Sistema de Cobertura de Imagens Georeferenciadas

Michel Alves dos Santos 1

Março de 2011

1Bacharelando em Ciência da Computação, Universidade Federal do Estado de Alagoas. E-mails: michel.mas@gmail.com, michelalavessantos@hotmail.com. Disciplina: Sistemas Distribuí-dos. Docente Responsável: Willy Carvalho Tiengo.

Conteúdo

1 Introdução 3

2 Objetivos 6

3 Resultados Esperados 7

4 Riscos e Dificuldades 8

5 Metodologia 9

6 Requisitos do Sistema 10

7 Message Oriented Middleware 127.1 O que é um Middleware? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127.2 Message Oriented Middleware (MOM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137.3 Vantagens dos Message Oriented Middlewares . . . . . . . . . . . . . . . . 137.4 Desvantagens dos Message Oriented Middlewares . . . . . . . . . . . . . . 14

Bibliografia 15

Lista de Figuras 16

Lista de Tabelas 17

Listagens de Código Fonte 18

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Capítulo 1

Introdução

A área de Sistemas de Informações Geográficas[BM06] envolve a modelagem, visuali-zação e outros processamentos de dados referentes ao globo terrestre. Exemplos de dadosenvolvidos nesse processo são as imagens aéreas da terra e outras informações geográficasadquiridas por dispositivos GPS.

As aplicações, de um modo geral, requerem um pré-processamento dos dados adquiridosinicialmente, alterando seus parâmetros e atributos. Estas alterações são necessárias paraviabilizar a utilização dos dados em tais aplicações. Vejamos dois exemplos deste fatoquando os dados em questão são imagens áreas que cobrem uma determinada região doglobo terrestre:

1. Diferentes imagens podem cobrir a mesma parte de uma região do globo, ou seja,as imagens apresentam uma sobreposição ou interseção de regiões(fig.1.1 A). Paramuitas aplicações esta redundância na cobertura pode representar maior custo dearmazenamento e de processamento computacional. Uma maneira de reduzir esteproblema é aplicando um pré-processamento no conjunto das imagens que se inter-sectam, de modo a gerar uma nova cobertura de imagens disjuntas entre si, ou seja,um conjunto cuja interseção entre cada duas imagens seja vazia(fig.1.1 B).

2. Outra ocorrência bastante comum é o fato de as imagens adquiridas possuírem di-ferentes tamanhos, resoluções, posicionamentos e orientações. A padronização des-tes atributos em todas as imagens que cobrem a região pode ser bastante útil nasaplicações que processam dados em multi-resolução, uma vez que técnicas em multi-resolução permitem uma navegação eficiente e otimizada sobre a região representadana imagem. Assim sendo, a cobertura formada por imagens com diferentes parâ-metros(fig.1.1 A e B) pode ser pré-processada de modo a gerar uma nova coberturaregular, ou seja, composta por novas imagens cujos parâmetros, como o tamanho dasimagens, sejam todos iguais(fig.1.1 C).

Uma informação importante em relação a uma imagem de uma região do globo são seusparâmetros geográficos: posição sobre o globo e orientação do sistema de coordenadas local

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Figura 1.1: Em (A) imagens com sobreposição, em (B) imagens disjuntas, com interseçãovazia e em (C) imagens com mesmos tamanhos.

da imagem. Quando estes dois parâmetros são conhecidos dizemos que a imagem é geo-referenciada (fig.1.2A). Uma imagem pode estar geo-referenciada em relação a um sistemade coordenadas esféricas global, chamado de Sistema de Coordenadas Geográfico[Wika], ouem relação a um sistema de coordenadas retangulares local, como o Sistema UTM [Wikb].Uma Cobertura de Imagens é um conjunto de imagens geo-referenciadas que cobrem

Figura 1.2: Em (A) imagem geo-referenciada: o ponto O representa as coordenadas daorigem da imagem sobre o globo. Os eixos X e Y são o sistema de referência ou orientaçãoda imagem. Em (B) Cobertura de Imagens.

uma determinada região do globo (fig.1.2B). Se há duas ou mais imagens de uma cober-tura de imagens cuja interseção é diferente de vazia, temos uma Cobertura Sobreposta(fig.1.1A). Se a interseção entre cada duas imagens de uma cobertura é vazia, temos umaCobertura Disjunta (fig.1.1B).

Uma cobertura é dita Cobertura Regular Uniforme se suas imagens possuem as

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mesmas dimensões e estão distribuídas na mesma estrutura de uma grade regular uniforme(fig.1.1C). Caso contrário dizemos que se trata de uma Cobertura Irregular (fig.1.1A e B).

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Capítulo 2

Objetivos

O principal objetivo deste projeto é o desenvolvimento de um sistema para conversãode coberturas de imagens. Dada uma cobertura de imagens sobrepostas, o sistema deverácalcular uma nova cobertura disjunta regular uniforme (fig.2.1).

Cobertura Sobreposta → Cobertura Disjunta → Cobertura Regular Uniforme

Figura 2.1: Processo de geração de uma cobertura disjunta regular uniforme.

A conversão da cobertura sobreposta para uma disjunta requer o desenvolvimento de umainterface gráfica adequada, que permita ao usuário especificar uma ordem de prioridadesdas imagens em regiões onde há sobreposição.

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Capítulo 3

Resultados Esperados

Os principais resultados esperados ao final da execução do projeto são:

• Um sistema computacional para conversão de uma cobertura irregular sobrepostapara uma cobertura de imagens regular disjunta.

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Capítulo 4

Riscos e Dificuldades

As principais dificuldades esperadas estão relacionadas à pouca experiência da equipeem projetos dessa natureza e devido à formação acadêmica dos alunos participantes, que sãoainda em nível de graduação. Para contornar estas dificuldades o coordenador do projetoirá ministrar seminários à equipe a partir da bibliografia adequada, além de acompanhare auxiliar o projeto modular e a implementação do sistema de conversão de coberturas deimagens.

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Capítulo 5

Metodologia

O desenvolvimento do projeto será realizado a partir das seguintes estratégias:

• Leitura de textos científicos relacionados às áreas envolvidas.

• Apresentação de aulas e seminários

• Implementação Computacional

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Capítulo 6

Requisitos do Sistema

Neste capítulo iremos descrever os requisitos mínimos que o sistema deverá atender:

• O sistema deverá ser capaz de ler um banco de imagens georeferenciadas no formatoUTM.

• O sistema deverá ser capaz de converter um banco de imagens georeferenciadas noformato UTM para o formato de coordenadas globais lalo(latitude-longitude).

• O sistema deverá ser capaz de exibir a lista de imagens resgatadas de um banco lido,essas imagens devem ser dispostas segundo a ordem de posicionamento das mesmasno sistema de coordenadas globais(lalo).

• O sistema deverá ser capaz de criar um banco de miniaturas a partir de um bancode imagens no formato lalo.

• O sistema deverá ser capaz de ler as informações contidas nos arquivos de georefe-renciamento (.tfw) que acompanham cada imagem e disponibilizar tais informaçõesao operador.

• O sistema deverá ser capaz de converter coordenadas de posicionamento global paracoordenadas de tela.

• O sistema deverá ser capaz de dispor/exibir as imagens, em um canvas gráfico, deacordo com sua posição em relação ao sistema de coordenadas global.

• O sistema deverá ser capaz de selecionar/destacar imagens.

• O sistema deverá ser capaz de identificar e destacar intersecções entre imagens, apli-cando esse procedimento de maneira par-a-par.

• O sistema deverá ser capaz de informar ao operador propriedades métricas das ima-gens selecionadas(distância, área, etc.)

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• O sistema deverá ser capaz de aplicar ao canvas de exibição das imagens uma sériede operações de redimensionamento(zoom in, zoom out, fit canvas, etc.).

• O sistema deverá ser capaz de imprimir todo o conteúdo do canvas de exibição dasimagens.

• O sistema deverá ser capaz de informar ao operador o número de intersecções encon-tradas e através disso criar miniaturas independentes para cada interseccção.

• O sistema deverá ser capaz de exibir apenas as intersecções entre as imagens.

• O sistema deverá ser capaz de aplicar uma série de filtros as imagens (média, mediana,unsharp mask, etc.)

• O sistema deverá ser capaz de resgatar e exibir os índices de intersecção das imagens,par-a-par.

• O Sistema deverá ser capaz de, ao final de todo o processo de avaliação do banco deimagens e de transformações executadas pelo usuário, criar uma cobertura regulardisjunta.

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Capítulo 7

Message Oriented Middleware

7.1 O que é um Middleware?Um Middleware é um software ou camada de software que reside entre o sistema ope-

racional e uma determinada aplicação a fim de facilitar o desenvolvimento das mesmas.Também pode ser conceituado como um conjunto de serviços que fornece comunicação edistribuição de forma transparente à aplicação. Um middleware deve prover portabilidade

Figura 7.1: Middleware permite que processos em diferentes espaços de endereçamentoconsigam se comunicar.

de componentes de aplicações distribuídas através de uma interface (API) única e intero-perabilidade de aplicações levando em consideração a adoção de um protocolo comum. Asprincipais vantagens que um middleware deve fornecer são:

• Facilidade de Uso: Middleware deve ser mais fácil de usar do que escrever umainterface de comunicação de baixo nível usando sockets.

• Transparência de Localização: Deve ser possível mover uma aplicação para umendereço de rede diferente sem a necessidade de recompilar qualquer software.

• Transparência de Linguagem: Um processo usando o middleware deve ser capazde se comunicar com um processo que foi escrito em uma linguagem diferente.

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7.2 Message Oriented Middleware (MOM)Message Oriented Middleware (MOM) ou Middleware Orientado a Mensagem constitui

um método de comunicação entre componentes de software utilizado em sistemas distribuí-dos. Um cliente pode enviar e receber mensagens de forma assíncrona de qualquer outrocliente, conectado a um agente especial que fornece facilidades para criar, enviar, recebere ler mensagens.

Esses sistemas oferecem capacidade de armazenamento temporário para mensagens,não exigindo que o emissor e o receptor estejam ativos durante a transmissão da mesma[?].Diferentemente de sockets, suportam trocas de mensagens que podem levar vários minutosem vez de alguns segundos ou milissegundos.

O MOM permite o fraco acoplamento. Emissor e receptor não precisam estar sin-cronizados, nem precisam ser previamente conhecidos. É uma alternativa aos métodosdistribuídos sincronizados que utilizam bloqueio durante a comunicação.

Os middlewares possuem filas de mensagens que implementam um link de comunicaçãoindireto, sem conexão e assíncrono entre dois ou mais processos. Um gerente de filasrodando em um servidor separado gerencia as filas e garante que não importa o que ocorrana rede, apenas uma cópia da mensagem eventualmente chega ao seu destino.

Deve-se notar que embora a comunicação de processo para processo seja assíncrona, acomunicação entre um processo e o gerente de fila é em geral implementada usando umlink de comunicação direto e síncrono, isso significa que se a rede cair ou se o gerente cair,um processo não pode incluir mensagens em uma fila ou obter mensagens da mesma.

Há várias diferenças chaves entre MOMs e outros tipos de middleware. Em um MOMs,filas são independentes de um processo. Então, muitos processos podem incluir mensagensem, ou obter mensagens de uma mesma fila. Um processo pode também acessar múltiplasfilas. Se a rede ou um destino cair, as mensagens podem esperar na fila até a falha serresolvida. As filas também podem ser armazenadas em disco de forma que se o gerentede filas cair a fila não será perdida. O gerente de filas pode cooperar com um gerente detransações: se uma transação é iniciada e uma mensagem é colocada em uma fila durantea transação a qual é mais tarde abortada, então não somente o contexto de execução temque sofrer “roll back”, mas a mensagem também deverá ser removida da fila e não enviada.

7.3 Vantagens dos Message Oriented MiddlewaresAs principais vantagens dos Message Oriented Middlewares incluem:

• Fornece entrega confiável e sem duplicação de mensagens;

• Processos se comunicam de forma assíncrona e sem conexão direta entre os mesmos;

• Permite que aplicações executem de forma independente;

• O grau de tolerância a falhas é muito alto;

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– Filas de mensagens armazenam mensagens temporariamente em armazenamentopersistente.

7.4 Desvantagens dos Message Oriented MiddlewaresAlgumas desvantagens incluem:

• Não há linguagem de definição de interface e não há processos de marshalling eunmarshalling do conteúdo das mensagens.

– Fica a cargo do desenvolvedor de aplicações garantir que o emissor e o receptorconhecem o formato da mensagem.

• Como clientes não bloqueiam após uma mensagem ser colocada em uma fila, clientespodem fazer solicitações mais rapidamente do que servidores podem responder, o quepode sobrecarregar o sistema. Vale a pena lembrar que, com middleware síncrono,o cliente é bloqueado até o servidor responder de modo que não é possível ocorrersobrecarga.

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Bibliografia

[BM06] P. A. Burrough and R. A. McDonnell. Principles of Geographical InformationSystems. Oxford, 2006.

[TS] Tanenbaum and Van Steen. Distributed Systems: Principles and Paradigms.

[Wika] Portuguese Wikipedia. Sistema de Coordenadas Geográfico. http://pt.wikipedia.org/wiki/Coordenadas_geograficas. [Online; accessed 04-Maio-2010].

[Wikb] Portuguese Wikipedia. Sistema UTM. http://pt.wikipedia.org/wiki/UTM.[Online; accessed 04-Maio-2010].

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Lista de Figuras

1.1 Em (A) imagens com sobreposição, em (B) imagens disjuntas, com interse-ção vazia e em (C) imagens com mesmos tamanhos. . . . . . . . . . . . . . 4

1.2 Em (A) imagem geo-referenciada: o ponto O representa as coordenadas daorigem da imagem sobre o globo. Os eixos X e Y são o sistema de referênciaou orientação da imagem. Em (B) Cobertura de Imagens. . . . . . . . . . . 4

2.1 Processo de geração de uma cobertura disjunta regular uniforme. . . . . . . 6

7.1 Middleware permite que processos em diferentes espaços de endereçamentoconsigam se comunicar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

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Lista de Tabelas

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Listagens de Código Fonte

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