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Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Modelagem Baseada em Agentespara Análise de Recursos Hídricos
Giovani P. Farias1, Bruna S. Leitzke1, Míriam B. Born2,Marilton S. de Aguiar2, Diana F. Adamatti1
1Programa de Pós-Graduação em Modelagem Computacional (PPGMC)Universidade Federal do Rio Grande (FURG) – Rio Grande – RS – Brasil
2Programa de Pós-Graduação em Computação (PPGC)Universidade Federal de Pelotas (UFPEL) – Pelotas – RS – Brasil
Florianópolis/SC
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 1 / 25
Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Introdução
Recursos naturaisnecessários para sobrevivênciarenováveis / não renováveiscrescente demanda da população mundialescassos em algumas regiõesmau uso / falta de gerenciamento / conflitos
Modelos baseados em agentessistemas complexos (ecológicos / sociais)projetar políticas para problemas complexossimula sistemas complexosbaseados em tomada de decisões e açõesatores (individuais / grupos)interações entre agentes e com o ambiente
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 2 / 25
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Objetivo
Estudo de casoBacia Hidrográfica (Mirim-São Gonçalo)Modelagem na plataforma GAMAAgentes (regiões hidrográficas e rios)
Simulações (análises do ambiente)consumo de águataxa de produçãovolume de águafluxo de água
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Sistemas Multiagente
Diversos agentes interagindo em um ambiente
Gerenciamento de ecossistemasAgente (comportamento individual/coletivo)
cooperaçãocoordenaçãocompetiçãonegociação
Benefíciosrapidez na resolução (processamento concorrente)flexibilidade e escalabilidadeaumento da capacidade de resposta
Arquitetura BDIbeliefsdesiresintentions
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 4 / 25
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Plataforma GAMA
GIS Agent-based Modeling ArchitectureAmbiente de desenvolvimento integrado completo
alterna de forma rápida e prática entre perspectivasmodelagem / simulaçãobaseada na IDE do Eclipse
Desenvolvido porUMMISCO (Unité de Modélisation Mathématique etInformatique des Systèmes Complexes)IRD (Institut de Recherche pour le Développement)UPMC (Université Pierre et Marie Curie)
Projeto open source (2007)
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Interface de Modelagem
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 6 / 25
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Interface de Simulação (bacia Mirim-São Gonçalo)
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 7 / 25
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Modelagem do Problema
Bacia hidrográfica Mirim-São Gonçaloparte territorial importante (hidrologia urbana)geografia natural da regiãoáguapopulação
Necessidade de gerir as bacias hidrográficasquestões sociaiseconômicasambientais
Modelo de dados GIS
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Modelagem do Problema (Regiões)
Plataforma GAMAsepara itens em diferentes camadasrepresentação independente
Modelo hidrográficocomposto por 12 regiões
Regiãoagente específicocaracterísticas e atributos própriostaxa de produção (prd )consumo de água (cons)área (area)
Regiões com área maior apresentam taxa deprodução e consumo de água maiores.
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 9 / 25
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Modelagem do Problema (Rios)
GAMA permiterelacionar informações existentesposição / topologia dos objetosextrair novas informações e atributosassociar um rio a uma determinada região
Modelo hidrográficocomposto por 2294 riosdistribuídos entre as diversas regiõesde acordo com sua posição geoespacial
Riosvalores comunsvolume de água (vol ) inicialtaxa de recuperação de água (rec)fluxo de água (fluxo)
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 10 / 25
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Regiões e Rios (junção)
regiões rios regiões e rios
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Cenários (Alagamento)
Volume de água diminui com o tempotaxa de consumo de água (região)
Rios recuperam parte do volume de águataxa de recuperação de águavalor global igual para todos os rios
Cada rio pertence a uma única regiãorios da mesma região (mesmo volume d’água)
Alagamentoconsumo de água menor que a recuperaçãoambiente estabelece o volume máximo de águaultrapassar o volume máximo (alagamento)diminui a produção
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Cenários (Seca)
Secaconsumo de água maior que a recuperaçãotorna a região totalmente improdutivaregião não se recupera
Regiões vizinhas podem compartilhar águafluxo de água maior que zeroobter água (atingir um volume mínimo)ceder água (volume maior que o mínimo)
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 13 / 25
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Atributos Básicos de cada Região
região area km2 cons prd no rios vizinhos1 956,55 0.09 9.5 161 [9, 12]2 3.402,83 0.34 34.0 358 [5, 9]3 2.069,33 0.20 20.6 255 [4, 5, 6, 7]4 1.016,72 0.10 10.1 24 [3, 5, 7]5 5.306,11 0.53 53.0 216 [2, 3, 4, 7, 8, 9]6 448,17 0.04 4.4 66 [3]7 590,02 0.05 5.9 22 [3, 4, 5]8 1.081,65 0.10 10.8 213 [5, 9]9 3.178,26 0.31 31.7 503 [1, 2, 5, 8]
10 564,70 0.05 0.0 0 [11, 12]11 1.199,01 0.11 11.9 24 [10, 12]12 5.047,57 0.50 50.4 452 [1, 10, 11]
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Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 14 / 25
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Simulação
Valores globais
volume de água inicial vol = 100
taxa de recuperação da água rec = 0.15
volume mínimo de água min_vol = 25
volume máximo de água max _vol = 200
Diferença entre simulações
Valor do fluxo de água (única diferença)Primeira simulação
fluxo de água é 1.5 (fluxo > 0)permitido o compartilhamento de água entre regiões vizinhas
Segunda simulaçãoo valor do fluxo de água é zero (fluxo = 0)não há compartilhamento de água entre as regiões
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 15 / 25
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Alterações no Ambiente (COM partilha de água)
100 passos 500 passos 1000 passos
Alterações no ambiente no decorrer do tempo
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 16 / 25
Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Variação do Volume de Água (COM partilha de água)
volume de água por região
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 17 / 25
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Variação da Produção (COM partilha de água)
produção por região
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 18 / 25
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Variação do Volume de Água e Produção (COM partilha de água)
volume de água por região
produção por região
1000 passos
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 19 / 25
Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Alterações no Ambiente (SEM partilha de água)
500 passos 1000 passos 3500 passos
Alterações no ambiente no decorrer do tempo
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 20 / 25
Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Variação do Volume de Água (SEM partilha de água)
volume de água por região
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 21 / 25
Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Variação da Produção (SEM partilha de água)
produção por região
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 22 / 25
Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Variação do Volume de Água e Produção (SEM partilha de água)
volume de água por região
produção por região
3500 passos
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 23 / 25
Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Conclusão
Uso da ferramenta GAMAsimular gestão participativarepresentar regiões hidrográficasagentes interferem no ambiente
Compartilhamento e comunicaçãopartes envolvidas melhoram suas condiçõespermanecem estáveis diante
Sem compartilhamento e comunicaçãosituações preocupantesgrandes perdas (total / gradativa) de produção
Abordagem inicialrepresentação / simulação de uma bacia hidrográficasem fluxo de rios entre as regiões
Trabalhos futurosmodelagem matemáticadistribuição real de água entre regiõesanálise da poluição e impacto ambiental
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 24 / 25
Introdução SMA GAMA Modelagem Simulação Conclusão Agradecimentos
Agradecimentos
Os autores agradecem ao Programa de apoio ao Ensino e à Pesquisa Científica eTecnológica em Regulação e Gestão de Recursos Hídricos – Pró-Recursos HídricosChamada N◦16/2017, pelo auxílio financeiro no desenvolvimento desta pesquisa.
Farias et al. FURG/UFPel WESAAC 2019 2 de maio de 2019 25 / 25