高级地球模拟模型

地理模拟是一个快速发展的科学研究领域，涉及到基于对象的应用空间显式模型，以便通过模拟了解复杂、自适应的动力学人类驱动的地理系统。它是在细胞自动机和多智能体系统的基础上发展起来的向一个集成框架发展，在该框架中，环境的物理对象和动画代理，尤其是人类，在相互作用中被调查。模拟人类和其他动画代理在不断变化的环境中行动和互动带来了概念和方法上的挑战。第一个一是通过有意义的空间定位对象来充分表示地理空间。这个实现物体的灵活几何形状、邻域关系、物体移动和重新定位的规则，在三维虚拟空间和不同尺度上的所有这些都是我们在本文中讨论的最新进展。这个第二个挑战是地球模拟模型的验证。本文介绍了几个最新的定性和定量技术，包括以模式为导向的方法，旨在再现可以在现实中观察到的。接下来是关于概念和解决这两个挑战的方法。我们的结论是，研究人员之间在共享数据集方面的合作比较模型是实现地球模拟模型可信性和可操作性的关键步骤

传统的基于细胞自动机（CA）的土地利用变化模型仅代表局部过程。在传统的基于空间交互的模型中捕获远距离运行的过程；这些是然后链接到CA，以便链接的模型覆盖一系列比例。这里介绍了另一种方法包括CA模型本身内所有规模的操作流程。这是通过增加细胞邻域包括整个模拟区域，因此长程效应包括在细胞中过渡函数。为了使这种方法在计算上合理，使用了可变网格，以便与细胞邻域中心的距离增加，邻域中细胞的大小也增加随着连续摩尔环单元n的增加，单元邻域从基本光栅单元缩放为3n大小。由于除了最小的摩尔环外，所有的摩尔环都由复合单元组成，因此一般来说，相邻单元的状态必须由活动级别的矢量来表征，其中光栅级别的每个单元格都被分配了与其土地利用相对应的活动（例如，每个住宅单元都分配了一个人口）。此方法的测试表明它对土地利用模式和区域活动水平（例如人口）与传统方法相比。它在波普尔意义上也是“风险更大”的，因此更强大的解释工具。

人类起源的空间结构往往表现出由异质性构成的复杂模式和不规则物体。虽然城市结构是一个典型的例子，受到了很多关注农业领域可以包含在这组结构中，也可以继承其附带属性。复杂这类领域对地理模拟技术构成了挑战，尤其是细胞自动机（CA）。喜欢地理自动系统（GAS）、地理矢量代理（GVA）已作为矢量引入CA的几何替代方案，其操作基于地理上不现实的规则单元。事实上GAS的几何元素已经具有基于GVA的结构，具有不规则和动态特别是正在探索的全球价值评估。鉴于领域和技术的不规则性用于农业土地利用建模并在本章中报告的GVA。一个简单的提出并评估了理论方案，试图将GVA参数化，以模拟冯·杜南的理论农业用地。GVA能够很好地处理不规则几何形状和邻里需求以及与这个假设的农业情景相关的规则和状态。

通过将基于代理的模型与真实世界的位置相结合，人们越来越感兴趣随着地理模拟模型的增加，地理信息系统（GIS）近年来。这与数字数据在二维和三维的扩散相吻合一个是构建详细且广泛的特征丰富且高度可视化的3D城市模型。本章探讨了一些这些发展与我们构建基于三维地理空间代理的城市模型的初步工作有关允许创建此类模型的系统和技术。这些包括基于偶联剂的具有3D可视化的模型，在3D动画和渲染包中构建基于3D代理的模型，以及使用3D虚拟世界创建基于代理的模型。

多智能体地理仿真（MAGS）是一种建模与仿真范式，旨在研究涉及大量异构参与者的各种领域中的各种现象（实现为软件代理）在地理环境的虚拟表示中进化并与之交互（VGE）。开发高级MAGS的关键一步是创建语义增强以及几何精确的虚拟地理环境，称为Informed VGE（IVGE）。在本章中，我们提出了一种新的方法，利用真实感的精确分解自动构建准确的IVGE地理信息系统（GIS）提供的空间数据。IVGE模型依赖于层次结构拓扑图结构使用几何、拓扑和语义抽象过程构建，并通过使用概念图（CG）表示的空间语义信息。我们演示如何IVGE描述的优点是能够提供准确的空间2D/3D可视化工具划分以及支持情境推理，例如关于代理和环境特征。

基于空间显式代理的模型集成了人类和环境系统并揭示了模式这是由众多个人决策引起的。因此，正确定义微尺度行为具有很大的对宏观结果的重要性，将模型验证和校准问题作为对研究社区。本文描述了经验校准决策表示的技术基于代理的模型中的流程。使用调查数据、参与式方法和地理可视化和实验经济学。提出了新的方法，包括实验经济学直接与基于空间显式agent的模型相结合，以揭示市场中的交易行为。实验经济学校准工具与基于代理的模型直接集成，减少了对解释随后使用参与者数据重新校准人工智能体。

以色列城市高分辨率居住模式地图揭示了在调查的九个城市中，有八个城市的情况与家庭收入有关。现代城市理论对同质城市模式如何自组织和持续提供了若干解释；然而允许异构模式持久化的机制仍然无法解释。我们认为观察到的住宅异质性可以根据住户的居住偏好和行为来解释。也就是说，住户居住在贫穷邻居附近的意愿不同。住宅的异质性是这种可变性的结果。

为了研究这个假设，我们开发了一个基于主体的城市居住动态模型，它扩展了谢林分离模型。示范住宅代理代表不同于他们的经济能力和对贫穷邻居的宽容。使用该模型，我们证明耐受性因子的比例足以在城市。该结果对我们对高耐受性药物比例的不确定性具有鲁棒性——这一比例的变化对由此产生的城市异质性影响很小。因此，我们得出结论：居住代理人的存在足以解释长期的城市化异质性，我们讨论了这一结果对城市绅士化理论的可能后果。

基于Agent的计算经济学（ACE）是最近的一项发展，是对现有经济学的补充通过关注具有有限理性的异质主体，对不完全信息和他们在当地互动，而不是统一的a-空间完全理性的经济人。这两种方法也他们的目的不同。传统经济学起源于均衡理论，以稳定状态为目标，而ACE关注系统的动态以及塑造系统的过程系统的结果，重点是所遵循的路径的现实性，并且可以接受的是，结果可以变化。本章中提出的ACE模型进一步体现了开放性的思想：不仅该模型有多种可能的结果，随着经济的持续，其复杂性也在增加产生新颖的形式（符合斯坦迪什对开放性的定义[1]）。这体现了复杂系统：复杂系统，例如经济，不是恢复平衡，而是增加其复杂性，同时不断向系统中引入新的元素。这种新颖性使元素、过程和子系统的复杂组织。为了证明开放性可以建模本文提出了一个基于agent的人工进化模型，该模型将开放性融入其中经济。模型结果表明，新产品和新技术使经济持续扩张。这很可能是第一个显示这种进化动力学的（经济）模型。