バイオマ

生物物理モデルの応用
BioMAは、農業および環境分野におけるモデリングソリューションの開発、パラメータ設定、および実行のためのパブリックドメインのソフトウェアフレームワークです。
モデルの構成要素とモデリングソリューションは、異なるフレームワークの下でも再利用可能です。
このソフトウェアは、.NETフレームワークのMicrosoft C#を使用して開発されています。
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モデリングフレームワークはモデリングとシミュレーションで使用され、数学モデルを開発および実行するためのソフトウェアインフラストラクチャで構成されます。これらは、モノリシックな実装と比較して、生物物理モデリングの分野で大きな進歩をもたらしました。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}アルゴリズムとデータの分離、 I/O手順と統合サービスの再利用性、およびモデリングソリューションの離散ユニットへの分離により、シミュレーションシステムの開発において確固たる利点がもたらされました。農業のモデリングフレームワークは、さまざまなアプローチと目標で、時間の経過とともに進化してきました。^{[ 5 ]}

BioMAは、プラットフォームに依存しない再利用可能なコンポーネントに重点を置いて開発されたソフトウェアフレームワークであり、きめ細かな粒度でのマルチモデル実装も含まれています。

BioMA（Biophysical Model Applications）は、農業および環境の分野における生物物理モデルに基づくモデリングソリューションの開発、パラメータ化、および実行のために設計および実装されたパブリックドメインのソフトウェアフレームワークです。 ^{[ 6 ]}これは、自由に拡張可能なソフトウェアコンポーネントにコード化された個別の概念ユニットに基づいています。^{[ 7 ]}

このフレームワークの目的は、プロトタイプから運用アプリケーションへの迅速な橋渡しを実現し、さまざまなモデリングソリューションの実行と比較を可能にすることです。フレームワークの重要な側面は、モデリングワークフローのさまざまなステップにおける出力の品質評価を可能にする透明性です。このフレームワークは、モデリングソリューションとグラフィカルユーザーインターフェイスの両方において、フレームワークに依存しないコンポーネントに基づいています。目標は、モデル開発と運用利用のためのフレームワークを提供するだけでなく、スタンドアロンでもさまざまなフレームワークでも再利用可能なオブジェクトの緩やかなコレクションを提供することにもあります。このソフトウェアは、.NETフレームワークでMicrosoft C#言語を使用して開発されています。

このフレームワークは、第6次EUフレームワークプログラムのSEAMLESSプロジェクトのAPES ^{[ 8 ]}タスクの下で実施された作業の発展形です。

プラットフォームとそのツールおよびコンポーネントの導入事例は以下のとおりです。

• 生物物理シミュレーション用の気象データセットを作成するために、: ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}
• ヨーロッパの作物生産への影響を評価するため、^{[ 12 ] [ 13 ]}および適応策を評価するため、^{[ 14 ] [ 15 ]}
• 気候変動下での土壌病原菌の発達をシミュレートするために、^{[ 16 ] [ 17 ]}
• 樹種の成長と発達を再現するために、^{[ 18 ]}
• 気候変動下でトウモロコシに被害を与える昆虫の生存率を推定する^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}
• 作物の環境への適合性を推定するため、^{[ 22 ]}
• サブモデルレベルでのモデリングソリューションの比較を実行するために、^{[ 23 ]}
• 作物の発育と成長のための再利用可能なモデルのライブラリを開発するため、^{[ 24 ] [ 25 ]}
• ラテンアメリカにおける気候変動が作物生産に与える影響を推定するために、^{[ 26 ]}
• 真菌感染症^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]}や植物の伝染病の動態^{[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]をシミュレートするため}
• 農業気象変数を推定するために、^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]}
• 土壌水理特性を推定するための関数ライブラリを開発するため、^{[ 44 ] [ 45 ]}
• 農産物の品質を評価するため。^{[ 46 ] [ 47 ]}
• 農業管理手法のタイミングと適用をシミュレートするため^{[ 48 ] [ 49 ]}
• 農業モデルに対する感度分析を実行するためのライブラリを開発する^{[ 50 ]}
• 再現圃場実験における作物モデル性能を評価するためのライブラリを定義する^{[ 51 ]}
• 冬菜種生産の定量的および定性的な側面に関する新しいモデルを開発する^{[ 52 ]}
• カネグロのサトウキビモデルをジャイアントリードに適用する^{[ 53 ]}

BioMAのアプリケーションとモデリングソリューションは、欧州委員会のMARSユニットが気候変動シナリオにおける農業生産をシミュレーションするために使用するシミュレーションツールです。BioMAは、EUの第7次フレームワークプログラム（FP7）プロジェクトであるMODEXTREMEでも使用されています。

アプリケーション

高度なアプリケーションは、大きく2つのカテゴリに分類できます。

• BioMA-Spatialでは、モデルはグリッドセルまたはポリゴンとして空間的に明示的な単位に対して反復的に実行されます。これらのアプリケーションには、空間単位間の相互作用をモデル化するレイヤーを含めることができます。
• BioMA-Siteは、特定の地点に対してモデルを実行するアプリケーションです。これらのアプリケーションは特定の作物に特化することができ、一般的に、モデルの構成要素や出力へのより詳細なアクセスを可能にします。

次の図に示すように、ライブラリに基づいてアプリケーションを構築できます。ソフトウェア開発キットに示されているように、新しいモデルを実装することでライブラリを拡張したり、新しいライブラリを追加したりすることも可能です。