Cláudio Bustamante Pereira de Sá

Título



Calibração Automática de Modelos Ecológicos Baseados em Equações Diferenciais Ordinárias Utilizando Algoritmos Genéticos

Orientador(es)



Nelson Francisco Favilla Ebecken

Resumo



A enorme complexidade dos sistemas ecológicos tem sido uma grande barreira para a compreensão e o gerenciamento da problemática ambiental. Neste sentido, a modelagem matemática e uma valiosa ferramenta, devido a sua capacidade de organizar as informações disponíveis sobre estes sistemas e de fazer previsões a seu respeito para diferentes condições. Dentre os vários tipos disponíveis, os modelos baseados em equações diferenciais ordinárias (EDOs) destacam-se nas aplicações à sistemas e problemas ecológicos. No desenvolvimento de um modelo deste tipo, a calibração é normalmente um passo difícil e trabalhoso, mas indispensável para a obtenção de um modelo eficiente e realista. Neste trabalho, propomos uma metodologia para automatizar a calibração de um modelo baseado em EDOs, que utiliza algoritmos genéticos para escolher os valores dos parâmetros, a partir de soluções numéricas correspondentes à diferentes parametiizações para o modelo de um conjunto de dados que caracterize o comportamento do sistema modelado. Para testar esta metodologia, desenvolvemos uma ferramenta computacional utilizando o software MATLAB™ e a usamos para calibrar três modelos ecológicos baseados em EDOs, com características bem distintas. Os resultados indicam que foi possível calibrar os três modelos com desempenhos bastante aceitáveis.

Abstract



The huge complexity of the ecological systems has been a great barrier to the understanding and management of environmental issues. In this context, mathematical models are valuable tools, due their ability to organize the available information on a given system and predict its behavior in face of different conditions. Ordinary differential equations (ODE) based models outstands among the various possible types of models used in ecological applications. Calibration is a very hard and time-consuming step in the development of such models, but it is indispensable to achieve an efficient and realistic model. In this work, we propose a methodology for the automatization of the calibration procedures for ODE-based models. This methodology uses genetic algorithms to choose parameters values based on numerical solutions for different parameterizations of the model and on data representing the real system behavior. For testing this methodology, we developed a tool employing the MATLABTM platform and used it to calibrate three different ODE-based ecological models, with distinct characteristics. The results show that it was possible to calibrate the three models with quite acceptable performances.

Print