Ferramentas de Tecnologia da Informação para pesquisa e extensão em serviços ambientais

· Uso de redes de sensores sem fio em colônias de meliponíneos

Redes de sensores sem fio são uma das tendências mais atuais da computação e apresentam diversas vantagens adicionais ligadas a sua mobilidade. Utilizando uma plataforma de pesquisa em sensores sem fio fornecida pela empresa americana Crossbow, à qual foram adaptados sensores de contagem de entrada e saída de abelhas, foram realizados experimentos para avaliar sua utilização na coleta de dados dentro e fora de colméias. Os resultados mostram a viabilidade do uso dessa tecnologia, resolvidas questões ligadas ao encapsulamento dos dispositivos sensores da rede (conhecidos como nós sensores), uma vez que o seu uso no interior de colônias deve considerar o seu envolvimento por cera pelas abelhas, dificultando as medições, e o uso externo deve ser robusto ao ambiente, no que diz respeito a água, umidade e temperatura.

Uma das características de destaque dos nós sensores é o seu baixo consumo de energia, que permite a sua alimentação ser efetuada por meio de baterias. Eles também possuem um rádio de comunicação de curto alcance (limitado a 100 m, por questões de limitação de energia); porém essa limitação de alcance é suplantada pela capacidade de estabelecer redes mesh, na qual as informações de um nó mais afastado são sendo transferidas para nó vizinho, assim sucessivamente, até que elas cheguem ao computador de coleta de dados.

Foram realizados experimentos com a colocação de nós internamente a colméias, avaliando-se o comportamento dos pontos de vista de medições e comunicação, bem como a eficácia das proteções previstas para suportar o ambiente e ação das abelhas.

· Redes de controle LONWorks para o monitoramento de colônias em tempo real

A tecnologia LonWorks é muito utilizada em sistemas de automação industrial, predial e residencial. Possui diversas vantagens em relação a outros tipos de redes, dentre as quais se incluem a facilidade de se incorporar ou remover dispositivos na rede e o suporte a diversos meios de comunicação, como os par trançado de fios, fibra óptica, rede elétrica e por radiofreqüência, que são escolhidos em função de cada aplicação.

Seu uso no monitoramento e controle de colônias de abelhas é promissor justamente em função dessas suas qualidades. Um equipamento para o monitoramento de variáveis como temperatura, umidade relativa do ar, contagem de abelhas (entrada e saída), luminosidade, foi alvo de desenvolvimento dentro do projeto, dando continuidade aos trabalhos realizados no projeto VINCES (FAPESP-TIDIA-KyaTera). O Hive Monitor, desenvolvido em parceria com a empresa Conceito Tecnologia Ltda., possibilita: a montagem de redes de monitoramento de colônias em laboratório e em campo; o acesso aos dados em tempo real localmente e via Internet; a gravação dos dados em bancos de dados para posterior tratamento e análise; a geração de gráficos e relatórios.

Face à grande quantidade de dados que podem ser gerados nos experimentos e a dificuldade de sua interpretação, pesquisas associadas foram conduzidas, considerando o uso de depósito de dados (data warehouses), que podem criar respostas rápidas para questões complexas, como, por exemplo, Quantas abelhas estão fora da colméia quando a umidade relativa do ar está acima de 80% e a temperatura inferior a 23oC?.

Além das funções de monitoramento, o Hive Monitor desenvolvido possibilita ainda a realização de atuações, possibilitando o controle da temperatura das colméias, por meio do uso de resistências de aquecimento. O monitoramento do acesso por pessoas no local dos experimentos pode ser feito por meio de sensores de presença. Esse equipamento pode ser utilizado tanto em experimentos com meliponídeos como com abelhas melíferas. Um pedido de patente do Hive Monitor está sendo encaminhado.

Essa mesma tecnologia eletrônica e de informática está sendo adequada com o objetivo de automatizar e informatizar as instalações de uma casa do mel, onde este é processado, e as colméias de apiários. Trata-se de uma solução descentralizada, com equipamentos autônomos e inteligentes que permitem supervisionar o processo à distância, através de uma rede de computadores como a Internet. Essa automação irá facilitar a aquisição de informatizações servindo como uma solução para o acompanhamento adequado nas operações na casa do mel e no apiário. O benefício imediato com essa implantação é a obtenção de uma ferramenta online, eficaz para rastreabilidade da produção e de sua qualidade. Um modelo deste conjunto automatizado e informatizado já está sendo testado nos laboratórios da USP em São Paulo e em Ribeirão Preto. Estão sendo desenvolvidos contadores de abelhas adequados tanto para Melipona spp. como Apis, e logo que todas as configurações dos equipamentos estejam de acordo serão levados para testes em Mossoró.

· Computadores de mão na coleta de dados em campo

A anotação de dados em levantamentos em campo usualmente é feita por meio de planilhas e cadernetas de campo. Para facilitar esse procedimento o uso de computadores de mão, personal digital assistants ou PDAs, podem ser utilizados, desde estes que possuam um software aplicativo dedicado ao processo em questão. Para facilitar a coleta de dados em experimentos de ninhos-armadilha com abelhas nativas foi desenvolvido o software Trap Nest Scouter. Ele oferece uma planilha de campo, definida em conjunto com os pesquisadores, com diversos campos de auto-preenchimento, que diminuem a necessidade de digitação e aceleram o processo de registro de dados em campo e evitam erros posteriores de digitação. Pode ser instalado em dispositivos que rodam o sistema operacional Windows Mobile e foi utilizado nos experimentos realizados em Ribeirão Preto pelos alunos Ricardo Caliari Oliveira e Raphael Silva, contribuindo para um trabalho de conclusão de curso de graduação em Biologia e três trabalhos em congressos (relacionados no Subprojeto 3.3). Um pedido de registro de software está sendo encaminhado.

· Classificação e Identificação de abelhas com base em imagens da asa

Aspectos morfológicos são importantes na classificação das espécies. A venação das asas das abelhas pode ser utilizada para classificar um espécime, permitindo identificar a espécie a qual pertence. Um software para auxiliar a classificação de abelhas nativas a partir de imagens das asas está em desenvolvimento. A partir dos arquivos digitais das imagens das asas são realizados diversos processamentos usando algoritmos adequados, e ao final são comparados os marcos anatômicos da asa em questão com padrões estabelecidos obtendo assim uma classificação.

Foi feita a definição do Sistema Automatizado de Classificação de Abelhas Baseado em Reconhecimento de Padrões – ABeeS; modelagem do Banco de Dados do ABeeS para classificação de abelhas com as imagens, imagens-gabaritos (templates) dos marcos anatômicos e características morfométricas das asas; validação de 1.275 imagens de asas para extração da região de interesse (ROI) para classificação; criação de 130 imagens-gabaritos de marcos anatômicos; implementação da identificação automatizada dos marcos anatômicos no Labview usando as imagens-gabarito para extração dos marcos anatômicos;definição de um algoritmo de classificação supervisionada para o ABeeS (baseado no algoritmo Fuzzy-KNN; teste de classificação comparada usando morfometria geométrica e os métodos propostos no sistema. Resultou ainda numa tese “Sistema Automatizado de Classificação de Abelhas Baseado em Reconhecimento de Padrões – ABeeS” na pós-graduação da POLI.

O algoritmo de classificação supervisionada mencionado se baseia no algoritmo Fuzzy-KNN (Lógica Fuzzy aplicada ao método dos k-Vizinhos mais Próximos) aplicado aos arquivos digitais das imagens das asas. Foram realizadas 2 publicações em eventos científicos (e 1 dissertação de mestrado).

· Acesso via web a experimentos em weblabs em polinizadores e seu gerenciamento de experimentos

Dando continuidade aos trabalhos iniciados no projeto ViNCES (TIDIA-KyaTera) foi desenvolvido um sistema que permite gerenciar pela Internet experimentos realizados, e ter acesso aos dados coletados. Dessa maneira eles podem ser compartilhados entre os pesquisadores que também têm acesso a metadados sobre os experimentos, o que permite entender seu contexto. Este trabalho estende a idéia de weblabs, em que o experimento é acessado on-line, e acrescenta o acesso a um banco de experimentos onde estes podem ser gerenciados.

· Uso de vídeo em pesquisas em comportamento de abelhas em colméias

Em outra continuidade dos trabalhos iniciados no projeto ViNCES (TIDIA-KyaTera), esta atividade explorou o processamento de imagens de vídeo para apoio as pesquisas em comportamento. Imagens de vídeo captadas de uma colméia são analisadas automaticamente para extrair características como a presença de abelhas na região monitorada (contagem automática), para quantificar o movimento e propor um índice de agitação, e para rastrear as abelhas. Esses parâmetros podem ser utilizados em estudos que correlacionam o comportamento das abelhas com condições climáticas, com a disponibilidade de alimentos, com ameaças externas, por exemplo. Uma dissertação de mestrado foi realizada nesse tema, de Euripedes Lopes Junior e três iniciações científicas (Allan Douglas de Oliveira, Milton Tavares Neto e Daniel Adiwardana) numa parceria com o Dr. João Kogler Junior (EPUSP) e com o Dr. Michael Hrncir (FFCL-USP-Ribeirão Preto). Geraram também participações no Simpósio de Iniciação Científica da USP (SIICUSP). São trabalhos bastante inovadores e artigos estão sendo elaborados para explorar os resultados, aguardando o resultado de experimentos. Um artigo em revista e um resumo foram publicados.

· Interligação do Api-Lab (USP-Ribeirão Preto) a rede KyaTera

Dentro do projeto ViNCES estão interligados pela rede KyaTera o Laboratório de Automação Agrícola (Poli-USP) e o Laboratório de Abelhas (IBUSP). Para permitir o compartilhamento de experimentos e dados com os pesquisadores da USP-Ribeirão Preto, via essa rede rápida foi proposta a interligação dos grupos de pesquisa em abelhas daquele campus à rede KyaTera.

· Portal do projeto BioAbelha-FAPESP

Um projeto do porte deste BioAbelha demanda um portal para a publicação dos resultados e para permitir o acesso às diversas atividades. Um portal baseado em sistemas de gestão de conteúdo (Joomla) foi desenvolvido de forma a facilitar e a distribuir a gestão do conteúdo entre os diversos subprojetos e seus líderes. Pode ser acessado em www.webbee.org.br/bioabelha .

· WebBee – um portal brasileiro em polinizadores

O portal WebBee hospeda diversos conteúdos relacionados a polinizadores, incluindo a Iniciativa Brasileira dos Polinizadores. O portal foi reestruturado, baseado em ferramenta de gerenciamento de conteúdo (Drupal) e passará a receber contribuições de diversos pesquisadores do Brasil. O objetivo é ampliar e manter atualizado o conteúdo disponível, distribuindo essa tarefa entre os vários colaboradores. O portal abrigará inúmeras iniciativas e websites de projetos sobre polinizadores de maneira a tornar-se uma referência em termos de informação sobre polinizadores, inclusive com material para diversos públicos. A proposta de um sistema que integre diversos conteúdos relacionados a abelhas, utilizando o paradigma computacional de orientação a serviços, que fundamenta a nova proposta da Webbee e da BDD, foi objeto da dissertação de Etienne Cartolano Junior.

· Biodiversity data digitizer – uma ferramenta para digitalização de dados de biodiversidade

A digitalização de dados de biodiversidade: espécimes, espécies, interações planta-polinizador, incluindo imagens, referências bibliográficas, requer um software especializado. Foi desenvolvido o software Biodiversity Data Digitizer, com base na experiência adquirida no projeto da Rede InterAmericana de Informações de Biodiversidade, IABIN. Baseia-se em padrões de dados de informática para biodiversidade adotados internacionalmente, como o Darwin Core e o Dublin Core. A ferramenta pode ser acessada na Internet, pelo endereço http://bdd.pcs.usp.br, e está organizada em módulos especializados, entre eles, os de interação entre espécimes. A qualidade de dados, que figura como um dos principais assuntos na área, está incorporada em todos os processos de digitalização, com ferramentas de seleção de nomes taxonômicos, de geolocalização, serviços de mapas, etc. Provedores de dados estão acoplados à ferramenta, tornando públicos os dados digitalizados, utilizando os padrões de integração da área, esquema de dados e protocolos de comunicação. O Manual de utilização da BDD está disponível para download na página da ferramenta. A BBD foi apresentada à comunidade especializada na Conferência Anual do TDWG (Taxonomic Database Working Group) em Montpellier, França, e no Encontro de Abelhas, na sua última edição em 2010. Os trabalhos envolvendo os projetos em bioinformatica aplicada a polinizadores foram também apresentados no evento e-Biosphere, em Londres, em 2009.

· Padrão para troca de dados de interação planta-polinizador

Os dados de interação planta-polinizador são fundamentais para o entendimento da biologia de polinizadores e da polinização, tanto em áreas naturais como para a produção de culturas agrícolas. Esses dados não são padronizados, diferentemente de dados taxonômicos, padronizados pelo Darwin Core. Esta atividade visou a proposição de um padrão para facilitar a troca de dados entre sistemas distribuídos, de modo a poderem ser integrados em portais. Ë um desdobramento das diversas atividades que vem sendo desenvolvidas no tema da informática para biodiversidade com foco em polinizadores com o apoio da FAPESP, e contou com apoio adicional da Organização das Nações Unidas para Alimentação e Agricultura, FAO, e da Rede InterAmericana de Informações sobre Biodiversidade, IABIN. Foi feito um levantamento junto a dezenas de pesquisadores de todo o mundo, que participaram identificando as necessidades e usos de dados de interação polinizador-planta, bem como apontando a forma e os recursos utilizados para a digitalização dos dados. Um website foi desenvolvido para facilitar a colaboração e troca de materiais (http://www.webbee.org.br/interaction/). Um primeiro relatório dessa atividade foi gerado, com o resumo das atividades iniciais desse trabalho. O trabalho foi apresentado no Meeting do Biodiversity Informatics Standards (ex-TDWG Taxonomic Database Working Group) em 2009, em Montpellier, e no recente Encontro sobre Abelhas.

· Modelagem e construção de cenários

Os dados de espécimes digitalizados neste e em outros projetos são fundamentais para, por exemplo, a construção de cenários que exploram situações decorrentes, por exemplo, de mudanças climáticas, ou das interações entre espécies. A modelagem da distribuição de espécies com base no conceito de nicho ecológico tem sido feita dentro do projeto, aproveitando a experiência da equipe do BioAbelha em outro projeto FAPESP, o openModeller. Usando a ferramenta openModeller foram desenvolvidos modelos que exploram, por exemplo, a interação entre grupos de polinizadores especialistas, tais como. Peponapis e Cucurbita e Krameria e Centris e cenários futuros de mudanças climáticas para espécies de abelhas sem ferrão brasileiras (Melipona spp.). Também foram pesquisadas novas versões de algoritmos para modelagem de distribuição de espécies. O uso de ferramentas para modelagem em biodiversidade, em particular em polinizadores, bem como ferramentas diversas de digitalização de dados foi apresentado no Congresso Mundial da CIGR (International Comission of Agricultural and Biosystems Engineering).

· Portal de dados de coleções biológicas

Com base na experiência decorrente da participação no projeto IABIN-PTN está sendo desenvolvido um portal de dados de polinizadores, que agrega dados de diversas coleções brasileiras que participam da rede IABIN, facilitando a consulta em um único ponto. A solução utiliza a ferramenta de portal do Global Biodiversity Information Facility, GBIF, adotada no projeto IABIN-PTN. Está sendo discutida a integração com a rede SpeciesLink, que também integra dados de coleções brasileiras. Foi desenvolvido um estudo para avaliar o desempenho do processo de replicação de bases de dados das coleções com o portal de polinizadores. Pesquisas visando desenvolver novas soluções computacionais para a integração de dados em portais, foram realizadas e uma dissertação de mestrado foi concluída (Pablo Salvanha).