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BioMA

Los marcos de modelado se utilizan en el modelado y la simulación y pueden consistir en una infraestructura de software para desarrollar y ejecutar modelos matemáticos . Han pro...

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Los marcos de modelado se utilizan en el modelado y la simulación y pueden consistir en una infraestructura de software para desarrollar y ejecutar modelos matemáticos . Han proporcionado un avance sustancial en el área del modelado biofísico con respecto a las implementaciones monolíticas. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] La separación de algoritmos de datos, la reutilización de procedimientos de E/S y servicios de integración, y el aislamiento de soluciones de modelado en unidades discretas ha aportado una sólida ventaja en el desarrollo de sistemas de simulación. Los marcos de modelado para la agricultura han evolucionado con el tiempo, con diferentes enfoques y objetivos [ 5 ]

BioMA es un marco de software desarrollado centrándose en componentes reutilizables e independientes de la plataforma, incluyendo implementaciones multimodelos con un alto nivel de detalle.

BioMA - Aplicaciones de modelos biofísicos

BioMA (Biophysical Model Applications) es un marco de software de dominio público diseñado e implementado para desarrollar, parametrizar y ejecutar soluciones de modelado basadas en modelos biofísicos en los ámbitos de la agricultura y el medio ambiente. [ 6 ] Se basa en unidades conceptuales discretas codificadas en componentes de software libremente extensibles . [ 7 ]

El objetivo de este marco es facilitar la transición de prototipos a aplicaciones operativas, permitiendo ejecutar y comparar diferentes soluciones de modelado. Un aspecto clave del marco es la transparencia, que permite evaluar la calidad de los resultados en las distintas etapas del flujo de trabajo de modelado. El marco se basa en componentes independientes, tanto para las soluciones de modelado como para las interfaces gráficas de usuario . El objetivo no es solo proporcionar un marco para el desarrollo y uso operativo de modelos, sino también, y no menos importante, ofrecer una colección flexible de objetos reutilizables, ya sea de forma independiente o en diferentes marcos. El software se desarrolla utilizando el lenguaje Microsoft C# en el marco .NET .

El marco es un desarrollo del trabajo realizado en el marco de la tarea APES [ 8 ] del proyecto SEAMLESS del 6º Programa Marco de la UE .

Se han utilizado implementaciones de la plataforma y sus herramientas y componentes:

  • para crear conjuntos de datos meteorológicos para simulación biofísica,: [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]
  • para evaluar el impacto en la producción de cultivos en Europa, [ 12 ] [ 13 ] y la adaptación, [ 14 ] [ 15 ]
  • para simular el desarrollo de patógenos del suelo bajo el cambio climático, [ 16 ] [ 17 ]
  • para reproducir el crecimiento y desarrollo de las especies de árboles, [ 18 ]
  • para estimar la supervivencia de los insectos que dañan el maíz bajo el cambio climático [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
  • para estimar la idoneidad de los cultivos al medio ambiente, [ 22 ]
  • para realizar una comparación de soluciones de modelado a nivel de submodelo, [ 23 ]
  • desarrollar una biblioteca de modelos reutilizables para el desarrollo y crecimiento de cultivos, [ 24 ] [ 25 ]
  • para estimar el impacto del cambio climático en la producción de cultivos en América Latina, [ 26 ]
  • para simular infecciones fúngicas [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] y la dinámica de epidemias de plantas, [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]
  • para estimar variables agrometeorológicas, [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]
  • desarrollar una biblioteca de funciones para estimar las propiedades hidráulicas del suelo, [ 44 ] [ 45 ]
  • para estimar la calidad de los productos agrícolas. [ 46 ] [ 47 ]
  • para simular el momento y la aplicación de las prácticas de manejo agrícola [ 48 ] [ 49 ]
  • desarrollar una biblioteca para realizar análisis de sensibilidad en modelos agrícolas [ 50 ]
  • definir una biblioteca para evaluar el rendimiento de los modelos de cultivos en la reproducción de experimentos de campo [ 51 ]
  • desarrollar un nuevo modelo de aspectos cuantitativos y cualitativos de la producción de colza de invierno [ 52 ]
  • para adaptar el modelo de caña de azúcar de Canegro para el carrizo gigante [ 53 ]

Las aplicaciones y soluciones de modelado de BioMA son las herramientas de simulación que utiliza la unidad MARS de la Comisión Europea para simular la producción agrícola en escenarios de cambio climático . BioMA también se utiliza en el proyecto MODEXTREME del Séptimo Programa Marco de la UE .

La arquitectura

El sistema de simulación se discretiza en capas, cada una con sus propias características y requisitos. Dichas capas son la Capa de Modelo (ModL), donde los modelos de granularidad fina se implementan como unidades discretas, [ 54 ] la Capa de Composición (CompL), donde los modelos básicos se enlazan en modelos agregados más complejos, y la Capa de Configuración (ConfL), que permite proporcionar parametrización específica del contexto (en el sentido del software) para su uso operativo. Las aplicaciones pueden abarcar desde simples aplicaciones de consola hasta aplicaciones interactivas con el usuario basadas en el patrón modelo-vista-controlador , en los casos más simples enlazándose directamente a la ModL o a la CompL, o accediendo a la ConfL del modelo. En todos los casos, la arquitectura orientada a componentes permite implementar un conjunto de funcionalidades que impactan en la riqueza de la funcionalidad del sistema y en su transparencia. Las capas no implementan dependencias descendentes entre ellas, lo que facilita la reutilización independiente de herramientas, utilidades y componentes del modelo en diferentes aplicaciones y marcos.

Arquitectura en la nube

En el marco del proyecto AgriDigit , desarrollado en CREA , el framework BioMA se ha adaptado para su ejecución en la nube mediante una arquitectura SaaS . Las llamadas a los modelos se tratan como invocaciones HTTP , por lo que la arquitectura Modelo-Vista-Controlador ya no es necesaria. Por consiguiente, la capa de configuración se ha eliminado (no se utiliza) para los servicios en la nube. Asimismo, la capa de composición se ha simplificado.

Aplicaciones

Bibliotecas de modelos utilizadas en BioMA para construir soluciones de modelado

Las aplicaciones avanzadas se pueden agrupar en dos categorías:

  • BioMA-Spatial, donde los modelos se ejecutan iterativamente sobre unidades espacialmente explícitas, ya sean celdas de cuadrícula o polígonos. Estas aplicaciones pueden incluir una capa para modelar la interacción entre las unidades espaciales;
  • BioMA-Site permite ejecutar modelos en sitios específicos. Estas aplicaciones pueden especializarse para cultivos concretos y, en general, ofrecen un acceso más detallado a los bloques y resultados del modelo.

Se pueden crear aplicaciones basadas en las bibliotecas, como se muestra en la siguiente figura. Las bibliotecas se pueden ampliar implementando nuevos modelos, tal como se muestra en los kits de desarrollo de software, y se pueden agregar nuevas bibliotecas.

Disponibilidad

Los componentes y herramientas del modelo se pueden descargar de forma autónoma con el SDK en el portal de componentes. Lo mismo ocurre con las soluciones de modelado (el portal está en proceso de renovación).

Es necesario solicitar el acceso a las soluciones de modelado como SaaS.

El modelo de derechos de propiedad intelectual de BioMA

El código de los componentes principales está disponible bajo la licencia MIT ; sin embargo, la reutilización de los binarios se rige por la licencia Creative Commons, como se indica a continuación, lo que implica las cláusulas de no uso comercial y de compartir por igual.

Las aplicaciones y herramientas están disponibles bajo la licencia Creative Commons como archivos binarios; sin embargo, el código puede compartirse mediante acuerdos específicos entre las partes. Los desarrolladores de componentes del modelo pueden poner el código a disposición, pero deben poner los archivos binarios a disposición para su reutilización. [ 55 ]

Referencias

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