Contribuições para o desenvolvimento de uma teoria da dinâmica de sistemas espaciais.

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dc.contributor.advisorCarneiro, Tiago Garcia de Sennapt_BR
dc.contributor.authorAmâncio, André Fonseca
dc.contributor.refereeCarneiro, Tiago Garcia de Sennapt_BR
dc.contributor.refereeAguiar, Ana Paula Dutrapt_BR
dc.contributor.refereeMonteiro, Antônio Miguel Vieirapt_BR
dc.contributor.refereeAndrade Neto, Pedro Ribeiro dept_BR
dc.contributor.refereeSilva, Rodrigo César Pedrosapt_BR
dc.date.accessioned2021-01-08T20:44:25Z
dc.date.available2021-01-08T20:44:25Z
dc.date.issued2020pt_BR
dc.descriptionPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação. Departamento de Ciência da Computação, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.pt_BR
dc.description.abstractEmbora o paradigma de modelagem Dinâmica de Sistemas (do termo em inglês System Dynamics - SD) venha sendo utilizado com frequência para modelar e simular sistemas geoespaciais, as atuais extensões desse paradigma ainda limitam ou dificultam a representação das componentes espaciais do comportamento desses sistemas. As simplificações e a diversidade de abordagens ameaçam a confiabilidade e a reprodutibilidade de muitos estudos ambientais fundamentados na SD. Elas permitem que um dado modelo conceitual de qualquer fenômeno produza resultados distintos quando implementados e simulados pela adoção de diferentes extensões/ferramentas. Não raramente, as ferramentas que implementam estas extensões da SD demandam que os modeladores codifiquem as estruturas de controle que garantirão coerência às simulações de fluxos simultâneos e, em geral, exigem que os modeladores sejam experts na construção de simuladores, pois é deles a responsabilidade de tratar incertezas intrínsecas aos algoritmos de integração numérica e de realizar o correto controle dos ciclos de retroalimentação. Este cenário justifica-se pela inexistência de consenso sobre quais seriam os conceitos e princípios básicos que especializariam a Dinâmica de Sistemas para o melhor entendimento das dinâmicas e dos padrões espaciais que emergem das interações entre os sistemas naturais e/ou sociais. É neste contexto que este trabalho apresenta uma análise crítica das extensões espaciais de SD encontradas na literatura e, em seguida, descreve o desenvolvimento de uma álgebra para a especificação formal de modelos dinâmicos espacialmente-explícitos baseados na Dinâmica de Sistemas. Esta álgebra possui tipos, operadores e regras sintáticas de rígida semântica que permitem que os aspectos espaciais do comportamento de modelos ambientais sejam simulados sem ambiguidade em diferentes linguagens de programação ou frameworks de modelagem, contribuindo para a reprodutibilidade dos avanços científicos no tema. Como uma prova de conceito, a especificação formal de um modelo hidrológico espacialmente-explícito é apresentada e os resultados de sua simulação analisados como uma maneira de ilustrar o uso e a expressividade desta álgebra e, principalmente, verificar a correção dos progressos alcançados. Então, a álgebra é utilizada para aprofundar o entendimento acerca dos impactos da espacialização de estoques, fluxos e feedbacks em arquétipos e modelos básicos da SD cujos comportamentos são previamente conhecidos. Estes estudos de caso contribuem para a criação de uma biblioteca de modelos e um guia de orientações que servem de suporte ao desenvolvimento um ambiente de aprendizado em modelagem, incentivando a reutilização e criação de modelos espaciais da SD a partir da composição de modelos e arquétipos cujos comportamentos são conhecidos e desejados. Os estudos de caso também evidenciam que a álgebra permite que os modeladores foquem seus esforços na modelagem conceitual da realidade, sem se preocuparem com detalhes de implementação dos modelos.pt_BR
dc.description.abstractenAlthough the Dynamic Systems (SD) modeling paradigm has often been used to model and simulate geospatial systems, current extensions of SD still limit the representation of spatial components of systems behavior. The simplifications and diversity of approaches threaten the reliability and reproducibility of many environmental studies based on SD. They allow a given conceptual model of any phenomenon to produce different results when implemented and simulated by adopting different extensions / tools. Often, tools that implement these SD extensions demand that modelers code control structures that will guarantee coherence of simultaneous flows simulation and, in general, require that modelers are experts in the construction of simulators, since they are responsible for treating intrinsic uncertainties from numerical integration algorithms and performing the correct control of feedback loops. This scenario is justified by the lack of consensus on what should be the basic concepts and principles that would specialize SD for the better understanding of the dynamics and of the spatial patterns that emerge from interactions between natural and/or social systems. In this context, this work presents a critical analysis of the SD spatial extensions found in literature. Then, it describes the development of an algebra for the formal specification of SD based geospatial dynamic models. This algebra has types, operators, and syntactic rules of rigid semantics that allow spatial aspects of models behavior to be simulated unambiguously in different programming languages or modeling frameworks. As a proof of concept, the formal specification of a spatially-explicit hydrological model is presented and the results of its simulation are analyzed in a way to illustrate the use and the expressiveness of this algebra and, mainly, to verify the correctness of the achievements. Then, the algebra is applied for enhancing the knowledge about the impacts of spatialization of stocks, flows and feedbacks over basic SD archetypes and models which behaviors are previously known. From these case studies result a library of models and a guide those serve as support for the development of a learning environment in modeling by encouraging the reuse and creation of SD spatial models from the composition of models and/or archetypes whose behaviors are known and desired. Finally, the case studies also reveal that the algebra allows modelers to focus their efforts on the conceptual modeling of reality, without worrying about implementation details.pt_BR
dc.identifier.citationAMÂNCIO, André Fonseca. Contribuições para o desenvolvimento de uma teoria da dinâmica de sistemas espaciais. 2020. 142 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2020.pt_BR
dc.identifier.urihttp://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/13046
dc.language.isopt_BRpt_BR
dc.rightsabertopt_BR
dc.rights.licenseAutorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 10/12/2020 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante.pt_BR
dc.subjectSimuladores espaciaispt_BR
dc.subjectModelagem computacionalpt_BR
dc.subjectÁlgebrapt_BR
dc.titleContribuições para o desenvolvimento de uma teoria da dinâmica de sistemas espaciais.pt_BR
dc.title.alternativeContributions for the development of a dynamic spatial system theory.pt_BR
dc.typeTesept_BR
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