Visão Geral

Propósito

O propósito do modelo é entender como o comportamento de agentes humanos, o ambiente físico e as decisões políticas afetam a dinâmica do uso e cobertura da terra. Ao observar como essas variáveis interagem é possível explorar causas e consequências e formular ce- nários úteis para os processos de planejamento e tomada de decisão. Os resultados não devem ser utilizados de maneira preditiva, mas sim como ferramenta para o desenvolvi- mento de estratégias sustentáveis para o uso da terra.

Pela associação de dados sobre a distribuição espacial e quantidade de mudança na cobertura da terra às variáveis físicas do ambiente e ao comportamento de agentes huma- nos, seja na exploração do ambiente em si, seja na formulação de políticas de uso da terra, é possível testar hipóteses bem como discutir possíveis explicações sobre os mecanismos da dinâmica do uso e ocupação da terra.

Entidades, variáveis de estado e escalas

A estrutura conceitual do modelo, representada na Figura 5.4, aborda as questões de mudança do uso da terra por meio de agentes transformadores do uso da terra (represen- tativos das mudanças socioeconômicas) e agentes espaciais (representativos das mudanças

Figura 5.4: Diagrama da estrutura conceitual do modelo.

no ambiente físico). Sobre essas interações agem as políticas relacionadas ao seu uso, que influenciam as percepções e ações desses agentes ao longo do tempo e do espaço.

O sistema de paisagem é representado por agentes espacialmente explícitos, denomina- dos agentes espaciais. A menor unidade de representação do espaço é a célula, resultado da divisão da região em análise em um grid de simulação. Um agente espacial corres- ponde a uma célula. O estado físico dos agentes espaciais é definido por duas variáveis de estado: a classe de cobertura e o seu potencial para exploração/conservação. A classe de cobertura corresponde à classificação da cobertura da terra para a célula específica, sendo: (i) áreas antrópicas e (ii) áreas de vegetação natural (remanescentes). O potencial de cada agente espacial é a variável que quantifica a magnitude de recurso natural que está contido na célula. Esse potencial pode ser atrativo para exploradores, que dilapidam esse recurso ou atrativo para ações conservacionistas, estabelecendo os pontos prioritários para conservação. Esse potencial é diferenciado para cada classificação da cobertura da terra, sendo que o potencial de exploração de uma área de vegetação natural é maior que o potencial de uma área antrópica, por exemplo. Um submodelo das transições de uso da terra permite que cada agente espacial mude seus atributos ao longo do tempo, resultado da ação dos agentes de transformação em cada célula e na vizinhança. Dessa maneira, o padrão de alteração da paisagem é resultante das composição das mudanças ecológicas que ocorrem na escala dos pixels. Cada agente espacial sabe qual a sua posição no grid de simulação e possui uma variável que controla se aquele espaço está sob a ação de um agente transformador durante o time step.

Ainda conforme a Figura5.4, o sistema humano é considerado em termos de agentes transformadores do uso da terra, os quais foram definidos inicialmente com quatro tipos

distintos: agricultor, pecuarista, urbanizador e conservacionista. Um agente transforma- dor é a unidade mínima para a representação das variáveis que simulam o comportamento humano. Os agentes transformadores possuem tipologias diferentes (ver também Seção

5.1) e para cada uma, um conjunto de comportamentos definidos a partir da literatura e da consulta à especialistas. O mecanismo de tomada de decisão de um agente trans- formador advém das percepções do estado do ambiente, do sistema de paisagens - na forma de um mapa de utilidade, e do comportamento definido para cada tipo de agente. É influenciado pelas políticas que estão sendo testadas no modelo. O modelo de decisão é probabilístico e universal para qualquer agente transformador. Entretanto, as decisões são diversas devido à tipologia, comportamento e estado do ambiente para cada caso.

O ambiente físico é espacialmente representado por um conjunto de camadas de dados provenientes de GIS, também denominadas variáveis proximais, incluindo: (i) ferrovias, (ii) rodovias, (iii) ruas, (iv) edificações, (v) cursos d’água, (vi) corpos d’água e (vii) Unidades de Conservação. O conjunto dessas camadas caracteriza o ambiente físico em qualquer ponto do grid de simulação. Tanto o sistema de paisagem quanto o sistema humano têm suas percepções relacionadas à caracterização do ambiente físico.

A política de uso da terra é a entidade que representa as políticas setoriais que influen- ciam a interação entre o sistema de paisagens e os sistemas humanos. As políticas podem influenciar o comportamento dos agentes transformadores ou delimitar áreas de atração ou repulsão de agentes no ambiente. As interações entre o sistema humano e o sistema da paisagem advêm dos ciclos de percepção e ação entre os agentes transformadores e os agentes espaciais. A percepção corresponde ao estado do ambiente físico na célula e em sua vizinhança, bem como dos benefícios e subsídios fornecidos pelas políticas relaciona- das ao uso da terra. A ação é o efeito da decisão do agente transformador na alteração do ambiente pelo uso da terra.

Em relação às escalas, tanto a escala temporal quanto a espacial podem ser configurá- veis. A estrutura é genérica de modo a permitir a exploração do espaço local, regional ou global, no espaço de tempo adequado ao problema. Entretanto, para o modelo especifi- cado, trabalha-se na escala local-regional, com cada célula do grid representa um hectare (1ha). Cada time-step equivale a uma semana de tempo cronológico. As simulações foram executadas por 7 (sete) anos (2002-2008), sendo necessários 365 time-steps. As entidades e variáveis de estado são sintetizadas na Tabela 5.2.

Visão geral do processo e programação

Na execução do modelo, as interações se sucedem a cada time step. O grid da paisagem inicial é dado por imagens obtidas de arquivos raster de GIS para cada variável. A população inicial dos agentes é gerada pelo SMA, descrito na Seção5.3. Os usuários podem definir a população inicial de cada tipo de agente, assim como quais políticas e parâmetros serão explorados no modelo. Inicialmente há o pré-processamento do submodelo de uso e cobertura da terra (LUCC) e das informações GIS que definem o ambiente físico (variáveis proximais). A cada step há a atualização do estado do ambiente, seguido pela tomada de decisão do agente transformador.

O tempo é modelado por intervalos discretos de tempo (time steps). Todas as ativi- dades acontecem de forma atômica: somente após todas as ações terem sido deliberadas e

Tabela 5.2: Entidades e variáveis de estado do modelo MASE.

Visão Geral

Entidades Variáveis de estado Valores (exemplos) Agente Espacial

Classe de cobertura Áreas antrópicas ou áreas de vegetação natural

Potencial Valor absoluto. Ex.: 1500 unidades para área de vegetação natural e 500 unidades para áreas antrópicas

Ocupação Sim ou Não

Posição Localização no grid

Agente Transformação Tipologia Agricultor, Pecuarista, Urbanizador e Conservacionista Mapa de utilidade Composição da influência do ambiente e de outros

agentes transformadores

Comportamento Regras de comportamento definidas por tipologia Ambiente Variáveis Proximais Ferrovias, rodovias, ruas, edificações, cursos d’água,

camadas GIS corpos d’água e unidades de conservação

Política Caracterização Ex.:Plano Diretor de Ordenamento Territorial - PDOT

executadas pelos agentes há a transição de time step e a execução do grupo de atividades. As variáveis são atualizadas síncronamente, sem ordem especial de execução dentro de um mesmo time step.

Processos individuais incluem a alocação dos agentes transformadores, a tomada de decisão baseada no ambiente e na política, a transformação da terra (exploração ou con- servação), a influenciação da vizinhança e a movimentação (Figura 5.5). Para iniciar a simulação, o modelo seleciona, conforme as variáveis de ambiente, a localização dos agentes exploradores e os aloca em uma célula. Os agentes espaciais atualizam a flag de ocupação. O modelo avalia a disposição dos agentes transformadores pelo espaço, iniciando os processos de decisão, seguido da transformação da terra e movimentação. Cada agente transformador é processado simultaneamente, influenciando as células em sua vizinhança. Somente os agentes espaciais que se encontram no raio de ação do agente transformador têm suas variáveis atualizadas, também, simultaneamente. Após o proces- samento de todos os agentes transformadores e espaciais, o modelo adianta o tempo em uma semana, e continua as iterações por um total de sete anos de simulação.