Development of a mobile application for georeferenced data collection in the field

Tese de mestrado, Bioinformática e Biologia Computacional, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2019O século XX foi um período que se notabilizou por um conjunto de conquistas tecnológicas no campo da aquisição, processamento e distribuição da informação, com grande destaque à escala mundial na instalação das redes de telefonia, na invenção do rádio e da televisão e no crescimento ímpar da indústria informática, lançamento de satélites de comunicação e descoberta da Internet. O século XXI, tem sido marcado com todo este desenvolvimento tecnológico. O crescimento da nossa capacidade de recolher, processar e distribuir informações tem vindo a potenciar formas cada vez mais sofisticadas de processar a informação. Entre as principais mudanças do novo século está a evolução da computação móvel. Esta área tecnológica visa estudar sistemas de computadores nos quais há total mobilidade do utilizador, tornando aspetos como a dimensão um aspeto central no desenvolvimento de sistemas móveis. Desta forma, o utilizador tem total liberdade para obter e manipular informação em qualquer sítio e em qualquer lugar. O avanço na computação móvel tem potenciado um aumento significativo da utilização de dispositivos móveis para a resolução de tarefas diárias e, em particular, no acesso à informação. Com este aumento na utilização de dispositivos móveis, surgiram os smartphones, que permitem integrar as funcionalidades típicas de um telemóvel num conjunto de aplicações. O aumento destas funcionalidades, em conjunto com a tão aguardada convergência entre telefones e a Internet, tem vindo a potenciar o desenvolvimento de aplicações nas mais diversas áreas. Estas aplicações visam fornecer aos utilizadores uma função específica, que pode ser uma ferramenta de entretenimento ou trabalho, permitindo novas formas de trabalhar e novos estilos de vida. O grupo CoBiG2, uma das equipas do Centro de Ecologia, Evolução e Mudanças Ambientais (cE3c) da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, tem como objetivo estudar a diversificação evolutiva e ecológica de espécies em ambientes naturais e o processo genómico de adaptação de organismos e populações aos seus habitats. O objetivo geral deste grupo é entender a genética e a genómica das mudanças ambientais e as suas consequências para a biodiversidade. De forma a atingir os seus objetivos, os investigadores têm a necessidade de recolher dados descritivos de amostras de diferentes espécies no seu habitat natural. Neste momento, todos os dados recolhidos em campo, bem como o seu armazenamento em formato de dados, são feitos manualmente. Este método mostrou-se ineficaz, pois, dada a quantidade de trabalho a ser feito e dados a serem tratados, afeta fortemente a produtividade do grupo. Assim, para contornar a ineficiência na recolha e armazenamento de dados, este projeto tem como objetivo automatizar todo o processo de recolha e desenvolver uma solução baseada no uso do processamento de dados. Pretende-se com esta dissertação identificar os desafios no desenvolvimento de aplicações móveis para o sistema operacional Android que atendam aos seguintes requisitos: Suporte à navegação em mapas digitais; Determinação da localização geográfica do utilizador em tempo real, usando tecnologias de localização para telemóveis; Suporte no armazenamento local de conteúdo, para lidar com o uso offline da aplicação móvel; Comunicar com um servidor remoto para consultar e atualizar dados numa base de dados. Os objetivos desta dissertação são os seguintes: Conceber e implementar uma base de dados para suportar o armazenamento e manipulação dos dados recolhidos pela aplicação móvel no campo; Identificar e analisar os desafios inerentes ao desenvolvimento de aplicações Android com serviços de localização e recursos de armazenamento local; Conceber e implementar um protótipo de uma aplicação móvel que atenda aos requisitos mencionados acima; Conceber e desenvolver um Website para que os utilizadores possam visualizar e gerir os dados recolhidos pela aplicação; Avaliar os resultados dos protótipos em cenários controlados. Como resultado esperado está a construção de um sistema informático que visa automatizar os processos de recolha, armazenamento, visualização e gestão de dados descritivos e georreferenciados de amostras biológicas recolhidas em campo. É ainda esperado que o sistema permita que o processo de recolha de dados se realize mesmo quando o utilizador não tem conexão à Internet, uma vez que, geralmente, os locais de recolha deste tipo de dados possuem pouca cobertura de rede. Assim, este projeto teve como objetivo desenvolver uma aplicação móvel como ferramenta de trabalho para investigadores de um grupo, cujo objetivo é auxiliar na recolha de dados georreferenciados em campo. A escolha do desenvolvimento de uma aplicação móvel deve-se à forte expansão global do mercado dos smartphones e à subsequente disponibilidade de aplicações móveis. Devido ao tamanho reduzido dos smartphones, facilidade de transporte e alta complexidade tecnológica, tanto em termos de capacidade de processamento quanto dos inúmeros recursos que oferecem, foi estabelecido que esta seria a escolha mais favorável para atender às necessidades em campo dos membros do grupo CoBiG2. A aplicação toma o nome de “C2MC – CoBiG2 Mobile Collector”. A existência de várias plataformas para desenvolvimento móvel, que utilizam diferentes linguagens e ferramentas de programação, dificulta a produção de uma aplicação que cubra todos os sistemas operativos. No entanto, a aplicação foi desenvolvida para o sistema operativo Android, uma vez que, é a plataforma móvel com maior crescimento nos últimos anos, fornece o kit de desenvolvimento de aplicações (disponível para a comunidade de developers a custo zero) e integra as APIs da Google, como as Google Maps APIs. Como suporte à aplicação móvel, foi desenvolvida uma base de dados para armazenar os dados recolhidos de forma consistente, não redundante e com integridade lógica. Desde o início da computação que as operações de armazenamento e recuperação de informações andam de mãos dadas. Estas operações, por mais simples que pareçam, têm as suas dificuldades e determinam em grande parte a fiabilidade e eficiência do sistema envolvente, sendo assim necessário aplicar uma abordagem inteligente e eficaz. Desta forma, de maneira a retirar da aplicação cliente, a responsabilidade de gerir o acesso, a persistência, a manipulação e a organização dos dados, foi utilizado o Sistema de Gestão de Bases de Dados Relacionais MySQL. Também como suporte, foi desenvolvido um Website, de forma a permitir aos utilizadores visualizar e gerir os dados recolhidos pela aplicação móvel na base de dados. Um dos desafios inerentes ao desenvolvimento de uma aplicação para auxílio no trabalho de campo, é a necessidade de haver comunicação entre a aplicação e a base de dados, e por isso, necessidade de conexão à Internet. Para o efeito, a aplicação foi desenvolvida para que funcionasse tanto offline como online. À medida que o sistema foi desenvolvido, todos seus componentes foram alvo de testes, de forma a verificar se os requisitos necessários foram implementados corretamente. A primeira fase do processo de testes ocorreu durante o desenvolvimento das componentes do sistema em ambiente local usando ferramentas de trabalho para programadores. A segunda fase consistiu em realizar testes em ambiente real, ou seja, utilizar a aplicação móvel no campo, recolher e enviar dados ao servidor e, de seguida, visualizá-los e manipulá-los por meio da aplicação Web. Todos os objetivos inicialmente propostos, foram concretizados com sucesso. Sem dúvida que os próximos anos terão um enorme impacto sobre como as novas tecnologias da informação interagem com áreas do conhecimento científico. O futuro dos sistemas de informação parece promissor quando se trata de automatizar processos e desenvolver soluções baseadas no uso de processamento de dados, que visam aumentar a eficiência de investigadores e, consequentemente, a sua produtividade no trabalho. Como sugestão para trabalho futuro, propõe-se desenvolver a aplicação móvel para os sistemas operativos mais utilizados, a fim de integrar uma maior comunidade de utilizadores. É também proposta a implementação de funcionalidades que permitam integrar imagens e arquivos de som aos dados adicionados na aplicação móvel. Poderá também ser interessante desenvolver aplicações semelhantes, embora adaptadas, para outras equipas do cE3c.The advance in mobile computing has boosted a significant increase in the use of mobile devices for solving daily tasks and, in particular, to access information. With this increase in the use of mobile devices, smartphones have emerged. The increase of these features, together with the long-awaited convergence between phones and the Internet, has been driving the development of applications in the most diverse areas. This project aimed to develop a mobile application as a working tool for researchers of the CoBiG2 group. The main objective was to assist in the collection of georeferenced data in the field. For this purpose, and due to the strong global expansion of the smartphone market and subsequent availability of mobile applications, it was decided to develop a mobile application that would meet the proposed requirements. The application was developed for the Android operating system, and integrates the Google Maps APIs. The application’s named is ‘C2MC - CoBiG2 Mobile Collector’. To support the mobile application, a database was developed in order to store the collected data consistently, non-redundantly and with logical integrity. Also, as a support, a Website was developed to allow users to visualize and manage the data in the database. Regarding the implemented database, the proposed and implemented database structure was developed in the Relational Database Management System MySQL. As the system was developed, its components were thoroughly tested to verify if the required requirements were implemented correctly. The first phase of the testing process occurred during the development of the system’s components in a local environment, using developers working tools. The second phase consisted of performing tests in a real environment, i.e., using the mobile application in the field, collecting data and sending it to the server, and then visualizing and manipulating it through the Web application