Indice della lezione
Introduzione ai modelli spazialmente distribuiti, link tra sistemi dinamici e GIS
Introduzione al problema
Fino ad ora abbiamo studiato sistemi ecologici che “variano” esclusivamente nel tempo, ma l’Ecologia e’ “sinonimo” anche di variabilità nello spazio. Infatti:
“Ecology is spatial”
(U. Berger, H. Hildenbrandt, A new approach to spatially explicit modelling of forest dynamics: spacing, ageing and neighbourhood competition of mangrove trees in Ecological Modelling (2000), 132, pp.287-302)
“Vegetation is continuously changing in time and space”
(in S. Mazzoleni, F. Rego, F. Giannino and C. Legg, Vegetation and disturbance in Wainwright, J. and Mulligan, M. (eds) (2003) Environmental modelling : a practical approach. John Wiley and Sons.)
Modelli spazialmente distribuiti
Modelli dinamici spazialmente distribuiti: sono modelli che variano nel tempo e in ogni punto dello spazio, o piu semplicemente in ogni pixel/poligono di una mappa.
La figura 1 presenta schematicamente l’idea che in una rappresentazione spaziale (mappa) risiedono le informazioni che sono cosi distribuite in ogni sistema dinamico.
Schema concettuale relazione GIS e sistemi dinamici
Interfaccia tra un software di sistemi dinamici e i GIS
Un software di sistemi dinamici è progettato per modellizare processi che evolvono nel tempo.
Un Geographical Information System (GIS) è progettato per la rappresentare le informazioni nello spazio.
-> Integrazione delle informazioni spazialmente statiche in un sistema dinamico.
GIS
GIS: Geographical Information System possono essere di due tipi: vettoriali o raster.
I principali software di GIS sono E.S.R.I., Inc.: ArcView 3.X and ArcGIS 9.X
I due tipi di GIS
SimARC: obiettivo
Per integrare i GIS e i sistemi dinamici si è sviluppato un software SimARC (Simile ARCview interface), che permette all’utente di assegnare ai parametri di input di un modello di Simile dati provenienti dal data base GIS. In questo modo è possibile eseguire una simulazione del modello in ogni poligono/pixel della mappa di ArcView e creare un nuovo layer GIS con i risultati della simulazione.
Interazioni tra programmi
Per consentire il “dialogo” tra Simile e ArcView è necessario che i due programmi (main e slave) possano scambiarsi le informazioni un una precisa e codificata sequenza (figura1). Nei sistemi Windows questa interazione e possibile implementarla con diverse tipologie di file:
- File sharing
- DDE (Dynamic Data Exchange)
- DLL (Dynamic Link Library)
- OLE (Object Linking and Embedding)
- COM (Component Object Model)
- …
Schema interfaccia tra 2 programmi
Simile dll
Il software Simile compila il modello in C o in Tcl, ed è possibile esportare un modello come dll (File->Export->Compiled bynary).
Nel file dll ci sono tutte le variabile del modello e la possibilità di attivarle.
GIS e sistemi dinamici: schema
La figura 1 riporta schematicamente: sulla destra gli input/output di una simulazione effettuata con il solo software di sistemi dinamici, sulla sinistra la stessa simulazione svolta all’interno di un sistema GIS.
Differenze tra sistemi dinamici puntuali e sistemi dinamici spazializati
Aspetti computazionali
In tabella sono riportati i tempi computazionali di alcune simulazioni effettuate con SimARC. Il software scritto in C è sufficientemente veloce per permettere simulazioni a larghe scale temporali e spaziali
Computer configuration:
- CPU: AMD AtlonXP 2000
- FSB: 266MHz
- RAM: 512MB
- OS: Windows NT4.0
- I/O: UDMA66
Tempi computazioni del software SimARC
Risultati di simulazione
La figura 1 mostra l’output di una simulazione, come nuovo layer GIS. In particolare la mappa mostra la biomassa della vegetazione (in scala di verde) nel consorzio della piana di Paestum, in una mappa con circa 4000 poligoni.
Mappa della vegetazione della piana di Paestum ottenuta attraverso una simulazione
SimARC: architettura software
In figura 1 sono riportati i protocolli di scambio dati tra i software. In particolare la sequenza temporale dei I processi è la seguente:
- ArcView prepara I dati
- ArcView chiama SimArc
- SimArc recupera i dati
- SimArc chiama la dll di Simile
- La dll di Simile esegue la simualzione
- La dll di Simile Simile’s dll passa i dati a SimArc
- SimArc informa ArcView della fine della simulazione e scrive i risultatu su un file.dbf
- ArcView recupera e mostra i risultati
Architettura del software SimARC
Le lezioni del Corso
2. Introduzione alla modellistica
4. Il software di sistemi dinamici SIMILE
5. Introduzione agli errori numerici
6. Introduzione alle equazioni differenziali ordinarie (ode)
7. Modularità
8. Errori nel processo di modellistica
9. Dinamica di popolazione isolata
11. Interazione tra popolazione
13. Introduzione ai modelli di catene alimentari
14. Modelli Suscettibili - Infetti - Rimossi (SIR)
15. Introduzione a modelli spazio/tempo
16. Modelli integrati di simulazione
17. Introduzione a modelli individual-based (IBM)
18. Un confronto tra individual-based model and community model
19. Un esempio di IBM: un modello energetico/decisionale del barbag...
