PostgreSQL e ESRI – Parte 1

A atracção do software Open Source é também sentida pelos utilizadores ESRI. Numa discussão na web li uma vez alguém descrever um utilizador de ArcGIS da seguinte maneira: “a única forma de retirar o ArcGIS das mãos de um utilizador é arrancá-lo das suas mãos mortas e frias”… a crer nisto, no lado de aplicações SIG desktop não será fácil substituir o ArcGIS por qualquer outra alternativa.

Será no entanto mais fácil explorar alternativas para os componentes que se encaixam na área dos servidores SIG, ou seja, bases de dados espaciais e servidores webGIS. Um dos produtos Open Source que tem recebido muita atenção na comunidade ESRI é o par PostgreSQL+PostGIS, que recentemente foi incluída na lista de bases de dados suportadas pela ESRI.

A partir da versão 9.3 a ESRI incluiu a possibilidade de utilizar, com toda a sua família de software ArcGIS, a base de dados PostgreSQL e o seu módulo geoespacial PostGIS, ambos Open Source. Esta possibilidade é muito atraente por vários motivos, sendo para mim os mais importantes:

  • PostgreSQL e PostGIS são produtos de grande qualidade, grande difusão, com utilizadores de referência credíveis, existindo uma comunidade muito activa ao seu redor;
  • São Open Source e gratuitos;
  • Oferecem funções de manipulação e análise geográfica de dados vectoriais através de SQL, ombreando com os melhores produtos existentes, open source ou comerciais;
  • Seguem os standards da indústria para SQL espacial (da OGC, e neste momento está em fase de implementar o standard da ISO), o que é obviamente uma abordagem irrepreensível e de enorme importância;
  • Quase a totalidade das aplicações SIG Open Source são compatíveis com esta bd;
  • O facto da ESRI incluir esta base de dados no grupo de sistemas suportados “oficialmente”, oferece uma segurança aos departamentos de TI que pode ser um factor decisivo na adopção ou não do PostgreSQL na empresa (e eu sei que este ponto gera polémica na comunidade de utilizadores e apoiantes, mas é um facto que existe esta barreira).

Porquê mudar?

Uma plataforma SIG muito comum, e aquela com que mais trabalho, é baseada em Oracle e ArcSDE, onde vários utilizadores de ArcGIS visualizam e editam a informação aí residente, havendo também servidores webGIS e aplicações que utilizam a informação residente em Oracle/ArcSDE. Neste artigo vou frequentemente referir esta arquitectura como ponto de comparação.

Quando já existe, trocar de base de dados não é tarefa fácil, consoante o volume e complexidade da informação existente, da dependência das aplicações desenvolvidas, e das novas competências que será necessário adquirir. Mas, há um  momento fulcral na vida de uma base de dados durante o qual vale tudo: a migração de servidor e upgrade de versão!

Nesta situação, a vantagem de migrar para PostgreSQL/PostGIS é passar a contar com um grande conjunto de aplicações SIG Open Source que podem usar a base de dados sem passar pelo ArcSDE – ou seja, podemos usar software não-ESRI e software ESRI para ler e manter a base de dados geográfica, efectivamente criando um sistema híbrido. (NOTA: uso aqui a expressão “SIG Híbrido” no sentido de integrar componentes comerciais e componentes Open Source num sistema de forma a usufruir das vantagens de cada componente, com as dificuldades inerentes, tal como Dan Dale Lutz tão bem explicou aqui.)

Note-se que esta interoperabilidade já é possível em alguma medida, especialmente com Oracle, desde que os dados sejam armazenados em Oracle Spatial ou Locator (sempre incluído em todas as versões Oracle). Só que neste caso existem muito menos aplicações SIG que lêem este tipo de dados, algumas Open Source. Mas em geral, as opções Open Source têm uma compatibilidade pouco fiável e de instalação nem sempre fácil. Por outro lado, tenho encontrado sistematicamente um desempenho muito inferior ao usar ArcGIS com dados Oracle Spatial quando comparado com o modo tradicional do ArcSDE armazenar dados em Oracle (denominado SDEBINARY). Mais sobre estas opções adiante…

Um sistema híbrido porquê?

O cenário de adoptar o PostgreSQL num SIG baseado em ESRI (ou Autodesk) implica que se pode manter todo o restante ecossistema SIG – ferramentas desktop, servidores webGIS, e aplicações desenvolvidas, bem como o nível de produtividade actual da equipa de edição/análise (que tipicamente é atingido após anos de experiência da equipa técnica com estas ferramentas). E ainda se abrem as portas para alargar o ecossistema a ferramentas  Open Source e de outros vendedores.

No caso da ESRI, todo o seu software comunica com o ArcSDE para chegar aos dados, e não directamente com a base de dados. Por isso a troca por outra bd não tem qualquer impacto sobre a restante plataforma SIG. E isto é uma vantagem. Claro que a desvantagem é o preço do ArcSDE…

No caso em que o ArcSDE já existe, podemos alegremente ignorar este custo (embora o custo de manutenção anual continue a existir)!! Em situações onde não exista ArcSDE deve-se incluir o seu custo de aquisição na análise das alternativas disponíveis.

A vantagem do SQL espacial

Um dos grandes trunfos de usar uma bd que, como o PostgreSQL+PostGIS, oferece funções de manipulação e análise espacial por SQL é podermos usar comandos na própria bd que vão efectuar as análises que estamos habituados a fazer apenas com as nossas ferramentas SIG desktop favoritas.  (Aliás, para ser exacto, o ArcSDE desde a v9.3 adiciona sempre o seu próprio dialecto de SQL espacial à bd onde é instalado, que pode ser usado como alternativa ao SQL nativo da bd. Isto também se aplica ao PostgreSQL. O administrador da bd é que decide se usa o dialecto da ESRI ou o dialecto nativo da bd.)

Por exemplo, com SQL espacial é possível seleccionar as classes de solo intersectadas pelo novo traçado do IP2, recorrendo apenas ao PostgreSQL, e sem usar ArcView. E como a máquina onde se instalam bases de dados é tipicamente muito mais potente que o nosso posto de trabalho, a velocidade de processamento destas análises será também superior. Já para não falar de evitar a transmissão de dados na rede entre a bd e o posto de trabalho. Apenas os resultados são transmitidos à aplicação SIG para visualização.

Então porque é que não estamos todos a usar SQL espacial para fazer análise geográfica?

Porque ainda é preciso que o utilizador saiba escrever estes comandos SQL! E isto não é uma tarefa trivial. Notem que escrevi “ainda é preciso saber…” sendo a palavra chave “ainda“. Isto porque hoje todas as bases de dados comerciais têm suporte a SQL espacial – Oracle, SQL Server, DB2, Informix – umas há mais tempo que outras, umas com SQL mais padronizado que outras, mas a funcionalidade está lá. O que falta são as aplicações que sabem executar essa análise nessas bd’s, facilitando a vida ao utilizador com botões e menus amigáveis, e dispensando assim o conhecimento de SQL espacial!

Por exemplo, quando o ArcView calcula um buffer não utiliza as capacidades da bd de cálculo de buffers, mesmo que elas existam. Apenas lê os dados armazenados na bd, e usa o nosso posto de trabalho para fazer o cálculo. E a esmagadora maioria das aplicações SIG actuais fazem o mesmo, quer comerciais quer Open Source.

Mas parece-me inevitável que ao longo dos próximos anos assistamos à mudança deste paradigma. Até porque desde que a Microsoft incluiu SQL espacial no SQL Server 2008 há toda uma nova geração de programadores que “acordou” para as capacidades do SQL espacial.

Quando uma aplicação SIG com peso no mercado conseguir fazer uma análise 10x mais rapidamente que os seus concorrentes (porque recorre às capacidades do servidor de base de dados) o que acham que vai acontecer?

Opções para utilizadores ESRI

Então que opções existem para os utilizadores ESRI que querem utilizar PostgreSQL+PostGIS?

ArcSDE

A opção standard do ponto de vista da ESRI é, claro, instalar o ArcSDE. Na versão 9.3 existe um setup de instalação que até instala o PostgreSQL e o PostGIS de uma forma muito automatizada. Pode-se encontrar alguns tutoriais de instalação, como este do Adriano Hantequeste: ArcSDE [Passo 1] Instalando o PostgreSQL. Há que ter atenção, no entanto, aos passos opcionais de instalar o PostGIS manualmente, para podermos no fim optar pelas suas capacidades nativas. (No manual de instalação do ArcSDE está tudo bem explicado.)

Mas há mais para além da instalação do ArcSDE. Podemos configurar a forma como o ArcSDE armazena os dados vectoriais no PostGIS. Existem 2 opções:

  • formato proprietário ESRI (ST_GEOMETRY)
  • formato nativo PostGIS (PG_GEOMETRY)

Estas opções definem o formato como as geometrias dos nossos vectores são armazenados na bd. Para o utilizador de ArcGIS é invisível se optamos por uma ou outra, mas há consequências importantes.

O formato ESRI guarda as geometrias no PostgreSQL de forma a que apenas se podem ler ou alterar usando software compatível (leia-se ESRI). Ou seja, o Quantum GIS para ler estes dados terá de usar um plugin ArcSDE (para ser exacto, o plugin é instalado no OGR que por sua vez é usado através do QGIS).

Por sua vez, o formato PostGIS guarda as geometrias usando as capacidades do PostGIS, e isso significa que todo o software compatível com PostGIS as pode ler e alterar. Ou seja, podemos carregar dados na bd usando o ArcCatalog (que passa pelo ArcSDE), e depois usar o QGIS para ler esses dados, sem passar pelo ArcSDE e sem plugins. Confuso? Espero que não… em última análise, esta opção permite ter na empresa aplicações gratuitas como o QGIS a usufruirem da bd central, a fazer impressões, análises, confrontações, etc. sem duplicação de dados ou conversões desconfortáveis.

Como se configura esta opção do formato de armazenamento das geometrias?

Sem querer entrar em grandes detalhes, pode-se dizer que é muito simples. Basta executar um comando que altera uma linha na tabela de configuração do ArcSDE. O comando é o seguinte:

sdedbtune -o alter -i 5151 -k DEFAULTS -P GEOMETRY_STORAGE -v “PG_GEOMETRY” -s <server_name> -D postgis -u sde -p <ArcSDE_admin_password>

Esta opção tem outras configurações e particularidades que terão de ficar para outra oportunidade.

zigGis

zigGIS é uma extensão para ArcGIS que permite ler e escrever em PostGIS, sem usar ArcSDE. É um produto que começou como Open Source, e que evoluiu para uma solução comercial. Embora a fonte do programa esteja disponível, é exigida a compra de licenças na maioria das situações (excepto para uso pessoal e académico que continuam isentos de pagamento – ver licença aqui).

Ora o preço é de apenas US $279! por posto de trabalho. É naturalmente muito apetecível. O cenário em vista é conseguir um SIG, com base de dados geográficos e aplicação desktop de topo, apenas pelo preço de ArcView + $279.  Será que há algum truque, uma armadilha? Parece que não, a ver pelo excelente exemplo da implementação na Câmara Municipal de Albufeira, é uma opção extremamente flexível.

O papel do ArcSDE

Claro que surge a questão óbvia: então para que serve o ArcSDE? Bom, esta questão é debatida há muitos anos, bem antes de existir o zigGIS, e posso apenas manifestar a minha opinião – o ArcSDE é o pivot de dados que serve toda a plataforma ArcGIS – desde o modelo de dados, ao servidor webGIS, às aplicações desktop. Sem o ArcSDE, as várias peças do ArcGIS “descolam”, e temos de recorrer a ficheiros para partilhar informação entre as componentes do sistema. Por outro lado, o ArcSDE permite à ESRI implementar funções para além dos standards. Em geral, os standards na área SIG e SQL são desenvolvidos mais lentamente que as aplicações desenvolvidas pelos maiores fabricantes. Por exemplo, antes de existir WMS já existiam servidores webGIS. Antes de existir standard de SQL espacial, já existiam bases de dados geográficos. Com o ArcSDE a ESRI implementa um modelo de dados com funcionalidade que não está padronizada pela indústria: rasters, terrains (para LIDAR), topologia com regras de validação automática, gestão de versões, gestão de histórico, bd’s distribuídas, sincronização de bd’s… bom, não é o meu papel “defender” o ArcSDE, mas encontro valor acrescentado no produto. Para os casos que não necessitam desta integração ou destas funções, fará menos sentido a sua aquisição. Para os outros casos…

Conclusão

Já vai longo este artigo… contra todas as regras de bom comportamento em blogs :)

Nos próximos tempos penso continuar este tema com mais alguns artigos, olhando com mais detalhe para a combinação PostgreSQL+PostGIS<->ArcSDE<->ArcGIS.

Para já, é certo que podemos contar com a possibilidade de criar sistemas híbridos com software ESRI e componentes Open Source, usando o melhor dos 2 mundos. E isso é um passo de gigante  que demorou décadas a chegar ao ArcGIS, mas finalmente aí está.

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11 pensamentos em “PostgreSQL e ESRI – Parte 1

  1. Duarte,

    Este tema é deveras pertinente e foi muito bem abordado pela tua pessoa :)

    Algumas notas, li algures que para se ter o PostgreSQL/PostGIS a funcionar com o ArcGIS é preciso ter o ArcGIS Server na versão mais “pesada”. Confirma-se isso, ou sonhei :)

    Em termos de análise espacial é como dizes, muita coisa se pode realizar com recurso PostgreSQL/PostGIS sem ter de usar outro tipo de software. Aqui os benefícios também são muitos, podendo-se criar uma “view” e depois chamar em ArcGIS ou outro OpenSource.

    Em tempos usei uma versão educacional do ZigGIS e só posso dizer que funciona e satisfaz as necessidades das instituições que não tenham euros para adquirir mais software. Pelo custo, vale a pena olhar para o ZigGIS e não ficar remitente por achar que pelo custo não vale nada.

    Ficamos aguardar os próximos artigos :)

    Abraço desde Coimbra para o Alentejo
    NS

  2. Nelson,

    O ASG tem nada menos que 6 versões!! E ainda há um ArcSDE “pessoal”, incluido no ArcEditor. Não é fácil orientarmo-nos… e eu tive de ver bem essas opções quando a ESRI começou a enviar licenças para quem tinha ArcSDE+ArcIMS.

    Existem 3 versões de AGS, que podem ser adquiridas em 2 níveis: Enterprise e Workgroup.
    O ArcSDE incluído no nível Enterprise pode ser usado com qualquer das bd’s suportadas pela ESRI. O nível Workgroup usa apenas o SQL Server Express.
    Depois, existem as 3 versões de AGS em ambos os níveis: AGS Basic, Standard e Advanced. Ou seja, qualquer destas versões pode ser usada com PostgreSQL+PostGIS desde que se compre o nível Enterprise.

    Nada como complicar a linha de produtos…

    Um abraço,
    Duarte

  3. Duarte,

    Obrigado pelo esclarecimento :)

    Tendo em atenção que para se usar o PostgreSQL com o ArcSDE, qual será o custo do Server Enterprise Basic? Fica a pergunta, mas para não ser respondida, afim de não desvirtuar a onda da integração aqui anunciada :)

    Abraço,
    Nelson

  4. Optimo post, felicíssimo por encontrar o seu blog com temáticas de tanto interesse.
    Um pequeno reparo sem qualquer interesse no que respeita ao citado Dan Lutz que na realidade é Dale Lutz. Ansiosamente tb esperando pelas seguintes partes do tema.
    Obrigado

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