Nested-ca: a foundation for multiscale modelling of land use and land cover change

• Main Author: Tiago Garcia de Senna Carneiro
• Other Authors: Gilberto Câmara
• Language: English
• Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 2006
• Online Access: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m17@80/2007/01.03.11.57

Este trabalho apresenta a base matemática do modelo chamado Autômatos Celulares Aninhados (Nested-CA), um modelo de computação destinado ao desenvolvimento de modelos de mudança de uso e cobertura do solo em múltiplas escalas. As principais propriedades do modelo nested-CA são descritas e comparadas aos modelos de computação baseados em agentes e em autômatos celulares. O modelo nested-CA foi implementado em uma ambiente computacional, chamado TerraME, que oferece uma linguagem de alto nível para a descrição de modelos, um conjunto de estruturas de dados espaço-temporais para a representação e simulação dos modelos, um modulo para o gerenciamento e análise de dados espaço-temporais integrado a um sistema de informações geográficas, e um conjunto de funções para calibração e validação dos modelos. As decisões de projetos envolvidas no desenvolvimento do ambiente de modelagem TerraME são descritas. A arquitetura do ambiente é detalhada e suas principais propriedades são comparadas com outras plataformas de modelagem: Swarm, STELLA, e GEONAMICA. Finalmente, o conceito de nested-CA e o ambiente TerraME são demonstrados em duas aplicações de mudança de cobertura do solo para a Amazônia brasileira. === This work presents the mathematical foundations of the Nested Cellular Automata (nested-CA) model, a model of computation for multiple scale Land Use and Land Cover Change studies. The main properties of nested-CA model are described and compared to the agent-based and cellular automata models of computation. The nested- CA model has been implemented in a software environment, called TerraME (Terra Modeling Environment), which provides a high-level modeling language for model description, a set of spatiotemporal data structures for model representation and simulation, a module for spatiotemporal data management and analysis integrated to a geographic information system, and a set of functions for model calibration and validation. We describe the main design choices involved in the development of the TerraME modeling environment. Its architecture is detailed and the main properties are compared with other modeling tools: Swarm, STELLA, and GEONAMICA. Finally, the concept of nested-CA and the TerraME architecture are demonstrated in two applications of land cover change in the Brazilian Amazon.