Geo- Simulation
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Simulation Geographischer Systeme Peter MANDL UNIGIS Studientage 3/98 Mittwoch, den 7. Juli 1999 Inhalt des Vortrages 1. Was ist Computersimulation? 1.1 Dynamisierung von (räumlichen) Modellen 2. Rahmen für Geo-Simulation 3. Charakteristika und Aufgaben von GeoSimulation 4. Drei Beispiele für Geo-Simulation 5. Ausblick 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 2 1. Was ist Computersimulation? • Erzeugen künstlicher Landschaften und Welten (SimCity etc.) SimCity Flug über NP Berchtesgaden • Lösen von Gleichungen auf iterativem Wege Travelling Salesmanproblem • Durchführung von Experimenten im Computer Cellular Automata • Dynamisierung von räumlichen Modellen 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 3 1.1 Dynamisierung von Modellen Geographisches System Rückschlüsse Modellentwurf Konzeptuelles Modell Simulationsergebnisse Implementation Computer-Modell (nach PAGE 91) 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 4 2. Rahmen für Geo-Simulation Geo-System-Ebene Abbildungs-Ebene Verhalten Theorien GeoSimulation Struktur Relationen Angewandte GI-Modelle 7. Juli 1999 Räumliche Konzepte Formale GI-Modelle GIS-Grundfunktionen Zustand Objekte und Attribute GI-System Ebene Daten Mandl: Simulation Geographischer Systeme GIS-Datenmodelle 5 3.1 Charakteristika von Geo-Simulation • Verteilte Mod. (P, L, F, O / diskret, stetig) • Dynamisierung (Zeit, Raum, Inhalte, ...) • Kopplung von GI-Systemen und Simulationsumgebungen (Interfaces) • Neue Methoden (Soft Computing, AI, ...) • Mikro- und Makro-Ansätze • Induktive und deduktive Modellbildung 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 6 3.1 Charakteristika von Geo-Simulation • Verteilte Mod. (P, L, F, O / diskret, stetig) • Dynamisierung (Zeit, Raum, Inhalte, ...) • Kopplung von GI-Systemen und Simulationsumgebungen (Interfaces) • Neue Methoden (Soft Computing, AI, ...) • Mikro- und Makro-Ansätze • Induktive und deduktive Modellbildung 1 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 2 3 7 3.2 Aufgaben von Geo-Simulation • Verhaltenserkundung: Spielräume ausloten • Szenarienbildung: was-wäre-wenn im Rahmen unterschiedlicher Ziele • Zustandserzeugung: vorgegebene Zustände anstreben • Optimierung: beste Zustände bestimmen 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 8 3.2 Aufgaben von Geo-Simulation • Verhaltenserkundung: Spielräume ausloten • Szenarienbildung: was-wäre-wenn im Rahmen unterschiedlicher Ziele • Zustandserzeugung: vorgegebene Zustände anstreben • Optimierung: beste Zustände bestimmen 1 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 2 3 9 4. Beispiel 1: Fuzzy-SDSS • Thema: Simulationsmodell zur Unterstützung räumlicher Entscheidungen im Regionalbereich • Ziel: Empfehlung zur Regionsentwicklung • Methode: Fuzzy-System-Model • Charakteristika • Aufgaben 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 10 4. Beispiel 1: Fuzzy-SDSS Entwicklungskriterien • wirtschaftliche Basis • Lebensqualität • Umwelt • demogr. Situation • kulturelle Aktivitäten 7. Juli 1999 Entwicklungsziele • keine Veränderung • Industrie • Transit • Landwirtschaft • Einrichtungen • Tourismus • Wohnnutzung Mandl: Simulation Geographischer Systeme 11 4. Beispiel 1: Fuzzy-SDSS Eigenschaften des Ansatzes • widersprüchliche Expertenmeinungen • parallele Verarbeitung der Kriterien • Zusammenhänge durch „weiche“ Regeln • leichte Verhaltenserkundung und Szenarienbildung • Transfer: neue Regeln, Operatoren etc. 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 12 4. Beispiel 1: Fuzzy-SDSS • Charakteristika • Aufgaben 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 13 4. Beispiel 2:. VT/GIS • Thema: Simulationsmodell der landwirtschaftlichen Standorttheorie nach J.H. von Thünen • Ziel: Voraussage der optimalen Nutzung • Methode: GIS-Makro-Modell • Charakteristika • Aufgaben 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 14 4. Beispiel 2:. VT/GIS L=Y(P-C)-YDF mit: L die jeweils erzielbare Bodenrente (z.B. in öS pro km²) ist, Y der Anbauertrag (z.B. in t pro km²) P der Marktpreis der Feldfrucht (z.B. in öS pro t) C die Erzeugungskosten der Feldfrucht (z.B. in öS pro t) D die Entfernung zum zentralen Ort (in km) und F die Transportkosten (z.B. in öS pro Tonnenkilometer). 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme Wohngebiete Bodenrente pro km² Milch/Gemüse Weizenanbau Weidewirtschaft Ödland Entfernung von der Stadt Weidewirtschaft Ödland Weizenanbau Milch/Gemüse Wohngebiete Entfernung von der Stadt 15 4. Beispiel 2:. VT/GIS Eigenschaften des Ansatzes • Berücksichtigung mehrere Städte • Variable Transportkosten (Eisenbahn) • Transporthindernisse (Seen) • Friktionsoberflächen für Ertrag • Transfer: Mikro-, Meso- und Makroebene 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 16 4. Beispiel 3: ISLAND-Demo • Thema: Explor. Modellierung von sozioökon.Folgen klimatischer Veränderungen • Ziel: Einflußfolgenabschätzung und Szenarienentwicklung • Methode: verteilte dyn. Geo-Simulation • Charakteristika • Aufgaben 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 17 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 18 4. Beispiel 3: ISLAND-Demo Eigenschaften des Ansatzes • Arbeiten im Mikro- (Inhalt) und Makromodell (Raum) möglich • Diffusionssimulation • Interaktive Graphik • offenes Konzept • Zellulärer Automaten Ansatz 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 19 5. Ausblick • neue Plattformen: Internet, verteilte Syst. • neue Methoden: Multiagentenbasierte MapServer Mod., zelluläre Automaten, Fuzzy-NeuroGenetische Modelle PIK SFI • neue Ansätze: Syndrom-, Komplexitätsm. • Harmonisierung und Interoperabilität OpenGIS • Geocomputation Leeds 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 20 Geo-Simulation Multiagentenbasierte Modelle: Java Antz Zelluläre Automaten: The Philosophical Computer RBSim FireGIS Online Verkehr Duisburg 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 21 Zitate zur Präsentation • Fuzzy-SDSS CubiCalc Demo Download • DODSON, R.F. (1991): VT/GIS: The von Thünen GIS Package. NCGIA, Santa Barbara VT/GIS Download • ISLAND-Demo ISLAND Model Download 7. Juli 1999 Mandl: Simulation Geographischer Systeme 22
