Python

기존의 GUI 인터페이스의 APSIM을 파이썬을 이용하여 구동하기 - Ethan

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모델링 - 참조 글


APSIM

  • APSIM은 The Agricultural Production Systems sIMulator의 약자로
    농업 시스템 의 생물물리학적 과정을 시뮬레이션하기 위해 개발된 포괄적인 모델로, 특히 기후 위험에 직면한 관리 관행의 경제적 및 생태학적 결과와 관련이 있다.

  • 식량 안보, 기후 변화 적응 및 완화, 탄소 거래 문제 영역에 대한 옵션과 솔루션을 탐색하는 데 사용되고 있다.

  • APSIM은 식물, 토양 및 관리 모듈을 중심으로 구성되며, 이러한 모듈에는 다양한 범위의 작물, 물 균형을 포함한 토양 공정,
    N 및 P 변환, 토양 pH, 침식 및 모든 범위의 관리 제어 가능.


APSIM 설치 방법

image

APSIM Python

본 APSIM Python은 기존 GUI 인터페이스의 APSIM에서 사이트 별로 모두 별도로 돌려야 했던 단점을 커버함과 동시에 캘리브레이션을 효율적으로 하기 위한 목적으로 개발되었다.

설치 및 사용 방법

여기에서 설치

다운 받은 파일의 압축을 풀면 생성되는 APSIM_Python 폴더를 반드시 C 드라이브 root에 설치해야 한다. 절대 경로는 C:\ 이다.
C드라이브 root에 설치하지 않으면 실행시 오류가 발생하므로 주의하자.


APSIM_Python 구성요소

  • met - 모델 입력자료 (기상자료)

  • run.apsim (APSIM Setting 파일)

  • run_apsim.exe (APSIM Python 실행 파일)



met 폴더

met 파일이란 APSIM 모델을 시뮬레이션을 위한 사이트 정보와 기상자료를 모델에서 요구하는 형식에 맞추어 정리된 파일이다.

met 폴더

met 파일 예시



run.apsim

run.apsim 파일은 APSIM 시뮬레이션 config 파일이라 이해하면 된다. 각종 시뮬레이션 옵션을 컨트롤 하는 중요한 파일이다. APSIM 파일의 구성 요소와
적용방법은 추후에 정리할 예정이다.

apsim 파일 예시



run_apsim.exe

APSIM Python을 실행하는 파일이다. 실행시 GUI 인터페이스가 출력되며, APSIM 설치 경로와 apsim 파일 위치 그리고 시뮬레이션하고자 하는 날짜를 넣어주면 된다.


run_apsim.exe 실행시 다음과 같은 화면이 출력된다. 해당 화면은 met 폴더에 들어있는 파일들의 목록을 출력한다.

터미널


run_apsim.exe 실행시 다음과 같은 GUI 인터페이스가 출력된다. 차례로 정보를 입력한 뒤에 submit을 클릭하여 실행하면 된다.

GUI


정상적으로 실행 되면 다음과 같이 output이 출력되고, 시뮬레이션 완료시 팝업이 출력된다. 팝업은 일정시간이 지나면 자동으로 없어지니 별다른 클릭을 하지 않아도 된다.

실행 화면


정상적으로 실행 시 여러 사이트를 다음과 같이 한번에 시뮬레이션할 수 있다는 것이 장점이다.

image


시뮬레이션 진행 시 다음과 같이 시뮬레이션 과정을 정리해준 파일인 summary (.sum) 파일과 결과 파일인 .out 파일이 생성된다.
image


시뮬레이션 종료시 cancle을 클릭하면 GUI가 종료되고, .sum 파일과 .out 파일이 각 이름의 폴더가 새롭게 생성되고 자동으로 정리된다.

GUI



source code

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import os
import subprocess
import shutil
import xml.etree.ElementTree as ET
import pandas as pd
import PySimpleGUI as sg


def run(met_list, s_date, e_date, apsim_file, output_element):
    inpath = 'C:/APSIM_Python/'
    os.chdir(inpath)

    '''apsim 파일 불러오기'''
    wheat_tree = ET.parse(apsim_file)
    root = wheat_tree.getroot()

    '''run.apsim 파일 내 met 경로 변경'''
    for i in range(len(met_list)):
        for node in root.iter('simulation'):
            node.attrib['name'] = met_list[i][20:-4]

            for metfile in node.iter('filename'):
                metfile.text = met_list[i]

            for s_clock in node.iter('start_date'):
                s_clock.text = s_date

            for e_clock in node.iter('end_date'):
                e_clock.text = e_date

        wheat_tree.write(apsim_file)  # apsim 파일 덮어 씌우기
        apsim_exe = f'C:/Program Files (x86)/APSIM710-r4218/Model/Apsim.exe "{apsim_file}"'  # apsim exe 경로 및 apsim 파일 선언
        subprocess.run(apsim_exe, stdout=open(os.devnull, 'wb'))  # apsim 파일 실행

        '''결과 파일 불러오기'''
        out_list = met_list[i][20:-4]
        out_file = pd.read_csv(f'C:/APSIM_Python/{out_list}.out', sep="\\s+", skiprows=[0, 1, 3], parse_dates=['Date'],
                               infer_datetime_format=True)
        output_element.print(out_list)
        output_element.print(f'{out_file} \n')
        output_element.update()  # Update the GUI window to display the printed output
        sg.popup_auto_close(f'{out_list} simulation completed.')


def main():
    '''met 파일 불러오기'''
    met_list = [f'C:\APSIM_Python\met\{x}' for x in os.listdir("met/") if x.endswith(".txt")]
    print('met 리스트 : \n', met_list)

    sg.theme('SandyBeach')

    layout = [
        [sg.Text('APSIM 설치 경로'), sg.InputText('C:/Program Files (x86)/APSIM710-r4218/Model/Apsim.exe "run.apsim"')],
        [sg.Text('APSIM 실행 파일'), sg.InputText('run.apsim')],
        [sg.Text('시뮬레이션 시작 날짜 (format: dd/mm/yyyy)'), sg.InputText('01/01/2007')],
        [sg.Text('시뮬레이션 종료 날짜 (format: dd/mm/yyyy)'), sg.InputText('31/12/2008')],
        [sg.Submit(), sg.Cancel()],
        [sg.Output(size=(80, 20), key='output')]  # Output element for displaying the printed output
    ]

    window = sg.Window('APSIM Python', layout, return_keyboard_events=True)

    while True:
        event, values = window.read()

        if event == sg.WINDOW_CLOSED or event == 'Cancel':
            break

        if event == 'Submit':
            apsim_file = values[1]
            s_date = values[2]
            e_date = values[3]
            window['output'].update('')
            run(met_list, s_date, e_date, apsim_file,window['output'])

    window.close()


###########################################################################################################################################
# 폴더 정리

"""폴더선택"""
dir_path = 'C:\APSIM_Python'

"""폴더내파일검사"""

global_cache = {}


def cached_listdir(path):
    res = global_cache.get(path)
    if res is None:
        res = os.listdir(path)
        global_cache[path] = res
    return res


def moveFile(ext):
    if item.rpartition(".")[2] == ext:
        """폴더이동"""
        # print(ext + "확장자를 가진 " + item)

        tDir = dir_path + '/' + ext
        # print(dir_path + '/' + item)

        if not os.path.isdir(tDir):
            os.mkdir(tDir)

        filePath = dir_path + '/' + item
        finalPath = tDir + '/' + item

        if os.path.isfile(filePath):
            shutil.move(filePath, finalPath)


if __name__ == '__main__':
    main()
    cached_listdir(dir_path)

    for item in global_cache[dir_path]:

        """추가할 확장자를 수동으로 리스트에 추가"""
        extList = ["sum", "out"]

        for i in range(0, len(extList)):
            moveFile(extList[i])
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