В Университете Аристотеля в Тессаланоки (Греция) была разработана гибридная агент-ориентированная модель, позволяющая оценить потребности населения в воде. Актуальность данной темы исследования обоснована тем, что спрос на воду постоянно растет, в то время как запасы пресной воды ограничены. Разработанная модель призвана помочь ЛПР проанализировать влияние изменений в ценовой политике на воду, а также в управлении спросом на воду (water demand management). Модель включает в себя как элементы агент-ориентрованного моделирования, так и элементы эконометрического моделирования. Общая схема модели представлена на рис.1
Рис.1 Общая схема модели
Итак, составляющая агент-ориентированного моделирования заключается в том, что в модели имеется три типа агентов: поставщик воды (Water Supplier Agent), группа агентов, представляющих собой потребителей воды (Consumer Agents) и агент-метеоролог (Meteorologist Agent), который задает прогноз погодных условий.
Эконометрическая составляющая состоит в том, что каждый агент-потребитель воды в каждый момент времени оценивает свою функцию спроса на воды, которая задается как:
C(i, t) = α + βX(i, t) + γZ(i) + δS(i, t) + v(i) + ε(i, t)
где:
C(i, t) — потребление воды в кубометрах домохозяйством (агентом) i в момент времени t;
X(i, t) – вектор переменных, определяющих цену;
Z(i) — вектор специфических для каждого домохозяйства переменных;
v(i) – нетипичное (неожиданное) потребление воды i-м домохозяйством;
ε(i, t) – ошибки;
α, β,δ– оцениваемые коэффициенты (эластичности).
Отдельно следует поговорить о векторе S(i,t). Важным этапом модели является процесс общения агентов-потребителей. Каждый индивидуальный агент расположен на сетке с определенными координатами (x,y), таким образом, каждый агент задается как СА(х,у). У агента имеется ограниченное число соседей. Каждый агент посылает своим «соседям» сообщения о «социальном весе», который отражает способность агента убеждать других потребителей. Чем выше «вес» потребителя в обществе (например, «вес» депутата и «вес» водителя грузовика различны), тем выше его «социальный вес». Таким образом, «общение» агентов осуществляется в процессе диффузии, когда агент посылает всем соседям сообщения о своем «социальном весе» При принятии решения об объеме потребления воды он учитывает суммы всех «социальных весов», которые получил от соседей. В рамках эконометрической модели эта веса входят в виде вектора:
где sw –социальный вес, который агент i получил от своего соседа N.
Симуляции задаются следующим образом:
Задается сценарий, а именно ценовая политика, метеорологические условия и функции спроса на воды (их вид).
Агент-метеоролог информирует поставщика воды о погодных условиях.
У каждого агента-потребителя просят определить свои потребности в воде (спрос), причем агент знает погодные условия и цены на воду.
В процессе диффузии происходит «общение» агентов-потребителей.
Каждый агент-потребитель определяет свои потребности в воде, учитывая результаты «общения» агентов.
Агент-поставщик определяет общие потребности в воде, агрегируя индивидуальные функции спроса.
Агент-поставщик (если требуется) изменяет ценовую политику и инициирует новый цикл симуляций (возращение к пункту 2).
Когда заканчиваются симуляции, результат предоставляется пользователю модели.
Разработанная модель была протестирована на данных о потреблении воды в Греции, город Тессаланоки.
Было задано пять видов сценария для ценовой политики:
Сценарий А: нет обучения, цена на воду индексируется с учетом инфляции;
Сценарий B: нет обучения, цена на воду растет ежегодно на 5%;
Сценарий С: нет обучения, цена на воду растет ежегодно на 7,5%;
Сценарий D: вводится обучения (средний уровень), цена на воду индексируется с учетом инфляции;
Сценарий E: вводится обучения (высокий уровень), цена на воду индексируется с учетом инфляции.
Уровень инфляции задавался в симуляциях на уровне менее 5%. Оценка проводилась за 2004-2010 гг., для всех сценариев. На рис.2 представлены результаты симуляций.
Рис.2. Общее годовое потребление воды.
Очевидно, что с точки зрения объемов потребляемой воды наилучшими сценариями оказались сценарии E и D, поскольку к 2010 г. объем потребления воды для этих сценариев меньше, чем для первых трех сценариев, которые дают примерно одинаковые результаты. Обучение здесь заключается в том, что поставщик воды учитывает динамику потребления воды и с учетом этого меняет свою ценовую политику, в частности может ввести ограничения на объем потребления для отдельных групп потребителей. В первых трех сценариях же поставщик воды не учитывал полученные результаты, а придерживался фиксированной стратегии – поддерживать уровень цен на уровне 5% или 7,5%, или же индексировать их с учетом инфляции.
Таким образом, данная модель позволяет сделать вывод о том, что именно гибкая политика в области water-management способна снизить объемы потребляемой воды.
Более подробная информация:
Ioannis N. Athanasiadis, Alexandros K. Mentes, Pericles A. Mitkas, Yiannis A. Mylopoulos «A Hybrid Agent-Based Model for Estimating ResidentialWater Demand»
← Все материалы дайджеста