마이크로시뮬레이션

Microsimulation

마이크로시뮬레이션(마이크로분석적 시뮬레이션 또는 미시적 시뮬레이션에서)은 교차로를 통과하는 고속도로 교통, 금융 거래 또는 인구를 통해 질병을 퍼뜨리는 병원균과 같은 활동을 매우 상세하게 분석하는 컴퓨터화된 분석 도구의 범주다. 마이크로시뮬레이션은 종종 제안된 개입이 실제 세계에서 실행되기 전에 그 효과를 평가하기 위해 사용된다. 예를 들어, 교차로에서 턴 레인 연장의 효과를 평가하기 위해 교통 미세 시뮬레이션 모델을 사용할 수 있으며, 따라서 실제로 차선을 연장하는 데 돈을 쓸 가치가 있는지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있다.

소개

마이크로시뮬레이션은 사람이나 자동차와 같은 개별 단위의 상호작용을 살펴볼 때 다른 유형의 컴퓨터 모델링과는 구별될 수 있다. 각 단위는 자치체로서 취급되며, 단위의 상호작용이 확률적(임의적) 매개변수에 따라 달라진다. 이러한 매개변수는 개인의 선호와 경향을 나타내기 위한 것이다. 예를 들어, 교통 모델에서 어떤 운전자들은 회전하기 전에 조심하고 큰 차이를 기다리는 반면, 다른 운전자들은 공격적이고 작은 차이를 받아들인다. 마찬가지로 공중 보건 모델에서 개인은 바이러스의 확산에 기여하는 개인적인 습관뿐만 아니라 바이러스에 대한 저항성에서도 다양할 수 있다(예: 얼마나 자주/강하게 손을 씻는가).

국제마이크로시뮬레이션 협회는 마이크로시뮬레이션을 개인, 가정, 차량 또는 기업 등 개별 단위 수준에서 작동하는 모델링 기법으로 정의한다.[1] 모델 내에서 각 유닛은 고유한 식별자 및 일련의 관련 속성(예: 알려진 연령, 성별, 결혼 및 고용 상태를 가진 사람의 목록)을 포함한 기록 또는 알려진 원산지, 목적지 및 운영 특성을 가진 차량의 목록으로 표현된다. 그런 다음 일련의 규칙(전환 확률)이 이들 장치에 적용되어 상태 및 동작의 시뮬레이션된 변화를 유도한다. 이러한 규칙은 조세규제의 변경에 따른 조세부채의 변동과 같은 결정론적(확률 = 1)일 수도 있고, 일정한 기간 내에 사망, 결혼, 출산 또는 이사할 수 있는 확률 <=1)일 수도 있다.=1)일 수도 있다. 어느 경우든 결과는 이러한 규칙의 적용 결과에 대한 추정치일 수 있으며, 여기에는 전체 총체적 변화와 (중요하게) 이러한 변경이 모델링되고 있는 모집단 또는 위치에 분산되는 방식이 포함된다.

계량 마이크로시뮬레이션

응용 계량학 연구에서는 마이크로 시뮬레이션을 사용하여 시간에 따른 개인의 행동을 시뮬레이션한다. 마이크로시뮬레이션은 동적이거나 정적이 될 수 있다. 만약 그것이 역동적인 것이라면, 사람들의 행동은 시간이 지남에 따라 변하는 반면, 정적인 경우에는 일정한 행동이 가정된다.

세금, 연금 및 기타 경제 및 금융 활동에 대한 몇 가지 미시적 시뮬레이션 모델이 있다. 이 모델들은 전형적으로 정부 기관이나 학자들에 의해 시행된다. 영국에서 향후 50년간 연금수입을 역동적으로 시뮬레이션하는 펜심2(동적 마이크로시뮬레이션 연금 모델)가 대표적이다. 유로모드는 유럽 연합 15개 주를 대상으로 한 정적 마이크로 시뮬레이션 모델이다. 북미 마이크로시뮬레이션 모델에는 종방향, 동적 마이크로시뮬레이션 코르심(COSIM)과 딸 모델인 DYNACAN(캐나다, 2009년 6월 1일 종료)과 POLISIM(미국)이 포함된다. 미국 보건복지부는 세금, 양도, 건강 프로그램에 대한 변화의 잠재적 영향을 이해하기 위해 정적 미세 시뮬레이션 이전 소득 모델(TRIM)을 사용한다.[2] 도시개발의 공간적 세부적인 미시적 연기를 제공하는 관련 사례는 PECAS이다.

계량기 마이크로시뮬레이션 모델은 다음 두 가지 유형으로 분류할 수 있다.

  • 폐쇄형, 종방향, 동적 마이크로시뮬레이션 모델(DYNACAN 및 펜심2와 같은)은 출산율, 사망률 및 이동과 같은 인구통계 모듈의 시뮬레이션된 수명 이벤트에 의해서만 수정되는 초기 모집단으로 시작한다. 따라서 모델 실행 중 언제든지 시뮬레이션 모집단은 자신이 모델링하고 있는 모집단의 완전 대표(합성) 표본으로 남을 것으로 예상할 수 있다.
  • 개방형 모델은 특정 주요 개인에 초점을 맞추고 해당 개인의 모집단에 기반한 대표성을 생성하는 경향이 있다. 그러한 환경에서는 주요 개인에게 "적절한" 일련의 생명 사건을 보장하기 위해 필요에 따라 새로운 개인을 모집단에서 추가 또는 제거한다.

이러한 구별의 가장 명확한 예 중 하나는 두 종류의 모델 안에서 결혼에 대한 대우다. 개방형 모델은 단순히 주요 개인에게 적합한 배우자를 만들어낼 수 있지만, 폐쇄형 모델은 대신, 그 인구 내에서 결혼 가능성이 있는 사람들을 결정하고, 그들에 맞춰야 한다.

교통마이크로시뮬레이션

일반적인 마이크로시뮬레이션 2D 애니메이션 보기 왼쪽에서 교통량이 많은 나라의 로터리.

마이크로시뮬레이션은 트래픽 모델링에도 사용되며 TransModeler, PTV VISSIM, TSIS-CORSIM, 큐브 다이나심, LISA+, Quadstone 파라믹스, SiAS 파라믹스, Simtraffic, Aimsun, MATim 등의 소프트웨어 패키지에 의해 정형화된다. LINSIG, TRANSYT, TRANSYT-7F 또는 SIDRA 교차로와 같은 해석 모델링 소프트웨어는 트래픽 모델 요소의 조합을 나타내는 수학 알고리즘에 기초한 다른 종류의 모델을 나타낸다.

트래픽 마이크로시뮬레이션 모델은 사전 정의된 도로망 내에서 개별 차량의 동작을 시뮬레이션하며, 트래픽 흐름의 변화 또는 물리적 환경의 변화에 따른 트래픽 패턴의 변화가 미칠 수 있는 영향을 예측하는 데 사용된다.

마이크로시뮬레이션은 대기열 조건 시뮬레이션 능력 때문에 혼잡한 도로망을 모델링하는 데 가장 큰 강점을 가지고 있다. 마이크로시뮬레이션 모델은 절대적 정체점까지 높은 포화도에서 결과를 계속 제공할 것이다. 이러한 기능은 이러한 유형의 모델을 교차로, 교차로, 교차로, 교차로, 신호 처리되지 않은 교차로, 신호 조정된 회랑 및 지역 네트워크를 포함한 도시 및 도심에서의 교통 운영을 분석하는 데 매우 유용하게 만든다. 마이크로시뮬레이션은 차선 축소나 접속 정지선 이전과 같은 물리적 환경의 비교적 작은 변화도 반영한다.

최근 몇 년 동안, 마이크로 시뮬레이션 모델링은 3D 애니메이션을 통해 예측된 교통 행동을 시각적으로 표현하는 능력에 주목을 받아 정치인이나 일반 대중과 같은 일반인들이 제안된 계획의 영향을 충분히 인식할 수 있게 했다. 마이크로시뮬레이션 모델 데이터를 영화적 품질의 3D 애니메이션과 결합하고, 일본의 FORPORW8과 같은 기업들에 의한 가상 현실과 결합하면서, 이 분야에서 더 많은 진보가 이루어지고 있다.

보행자 또는 군중 마이크로시뮬레이션

보행자 또는 대리인 기반 마이크로시뮬레이션은 최근 몇 년 동안 산업 내에서 사용 및 수용도가 증가하고 있다. 이러한 시스템은 공간 활용도, 서비스 수준, 밀도, 포장 및 좌절과 같은 분석 조치와 관련하여 공간 영역을 이동하는 개별 인력의 시뮬레이션에 초점을 맞추고 있다.

현재의 많은 교통소모형 소프트웨어 패키지는 교통부품과 보행자를 결합하여 보다 완벽한 시스템을 만들고 있는 반면, 많은 과도기적인 군중 시뮬레이션 도구는 대규모 도시공간 설계에 사용하기 위해 지속적으로 개선되고 있다.

건강과학의 마이크로시뮬레이션

건강과학에서 마이크로시뮬레이션은 개별적인 삶의 이력을 생성한다. 이 기법은 모집단의 비율(매크로시뮬레이션)의 "주식 및 유동" 유형 모델링이 관심 시스템을 충분히 설명할 수 없을 때 사용된다. 이러한 유형의 모델링은 (위에서 설명한 바와 같이) 개인 간의 상호작용을 반드시 수반하지는 않으며, 그러한 경우 서로 독립적으로 개인을 생성할 수 있으며, 개별적인 시간 단계 대신 연속적인 시간으로 쉽게 작업할 수 있다.

미국 국립 암 연구소의 CISNET 프로그램(http://cisnet.cancer.gov/))에서 보건과학 분야의 미세 시뮬레이션 모델의 몇 가지 예가 함께 소개되었다. 캐나다에서 인구보건모델(POHEM)은 당뇨, 심혈관질환, 관절염 등 여러 만성질환을 검사하는 공통 플랫폼이다.[3]

공간마이크로시뮬레이션

미시적 시뮬레이션에 대한 경제적, 건강적 접근방식은 환경적, 경제적 또는 정책적 조건의 변화가 주어진 개인 모집단에 미치는 영향에 대한 통찰력을 제공한다. 그러나 많은 변경의 영향은 상황에 따라 달라지는데, 이는 동일한 변경(예: 소득세 대역)이 일부 지역에서는 바람직한 영향을 미칠 수 있지만 다른 지역에서는 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 이해는 마이크로시뮬레이션에 대한 공간적 접근의 근원에 있다. 공간적 미세시뮬레이션이라는 용어는 해당 영역에 대해 알려진 제약 변수 집합에 기초하여 특정 지역에 거주하는 개인의 특성을 근사하게 추정할 수 있는 일련의 기법을 말한다. 공간적 미세시뮬레이션은 계량적 미세시뮬레이션과 마찬가지로 동적이거나 정적이 될 수 있으며 상호작용 또는 수동적 단위를 포함할 수 있다.[4]

가이 오컷은 공간 미세시뮬레이션의 원조로 널리 인용되고 있다. 공간적 마이크로시뮬레이션은 컴퓨터 및 데이터 요구 사항이 높고 어느 정도의 컴퓨터 프로그래밍은 모델을 설정하기 위한 필수 조건이다. 이러한 이유로 이 기술은 널리 쓰이지 않는다. 그러나 여러 가지 요인들이 학술지리학 및 관련 분야 내 공간적 미시화에 관한 출판물 수의 급속한 증가를 가져왔다. 여기에는 다음이 포함된다.

  • 강력한 개인용 컴퓨터의 가용성과 낮은 비용.
  • 마이크로 시뮬레이션 모델을 만들 수 있는 사용자 친화적이고 저렴한 컴퓨터 소프트웨어의 출현. 예로는 R, 자바, 파이썬 등이 있으며, 각각 Free와 오픈 소스 소프트웨어로 분류할 수 있다.
  • 정부, 기업 및 비영리 단체의 데이터 수집 활동 개선
  • 데이터 접근성 향상.

언어 및 플랫폼 프로그래밍

주제별 프로그램 외에도 범용 프로그래밍 언어가 있다(교통 시뮬레이션 참조). 예로는 JAS-min,[5] LIAM2, [6]MODGEN,[7] OpenM++[8] 등이 있다.

참고 항목

추가 읽기

참조

  1. ^ 국제 마이크로시뮬레이션 협회 - 목표
  2. ^ "TRIM3".
  3. ^ Hennessy, Deirdre A.; Flanagan, William M.; Tanuseputro, Peter; Bennett, Carol; Tuna, Meltem; Kopec, Jacek; Wolfson, Michael C.; Manuel, Douglas G. (2015). "The Population Health Model (POHEM): An overview of rationale, methods and applications". Population Health Metrics. 13: 24. doi:10.1186/s12963-015-0057-x. PMC 4559325. PMID 26339201.
  4. ^ 발라스, D, 도링, D, 토마스, B, & 로시터, D. (2005) 지리적 문제: 국가 사회 정책의 지역적 영향을 시뮬레이션한다(491 페이지). 조셉 룬트리 재단. doi:10.2307/3650139, 여기에서 자유롭게 사용 가능: http://www.jrf.org.uk/publications/geography-matters-simulating-local-impacts-national-social-policies
  5. ^ "JAS-mine".
  6. ^ "About — LIAM2".
  7. ^ "Modgen (Model generator)". 2009-09-30.
  8. ^ "OpenM++".