3. Rede de Simulação EcoSimNet
3.2 Simulador EcoDynamo
Um dos componentes mais importantes do projecto ABSES, o simulador ecológico, tem como principal objectivo a fácil utilização e manuseio, permitindo aos intervenientes do processo de decisão a sua utilização, sem para tal necessitarem de grandes conhecimentos de informática (óptica do utilizador). Este pedaço de Software (inicialmente apelidado de EcoDyn, sendo mais tarde alterado para EcoDynamo –
Ecological Dynamics Model) foi parcialmente desenvolvido no âmbito do projecto
europeu DITTY (www.dittyproject.org).
O EcoDynamo foi idealizado para ter várias funcionalidades, tais como, possuir uma plataforma de comunicação para com agentes inteligentes, usando a linguagem ECOLANG – linguagem de comunicação para simulação de sistemas ecológicos complexos (Pereira et al., 2005).
A simulação de sistemas ecológicos no EcoDynamo requer a segmentação de um dado modelo a simular, em áreas quadradas de n metros. Sendo as várias fórmulas matemáticas de simulação ecológicas aplicadas a estas regiões tendo em conta a ligação física entre elas.
Figura 6. Esquema da Baía de Sangoo
Os modelos ecológicos simulados pelo EcoDynamo foram construídos baseado em modelos ecológicos reais. Exemplos de alguns modelos ecológicos que podem ser simulados realisticamente com o EcoDynamo incluem a Ria Formosa em Portugal e a Baía de Sangoo na China. Esquemas destes dois modelos podem ser vistos na Figura 2 – Ria Formosa e Figura 6 – Baía Sangoo. (Duarte et al., 2003)
O EcoDynamo consegue simular componentes físicas e biológicas dos modelos representados ao longo do tempo. Alguns dos aspectos que o EcoDynamo simula incluem: a subida e descida das marés, sedimentação de bioelementos, densidade e distribuição ao longo do tempo e espaço de matéria orgânica e inorgânica, processo de
mg m-3
crescimento, reprodução e morte de várias espécies de fitoplancton e zooplancton.
Figura 7. Interface Simulador EcoDynamo
A aplicação foi desenvolvida usando a linguagem de programação C++, segundo o paradigma Orientado a Objectos, tendo capacidades de modelação para ecossistemas aquáticos. O simulador apresenta-se com uma interface gráfica dividida em 2 blocos: correr a simulação e opções para guardar os resultados de simulação (figura 7). Permite ao utilizador seleccionar o modelo e configurar o ambiente de simulação, assim como assegurar a comunicação entre os vários objectos (ou classes) e componentes que dependam dos seus resultados.
Seguindo a associação com a metodologia Orientada a Objectos, cada entidade é representada no simulador, por uma classe de modelo, com as variáveis e comportamentos associados, tal e qual se comportam no mundo real. Como as classes interagem entre si, os resultados (variáveis) não estão unicamente dependentes das equações matemáticas dos processos intrínsecos, mas também dos valores (parâmetros) que constituem a equação.
Figura 8. Interface - Seleccionar Classes e Variáveis para Simulação
Esses parâmetros podem ser influenciados pelo resultado das variáveis de outra classe e assim sucessivamente (tabela 1). De uma forma simplificada, cada classe comporta-se como uma caixa negra, que reage mediante a entrada de dados, produzindo resultados de saída, que podem vir a alimentar a entrada de dados de outras classes, a modelar pelo sistema.
Tabela 1. Exemplo Nomes de Classes e Variáveis do EcoDynamo
Class Type Class Name Class outputs
Classes providing forcing functions
Wind Wind speed
Air temperature Air temperature
Water temperature Irradiative fluxes and balance between water, atmosphere and water temperature
Light intensity Total and photo synthetically active radiation (PAR)
Tide object Tidal height
Classes providing state variables
Hydrodynamics 2D Sea level, current speed and direction
Sediment biogeochemistry Inorganic nitrogen, phosphorus and oxygen, sediment adsorbed inorganic phosphorus, organic phosphorus, nitrogen and carbon
Dissolved substances Ammonia, nitrate and nitrite, inorganic phosphorus and oxygen
Suspended matter TPM, POM, POC, PON, POP and extinction coefficient
Phytoplankton Phytoplankton biomass, chlorophyll productivity and cell nutrient quotas
Enteromorpha sp. and Ulva sp.
Macroalgae biomass, productivity and cell nutrient quotas
Zostera noltii Macrophyte biomass and numbers, cell nutrient quotas and demographic fluxes
Clams (Ruditapes decussatus)
Clam size, biomass, density, filtration, feeding, assimilation and scope for growth
A aplicação permite ao utilizador seleccionar as classes que deseja simular, através da interface, aumentando assim as possibilidades de teste de simulação (figura 8).
Os processos de simulação incluem:
• Hidrodinâmica dos Sistemas Aquáticos: correntes marítimas e suas
velocidades;
• Termodinâmica: equilíbrio entre a atmosfera e a superfície aquática, e sua
temperatura;
• Bioquímica: interacção entre as espécies biológicas e os nutrientes; • Pressões antropogénicas, tal como a recolha de biomassa.
As propriedades das características do ecossistema estão descritas na base de dados do modelo, que não são mais do que ficheiros de configuração, podendo encontrar a
informação: representação morfológica e geométrica do modelo, dimensão do modelo, número de células – classes, variáveis de saída, valores iniciais dos parâmetros e seus limites.
A comunicação entre os diferentes objectos que representam variáveis e processos, respectivamente, pode ser realizada através da consola. Permite obter um histórico das interacções entre os diferentes objectos, sendo uma ferramenta importante para o processo de aprendizagem, introduzido anteriormente.
O utilizador pode escolher diferentes formatos de recolha de dados de simulação: ficheiro, gráfico ou tabela. Estes formatos de recolha de dados são compatíveis com algumas das aplicações comerciais, tais como o Software MatLab®, permitindo o tratamento dos dados a posteriori.
O EcoDynamo, possui uma interface (onde implementa mensagens ECOLANG), permitindo a outros módulos/programas a sua comunicação e controlo das acções principais de simulação. Por exemplo, as simulações podem ser controladas fora do interface gráfica do EcoDynamo, através dos comandos start / stop / pause / step.
O simulador ecológico EcoDynamo é uma ferramenta com capacidade de realizar simulações realísticas de modelos ecológicos complexos em vários níveis de abstracção. O simulador permite comunicar com um sistema de visualização e com agentes com diferentes objectivos e capacidades, tais como o agente calibrador de modelos, que este trabalho retrata, e um agente aquicultor, cujo objectivo é a maximização da produção de espécies com valor económico (bivalves).