Microsimulação - Microsimulation

A microssimulação (de simulação microanalítica ou simulação microscópica) é uma categoria de ferramentas analíticas computadorizadas que realizam análises altamente detalhadas de atividades, como tráfego rodoviário que flui por uma interseção, transações financeiras ou patógenos espalhando doenças por uma população. A microssimulação é freqüentemente usada para avaliar os efeitos das intervenções propostas antes de serem implementadas no mundo real. Por exemplo, um modelo de microssimulação de tráfego pode ser usado para avaliar a eficácia do alongamento de uma faixa de conversão em uma interseção e, assim, ajudar a decidir se vale a pena gastar dinheiro realmente no alongamento da faixa.

Introdução

A microssimulação pode ser diferenciada de outros tipos de modelagem computacional ao observar a interação de unidades individuais , como pessoas ou veículos . Cada unidade é tratada como uma entidade autônoma e a interação das unidades é permitida variar dependendo de parâmetros estocásticos (randomizados). Esses parâmetros têm a intenção de representar preferências e tendências individuais. Por exemplo, em um modelo de tráfego, alguns motoristas são cautelosos e esperam por uma grande lacuna antes de virar, enquanto outros são agressivos e aceitam pequenas lacunas. Da mesma forma, em um modelo de saúde pública, os indivíduos podem variar em sua resistência a um vírus, bem como em hábitos pessoais que contribuem para a propagação do vírus (por exemplo, com que frequência / bem eles lavam as mãos).

A International Microsimulation Association define a micro-simulação como uma técnica de modelagem que opera no nível de unidades individuais, como pessoas, residências, veículos ou empresas. Dentro do modelo, cada unidade é representada por um registro contendo um identificador único e um conjunto de atributos associados - por exemplo, uma lista de pessoas com idade, sexo, estado civil e situação profissional conhecidos; ou uma lista de veículos com origens, destinos e características operacionais conhecidas. Um conjunto de regras (probabilidades de transição) é então aplicado a essas unidades, levando a mudanças simuladas de estado e comportamento. Essas regras podem ser determinísticas (probabilidade = 1), como mudanças na obrigação tributária resultante de mudanças nos regulamentos tributários, ou estocásticas (probabilidade <= 1), como chance de morrer, casar, dar à luz ou se mudar dentro de um determinado período de tempo . Em ambos os casos, o resultado é uma estimativa dos resultados da aplicação dessas regras, possivelmente ao longo de muitas etapas de tempo, incluindo a mudança agregada geral total e (mais importante) a maneira como essa mudança é distribuída na população ou local que está sendo modelado.

Microssimulação econométrica

Na pesquisa em econometria aplicada , a micro-simulação é usada para simular o comportamento dos indivíduos ao longo do tempo. A microssimulação pode ser dinâmica ou estática. Se for dinâmico, o comportamento das pessoas muda ao longo do tempo, enquanto no caso estático é assumido um comportamento constante.

Existem vários modelos de microssimulação para tributação, pensões e outros tipos de atividade econômica e financeira. Esses modelos são normalmente implementados por agências governamentais ou acadêmicos . Um exemplo é o Pensim2 (um modelo de pensão de microssimulação dinâmica ) que simula dinamicamente a renda de pensão para os próximos 50 anos no Reino Unido . Euromod é um modelo de micro-simulação estática para 15 estados da União Europeia . Os modelos de microssimulação norte-americanos incluem os modelos longitudinais e dinâmicos de microssimulação CORSIM e os modelos filhos DYNACAN (Canadá, encerrado em 1 ° de junho de 2009) e POLISIM (Estados Unidos). O Departamento de Saúde e Serviços Humanos dos Estados Unidos usa o Modelo de Renda de Transferência de Microssimulação (TRIM) estático para entender os impactos potenciais das mudanças nos programas de impostos, transferências e saúde. Um exemplo relacionado que fornece micro-simulação espacialmente detalhada do desenvolvimento urbano é o PECAS .

Os modelos econométricos de micro-simulação podem ser classificados em dois tipos:

• Modelos fechados , longitudinais e de micro-simulação dinâmica (como DYNACAN e Pensim2) começam com uma população inicial que só é modificada pelos eventos de vida simulados dos módulos demográficos, como fertilidade, mortalidade e migração. Assim, a qualquer momento durante a execução do modelo, pode-se esperar que a população simulada permaneça uma amostra totalmente representativa (sintética) da população que está modelando.
• Os modelos abertos tendem a focar em indivíduos- chave específicos e gerar sua representatividade com base na população desses indivíduos. Em tal ambiente, novos indivíduos são adicionados ou removidos da população conforme necessário para garantir um conjunto "apropriado" de eventos de vida para os indivíduos-chave.

Um dos exemplos mais claros dessa distinção é o tratamento do casamento nos dois tipos de modelos. Enquanto os modelos abertos podem simplesmente gerar um cônjuge apropriado para o indivíduo-chave, os modelos fechados devem, em vez disso, determinar quais pessoas dentro de sua população provavelmente se casarão e, em seguida, como combiná-las.

Microssimulação de tráfego

vista de uma animação 2D típica de micro-simulação. Na foto, uma rotatória em um país onde o tráfego segue à esquerda .

A microssimulação também é usada na modelagem de tráfego e é tipificada por pacotes de software como TransModeler , PTV VISSIM , TSIS-CORSIM , Cube Dynasim, LISA + , Quadstone Paramics , SiAS Paramics , Simtraffic, Aimsun e MATSim . Softwares de modelagem analítica como LINSIG , TRANSYT , TRANSYT-7F ou SIDRA INTERSECTION representam uma classe diferente de modelos baseados em algoritmos matemáticos que representam combinações de elementos do modelo de tráfego.

Os modelos de microssimulação de tráfego simulam o comportamento de veículos individuais em uma rede rodoviária predefinida e são usados ​​para prever o provável impacto das mudanças nos padrões de tráfego resultantes de mudanças no fluxo de tráfego ou de mudanças no ambiente físico.

A microssimulação tem sua maior força na modelagem de redes viárias congestionadas devido à sua capacidade de simular condições de filas. Os modelos de microssimulação continuarão a fornecer resultados em altos graus de saturação, até o ponto de travamento absoluto. Esta capacidade torna este tipo de modelos muito úteis para analisar operações de trânsito em áreas urbanas e centros de cidades, incluindo intercâmbios , rotundas , sem sinalização e sinalizados cruzamentos , sinais coordenado corredores, e redes de área. A microssimulação também reflete mudanças relativamente pequenas no ambiente físico, como o estreitamento das faixas ou a realocação das linhas de interseção.

Nos últimos anos, a modelagem de microssimulação ganhou atenção por sua capacidade de representar visualmente o comportamento previsto do tráfego por meio de animação 3D , permitindo que leigos, como políticos e o público em geral, apreciem totalmente os impactos de um esquema proposto. Outros avanços estão sendo feitos nesta área com a fusão de dados de modelo de micro-simulação com animação 3D de qualidade cinematográfica e com realidade virtual por empresas como FORUM8 no Japão.

Microssimulação de pedestres ou multidão

A microssimulação baseada em agentes ou pedestres cresceu em uso e aceitação na indústria nos últimos anos; esses sistemas se concentram na simulação de pessoas individuais movendo-se por uma área do espaço com relação a medidas analíticas, como utilização do espaço, nível de serviço, densidade, embalagem e frustração.

Muitos pacotes de software de microssimulação de tráfego atuais estão combinando componentes de tráfego e pedestres para criar sistemas mais completos, enquanto muitas ferramentas de simulação de multidão de transição continuam a ser refinadas para uso em projetos de espaço urbano em grande escala.

Microsimulação em ciências da saúde

Nas ciências da saúde, a micro-simulação gera histórias de vida individuais. A técnica é usada quando a modelagem de proporções do tipo "estoque e fluxo" (macrosimulação) da população não pode descrever suficientemente o sistema de interesse. Este tipo de modelagem não envolve necessariamente interação entre indivíduos (conforme descrito acima) e, nesse caso, pode gerar indivíduos independentemente uns dos outros, e pode facilmente trabalhar com tempo contínuo em vez de intervalos de tempo discretos.

Vários exemplos de modelos de microssimulação em ciências da saúde foram reunidos no programa CISNET do Instituto Nacional do Câncer dos EUA ( http://cisnet.cancer.gov/ ). No Canadá, o Population Health Model (POHEM) é uma plataforma comum que examina várias doenças crônicas, incluindo diabetes, doenças cardiovasculares e artrite.

Microssimulação espacial

Abordagens econômicas e de saúde para microssimulação fornecem insights sobre os impactos das mudanças nas condições ambientais, econômicas ou políticas em uma determinada população de indivíduos. No entanto, os impactos de muitas mudanças dependem do contexto, o que significa que a mesma alteração (por exemplo, nas faixas de imposto de renda) pode ter efeitos desejáveis ​​em algumas regiões, mas efeitos indesejáveis ​​em outras. Esse entendimento está na raiz das abordagens espaciais da micro-simulação. O termo microssimulação espacial se refere a um conjunto de técnicas que permitem aproximar as características dos indivíduos que vivem em uma determinada área, a partir de um conjunto de variáveis de restrição conhecidas sobre a área. Tal como acontece com a microssimulação econométrica, a microssimulação espacial pode ser dinâmica ou estática e pode incluir unidades de interação ou passivas.

Guy Orcutt é amplamente citado como o criador da microssimulação espacial. A microssimulação espacial tem altos requisitos computacionais e de dados e algum grau de programação de computador é um pré-requisito para configurar modelos. Por essas razões, a técnica não é amplamente utilizada. No entanto, vários fatores levaram a um rápido crescimento no número de publicações sobre microssimulação espacial dentro da geografia acadêmica e disciplinas relacionadas. Esses incluem:

• A disponibilidade e os baixos custos de computadores pessoais poderosos .
• O surgimento de software de computador amigável e de baixo custo com o qual modelos de micro-simulação podem ser criados. Os exemplos são R , Java e Python , cada um dos quais pode ser classificado como software livre e de código aberto .
• Melhorar as atividades de coleta de dados por governos, empresas e organizações sem fins lucrativos.
• Melhorar a acessibilidade aos dados.

Linguagens e plataformas de programação

Existem linguagens de programação de propósito geral, além de programas de tópicos específicos (consulte Simulação de tráfego). Os exemplos incluem JAS-mine, LIAM2, MODGEN e OpenM ++.

Veja também

• Fluxo de tráfego
• Modelo de pensão de microssimulação dinâmica

Leitura adicional

• Moscarola, FC, Colombino, U., Figari, F., & Locatelli, M. (2014). Transferência de impostos do trabalho para a propriedade. A Simulation under Labour Market Equilibrium . IZA Discussion Papers 8832, Instituto para o Estudo do Trabalho (IZA).

Referências