avaliação por métodos aritméticos, esses frameworks não fazem uso de ontologias.

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Kraines e Guo desenvolveram um framework para compartir conhecimento em sustentabilidade que é baseado em ontologias.

Frameworks

3. Trabalhos relacionados

Foram encontradas e analisadas ontologias que se enfocavam em áreas especificas relacionadas com a presente pesquisa:

• Sustentabilidade em agricultura

• Cana-de-açúcar

• Interfaces gráficas

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Ontologias

3. Trabalhos relacionados

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Ontologias

Sustentabilidade em agricultura

Cana deAçúcar

InterfacesGráficas

As ontologias estão desconexas

Figura 10: Exemplo de Ontologia

3. Trabalhos relacionados

No artigo de Paulheim e Probst (2012) identificaram que as ontologias contribuem às interfaces gráficas :

• Visualização

• Interação

• Desenvolvimento.

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Ontologias

Roteiro

1. Introdução

2. Contextualização

3. Trabalhos relacionados

4. Proposta de trabalho

5. Resultados preliminares

6. Plano de trabalho

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4. Proposta de trabalho

Lembrando o problema de pesquisa:

Como flexibilizar a geração de interfaces gráficas por meio do conhecimento do especialista?

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4. Proposta de trabalho

Foram formuladas as seguintes perguntas de pesquisa que orientarão o projeto de mestrado:

• Como integrar o conhecimento dos especialistas em um sistema de apoio a decisão, permitindo a contínua mudança do modelo do domínio?

• Como gerar interfaces gráficas a partir das definições do domínio do conhecimento?

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4. Proposta de trabalho

Baseado nas perguntas de pesquisa e na literatura consultada da linha de pesquisa formulou-se a seguinte hipótese:

“As tecnologias da web semântica e uma DSL podem suportar a geração de interfaces gráficas baseadas em conhecimento dos especialistas”

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4. Proposta de trabalho

Para definir o sistema SustenAgro foi realizado o levantamento de requisitos por meio da metodologia SCRUM, identificando-se os seguintes:

40Figura 11: Metodologia SCRUM

4. Proposta de trabalho• Sistema de armazenamento e recuperação de dados e informação

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• Implementação da metodologia de avaliação de sustentabilidade• Representação conceitual da sustentabilidade em agricultura• Representação conceitual dos conceitos de interface gráfica• Apresentação dos resultados de avaliação de sustentabilidade e geração de relatórios• Linguagem para manipulação dos dados e as interfaces graficas

Triplestore

Ontologia deDomínio

Método de avaliação de

sustentabilidade

Recomendações

Ontologia deInterface Gráfica

DSLSistema

Gerador de interfacesFigura 12: Arquitetura de SustenAgro

• Mapeamento entre a DSL e os repositórios da interfaces gráficas• Interfaces Geradas

Interfaces Gráficas

4. Proposta de trabalho

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Método de avaliação de

sustentabilidade

Recomendações

Figura 13: Arquitetura de SustenAgro

4. Proposta de trabalho

Sistema de armazenamento e recuperação de dados e informações que permitirá padroniza-las em formato de triplas, permitindo a compatibilidade e o reuso das informações entre fontes de dados externas.

Para o presente projeto foi selecionada a Triplestore Parliament

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TripleStore

4. Proposta de trabalho

Estes elementos vão permitir avaliar a sustentabilidade de uma unidade produtiva e gerar um resultado que permitira fazer comparações e indicar recomendações para garantir a sustentabilidade.

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Ontologia de domínio

4. Proposta de trabalho

• As dimensões de sustentabilidade• Os indicadores de sustentabilidade• Os componentes de indicadores• Os limiares dos indicadores• A metodologia de avaliação• Os índices de sustentabilidade

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Ontologia de domínio

4. Proposta de trabalho

46Figura 14: Elementos básicos da ontologia de domínio

Ontologia de domínio

4. Proposta de trabalho

Essa ontologia da web semântica vai representar:

• Os controles visuais• Os tipos de controles visuais• Os tipos de dados suportados• O padrão de entrada de dados• O padrão de saída de dados saída

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Ontologia de interface gráfica

4. Proposta de trabalho

Uma linguagem especifica de domínio que permitira fazer:

• A definição dos indicadores• A definição de interfaces de usuário• O sistema gerador de interfaces

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Domain Specific Language (DSL)

4. Proposta de trabalho

indicador { titulo “Ocorrência de queimada de palha no campo.” descrição “Haveria redução….” dimensão “ambiental” componentes [ {nome: “Queimada no campo”, tipo: “booleano”, limiares: “sim, não”} ] referencia “Leme 2005”}

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Domain Specific Language (DSL) – Definição dos indicadores

4. Proposta de trabalho

matriz_sustentabilidade{ id “matriz_sustentabilidade” entrada_dados{ mapa [{nome: “id_x”, tipo: “numerico”},

{nome: “id_y”, tipo: “numerico”}, {nome: “content”, tipo: “texto”}] }}

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Domain Specific Language (DSL) - Definição de interface

4. Proposta de trabalho

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Domain Specific Language (DSL) - Geração de interfaces

sustenagro{ dimensão [ambiental, titulo: “Dimensão ambiental”, …] dimensão [social, titulo: “Dimensão social”, …] dimensão [economica, titulo: “Dimensão economica”, …]}

4. Proposta de trabalho

O sistema gerador de interfaces é uma camada adicional ao processo de definição da interface gráfica. Ele usa a DSL de Interface e a as ontologias (de domínio e da UI), Figura 5, para gerar a interface Web no padrão HTML.

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Figura 15: Sistema Gerador de Interfaces Gráficas

Sistema gerador de interfaces gráficas

Roteiro

1. Introdução

2. Contextualização

3. Trabalhos relacionados

4. Proposta de trabalho

5. Resultados preliminares

6. Plano de trabalho

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5. Resultados preliminaresPrimeira versão da ontologia de domínio

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Figura 16: Exemplo da Dimensão Ambiental

5. Resultados preliminaresPrimeira versão da ontologia de domínio

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Figura 17: Exemplo dos Indicadores

Exemplo da historia de usuário #3:

“O usuário deverá preencher o estado de cada indicador específico nas dimensões ambiental, econômica e social. Estes indicadores vão ser definidos pelo programa. Eles devem se adaptar às condições das regiões e microrregiões do Brasil. Da mesma forma as faixas de limiares de sustentabilidade são definidas. “

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5. Resultados preliminaresHistorias de usuário

Foi detalhado textualmente o processo das historias de usuário, descrevendo a interação dos usuários com o sistema e gerando uma sequencia de passos que permitem analisar os requisitos do sistema em cada iteração

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5. Resultados preliminaresCenários

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Figura 18: StoryBoard #3

5. Resultados preliminaresStoryBoard

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Figura 19: Mockup Home

5. Resultados preliminaresMockups das Interfaces do SustenAgro

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Figura 20: MockupIndicadores

5. Resultados preliminaresMockups das Interfaces do SustenAgro

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5. Resultados preliminaresProtótipo da Interface Gráfica do SustenAgro

Figura 21: Protótipo do SustenAgro - Home

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5. Resultados preliminaresProtótipo da Interface Gráfica do SustenAgro

Figura 22: Protótipo do SustenAgro - Indicadores

Roteiro

1. Introdução

2. Contextualização

3. Trabalhos relacionados

4. Proposta de trabalho

5. Resultados preliminares

6. Plano de trabalho

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6. Plano de trabalho

O conhecimento do domínio envolvido no sistema Sustenagro está em contínua construção. Por isso, é necessário um enfoque que permita realizar mudanças na estrutura e no conteúdo usados no sistema durante seu desenvolvimento. As ontologias permitem representar o conhecimento de um domínio por meio de formatos, como a linguagem OWL, permitindo separar o conhecimento das outras partes do sistema.

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Metodologia das ontologias

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Figura 23: Metodologia das ontologias

6. Plano de trabalhoProtótipo Metodologia das ontologias

6. Plano de trabalho

O desenvolvimento do sistema SustenAgro será realizado por meio de metodologias ágeis de desenvolvimento de software, principalmente serão utilizadas algumas práticas da metodologia SCRUM (Schwaber and Beedle, 2002).

Também será usado o enfoque UserCentered Design. Nesse sentido, está sendo desenvolvido primeiramente um mockup da interface gráfica do sistema, o qual será o meio de comunicação com os parceiros do SustenAgro para determinar as funcionalidades básicas do sistema.

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Metodologia de desenvolvimento de SustenAgro

6. Plano de trabalhoA1 - Obtenção de créditos referente as disciplinas do programa de mestrado.A2 - Exame de proficiência na língua portuguesa.A3 - Levantamento bibliógrafo sobre a área de pesquisa. A4 - Estudo sobre web semântica.A5 - Estudo sobre ontologias.A6 - Desenvolvimento da ontologia do SustenAgro.A7 - Exame de proficiência na língua inglesa.A8 - Desenvolvimento da ontologia de Controles Gráficos (com apenas os controles usados no SustenAgro).A9 - Qualificação: redação da monografia de qualificação, incluindo detalhamento do projeto.A10 - Exame de Qualificação (apresentação da proposta à Comissão Examinadora).A11 - Implementação do primeiro protótipo da DSL e SustenAgro.A12 - Testes preliminares, refinamento e reimplementação do sistema.A13 - Testes e validação: estudos de caso e refinamentos. A14 - Redação da dissertação.A15 - Redação e submissão de artigos com os resultados obtidos. A16 - Defesa.

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6. Plano de trabalho

68Tabela 2: Cronograma

6. Plano de trabalhoResultados esperados

• A ontologia de domínio do SustenAgro, que será a base conceitual e tecnológica de todo o sistema e integrará o conhecimento sobre sustentabilidade e o sistema produtivo de cana-de-açúcar.

• DSL do SustenAgro, que flexibilizará a definição dos indicadores e interface de usuário por parte dos criadores do sistema.

• Ontologiae DSL dos Componentes Gráficos, que poderá ser usada em outros SADs.

• SAD do SustenAgro.69

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Muitíssimo obrigado,

Perguntas?