Tecnologias da Web Semântica na Geracão de Interfaces Gráficas para Sistemas de Apoio a Decisão:...
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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)
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Roteiro
1. Introdução
2. Contextualização
3. Trabalhos relacionados
4. Proposta de trabalho
5. Resultados preliminares
6. Plano de trabalho
2
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Roteiro
1. Introdução
2. Contextualização
3. Trabalhos relacionados
4. Proposta de trabalho
5. Resultados preliminares
6. Plano de trabalho
3
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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
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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).
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Sistema de Apoio a Decisão
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1. Introdução
Busca mensurar a sustentabilidade em termos das dimensões ambientais, sociais e econômicas medindo um equilíbrio entre elas (Brundtlandt, 1987) e (Bellen, 2005).
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Avaliação da sustentabilidade
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1. Introdução
7Figura 2: As três esferas da sustentabilidade
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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
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1. Introdução
9Figura 3: Produção mundial de cana-de-açúcar no 2010 (FAO, 2013)
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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
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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)
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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
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Base deConheciment
o
SistemaRecomendações
de sustentabilidade
InterfaceGráfica
Mudanças Mudanças Mudanças
Figura 4: SustenAgro como caixa preta
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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
16
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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).
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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)
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2. Contextualização
20Figura 5: Componentes de um SAD (Júnior, 2006)
Sistemas de Apoio a Decisão (SAD)
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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)
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2. Contextualização
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Linguagem de domínio específico (DSL)
Figura 6: Exemplo da DSL LOGO
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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
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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
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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
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2. Contextualização
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Web Semântica
Figura 8: Arquitetura da web semântica
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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
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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
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Roteiro
1. Introdução
2. Contextualização
3. Trabalhos relacionados
4. Proposta de trabalho
5. Resultados preliminares
6. Plano de trabalho
29
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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
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3. Trabalhos relacionados
31
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
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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.
32
Kraines e Guo desenvolveram um framework para compartir conhecimento em sustentabilidade que é baseado em ontologias.
Frameworks
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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
33
Ontologias
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3. Trabalhos relacionados
34
Ontologias
Sustentabilidade em agricultura
Cana deAçúcar
InterfacesGráficas
As ontologias estão desconexas
Figura 10: Exemplo de Ontologia
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3. Trabalhos relacionados
No artigo de Paulheim e Probst (2012) identificaram que as ontologias contribuem às interfaces gráficas :
• Visualização
• Interação
• Desenvolvimento.
35
Ontologias
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Roteiro
1. Introdução
2. Contextualização
3. Trabalhos relacionados
4. Proposta de trabalho
5. Resultados preliminares
6. Plano de trabalho
36
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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”
39
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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
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4. Proposta de trabalho• Sistema de armazenamento e recuperação de dados e informação
41
• 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
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4. Proposta de trabalho
42
Método de avaliação de
sustentabilidade
Recomendações
Figura 13: Arquitetura de SustenAgro
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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
43
TripleStore
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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
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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
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4. Proposta de trabalho
46Figura 14: Elementos básicos da ontologia de domínio
Ontologia de domínio
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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
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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)
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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
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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
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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”, …]}
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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
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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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5. Resultados preliminaresPrimeira versão da ontologia de domínio
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Figura 16: Exemplo da Dimensão Ambiental
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5. Resultados preliminaresPrimeira versão da ontologia de domínio
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Figura 17: Exemplo dos Indicadores
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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
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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
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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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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
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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
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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
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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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70
Muitíssimo obrigado,
Perguntas?