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        <article-title>Uma ontologia de aplicac¸ a˜o para descric¸ a˜o de indicadores de poluic¸ a˜o do meio ambiente</article-title>
      </title-group>
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        <contrib contrib-type="author">
          <string-name>Ricardo M. Taques</string-name>
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        <contrib contrib-type="author">
          <string-name>Cesar A. Tacla</string-name>
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          <string-name>Mateus G. Belizario</string-name>
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        <contrib contrib-type="author">
          <string-name>Rita C. Berardi</string-name>
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        <contrib contrib-type="author">
          <string-name>Departamento de Informa´tica (DAINF)</string-name>
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        <contrib contrib-type="author">
          <string-name>- Curitiba - PR - Brazil</string-name>
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          <label>0</label>
          <institution>Desenvolvida pela World Wide Web Consortium</institution>
          ,
          <addr-line>W3C</addr-line>
        </aff>
        <aff id="aff1">
          <label>1</label>
          <institution>GCI - Global City Indicators</institution>
        </aff>
        <aff id="aff2">
          <label>2</label>
          <institution>International Standards for City Indicators</institution>
        </aff>
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      <pub-date>
        <year>2018</year>
      </pub-date>
      <volume>2</volume>
      <abstract>
        <p>Several projects have been developed with the aim to represent indicators for the environmental pollution following definitions of ISO 37120. The objective of these standards is to allow the comparison of indicators in different domains regarding the Smart Cities concepts. This paper proposes new constructs that extend ontologies derived from ISO 37120 to allow the description of indicators and indexes in a more refined way and under particular perspectives dictated by the needs of the end user. Indicators and indexes therefore, define visions about measurements of pollutants collected by sensing stations. Resumo. Diversos projetos teˆm sido desenvolvidos com o intuito de representar indicadores de poluic¸ a˜o ambiental seguindo definic¸ o˜es da norma ISO 37120. O objetivo desta norma e´ permitir a comparac¸ a˜o de indicadores em diferentes dom´ınios relacionados ao conceito de Cidades Inteligentes. Este artigo propo˜e novos construtos que estendem ontologias derivadas da ISO 37120 para permitir a descric¸a˜o de indicadores e ´ındices de modo mais refinado e de perspectivas particulares ditadas pelas necessidades do usua´rio final. Indicadores e ´ındices definem, portanto, viso˜es sobre medic¸ o˜es de agentes poluentes coletadas por estac¸o˜es de sensoriamento.</p>
      </abstract>
    </article-meta>
  </front>
  <body>
    <sec id="sec-1">
      <title>-</title>
      <p>
        ´Indices e indicadores sa˜o dois conceitos centrais das ontologias de maior n´ıvel de
abstrac¸a˜o. Conceitualmente, um indicador e´ um dado qualitativo, quantitativo ou uma
medic¸a˜o descritiva. Os indicadores agregam medic¸ o˜es por meio de operac¸o˜es sobre as
medic¸o˜es de poluentes, salvaguardando informac¸o˜es de provenieˆncia (qual estac¸a˜o/sensor
fez a medic¸a˜o, quem fez sua publicac¸ a˜o) e temporais (data/hora de refereˆncia do
indicador). Um ´ındice pode ser considerado equivalente a um indicador, contudo, de acordo
com [
        <xref ref-type="bibr" rid="ref5">Siche et al. 2007</xref>
        ], um ´ındice e´ um valor agregado final de todo um procedimento
de ca´lculo onde se utilizam inclusive, os indicadores. Ale´m disso, um ´ındice pode se
tornar um instrumento para tomada de decisa˜o ou para a previsa˜o de um evento. Por
conseguinte, pode-se concluir que um indicador antecede um ´ındice porque este u´ltimo e´
formado por um ou mais indicadores.
      </p>
      <p>Embora as ontologias de maior n´ıvel de abstrac¸a˜o citadas permitam a
representac¸a˜o de ´ındices/indicadores, observou-se que na˜o sa˜o adequadas para
representar informac¸ o˜es tais como o pior ´ındice de poluic¸a˜o dentre os indicadores de poluentes
em um determinado intervalo de tempo ou, genericamente, para representar a derivac¸a˜o
de um ´ındice a partir de um conjunto de indicadores. As representac¸o˜es destas derivac¸ o˜es
sa˜o feitas normalmente na forma textual em comenta´rios.</p>
      <p>Foi a partir desta constatac¸ a˜o que se propoˆs estender as ontologias utilizadas no
dom´ınio da poluic¸a˜o do ar para que ´ındices e indicadores sejam descritos de forma mais
refinada. O intuito e´ facilitar a construc¸a˜o de aplicac¸o˜es que necessitam criar ou utilizar
´ındices/indicadores distintos daqueles pre´-definidos na ISO 37120. Esta extensa˜o se
baseia em construtos que permitem representar um ´ındice a partir de fo´rmulas que agregam
medic¸o˜es por meio de operadores que atuam sobre indicadores, tais como, me´dia, m´ınimo
e ma´ximo, ale´m de categorizac¸o˜es de ´ındices em classes definidas por partic¸ o˜es de valores
(ex. ruim, regular, bom), o que e´ uma pra´tica comum na definic¸a˜o de ´ındices ambientais.</p>
      <p>O conteu´do deste artigo segue com a sec¸ a˜o de trabalhos correlatos apresentando
como seus autores descrevem seus indicadores. Na sec¸ a˜o 3, e´ apresentada a modelagem
para criac¸a˜o de ´ındices e indicadores para uma ontologia de dom´ınio que estende os
trabalhos existentes com base no ´ındice da ageˆncia ambiental dos EUA. Na sec¸a˜o 4
apresentase um estudo de caso onde se aplicam os construtos propostos para a gerac¸a˜o do ´ındice
IMECA4 utilizado no Me´xico. Por fim, as concluso˜es sobre os resultados alcanc¸ados e as
possibilidades para trabalhos futuros sa˜o comentados na sec¸a˜o 5.</p>
    </sec>
    <sec id="sec-2">
      <title>2. Trabalhos Correlatos</title>
      <p>
        Esta sec¸ a˜o apresenta trabalhos que relatam necessidades similares de se trabalhar com
´ındices/indicadores, e proposic¸o˜es de como devem ser formados. Em seu projeto para
desenvolvimento de indicadores de performance com uso de um data warehouse descrito
por [
        <xref ref-type="bibr" rid="ref4">Niedritis et al. 2011</xref>
        ], os autores propo˜em que um indicador para ana´lise de
desempenho de organizac¸o˜es seja avaliado pelos seguintes aspectos: definic¸a˜o, ana´lise, medic¸a˜o,
reac¸a˜o e aprimoramento. Dentre estes grupos, as propriedades pertinentes ao objetivo
do presente trabalho trazem informac¸ o˜es sobre: tempo (quando aconteceu), frequeˆncia,
provenieˆncia (quem e´ responsa´vel) e como representar um indicador.
      </p>
      <p>
        Considerando o uso de ontologias, no estudo sobre um sistema de representac¸a˜o
4´Indice Metropolitano de la Calidad del Aire
para indicadores de qualidade sobre medic¸ o˜es de servic¸os me´dicos, [
        <xref ref-type="bibr" rid="ref6">Takaki et al. 2013</xref>
        ]
pontuam que um indicador de qualidade deve ser gerado por uma fo´rmula que utilize
dados atrelados aos fatos envolvidos em sua formac¸a˜o. Tambe´m fazendo uso de ontologias,
[
        <xref ref-type="bibr" rid="ref1">Fox 2015</xref>
        ] em seu trabalho, reforc¸a a importaˆncia das medic¸ o˜es para a formac¸ a˜o de
indicadores. Segundo ele, medic¸o˜es sa˜o conceitos sob os quais se agregam os valores que
representam as quantidades e as unidades de medida que as qualificam.
      </p>
      <p>Em seu projeto sa˜o propostos padro˜es para definic¸a˜o de indicadores que tem como
refereˆncia as especificac¸o˜es descritas pela [ISO37120 2018], na qual esta˜o contidos mais
de 100 indicadores urbanos para que as cidades possam medir e comparar seus
desempenhos em temas importantes como: educac¸a˜o, sau´de, seguranc¸a, meio ambiente, etc.</p>
      <p>Para Fox, os aspectos que devem ser representados quando se trabalha com
indicadores, sa˜o: localizac¸a˜o, quantidade e unidade de medida adotada, o provedor dos
dados gerados, quando o valor gerado pelo indicador e´ va´lido, o grau de confianc¸a do
indicador e da entidade ou indiv´ıduo responsa´vel por sua produc¸a˜o. Em sua
modelagem, encontram-se conceitos derivados de outras ontologias que permitem descrever
observac¸o˜es e medic¸o˜es (om-1.6.owl5), tempo ao qual se referem (time.owl)6, e a
provenieˆncia e a confiabilidade das mesmas (prov.owl7 e kp.owl8).</p>
      <p>Da sua abordagem, originou-se a ontologia GCI (Global City Indicators) e a
sua interac¸a˜o com as demais ontologias da ISO 37120 sa˜o mostradas na figura 1. As
camadas desta representac¸a˜o teˆm o seguinte significado: posicionados na camada superior
ha´ os IRIs9 de cada indicador da ISO 37120, na camada logo abaixo esta˜o ontologias
que sustentam cada um dos dom´ınios correspondentes aos indicadores desta ISO e, por
fim, as duas camadas inferiores representam os conceitos das ontologias fundacionais
que foram incorporados na ontologia GCI para lhe prover as definic¸o˜es sobre tempo,
medic¸o˜es, provenieˆncia, confiabilidade, validade e geolocalizac¸a˜o.</p>
      <p>
        Na modelagem proposta em [
        <xref ref-type="bibr" rid="ref2">Freitas et al. 2016</xref>
        ], sa˜o listadas quais informac¸o˜es
se deve conhecer sobre um indicador para facilitar sua compreensa˜o e comparac¸a˜o. Para
os autores, deve ser informada qual entidade esta´ interessada no indicador, com quais
varia´veis ele se relaciona, ale´m da sua descric¸a˜o e valor. E mais, devem ser listados quais
tipos de crite´rios podem avalia´-lo, que fo´rmula permite calcular seu valor, que atributos
o compo˜em, a que momento se refere e finalmente, quais relac¸o˜es com outros
indicadores devem ser conhecidas. Na tabela 1, pode-se ver um comparativo dos aspectos e
propriedades principais propostos nos trabalhos citados para a criac¸a˜o de indicadores.
      </p>
      <p>Como podera´ ser visto neste artigo, boa parte destas recomendac¸ o˜es sa˜o adotadas,
entretanto, tanto nos conceitos descritos, que se baseiam na referida ISO, ou em conceitos
relacionados aos crite´rios, ainda existem lacunas para explorar outras abordagens. E´ o
caso da auseˆncia do uso de propriedades com operadores como me´dia, m´ınimo e ma´ximo
que na˜o sa˜o utilizados nos trabalhos correlatos.</p>
      <sec id="sec-2-1">
        <title>5https://www.wurvoc.org/vocabularies/om-1.6/ (na˜o esta´ mais dispon´ıvel)</title>
        <p>6https://www.w3.org/TR/owl-time/
7https://www.w3.org/TR/prov-o/
8http://ontology.eil.utoronto.ca/
9Internationalized Resource Identifier</p>
        <sec id="sec-2-1-1">
          <title>Figura 1. ISO 37120 Ontology Modules</title>
          <p>
            Fonte: The role of ontologies in publishing and analyzing city indicators. [
            <xref ref-type="bibr" rid="ref1">Fox 2015</xref>
            ]
          </p>
        </sec>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec-3">
      <title>3. Ontologia Proposta: AirQualityOnto (AQ)</title>
      <p>Dada a existeˆncia de ontologias fundacionais sobre o meio ambiente e, considerando que
seus conceitos e relac¸o˜ es esta˜o fortemente baseados na ISO 37120, prop o˜e-se uma
abordagem que traz construtos com maior refinamento. Deste modo, a ontologia AirQualityOnto
(AQ) estende estas ontologias que a sustentam com foco na poluic¸a˜o do ar que trata dos
agentes mais frequentes (ex. CO, NO2, SO2, O3, PM10 e PM2.5) 10. A extensa˜o inclui
construtos que permitem definir indicadores, enquadra´-los em suas faixas de concentrac¸ a˜o
e, identificar seu ´ındice de qualidade mapeando o resultado derivado dos indicadores nas
faixas de classificac¸a˜o. A seguir, apresentam-se as etapas de desenvolvimento da
ontologia bem como os construtos propostos por meio de padr o˜es de modelagem.</p>
    </sec>
    <sec id="sec-4">
      <title>3.1. Escopo e Quest o˜es de Competeˆncia</title>
      <p>A ontologia destina-se a descrever medic¸ o˜es, indicadores e ´ındices para que suas
definic¸ o˜es sejam interpreta´veis por uma aplicac¸ a˜o, isto e´, para guiar a aplicac¸a˜o a obter as
medic¸o˜ es, calcular os indicadores e ´ındices, sejam eles fornecidos previamente ao usua´rio
final ou por ele constru´ıdos. Na˜o faz parte do escopo, a definic¸a˜o de construtos para
representar as instaˆncias resultantes dos ca´lculos de ´ındices e indicadores. Por exemplo,
a ontologia na˜o e´ destinada a representar o valor do indicador de O3 obtido pela me´dia
de medic¸ o˜es coletadas entre 0h e 8h de um dia qualquer de uma dada estac¸ a˜o ambiental.
Tampouco o valor do ´ındice resultante de va´rios indicadores medidos na mesma janela
temporal. Portanto, as definic¸ o˜es de ´ındices e indicadores permitem construir vis o˜es
sobre colec¸ o˜es de medic¸o˜ es ficando o ca´lculo e armazenamento dos mesmos, se desejado
for, a cargo da aplicac¸a˜o.</p>
      <p>Ap o´s uma ana´lise sobre ´ındices de qualidade do ar, observou-se que as definic¸ o˜es
10Pela ordem: Mono´xido de Carbono, Dio´xido de Nitrogeˆnio, Dio´xido de Enxofre, Ozoˆnio, Part´ıculas
Suspensas menores que 10 microˆmetros e menores que 2.5 microˆmetros</p>
      <sec id="sec-4-1">
        <title>Tabela 1. Comparativo das informa c¸o˜ es utilizadas na descric¸ a˜ o de um indicador.</title>
        <p>Fonte Aspecto Propriedade Descric¸a˜o
e2Nt0iae1ld1.ritis DAMenefia´dlniic¸isca¸˜eao˜o FRROreereispeqprnueoteˆsnaencs¸ncaa´˜tivoaaec¸tlae˜omporal PTCQarouoxmavaneoddnoee´ieˆofanocccrooimanrrtueeˆelncaCcedoiuoanfipoabriulindiaddaede temporal
aTla.k2a0k1i3et PMreodviec¸na˜ioeˆncia ROVaerilseopnrotnacs¸aa´˜voetlemporal IPDnretoesvdnesenidqieˆaundacenidaeomdaorcieonlrafroc¸era˜mou maa`c¸uaf˜emonaoˆ mesecnaola</p>
        <p>
          Geolocalizac¸a˜o Localizac¸a˜o Onde aconteceu
          <xref ref-type="bibr" rid="ref1">Fox 2015</xref>
          CMoendfiic¸aa˜boilidade RUensidpaodnesa´dveelmedida PUrnoivdeandieeˆndceiameedCiodnafiabilidade
        </p>
        <p>Quantidade/Valor Intensidade em relac¸a˜o a` uma escala
Tempo Orientac¸a˜o temporal Quando aconteceu</p>
        <p>Destinac¸ a˜o Entidade A quem se destina
aFlr.e2it0a1s6et Definic¸a˜o ROVaerilpeornretsaec¸na˜toac¸tae˜omporal ICQnoutemannosdioed´afadoceromnetmuelcaredeuolac¸a˜o a` uma escala</p>
        <p>Composic¸a˜o Como e´ composto
dos ´ındices11 estudados: AQI [Mintz 2016], IMECA - Me´xico [MexicoCity 2006], DAQI
(UK) e Instituto Ambiental do Parana´ (IAP) sa˜o baseadas em f o´rmulas que envolvem
categorias com faixas de valores e indicadores. Por sua vez, os indicadores sa˜o obtidos
geralmente a partir de operac¸ o˜es de me´dia, valor m´ınimo ou ma´ximo aplicadas sobre as
medic¸o˜ es coletadas em uma janela temporal. Ale´m disto, observou-se que alguns
indicadores, na˜o todos, sa˜o categorizados por faixas de valores assim como os ´ındices.</p>
        <p>Por exemplo, na figura 2, o ´ındice de qualidade do ar definido pela ageˆncia dos
EUA, e´ calculado a partir de uma f o´rmula que normaliza o valor de um indicador C em
uma faixa de categorizac¸a˜o. Um ´ındice possui uma faixa de valores para cada categoria
(ex. good :[0,50], moderate :[51,100]). O indicador C, cujo valor deriva de medic¸ o˜es de
um poluente obtidas em uma janela temporal, tambe´m possui faixas de categorizac¸a˜o
definidas por intervalos [C low, C high]. Para o indicador do poluente O3, a categoria good
e´ aplicada em concentrac¸ o˜es na faixa [0,54]ppb12 e a moderate, [55,70]ppb. Supondo
que, no per´ıodo de 8h, a me´dia de concentrac¸ a˜o de O3 foi 60ppb (moderada). Neste caso,
I e´ calculado por (100-51)/(70-55)*(60-55)+51=67,333. Se ha´ va´rios indicadores C para
uma localidade, o ´ındice final de qualidade do ar e´ dado pelo pior I dentre os calculados.</p>
      </sec>
      <sec id="sec-4-2">
        <title>Figura 2. Fo´ rmula do ´ındice AQI</title>
        <p>Fonte: Technical Assistance Doct for Reporting of Daily AQI. U.S. EPA, 2016.</p>
        <p>
          A partir da ana´lise dos ´ındices AQI, IMECA, DAQI e tambe´m do IAP, foram
11AQI - Air Quality Index (EPA); DAQI - Daily Air Quality Index (UK)
12ppb - part´ıculas por bilha˜o
estabelecidas as seguintes quest o˜es de competeˆncia:
- Como um indicador e´ derivado a partir de um conjunto de medic¸ o˜es?
- Como categorizar o indicador de um poluente?
- Como representar uma f o´rmula de ca´lculo de um ´ındice/indicador?
- Como categorizar um ´ındice derivado do ca´lculo de uma f o´rmula?
3.2. Re u´so
Foram adotadas algumas ontologias consideradas top level porque seus modelos
trazem conceitos e propriedades bem fundamentados para uso por outras ontologias. As
ontologias incorporadas pela AQ sa˜o: time.owl (OT), ssn.owl (SE) e prov-o.owl (PR)
desenvolvidas pela W3C, ale´m de conte u´do das vers o˜es da om.owl (OM) criadas pela
wurvoc.org13, da environment.owl (EV) e da pollution.owl (PL) desenvolvidas no aˆmbito
do projeto da GCI. As siglas sa˜o utilizadas como prefixos para identificac¸a˜o da ontologia
de origem nas extens o˜es propostas neste artigo.
3.3. Construtos Propostos
A classe medic¸ a˜o (AQ Measurement) e´ a responsa´vel por descrever os dados provenientes
da captura de dados, sejam eles oriundos de uma rede de sensores geograficamente
distribu´ıdos ou tenham sido eles tratados por uma camada de ETL14. Na figura 3, ilustra-se
a classe AQ Measurement atrave´s da sintaxe Manchester15 [
          <xref ref-type="bibr" rid="ref3">Horridge et al. 2006</xref>
          ].
Intuitivamente, uma medic¸ a˜o representa o queˆ (poluente), quando e como uma medic¸a˜o foi
gerada. Para isso, as propriedades associdas a` esta classe, sa˜o:
- aq:hasMeasurementOf: conecta a medic¸ a˜o ao poluente representado pela classe
PL:Air poluttant;
- om:value: relaciona a medic¸a˜o a` quantidade e a` unidade de medida da medic¸a˜o. Esta
propriedade e´ derivada das ontologias prov.owl e om.owl;
- aq:takesPlaceAt: relaciona a medic¸a˜o ao dispositivo onde a mesma foi coletada,
representado pela classe AQ:Station;
- aq:wasAttributedTo: relaciona a medic¸a˜o a` classe PR:Agent para identificar a
provenieˆncia da medic¸a˜o, isto e´, quem e´ responsa´vel pelas estac¸ o˜es de coleta deste dado;
- aq:hasHappenedOn: e´ o momento da gerac¸a˜o da medic¸a˜o descrito por um tipo de dados
integrado da linguagem OWL-DL16, i.e., dateTime.
        </p>
      </sec>
      <sec id="sec-4-3">
        <title>Figura 3. Classe AQ Measurement e suas propriedades.</title>
        <p>A classe AQ UserIndicator (Figura 4) descreve o valor de concentrac¸ a˜o de um
poluente a partir de va´rias medic¸ o˜es por meio da forma de derivac¸ a˜o e da periodicidade.
13A URL wurvoc.org na˜o esta´ mais dispon´ıvel
14ETL - Extract, Transform and Load
15The Manchester OWL Syntax e´ uma derivac¸a˜o da linguagem OWL, mais fa´cil de ser lida e escrita.
16OWL-DL - Web Ontology Language - Description Logics.</p>
        <p>Ale´m disso, relaciona o indicador a`s suas categorias. Para cada novo indicador, uma
instaˆncia deve ser criada:
- aq:isIndicatorFor: conecta um determinado indicador ao poluente desejado;
- aq:hasPeriodicity: identifica a periodicidade na qual a concentrac¸a˜o foi calculada;
- aq:isDerivedBy: identifica a forma de derivac¸a˜o do indicador a ser aplicada
sobre instaˆncias de AQ Measurement. As instaˆncias da classe aq:DerivationForms sa˜o
operac¸ o˜es (ex. me´dia, m´ınimo, ma´ximo, pior, melhor). A interpretac¸a˜o final destas
operac¸ o˜es e´ dada pelo programa que as implementa;
- aq:isCategorizedBy: relaciona o indicador a uma ou mais categorias de emissa˜o que sa˜o
subclasses de AQ Categorizations.</p>
      </sec>
      <sec id="sec-4-4">
        <title>Figura 4. Classe AQ UserIndicator e suas propriedades.</title>
        <p>Para definir a categorizac¸ a˜o de um indicador, deve-se criar &lt;categorizac¸a˜o&gt;
como subclasse de AQ Categorizations conforme padra˜o ilustrado na figura 5. Uma
&lt;categorizac¸a˜o&gt; e´ definida pela unia˜o de suas subclasses que, por sua vez, sa˜o disjuntas
entre si. Cada &lt;categoria&gt;i e´ uma subclasse de &lt;categorizac¸a˜o&gt; e possui uma faixa de
valores dada pelos limites inferior e superior. Para exemplificar, retoma-se o indicador
do poluente O3 em um extrato de suas faixas: good [0,54] g/m317 e moderate [55,70]
g/m3. Neste caso &lt;categorizac¸a˜o&gt; = O3 categorization com &lt;categoria&gt;1 = good e
&lt;categoria&gt;2 = moderate. Uma instaˆncia de cada categoria deve ser criada para se definir
concretamente os limites inferior e superior por meio das propriedades aq:hasLowerLimit
e aq:hasUpperLimit herdadas de AQ Categorizations.</p>
      </sec>
      <sec id="sec-4-5">
        <title>Figura 5. Padr a˜o para definir categoriza c¸ o˜es de indicadores.</title>
        <p>A classe AQ Index descreve um ´ındice. Recorda-se que um ´ındice possui uma
categorizac¸a˜o e possui va´rias f o´rmulas - normalmente, para cada categoria do ´ındice, ha´
n fo´ rmulas, sendo n igual ao n u´mero de indicadores. Uma categorizac¸a˜o de um ´ındice
e´ definida de forma ideˆntica ao padra˜o de categorizac¸a˜o de um indicador, exceto que e´
17 g/m3 - microgramas por metro cu´bico (unidade de densidade de massa)
definida como subclasse de aq:IndexCategorization. A figura 6 mostra a classe AQ Index,
e o padra˜o para categorizac¸a˜o de ´ındices.</p>
        <p>A classe aq:IndicatorToIndexFormula relaciona uma categoria de um indicador
com uma categoria do ´ındice por meio de uma f o´rmula. Logo, ´ındices e indicadores se
relacionam por meio de instaˆncias desta classe. Observar que uma f o´rmula e´ definida de
forma indicativa pelo uso de um String como apresenta a figura 7 e, deve ser definida de
acordo com uma grama´tica e a semaˆntica e´ dada pela implementac¸a˜o da aplicac¸a˜o.</p>
      </sec>
      <sec id="sec-4-6">
        <title>Figura 6. Classe AQ Index e o padr a˜o para definir categoriza c¸ o˜es de ´ındices.</title>
      </sec>
      <sec id="sec-4-7">
        <title>Figura 7. Classe aq:IndicatorToIndexFormula e suas propriedades.</title>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec-5">
      <title>4. Estudo de Caso</title>
      <p>Para avaliar o uso da modelagem adotada na ontologia AQ, foi escolhido o ´ındice IMECA
de qualidade do ar, utilizado pelo governo da Cidade do Me´xico para realizar o controle
da poluic¸a˜o ambiental em va´rias regi o˜es do pa´ıs. Neste estudo de caso, foram
instanciadas medic¸ o˜es obtidas do IAP diretamente na ontologia. O ´ındice e indicadores aqui
apresentados fornecem uma visa˜o na perspectiva do ´ındice IMECA que e´ derivado de um
indicador medido para um poluente espec´ıfico.</p>
      <p>Seu valor deve ser categorizado nas faixas poss´ıveis de emissa˜o para selecionar a
fo´ rmula adequada. Por fim, o valor resultante do ´ındice calculado deve ser enquadrado
em uma das cinco categorias relativas ao ´ındice propriamente dito.</p>
      <p>Antes da descric¸a˜o das fases desta prova de conceito, e´ importante destacar que
a ontologia foi constru´ıda com a ferramenta Prote´ge´18, e o reasoner utilizado para
fazer as infereˆncias foi o HermiT 1:3:8:413: Uma aplicac¸ a˜o em linguagem Java com
ApacheJ enaf ramework possibilitou a execuc¸ a˜o das funcionalidades de consultas e
instanciac¸a˜o guiadas pela ontologia.</p>
      <p>Primeiramente, criou-se o indicador UI-4-IMECA instanciando-se a classe
AQ UserIndicator conforme definida na ontologia AQ (ver Tabela 2) para incorporar o
valor ma´ximo das medic¸ o˜es (isDerivedBy) em intervalos de uma hora (hasPeriodicity) para
18Supported by grant GM10331601 from the National Inst. of Gen. Medical Sciences
o poluente PM10 (isIndicatorFor). Suas categorias foram assim definidas: good(limites
[0,60]), regular(limites [61,120]), poor(limites [121,220]), bad(limites [221,320]) e
critical(limites [321,1000]).</p>
      <sec id="sec-5-1">
        <title>Tabela 2. Propriedades carregadas na instaˆ ncia da classe AQ-UserIndicator.</title>
        <p>indicator
UI-4-IMECA</p>
        <sec id="sec-5-1-1">
          <title>AQ UserIndicator hasPeriodicity isIndicatorFor isDerivedBy isCategorizedBy 1 PM10 Maximum</title>
          <p>A partir da instaˆncia UI-4-IMECA, a aplicac¸a˜o constr o´i a query em SPARQL19
ilustrada na figura 8. Observa-se que algumas informac¸ o˜es sa˜o fornecidas em tempo de
execuc¸a˜o pelo usua´rio, como o per´ıodo em que se quer coletar medic¸ o˜es (para a data e
hora de ’04/06/2018-08h00’). Outras proveˆm do indicador, como o poluente e a forma de
derivac¸a˜o (MAX). As demais varia´veis sa˜o deixadas livres e sa˜o atribu´ıdas pela execuc¸ a˜o
da query: Nos resultados demonstrados na tabela 3, pode-se ver que as medic¸ o˜es foram
realizadas pelo agente IAP e o valor ma´ximo derivado foi 52,0 do poluente PM10, pelo
sensor da estac¸a˜o de co´ digo ’BOQ’.</p>
        </sec>
      </sec>
      <sec id="sec-5-2">
        <title>Figura 8. Propriedades do indicador derivadas da classe AQ Measurement.</title>
      </sec>
      <sec id="sec-5-3">
        <title>Tabela 3. Inst aˆncias da classe AQ-Measurement.</title>
        <sec id="sec-5-3-1">
          <title>Poluente PM10 PM10</title>
        </sec>
        <sec id="sec-5-3-2">
          <title>AQ Measurement Medic¸a˜o Station 52,0* BOQ 41,6 BOQ</title>
        </sec>
        <sec id="sec-5-3-3">
          <title>Agent IAP-InstAmbParana IAP-InstAmbParana</title>
          <p>Para consultar as categorias deste indicador que esta´ associado ao poluente PM10,
a aplicac¸ a˜o utiliza as propriedades da classe aq:IndicatorCategorization herdadas de
AQ Categorizations. Assim, ao se executar a consulta da figura 9, enquadra-se o valor
na faixa que o conte´m, i.e., na categoria good([0,60]) como mostrado na tabela 4.</p>
          <p>Para representar a f o´rmula de ca´lculo deste ´ındice, a aplicac¸ a˜o deve utilizar a
propriedade aq:hasFormula da classe aq:IndicatorToIndexFormula que liga AQ Index
ao AQ UserIndicator. Contudo, antes desta representac¸ a˜o, as categorias do ´ındice
devem ser instanciadas com seus limites usando as propriedades de AQ Categorization:
19SPARQL Protocol And RDF Query Language</p>
        </sec>
      </sec>
      <sec id="sec-5-4">
        <title>Figura 9. Identifica c¸a˜ o da categoria de indicador.</title>
      </sec>
      <sec id="sec-5-5">
        <title>Tabela 4. Limites da categoria good declarada na classe IndicatorCategorization.</title>
        <sec id="sec-5-5-1">
          <title>AQ IndicatorCategorization</title>
          <p>Categoria Poluente M´ınimo
PM10-IMECA-good PM10 0
aq:hasLowerLimit e aq:hasUpperLimit. Logo, suas categorias ficaram assim definidas:
IMECA-good (limites [0,50]), IMECA-regular (limites [51,100]), IMECA-poor (limites
[101,150]), etc. Apo´s a definic¸ a˜o concreta das categorias, pode-se completar as
propriedades da classe de ligac¸a˜o, pelo uso da consulta da figura 10. Assim, se sabera´ qual
categoria do ´ındice que vai conter o valor do indicador em seus limites (ver Tabela 5).</p>
        </sec>
      </sec>
      <sec id="sec-5-6">
        <title>Figura 10. Identifica c¸a˜ o da categoria de ´ındice.</title>
        <p>Apo´s a definic¸a˜o das duas categorias na classe IndicatorT oIndexF ormula,
deve-se declarar a fo´rmula equivalente. Na consulta da figura 11, pode-se ver como se
recuperam as categorias definidas e a fo´rmula que devera´ ser utilizada pela aplicac¸a˜o e na
tabela 6 como a classe foi preenchida.</p>
        <p>De posse dos valores das varia´veis da fo´rmula, a aplicac¸a˜o pode calcular o valor
do ´ındice IMECA-Mexico. Como a fo´rmula e´ descrita por IMECA(PM10)= C(PM10) *
5/6, temos que: I=52*5/6; I=43,33.</p>
        <p>Ainda e´ preciso responder a u´ltima questa˜o de competeˆncia proposta. Encontrar a
categoria para o ´ındice calculado na fo´rmula. A soluc¸a˜o tambe´m adve´m de uma consulta
em SPARQL (ver Figura 12). E na tabela 7 o enquadramento do valor obtido na categoria
IMECA-good deste ´ındice. Enta˜o, a cada novo ´ındice criado por este me´todo, e´ poss´ıvel
saber o n´ıvel de qualidade que o representa enquadrando seu valor em uma das categorias
de IndexCategorization.</p>
      </sec>
    </sec>
    <sec id="sec-6">
      <title>5. Conclus a˜o e Trabalhos Futuros</title>
      <p>Ale´m deste estudo de caso, foram realizados outros testes como, por exemplo, verso˜es do
´ındice IMECA do Me´xico com indicador do poluente O3 e com o ´ındice AQI dos EUA.
A ontologia AQ poˆde expressa´-los assim como visto com o ´ındice IMECA do poluente
PM10, configurando assim que esta modelagem atende o seu propo´sito ba´sico.</p>
      <sec id="sec-6-1">
        <title>Tabela 5. Limites da categoria regular declarada na classe IndexCategorization.</title>
        <sec id="sec-6-1-1">
          <title>IndexCategorization</title>
          <p>Categoria low
IMECA-regular 51</p>
        </sec>
      </sec>
      <sec id="sec-6-2">
        <title>Figura 11. Categorias e fo´ rmula na classe de liga c¸a˜ o IndicatorToIndexFormula.</title>
        <p>Pode-se concluir que a ontologia desenvolvida com construtos descritos na
modelagem, permitiu a uma aplicac¸a˜o em Java trabalhar com suas classes principais, i.e.,
AQ UserIndicator e AQ Index que representam os termos alvo da pesquisa realizada:
indicadores e ´ındices para o meio ambiente.</p>
        <p>A ontologia AQ se mostrou capaz de representar instaˆncias de medic¸o˜es e
definic¸ o˜es de indicadores de um usua´rio hipote´tico. Ale´m disso, um ´ındice de
qualidade do ar poˆde ser gerado e com o uso da propriedade aq:makesRefTo da classe de
ligac¸a˜o IndicatorT oIndexF ormula foi poss´ıvel fazer o enquadramento dos valores do
indicador e do ´ındice nas categorias definidas nas subclasses de AQ Categorizations.</p>
        <p>O ca´lculo utilizou-se de uma fo´rmula descrita na classe IndicatorToIndexFormula.
Seu resultado esta´ de acordo com o esperado. Por fim, ao se instanciar o valor resultante
do ´ındice, o reasoner utilizado fez o enquadramento na categoria correta, fazendo uso da
classe IndexCategorizations.</p>
        <p>Apresentou-se neste trabalho uma proposta de modelagem semaˆntica com
aplicac¸a˜o de padro˜es de definic¸ a˜o que estendem os conceitos e propriedades das
ontologias fundacionais e de dom´ınio na a´rea do monitoramento da poluic¸a˜o do ar. A ontologia
(AQ), ale´m de fazer o reu´so de classes e propriedades existentes, acrescentou padro˜es de
representac¸a˜o e de consultas utilizando a linguagem SPARQL que foram corretamente
interpretadas pelas classes de interface Jena presentes na API20, possibilitando novas formas
de explorac¸ a˜o neste campo de interesse.</p>
        <p>Como trabalhos futuros, destacam-se: a definic¸ a˜o de uma grama´tica para
representar fo´rmulas que podem ser constru´ıdas na ontologia e a criac¸a˜o de um padra˜o para
modelar uma classe que traga versatilidade na construc¸a˜o de indicadores que na˜o
necessitem ser categorizados previamente, assim como e´ utilizado pelo ´ındice de qualidade do
ar do Canada´ (AQHI). Em outro aˆmbito, ha´ possibilidade de acrescentar conceitos sobre
agentes que poluem a a´gua, explorando mais um aspecto relativo ao meio ambiente, que
e´ sem du´vida uma preocupac¸a˜o recorrente das entidades governamentais.
20Application Programming Interface</p>
      </sec>
      <sec id="sec-6-3">
        <title>Tabela 7. Categoria de IndexCategorization inferida para o ´ındice calculado.</title>
        <sec id="sec-6-3-1">
          <title>IndexCategories Index Category IMECA-Mexico IMECA-good</title>
        </sec>
      </sec>
      <sec id="sec-6-4">
        <title>Figura 12. Identifica c¸a˜ o do n´ıvel de qualidade do ar pelo valor do ´ındice.</title>
        <p>MexicoCity (2006). El monitoreo de calidad del aire. Ciudad de Me´xico.</p>
      </sec>
    </sec>
  </body>
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