Bancos de Dados

Agentes
e
Sistemas de Informação Geográfica
Oscar Luiz Monteiro de Farias – [email protected]
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
UERJ - 03/11/2010 III Encontro de Geomática - © Farias, O.L.M.
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Idéia central
Explorar a integração dos Sistemas
de Informação Geográfica (SIG's)
com os Modelos Baseados em
Agentes
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Motivação (i)
• Desenvolver ferramentas para fins de
simulação
• Processos e fenômenos ocorrem em um
continuum espaço -temporal
• Necessita-se uma metáfora para
representar o universo espaço-temporal
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Motivação (ii)



Algumas vezes um modelo analítico é muito difícil,
senão imposível, de se obter;
Experiências com sistemas reais podem ser muito
dispendiosas ou até impossível de serem realizadas;
Simulações podem ser repetidas tantas vezes quanto
necessário, não são destrutivas e não interferem nos
sistemas reais;
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4
Problema
Como representar a dinâmica dos sistemas
espaço-temporais?
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Sistema de Informação Geográfica - SIG
SIG compreende um conjunto de
ferramentas computacionais para
coleta, armazenamento, recuperação,
transformação e apresentação de dados,
associando-os à uma determinada
localização espacial.
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Camadas de Informações (layers)
Source: http://www.mapcruzin.com/what-is-gis.htm
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SIG's e Banco de Dados
Banco
de
Dados
Source: http://www.mapcruzin.com/what-is-gis.htm
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Representação dos objetos em termos de:
 sua posição relativa a um sistema de
coordenadas;
 dos atributos não relacionados à posição
(ex.: nome, cor, peso, idade, etc., etc.)
 suas interrelações espaciais com outros
objetos (relações topológicas)
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Usos dos SIG's







planejamento urbano e regional
monitoramento ambiental
saúde pública
agricultura
serviços de utilidade pública (água, luz,
gás, telefonia, etc.)
transportes
etc.
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Limitações dos SIG's:

Estáticos

Bidimensionais
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SIG's x Tempo
 Como adicionar a dimensão temporal
aos SIG's atuais é uma questão
desafiadora e ainda em aberto.
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Agentes Autônomos:
Um sistema situado em um dado
ambiente, que obtém informações do
ambiente através de seu mecanismo de
percepção e que age sobre o ambiente
e/ou sobre outros agentes, à medida
que o tempo flui, procurando
concretizar sua própria agenda, planos
ou crenças. Eventualmente o
mecanismo de pecepção/ação do
agente
evolui
com
o
passar
do
tempo.
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Sistemas multi-agentes (i)
 Integrados por vários
agentes
 Um agente pode
interagir com outros
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Sistemas multi-agentes (ii)
Sistemas de simulação multi-agentes
provêem uma plataforma computacional na
qual a dinâmica dos sistemas espaçotemporais pode ser investigada.
Pode-se usar agentes puramente reativos
(mais simples) ou cognitivos (mais
elaborados).
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Agentes Reativos x Cognitivos
Os Agentes Reativos meramente reagem, de um modo
oportuno, as mudanças que eles percebem no ambiente, de
acordo com um comportamento padrão muito simples.
Os Agentes Cognitivos são mais elaborados. Eles não só
interagem com o ambiente, mas também são capazes de
aprender com experiências vividas por eles, comunicar com
outros agentes, e seguir uma meta planejada, estratégia ou
plano.
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Exemplos de sistemas com agentes






compra e venda de bens e serviços
leilões
busca de informações
Gerenciamento e atualização de software em
rede
busca de locais que satisfaçam determinados
requisitos
disseminação de favelas em ambientes
urbanos
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Estrutura dos modelos espaciais dinâmicos
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Alternativa proposta
 Usar a representação espacial dos SIG's
atuais para simular os fenômenos e
processos que ocorrem no mundo.
 A representação espacial dos SIG's será o
ambiente ou locus, onde os agentes dos
Modelos Baseados em Agentes irão operar.
Estrutura
dosde Geomática
modelos
espaciais
III Encontro
- © Farias,
O.L.M.
UERJ 
- 03/11/2010
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Exemplo 1: Simulação e Controle de
Área Marítima
O CAM é um tipo de operação naval que
visa proteger uma determinada área de uma
ameaça. Essa área pode ser uma entrada de
porto, uma área de plataformas,
um
comboio de navios ou qualquer coisa que
tenha interesse estratégico e que possa ser
alvo de uma ameaça no mar.
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Exemplo 1: Simulação e Controle de Área Marítima
"Sourced from Land Information New Zealand data.
Crown Copyright Reserved."
"NOT TO BE USED FOR NAVIGATION"
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Exemplo II: Disseminação de favelas
em ambientes urbanos (i)





Representação do ambiente: imagem raster da região
Cada célula representa uma região do espaço
Diferentes uso do solo mapeados em diferentes cores:
áreas públicas (viadutos, praças, parques, etc.); ii) áreas
de proteção ambiental; iii) áreas ocupadas pelas classes
alta, média e baixa; iv) áreas industriais; v) terrenos e
construções públicas e privadas desocupadas.
Assim cada célula possuirá uma cor/uso;
Os agentes irão recolorir as células de acordo com a
evolução do uso das mesmas;
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Exemplo II: Disseminação de favelas
em ambientes urbanos (ii)



Os agentes são o equivalente, em software, dos
seres humanos;
São responsáveis pelo uso que se dá ao solo;
Eles percebem o ambiente, reconhecem áreas e
reagem de um modo que simula o comportamento
humano.
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Exemplo II: Disseminação de favelas
em ambientes urbanos (iii)
Influenciarão no comportamento dos
agentes:
Disponibilidade de áreas não
ocupadas que possam ser ocupadas,
preferencialmente sem encontrar
resistência;
 Oportunidades de emprego (ou
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
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Exemplo II: Disseminação de favelas
em ambientes urbanos (iv)
Fatores macroeconômicos e sociais que influenciam
no crescimento das favelas:

Taxa de migração

Taxa de crescimento econômico

Distribução da renda per-capita

Taxas de nascimento e morte por estrato
populacional;

Falta (de aplicação) de leis que reprimam
invasões;
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25
Borel - 2000
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Borel - 2000
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Borel (ano 2000) x simulação
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Métrica
Normaliza-se o conjunto Z em relação ao
conjunto R, dividindo-se o número de
células em Z pelo conjunto de células em
R:
[Z]R
μ = [R∩P]R-|[R-P]R|-|[P-R]R|
μ = 1, quando R ∩ P = R
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Exemplo 3: estudos hidrológicos (i)
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Exemplo 3: estudos hidrológicos (ii)
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Exemplo 4: movimento de pedestres
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Sistemas complexos
É possível a simulação de
sistemas complexos, a partir
de elementos simples
(agentes reativos) inseridos
em algum tipo de ambiente.

Estes
agentes
podem
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
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1
Objetivo: ABGIS
=?
Sistemas de Informação Geográfica
+
Agentes de software
+
Estrutura de modelos espaciais
dinâmicos
||
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35
Um framework para ABGIS
 Ambiente de simulação: completamente
baseado na estrutura de dados dos SIG's ou, no
mínimo, compatível.
 O ambiente de simulação fornece o local em
que os agentes de software se movem,
interagem e buscam atingir seus objetivos.
 Apenas objetos de interesse são considerados.
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Mecanismos dos agentes
 Construção gradual de uma biblioteca de
mecanismos de percepção, ação e
comunicação para agentes.
 Posteriormente, dependendo do sistema em
estudo, este modelo genérico seria expandido,
incorporando percepções e comportamentos
específicos associados ao problema em estudo,
ou algumas restrições.
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Enxame (swarm) de agentes (i)
 necessidade de simular tráfego de
veículos,
evacuação de
ambientes, vida selvagem, etc.;
 basicamente agentes reativos;
 criar (exterminar) um número de
agentes
distribuídos
randômicamente (por unidade de
tempo) em uma determinada região;
 criar (exterminar) um número de
agentes III Encontro de (por
unidade
deO.L.M.
Geomática
- © Farias,
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Enxame (swarm) de agentes (ii)
 cálculo de estatísticas (média, moda,
desvio
padrão, etc.) para todos os
agentes ou apenas para agentes
satisfazendo uma condição específica;
 para cada agente (satisfazendo uma
condição)
executar uma lista de
comandos;
 esses comandos podem alterar o estado
interno do agente ou o estado do ambiente.
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Interface gráfica com o usuário (gui)
(Além da representação espacial já proporcionada
pelos SIG's na forma de camadas de mapas/maplayers)
Extra GUI para:
 configurar características dos agentes
 configurar dado do ambiente
 executar, parar ou terminar simulações
construir gráficos para mostrar estatísticas
relativas ao estado interno dos agentes ou do
ambiente.
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Recursos da linguagem de comando

Estruturas de controle

Threads

Funções matemáticas

Variáveis globais e locais
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Arquitetura do sistema

Camada de ambiente

Camada de motivação e objetivos

Camada de ações
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Conclusões
 Applicações envolvendo a integração SIG's
- Modelos Baseados em Agentes podem
incluir tráfego de veículos, movimento de
pedestres, disseminação de doenças,
desatres radiológicos, evacuação de
construções/cidades, evolução de vida
animal, simulação de queimadas, etc.
 A integração SIG's - Modelos Baseados em
Agentes, em particular) pode fornecer
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Bibliografia
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2005, Vienna. Proceedings of the International Conference on
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Web Technologies
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III Encontro
de Geomática
- ©Commerce
Farias, O.L.M.
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