- Congresso Brasileiro de Meteorologia

BANCO DE DADOS PARA REDE DE ESTAÇÕES METEOROLÓGICAS:
O CASO DA BR040
André Silveira David (1); André Soares Monat; Ricardo Augusto Calheiros de Miranda;
André Pinhel Soares
(1) Engenheiro de Sistemas e Computação do Projeto UERJ/CONCER
ABSTRACT
It is well known the importance of storing and manipulating meteorological data. Sometimes, this
performing these actions becomes a diffcult task, since this type of data maybe collected by different
types of equipament. For instance, it is quite common in Brazil to face data collected by automatic
wheather station combined with data collected by non-automatic ones. This causes a difference in
reliability, volume and consistency of this data. This work introduces a database (DB) model capable
of supporting all tasks concerning data collected by an hetereogeneous network of wheather stations.
The usage of this DB is ilustrated by its support for a project of meteorological model monitoring of a
brazilian road.
1 - Introdução
Uma rede de coleta de dados meteorológicos deve sempre ser acompanhada de um sistema de
banco de dados (BD) que disponibilize as informações observadas para posterior análise visando
pesquisas acadêmicas e aplicações nos diversos setores da economia (Elmasri and Navathe, 1989). Na
verdade, esta necessidade tem fomentado um amplo interesse de várias instituições privadas, e de
pesquisa em desenvolver projetos neste setor.
Neste trabalho, analisa-se os aspectos computacionais envolvidos no desenvolvimento de banco
de dados (BD) e sua aplicação no monitoramento meteorológico oriundo da rede de estações
automáticas FERMONAT (Monat e Reiszel, 1995). Tal rede se encontra instalada ao longo da rodovia
BR040, trecho Rio-Juiz de Fora.
2 – Metodologia
O banco de dados ESPINHEL é um exemplo de alternativa para este tipo de projeto. Ele foi
desenvolvido para apoiar computacionalmente indistintamente um sistema de coleta de dados
meteorológicos composto de estações meteorológicas automáticas e/ou tradicionais, de diversos
modelos e configurações.
O modelo de banco de dados adotado no ESPINHEL pode ser facilmente utilizado para as
típicas situações em que uma rede de coleta de dados micrometeorológicas está em atuação. Com isto,
evita-se as dificuldades de se armazenar informações sobre os equipamentos de medição, juntamente
com os dados coletados pelo mesmos. O ESPINHEL foi implementado em ACCESS97 (Jenning,
1995) tendo como linguagens de acesso e manipulação o VISUAL C++ (Cullens et al, 1997) e
VISUAL BASIC (Mansfield e Petroutsos, 1995). Tais ferramentas possibilitaram a construção de
interfaces apropriadas e o uso ‘embedded’ do SQL (Structure Query Language).
2.1 – Modelagem Lógica/Conceitual e Física
Na típica situação de acompanhamento de dados meteorológicos, temos uma rede de
estações micrometeorológica automáticas, que medem um conjunto de grandezas como temperatura,
umidade, radiação global etc., que precisam ser armazenadas.
As estações micrometeorológicas FERMONAT apresentam uma grande diversidade de
sensores e facilidades oferecidas. No diagrama entidade-relacionamento (E-R) do modelo proposto
para este tipo de BD, Equipamento constitui uma entidade tipo que possui um relacionamento
COMPOR com a entidade tipo Instrumento, relativa aos medidores disponíveis para as diversos
grandezas coletadas (Figura 1). Observa-se que neste texto sempre cita-se as entidades tipo em negrito
com a inicial maiúscula enquanto que as entidades serão escritas também em negrito mas com
minúsculas. Relacionamento tipo será escrito em letras maiúscula em negrito enquanto que instância
do relacionamento em negrito e em minúscula. Ambos, no entanto, serão sublinhados. Os atributos
serão escritos em itálico.
Definindo-se este relacionamento, lidamos de forma eficiente com o problema de termos
múltiplas configurações para as equipamento’s, mesma entre aquelas do mesmo tipo e fabricante.
Afinal, um modelo de estação pode ter ou não sensores de radiação, pluviometria etc, conforme o
estudo a ser elaborado para o local de medição. Observa-se que este estrutura é muito superior a idéia
simplista de se criar um banco de dados que se restringe a uma tabela de dados, idêntica a planilha
onde os dados são coletados. Este tipo de mecanização do armazenamento dos dados implicaria em
uma grande ineficiência já que obriga toda rede de estações meteorológicas ser composta de apenas
um modelo de estação com um número fixo de sensores.
No Diagrama E-R, Instrumento aceita os sub-tipos S-temperatura, S-umidade, Sanemômetro etc., conforme o conjunto possível de sensores para as diversas equipamento’s da rede.
Por sua vez cada entidade instrumento de Instrumento deve estar ligado à um equipamento, e tais
sensores possuem um relacionamento binário com as grandezas medidas, que são respectivamente
entidades das entidades tipo Temperatura, Umidade, Vento etc.
O relacionamento direto entre o sensor e a medição é feito através do relacionamento MEDIRGRANDEZA que refere-se novamente às mesma grandezas meteorológicas que possam ser
acompanhadas pela rede de estações. Este relacionamento direto entre sensores e grandezas medidas,
em detrimento a um relacionamento entre estação e grandeza, é importante para viabilizar a presença
de mais de um sensor para mesma grandeza na mesma estação.
A entidade tipo Posição refere-se à posição do instrumento em relação a Estação. Relacionase com o Instrumento através do relacionamento INSTR-POSIÇÃO. Com essa entidade tipo,
podemos permitir, por exemplo, um estudo de perfis do vento, pois teremos armazenada a informação
da posicao de cada anemômetro.
A entidade tipo Varredura refere-se como os dados são lidos num dia, se são horários, diários
etc., e seus atributos (PONTUAL, FAIXA, INTERVALO) são para os cálculos nas estações
automáticas, que lêem os dados pontualmente em intervalos de tempo e os calculam através de uma
média dos dados lidos numa faixa de tempo. Relaciona-se com o Instrumento através da relação
INSTR-VARREDURA.
3- Resultados
Como ilustração, nas Figuras (2, 3, 4 e 5), pode-se acompanhar graficamente os dados
coletados pelas estações Itaipava e Areal localizadas nos pontos km069 e km045 da rodovia BR040
respectivamente, onde são apresentados algumas das possíveis abordagens gráficas das variações de
temperatura e umidade do ar, extraídas do BD Espinhel, para visualizar diferentes abordagens
climatológicas em diferentes localidades da Rodovia BR040.
EQUIPAMENTOESTACAO
Estacao
Equipamento
COMPOR
DATA-I
DATA-F
INSTRVARREDURA
DATA-I
DATA-F
Instrumento
d
Varredura
INSTRPOSICAO
Posicao
.
S-direcao_vento
S-anemometro
S-temperatura
MEDIRDIRECAO
MEDIRVELOCIDADE
MEDIRTEMPERATURA
Direcao_vento
Velocidade
Temperatura
S-sensores
MEDIRGRANDEZAS
Grandezas
Figura 1 - Modelo Entidade Relacionamento do ESPINHEL
Figura 2 – Gráfico de Temperatura das estações Areal e Itaipava de 5 em 5 minutos.
Figura 3 – Gráfico de Umidade das estações Areal e Itaipava de 5 em 5 minutos.
Figura 4 – Gráfico de Temperatura Média Horária das estações Areal e Itaipava.
Figura 5 – Gráfico de Umidade Média Horária das estações Areal e Itaipava.
4 - Referências Bibliográficas
(Butler e Miranda, 1984) Butler, D. R. e Miranda, Ricardo Augusto Calheiros de
“Comparação entre os Métodos Penman e Thornthwaite para Calcular a Evapotranspiração
Potencial no Sudeste da Bahia”. Revista Theobrama 14(2): 127-133.
(Cullens et al, 1997) Cullens, C; Davidson, M; Robichaux,P.; Corry,C; Potts S; Gregory,K; “Usando
Visual C++ 4.0”. Editora Campus 1997.
(Date, 1977) Date, C.J; "An Introduction to Database Systems". 2nd Edition. Addison-Wesley 1977.
(Elmasri and Navathe, 1989) Elmasri, Ramez and Navathe, S.B.;"Fundamentals of Database Systems".
The Benjamin/Cummings Publishing Company,Inc. 1989.
(Hidro, 1990) IH Report No 110. Institute of Hydrology. ISBN 0 948 540 21 4
(Jenning, 1995) Jenning, Roger; “Access 95 versão 7” Editora Campus.
(Monat e Reiszel, 1995) Monat, A.; P. Reiszel F.; Esher, H.; Lino, F. ; “SAAG: Sistema de Captação
de Dados Climatológicos para Apoio da Atividade Agrícola”. AGROSOFT, Juiz de Fora, 1995.
(Mansfield e Petroutsos, 1995) Mansfield, Richard; Petroutsos, Evangelos; “Visual Basic 4 Ferramentas Poderosas”. Editora Ventana Press.
(Tubelis e Lino do Nascimento, 1980) Tubelis, A. e Lino do Nascimento, Fernando José
“Meteorologia Descritiva - Fundamentos e Aplicações Brasileiras”. Editora Nobel. 1980.
(ZoEco, 1978) Governo do Estado do Rio de Janeiro/SecPlan/Fiderj - “Oportunidades AgroIndustriais: Localização e Identificação - Zoneamento Ecológico”. Rio de janeiro. 1978.