Microsimulation - Microsimulation

La microsimulation (à partir de la simulation microanalytique ou de la simulation microscopique) est une catégorie d'outils analytiques informatisés qui effectuent une analyse très détaillée d'activités telles que le trafic routier traversant une intersection, les transactions financières ou les agents pathogènes qui propagent la maladie à travers une population. La microsimulation est souvent utilisée pour évaluer les effets des interventions proposées avant leur mise en œuvre dans le monde réel. Par exemple, un modèle de microsimulation du trafic pourrait être utilisé pour évaluer l'efficacité de l'allongement d'une voie de virage à une intersection, et ainsi aider à décider s'il vaut la peine de dépenser de l'argent pour allonger réellement la voie.

introduction

La microsimulation peut être distinguée des autres types de modélisation informatique en examinant l'interaction d' unités individuelles telles que des personnes ou des véhicules . Chaque unité est traitée comme une entité autonome et l'interaction des unités peut varier en fonction des paramètres stochastiques (randomisés). Ces paramètres sont destinés à représenter les préférences et les tendances individuelles. Par exemple, dans un modèle de trafic, certains conducteurs sont prudents et attendent un grand écart avant de tourner, tandis que d'autres sont agressifs et acceptent de petits écarts. De même, dans un modèle de santé publique, les individus peuvent varier dans leur résistance à un virus, ainsi que dans leurs habitudes personnelles qui contribuent à la propagation du virus (par exemple, à quelle fréquence / soigneusement ils se lavent les mains).

L'International Microsimulation Association, définit la microsimulation comme une technique de modélisation qui opère au niveau d'unités individuelles telles que les personnes, les ménages, les véhicules ou les entreprises. Dans le modèle, chaque unité est représentée par un enregistrement contenant un identifiant unique et un ensemble d'attributs associés - par exemple une liste de personnes dont l'âge, le sexe, la situation matrimoniale et l'emploi sont connus; ou une liste de véhicules dont l'origine, la destination et les caractéristiques opérationnelles sont connues. Un ensemble de règles (probabilités de transition) est ensuite appliqué à ces unités conduisant à des changements simulés d'état et de comportement. Ces règles peuvent être déterministes (probabilité = 1), telles que les modifications de l'assujettissement à l'impôt résultant de modifications de la réglementation fiscale, ou stochastiques (probabilité <= 1), telles que le risque de mourir, de se marier, d'accoucher ou de déménager dans une période donnée . Dans les deux cas, le résultat est une estimation des résultats de l'application de ces règles, éventuellement sur de nombreuses étapes de temps, y compris à la fois le changement global global total et (surtout) la façon dont ce changement est distribué dans la population ou l'emplacement qui est modélisé.

Microsimulation économétrique

Dans la recherche en économétrie appliquée , la microsimulation est utilisée pour simuler le comportement des individus au fil du temps. La microsimulation peut être dynamique ou statique. S'il est dynamique, le comportement des personnes change avec le temps, alors que dans le cas statique, un comportement constant est supposé.

Il existe plusieurs modèles de microsimulation pour la fiscalité, les retraites et d'autres types d'activité économique et financière. Ces modèles sont généralement mis en œuvre par des agences gouvernementales ou des universitaires . Un exemple est Pensim2 (un modèle de retraite à microsimulation dynamique ) qui simule dynamiquement les revenus de retraite pour les 50 prochaines années au Royaume-Uni . Euromod est un modèle de microsimulation statique pour 15 États de l' Union européenne . Les modèles de microsimulation nord-américains comprennent les modèles de microsimulation longitudinale dynamique CORSIM et les modèles filles DYNACAN (Canada, terminé le 1er juin 2009) et POLISIM (États-Unis). Le ministère américain de la Santé et des Services sociaux utilise le modèle de revenu de transfert de microsimulation statique (TRIM) pour comprendre les impacts potentiels des modifications apportées aux programmes fiscaux, de transfert et de santé. Un exemple connexe qui fournit une microsmulation spatialement détaillée du développement urbain est PECAS .

Les modèles de microsimulation économétriques peuvent être classés en deux types:

• Les modèles de microsimulation fermés , longitudinaux et dynamiques (tels que DYNACAN et Pensim2) commencent avec une population initiale qui n'est modifiée que par les événements de vie simulés des modules démographiques, tels que la fécondité, la mortalité et la migration. Ainsi, à tout moment pendant l'exécution du modèle, on peut s'attendre à ce que la population simulée reste un échantillon (synthétique) pleinement représentatif de la population qu'elle modélise.
• Les modèles ouverts ont tendance à se concentrer sur des individus clés spécifiques et à générer leur représentativité basée sur la population de ces individus. Dans un tel environnement, de nouveaux individus sont ajoutés ou retirés de la population selon les besoins afin d'assurer un ensemble «approprié» d'événements de la vie pour les individus clés.

L'un des exemples les plus clairs de cette distinction est le traitement du mariage dans les deux types de modèles. Alors que les modèles ouverts peuvent simplement générer un conjoint approprié pour l'individu clé, les modèles fermés doivent plutôt déterminer quelles personnes au sein de sa population sont susceptibles de se marier, puis les apparier.

Microsimulation du trafic

vue d'une animation 2D typique de microsimulation. Représenté, un rond - point dans un pays où la circulation roule à gauche .

La microsimulation est également utilisée dans la modélisation du trafic et est caractérisée par des progiciels tels que TransModeler , PTV VISSIM , TSIS-CORSIM , Cube Dynasim, LISA + , Quadstone Paramics , SiAS Paramics , Simtraffic, Aimsun et MATSim . Les logiciels de modélisation analytique tels que LINSIG , TRANSYT , TRANSYT-7F ou SIDRA INTERSECTION représentent une classe différente de modèles basés sur des algorithmes mathématiques représentant des combinaisons d'éléments de modèle de trafic.

Les modèles de microsimulation du trafic simulent le comportement de véhicules individuels au sein d'un réseau routier prédéfini et sont utilisés pour prédire l'impact probable des changements dans les schémas de circulation résultant de modifications de la circulation ou de modifications de l'environnement physique.

La microsimulation a sa plus grande force dans la modélisation des réseaux routiers encombrés en raison de sa capacité à simuler les conditions de file d'attente. Les modèles de microsimulation continueront de fournir des résultats à des degrés de saturation élevés, jusqu'au point de blocage absolu. Cette capacité fait ce type de modèles très utiles pour analyser les opérations de la circulation dans les zones urbaines et les centres urbains, y compris les échanges , les ronds - points , sans feux et signalisées intersections , signalisation couloirs coordonnés, et les réseaux. La microsimulation reflète également des changements, même relativement faibles, de l'environnement physique, tels que le rétrécissement des voies ou le déplacement des lignes d'arrêt de jonction.

Ces dernières années, la modélisation par microsimulation a attiré l'attention sur sa capacité à représenter visuellement le comportement du trafic prévu à travers l'animation 3D , permettant aux profanes comme les politiciens et le grand public d'apprécier pleinement les impacts d'un projet proposé. D'autres progrès sont réalisés dans ce domaine avec la fusion des données de modèles de microsimulation avec une animation 3D de qualité cinématographique et avec la réalité virtuelle par des sociétés telles que FORUM8 au Japon.

Micro-simulation des piétons ou des foules

L'utilisation et l'acceptation de la microsimulation à base de piétons ou d'agents ont augmenté au cours des dernières années; ces systèmes se concentrent sur la simulation de personnes individuelles se déplaçant dans une zone de l'espace en ce qui concerne les mesures analytiques telles que l'utilisation de l'espace, le niveau de service, la densité, l'emballage et la frustration.

De nombreux logiciels de microsimulation de trafic actuels combinent des composants de trafic et des piétons pour créer des systèmes plus complets, tandis que de nombreux outils de simulation de foule de transition continuent d'être affinés pour une utilisation dans la conception d'espaces urbains à grande échelle.

Microsimulation en sciences de la santé

Dans les sciences de la santé, la microsimulation génère des histoires de vie individuelles. La technique est utilisée lorsque la modélisation de type «stock et flux» des proportions (macrosimulation) de la population ne peut pas décrire suffisamment le système d'intérêt. Ce type de modélisation n'implique pas nécessairement une interaction entre les individus (comme décrit ci-dessus) et dans ce cas peut générer des individus indépendamment les uns des autres, et peut facilement travailler avec un temps continu au lieu de pas de temps discrets.

Plusieurs exemples de modèles de microsimulation en sciences de la santé ont été rassemblés dans le programme CISNET du US National Cancer Institute ( http://cisnet.cancer.gov/ ). Au Canada, le modèle de santé de la population (POHEM) est une plate-forme commune qui examine plusieurs maladies chroniques, notamment le diabète, les maladies cardiovasculaires et l'arthrite.

Microsimulation spatiale

Les approches économiques et sanitaires de la microsimulation donnent un aperçu des impacts des changements des conditions environnementales, économiques ou politiques sur une population donnée d'individus. Cependant, les impacts de nombreux changements dépendent du contexte, ce qui signifie que la même modification (par exemple dans les tranches d'imposition sur le revenu) peut avoir des effets souhaitables dans certaines régions, mais des effets indésirables dans d'autres. Cette compréhension est à la base des approches spatiales de la microsimulation. Le terme microsimulation spatiale fait référence à un ensemble de techniques qui permettent d'approximer les caractéristiques des individus vivant dans une zone particulière, sur la base d'un ensemble de variables de contrainte connues sur la zone. Comme pour la microsimulation économétrique, la microsimulation spatiale peut être dynamique ou statique et peut inclure des unités interactives ou passives.

Guy Orcutt est largement cité comme l'initiateur de la microsimulation spatiale. La microsimulation spatiale a des exigences élevées en matière de calcul et de données et un certain degré de programmation informatique est une condition préalable à la configuration des modèles. Pour ces raisons, la technique n'est pas largement utilisée. Cependant, un certain nombre de facteurs ont conduit à une croissance rapide du nombre de publications sur la microsimulation spatiale au sein de la géographie universitaire et des disciplines connexes. Ceux-ci inclus:

• La disponibilité et les faibles coûts d' ordinateurs personnels puissants .
• L'émergence de logiciels informatiques conviviaux et peu coûteux permettant de créer des modèles de microsimulation. Les exemples sont R , Java et Python , chacun d'entre eux pouvant être classé comme logiciel libre et open source .
• Amélioration des activités de collecte de données par les gouvernements, les entreprises et les organisations à but non lucratif.
• Améliorer l'accessibilité des données.

Langages et plateformes de programmation

Il existe des langages de programmation à usage général, en plus des programmes spécifiques à un sujet (voir Simulation du trafic). Les exemples incluent JAS-mine, LIAM2, MODGEN et OpenM ++.

Voir également

• Flux de trafic
• Modèle de pension à microsimulation dynamique

Lectures complémentaires

• Moscarola, FC, Colombino, U., Figari, F., et Locatelli, M. (2014). Transfert des impôts du travail vers la propriété. Une simulation sous l'équilibre du marché du travail . Documents de discussion IZA 8832, Institut pour l'étude du travail (IZA).

Les références