Dynamic neighborhoods: a conceptual model and its implementation for spatial dynamics in geographic modeling

• Ano de defesa: 2011
• Autor(a) principal: Raian Vargas Maretto
• Orientador(a): Antonio Miguel Vieira Monteiro, Tiago Garcia de Senna Carneiro
• Banca de defesa: Lúbia Vinhas, Maria Isabel Sobral Escada, Cláudia Maria de Almeida, Sergio Donizete Faria
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Sensoriamento Remoto
• País: BR
• Resumo em Inglês: Neighborhood configuration has a direct influence over the simulated output of Cellular Automata based models. In real world, spatial relations are not static, but changes over time. A dynamic model which aims to reproduce real world patterns needs to reflect these dynamics. This dissertation proposes a conceptual model, making use of an algebraic formalism that defines a set of operations for dealing with neighborhood structures that change over time, during simulation processes. It is an important feature for modeling experiments that aim to incorporate the natural complexity of many geographic phenomena. A computational implementation of the model has been provided. The Dynamic Neighborhood conceptualization was implemented as a new feature of TerraME (Terra Modeling Environment), an open platform for spatially explicit CA-based modeling and simulation. The implementation has extended the platform functionalities to cope with a new class of problems, where the dynamics involved implies on neighborhood structures that change over time, needing a runtime reconfiguration. A deforestation model has been developed using the Dynamic Neighborhood extension provided in TerraME to simulate the evolving deforestation patterns in the Xingú-Iriri frontier, at the south of Pará state, in the Brazilian Amazon. This model has been developed as a \textit{proof-of-concept} to demonstrate the potential of the Dynamic Neighborhoods concept proposed, formalized and implemented in this dissertation for dealing with geographic modeling of spatial relations that change over time and, by doing so, they redraw its neighborhood definition along the simulation life cycle.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m19/2012/02.13.16.37

A configuração de estruturas de vizinhança exerce uma influência direta nos resultados gerados por modelos baseados em Autômatos Celulares. No mundo real, relações espaciais entre objetos não são estáticas, elas mudam ao longo do tempo. Um modelo dinâmico que objetive reproduzir padrões do mundo real deve refletir estas dinâmicas. Este trabalho propõe uma definição conceitual, através de um formalismo algébrico, de um conjunto de operações que permitem que ambientes computacionais destinados a modelagem dinâmica espacialmente explícita possam incorporar mecanismos para tratar vizinhanças que se alteram ao longo do tempo, durante processos de simulação. Esta característica é muito importante para experimentos de modelagem que objetivem incorporar a complexidade natural de muitos fenômenos geográficos. O modelo conceitual de Vizinhanças Dinâmicas foi implementado e incorporado ao TerraME (Terra Modeling Environment), uma plataforma livre para desenvolvimento e simulação de modelos dinâmicos espacialmente explícitos baseados em Autômatos Celulares. Esta implementação ampliou as funcionalidades da plataforma, de forma a possibilitá-la lidar com uma nova classe de problemas, cujas dinâmicas envolvidas implicam em estruturas de vizinhança que se alterem ao longo do tempo, precisando assim, serem alteradas em tempo de execução durante as simulações. Um modelo de desmatamento foi desenvolvido utilizando-se a extensão para tratamento de Vizinhanças Dinâmicas, implementada em TerraME. Neste modelo, foi simulada a evolução dos padrões de desmatamento na frente de ocupação do Xingú-Iriri, no sul do estado do Pará. Este modelo foi desenvolvido como um experimento de \textit{prova de conceito}, a fim de demonstrar o potencial dos conceitos de Vizinhanças Dinâmicas, propostos, formalizados e implementados neste trabalho, para lidar com a modelagem de relações espaciais que se alteram ao longo do tempo e com isto, re-configurar suas definições de vizinhanças durante o ciclo de vida do modelo.