Modelowanie agentowe - nowoczesna koncepcja modelowania w GIS

Piotr Dzieszko
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Instytut Geoekologii i Geoinformacji
Zakład Geoekologii
Polska

Katarzyna Bartkowiak
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Instytut Geoekologii i Geoinformacji
Zakład Geoekologii
Polska

Katarzyna Giełda-Pinas
Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Instytut Geoekologii i Geoinformacji
Zakład Geoekologii
Polska

Streszczenie

Jedną z najbardziej perspektywicznych oddolnych technik modelowania relacji człowieka środowisko jest modelowanie agentowe (ang. agent-based modelling, ABM). Jest to nowoczesna technika coraz częściej wykorzystywana w systemach informacji geograficznej (GIS). Oparta jest na tworzeniu agentów, którzy podejmują decyzje przestrzenne. Potrafią także wymieniać między sobą informacje. Co więcej, posiadają atrybuty, które pozwalają określić ich aktualny stan. W klasycznym podejściu do modelowania wszystkie elementy modelu są jednakowe. W modelu agentowym można stworzyć agentów, którzy będą podobni lub jednakowi pod względem budowy oraz będą mieli całkowicie różne zachowania i zasady decyzyjne. Pozwala to na wprowadzenie do modelu elementu losowości, co jest istotne w badaniach przyrodniczych. W przeciwieństwie do innych technik modelowania, ABM zaczyna się i kończy na poziomie agentów. Znaczenie ABM zwłaszcza w badaniach naukowych o charakterze aplikacyjnym wyraźnie wzrosło w czasie ostatniej dekady. Zarówno agenci, jak i decyzje, które podejmują maja odniesienie przestrzenne. Zatem połączenie AMB i GIS wydaje się być naturalną konsekwencją rozwoju obu technik. ABM zazwyczaj wykorzystywane jest w procesie wspierania podejmowania decyzji, w symulacji zjawisk ekstremalnych, w prognozowaniu rozwoju środowiska, w planowaniu przestrzennym oraz w ocenie oddziaływania na środowisko.
W pracy przedstawiono możliwości wykorzystania tej nowoczesnej metody badawczej w GIS, opisano najważniejsze jej cechy oraz przedstawiono najistotniejsze obecnie platformy oprogramowania i zestawy narzędzi do tworzenia modeli agentowych. Przedstawiono też informacje, kiedy ABM jest szczególnie przydatne w pracy badawczej i jak dobrać najlepszy system do budowy modelu.

Słowa kluczowe:

modelowanie agentowe; systemy informacji geograficznej; geomodelowanie

Pełny tekst:

PDF

Bibliografia

Abdou M., Hamill L., Gilbert N., 2012: Designing and building an Agent-Based Model. [W:] Heppenstall A. J., Crooks A. T., See L. M., Batty M. (red.), Agent-Based Models of Geographical Systems, Springer, Dordrecht: 141-165.

Axelrod R., 1997: The Complexity of Cooperation: Agent-Based Models of Competition and Collaboration. Princeton University Press, Princeton.

Batty M., Torrens P. M., 2005: Modelling and Prediction in a Complex World. Futures, 37 (7): 745-766.

Bernard R. N., 1999: Using Adaptive Agent-Based Simulation Models to Assist Planners. [W:] Policy Development: The Case of Rent Control. Working Paper 99-07-052, Santa Fe, New Mexico, Santa Fe Institute.

Bonabeau E., 2002: Agent-based modelling: Methods and techniques for simulating human systems. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 99 (3): 7280-7287.

Brown D. G., 2006: Agent-Based Models. [W:] Geist H. (red.), The Earth’s Changing Land: An Encyclopedia of Land-Use and Land-Cover Change. Greenwood Publishing Group, Westport: 7-13.

Brown D. G., Page S. E., Riolo R., Zellner M., Rand W., 2005: Path dependence and the validation of agent-based spatial models of land use. International Journal of Geographical Information Science 19 (2): 153-174.

Couclelis H., 2002: Modelling Frameworks, Paradigms, and Approaches. [W:] Clarke K. C., Parks B. E., Crane M. P. (red.), Geographic Information Systems and Environmental Modeling. London: Prentice Hall: 36-50.

Crooks A. T., Castle C., 2012: The Integration of Agent-Based Modeling and Geographical Information for Geospatial Simulation. [W:] Heppenstall A. J., Crooks A. T., See L. M., Batty M. (red.), Agent-Based Models of Geographical Systems. Springer, Dordrecht: 219-252.

Crooks A. T., Heppenstall A. J., 2012: Introduction to Agent-Based Modelling. [W:] Heppenstall A. J., Crooks A. T., See L. M., Batty M. (red.), Agent-Based Models of Geographical Systems. Springer, Dordrecht: 141-165.

Gilbert N. 2007: Agent-based models. London: Sage.

Gilbert N., Terna P., 2000: How to Build and Use Agent-Based Models in Social Science, Mind and Society, 1 (1): 57-72.

Gwynne S., Galea E. R., Lawrence P. J., Filippidis L., 2001: Modelling Occupant Interaction with Fire Conditions Using the Building EXODUS Evacuation Model. Fire Safety Journal, 36 (4): 327-357.

Johnston K.M., North M.J., Brown D.G., 2012: Introducing Agent-Based Modeling in the GIS Environment. [W:] Johnston K. M. (red.), Agent Analyst - Agent-Based Modeling in ArcGIS, Redlands, Esri Press: 1-30.

Ligmann-Zielinska A., 2010: Agent-based models. [W:] Encyclopedia of Geography. SAGE Publications, http://www.sage-ereference.com/geography/Article_n14.html

Longley P. A., Goodchild M. F., Maguire D. J., Rhind, D. W., 2005: Geographical Information Systems and Science. Wiley, New York, 2 wyd.

Macal C. M., North M. J., 2005: Tutorial on agent-based modelling and simulation. [W:] Euhl M. E., Steiger N. M., Armstrong F. B., Joines J. A. (red.), Proceedings of the 2005 Winter Simulation Conference, Orlando: 2-15.

Macy M., Willer R., 2002: From factors to actors: Computational sociology and agent-based modeling, Annual Review of Sociology, 28: 143-166.

Nagel K., Rasmussen S., 1994: Traffic at the Edge of Chaos. [W:] Brooks R. (red.), Artificial life, MIT Press, Cambridge: 222–236.

Nagel, K., 2003: Traffic networks. [W:] Bornholdt S, Schuster H. (eds.), Handbook of graphs and networks: From the genome to the internet: 248-272, New York: Wiley.

North M. J., Macal C. M., 2007: Managing Business Complexity: Discovering Strategic Solutions with Agent-Based Modeling and Simulation. Oxford University Press, New York.

O’Sullivan D., Millington J., Perry G., Wainwright J., 2012: Agent-Based Models – Because They’re Worth It? [W:] Heppenstall A. J., Crooks A. T.,. See L. M, Batty M. (red.), Agent-Based Models of Geographical Systems, Springer, Dordrecht: 69-84.

Parry H. R., Bithnell M., 2012: Large scale agent-based modelling: A review and guidelines for model scaling. [W:] Heppenstall A. J., Crooks A. T., See L. M., Batty M. (red.), Agent-Based Models of Geographical Systems, Springer, Dordrecht: 525-542.

Zwoliński Z., 2009: Rozwój myśli geoinformacyjnej. [W:] Zwoliński Z. (red.), GIS – platforma geografii, Bogucki Wyd. Naukowe, Poznań: 9-21.