SIMPLACE: A Plataforma de Próxima Geração para Análise de Sistemas Agrícolas

À medida que a população mundial cresce, aumenta também a demanda por alimentos. A modelagem de colheita baseada em computador fornece informações para garantir que possamos atender a essa demanda de forma sustentável e eficiente.

Nos últimos 30 anos, modelos de cultivo foram desenvolvidos para aplicações como adaptação às mudanças climáticas e aumento da eficiência no uso de recursos. Embora a modelagem de culturas esteja evoluindo rapidamente com os avanços em genômica, fenômica (fenotipagem) e tecnologias computacionais nos últimos anos, o progresso pode ser ainda mais acelerado pela capacidade dos colegas de avaliar, melhorar e reutilizar modelos existentes. Esse potencial amplamente inexplorado para aplicações e desenvolvimentos adicionais é impedido por fraquezas do modelo e problemas de longa data, como:

• confiar em código não padrão que obscurece o conteúdo científico de um modelo (ou seja, algoritmos),
• falta de documentação (ou seja, descrições associadas aos processos modelados),
• ter padronização mínima de entradas de modelo ou estruturas internas, e
• sendo de código fechado.

O desenvolvedor de software Andreas Enders, o cientista Murilo Vianna e colegas da Universidade de Bonn descrevem uma estrutura versátil de modelagem e simulação em um novo artigo publicado pela in silico Plants. A Avaliação de Impacto Científico e a Plataforma de Modelagem para Gestão Avançada de Culturas e Ecossistemas (SIMPLACE) é uma ferramenta científica de código aberto criada para facilitar o desenvolvimento de modelos.

 “Esta plataforma está em desenvolvimento contínuo e tem sido cada vez mais testada e aplicada em uma série de estudos agrícolas na última década. É por isso que queremos destacá-lo com um artigo agora!” explica Enders.

SIMPLACE oferece uma abordagem flexível e transparente para o desenvolvimento de modelos personalizados para uma variedade de sistemas de cultivo e diferentes disciplinas (agronomia, fisiologia de cultivo, ciência do solo e hidrologia). Os criadores do SIMPLACE tentaram equilibrar três paradigmas contraditórios: flexibilidade, transparência e desempenho com os seguintes atributos:

Flexibilidade

• configurável (facilitando a harmonização do formato de dados, fornecendo um conjunto de ferramentas de tradução)
• modular – a estrutura do modelo é composta por unidades de software discretas, substituíveis e intercambiáveis
• múltiplas interfaces de usuário – uma GUI que requer um conhecimento mínimo do processo de modelagem e conteúdo científico e uma interface de console para trabalhos mais complexos
• controle usando várias linguagens de script - R, Python, Matlab e Octave adequados para vários sistemas operacionais
• vários tipos de entrada e saída – CSV, bancos de dados SQL, XML, arquivos de forma, NetCDF, Json, etc.

Transparência

• open source
• documentações de módulo centralizadas e padrão, com uma descrição explícita de variáveis, constantes e unidades subjacentes e ontologia

Performance

• frequência flexível de atualização de parâmetros
• permite multi-threading em HPC
• processo de IO eficiente

Embora já existam outras plataformas de modelagem, os autores apontam a singularidade do SIMPLACE. “Ele oferece vários algoritmos prontos para uso que podem ser rapidamente combinados e personalizados para abordar uma grande variedade de questões científicas. Os recursos flexíveis de dados de entrada e saída, bem como a interface com outras linguagens de programação (por exemplo, Python e R) facilitam o acoplamento direto do SIMPLACE com outros bancos de dados e plataformas de modelagem e permitem a troca automatizada de unidades de modelo.”

Leia o artigo para obter uma descrição da principal implementação técnica e recursos do SIMPLACE para desenvolver soluções de modelo personalizado que podem ser aplicadas a vários sistemas de cultivo. O artigo também inclui uma breve revisão de aplicações exemplares do SIMPLACE cobrindo diferentes tópicos, culturas e sistemas de cultivo, escalas espaciais e geografias.

LEIA O ARTIGO:

Andreas Enders and others, SIMPLACE – A versatile modelling and simulation framework for sustainable crops and agroecosystems, in silico Plants, 2023; diad006, https://doi.org/10.1093/insilicoplants/diad006

O código-fonte do SIMPLACE, os pacotes de interface auxiliares e o aplicativo instalável podem ser acessados ​​gratuitamente em http://www.simplace.net.