Microsimulación - Microsimulation

La microsimulación (de simulación microanalítica o simulación microscópica) es una categoría de herramientas analíticas computarizadas que realizan análisis muy detallados de actividades como el tráfico de carreteras que fluye a través de una intersección, transacciones financieras o patógenos que propagan enfermedades a través de una población. La microsimulación se utiliza a menudo para evaluar los efectos de las intervenciones propuestas antes de que se implementen en el mundo real. Por ejemplo, se podría usar un modelo de microsimulación de tráfico para evaluar la efectividad de alargar un carril de giro en una intersección y así ayudar a decidir si vale la pena gastar dinero en alargar el carril.

Introducción

La microsimulación se puede distinguir de otros tipos de modelos informáticos al observar la interacción de unidades individuales , como personas o vehículos . Cada unidad es tratada como una entidad autónoma y la interacción de las unidades se permite variar dependiendo de los parámetros estocásticos (aleatorios). Estos parámetros están destinados a representar preferencias y tendencias individuales. Por ejemplo, en un modelo de tráfico, algunos conductores son cautelosos y esperan un gran espacio antes de girar, mientras que otros son agresivos y aceptan pequeños espacios. De manera similar, en un modelo de salud pública, las personas podrían variar en su resistencia a un virus, así como en los hábitos personales que contribuyen a la propagación del virus (por ejemplo, con qué frecuencia o con qué profundidad se lavan las manos).

La Asociación Internacional de Microsimulación, define la microsimulación como una técnica de modelado que opera a nivel de unidades individuales como personas, hogares, vehículos o empresas. Dentro del modelo, cada unidad está representada por un registro que contiene un identificador único y un conjunto de atributos asociados, por ejemplo, una lista de personas con edad, sexo, estado civil y laboral conocidos; o una lista de vehículos con orígenes, destinos y características operativas conocidos. A continuación, se aplica un conjunto de reglas (probabilidades de transición) a estas unidades que conducen a cambios simulados de estado y comportamiento. Estas reglas pueden ser deterministas (probabilidad = 1), como cambios en la obligación tributaria como resultado de cambios en las regulaciones tributarias, o estocásticas (probabilidad <= 1), como la posibilidad de morir, casarse, dar a luz o mudarse dentro de un período de tiempo determinado. . En cualquier caso, el resultado es una estimación de los resultados de la aplicación de estas reglas, posiblemente a lo largo de muchos pasos de tiempo, incluido tanto el cambio agregado general total como (lo que es más importante) la forma en que este cambio se distribuye en la población o ubicación que se está modelando.

Microsimulación econométrica

En la investigación de la econometría aplicada , la microsimulación se utiliza para simular el comportamiento de los individuos a lo largo del tiempo. La microsimulación puede ser dinámica o estática. Si es dinámico el comportamiento de las personas cambia con el tiempo, mientras que en el caso estático se asume un comportamiento constante.

Existen varios modelos de microsimulación para tributación, pensiones y otros tipos de actividad económica y financiera. Estos modelos suelen ser implementados por agencias gubernamentales o académicos . Un ejemplo es Pensim2 (un modelo de pensión de microsimulación dinámica ) que simula dinámicamente los ingresos por pensiones para los próximos 50 años en el Reino Unido . Euromod es un modelo de microsimulación estática para 15 estados de la Unión Europea . Los modelos de microsimulación norteamericanos incluyen el CORSIM de microsimulación dinámica longitudinal y los modelos hijos DYNACAN (Canadá, finalizado el 1 de junio de 2009) y POLISIM (Estados Unidos). El Departamento de Salud y Servicios Humanos de EE. UU. Utiliza el Modelo de ingresos de transferencia de microsimulación estática (TRIM) para comprender los impactos potenciales de los cambios en los programas de impuestos, transferencias y salud. Un ejemplo relacionado que proporciona una micromulación espacialmente detallada del desarrollo urbano es PECAS .

Los modelos de microsimulación econométrica se pueden clasificar en dos tipos:

  • Los modelos de microsimulación dinámica, longitudinal y cerrada (como DYNACAN y Pensim2) comienzan con una población inicial que solo es modificada por los eventos de vida simulados de los módulos demográficos, como la fecundidad, la mortalidad y la migración. Por lo tanto, en cualquier momento durante la ejecución del modelo, se puede esperar que la población simulada siga siendo una muestra completamente representativa (sintética) de la población que está modelando.
  • Los modelos abiertos tienden a enfocarse en individuos clave específicos y generan su representatividad en base a la población de dichos individuos. En un entorno de este tipo, se agregan o eliminan nuevos individuos de la población según sea necesario para asegurar un conjunto "apropiado" de eventos de vida para los individuos clave.

Uno de los ejemplos más claros de esta distinción es el tratamiento del matrimonio dentro de los dos tipos de modelos. Mientras que los modelos abiertos pueden simplemente generar un cónyuge apropiado para el individuo clave, los modelos cerrados deben, en cambio, determinar qué personas dentro de su población es probable que se casen y luego emparejarlas.

Microsimulación de tráfico

vista de una típica animación 2D de microsimulación. En la foto, una rotonda en un país donde el tráfico circula por la izquierda .

La microsimulación también se utiliza en el modelado de tráfico y se caracteriza por paquetes de software como TransModeler , PTV VISSIM , TSIS-CORSIM , Cube Dynasim, LISA + , Quadstone Paramics , SiAS Paramics , Simtraffic, Aimsun y MATSim . El software de modelado analítico como LINSIG , TRANSYT , TRANSYT-7F o SIDRA INTERSECTION representan una clase diferente de modelos basados ​​en algoritmos matemáticos que representan combinaciones de elementos del modelo de tráfico.

Los modelos de microsimulación de tráfico simulan el comportamiento de vehículos individuales dentro de una red de carreteras predefinida y se utilizan para predecir el impacto probable de los cambios en los patrones de tráfico resultantes de cambios en el flujo del tráfico o de cambios en el entorno físico.

La microsimulación tiene su mayor fortaleza en el modelado de redes de carreteras congestionadas debido a su capacidad para simular las condiciones de las colas. Los modelos de microsimulación continuarán proporcionando resultados a altos grados de saturación, hasta el punto de un estancamiento absoluto. Esta capacidad hace que este tipo de modelos muy útiles para analizar las operaciones de tráfico en las zonas urbanas y centros de las ciudades, incluyendo intercambios , rotondas , semaforizadas y señalizadas intersecciones , señales pasillos coordinada, y redes de área. La microsimulación también refleja incluso cambios relativamente pequeños en el entorno físico, como el estrechamiento de carriles o la reubicación de líneas de parada en los cruces.

En los últimos años, el modelado de microsimulación ha llamado la atención por su capacidad para representar visualmente el comportamiento del tráfico previsto a través de la animación 3D , lo que permite a los laicos, como los políticos y el público en general, apreciar plenamente los impactos de un esquema propuesto. Se están realizando más avances en esta área con la fusión de datos de modelos de microsimulación con animación 3D de calidad cinematográfica y con realidad virtual por parte de empresas como FORUM8 en Japón.

Microsimulación de peatones o multitudes

La microsimulación basada en peatones o agentes ha aumentado en uso y aceptación dentro de la industria en los últimos años; estos sistemas se centran en la simulación de personas individuales que se mueven a través de un área del espacio con respecto a medidas analíticas como la utilización del espacio, el nivel de servicio, la densidad, el empaque y la frustración.

Muchos paquetes de software de microsimulación de tráfico actuales combinan componentes de tráfico y peatones para crear sistemas más completos, mientras que muchas herramientas de simulación de multitudes de transición se siguen perfeccionando para su uso en el diseño de espacios urbanos a gran escala.

Microsimulación en ciencias de la salud

En las ciencias de la salud, la microsimulación genera historias de vida individuales. La técnica se utiliza cuando el modelado de proporciones (macrosimulación) de la población de tipo "stock-and-flow" no puede describir suficientemente el sistema de interés. Este tipo de modelado no implica necesariamente la interacción entre individuos (como se describió anteriormente) y en ese caso puede generar individuos independientemente unos de otros, y puede trabajar fácilmente con tiempo continuo en lugar de pasos de tiempo discretos.

Varios ejemplos de modelos de microsimulación en ciencias de la salud se han reunido en el programa CISNET del Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos ( http://cisnet.cancer.gov/ ). En Canadá, el Modelo de salud de la población (POHEM) es una plataforma común que examina múltiples enfermedades crónicas, incluidas la diabetes, las enfermedades cardiovasculares y la artritis.

Microsimulación espacial

Los enfoques económicos y sanitarios de la microsimulación proporcionan información sobre los impactos de los cambios en las condiciones ambientales, económicas o políticas en una población determinada de individuos. Sin embargo, los impactos de muchos cambios dependen del contexto, lo que significa que la misma alteración (por ejemplo, en las bandas del impuesto sobre la renta) puede tener efectos deseables en algunas regiones, pero efectos indeseables en otras. Esta comprensión se encuentra en la raíz de los enfoques espaciales de la microsimulación. El término microsimulación espacial se refiere a un conjunto de técnicas que permiten aproximar las características de los individuos que viven en un área en particular, en base a un conjunto de variables de restricción que se conocen sobre el área. Al igual que con la microsimulación econométrica, la microsimulación espacial puede ser dinámica o estática, y puede incluir unidades interactivas o pasivas.

Guy Orcutt es ampliamente citado como el creador de la microsimulación espacial. La microsimulación espacial tiene altos requisitos computacionales y de datos y cierto grado de programación informática es un requisito previo para configurar modelos. Por estas razones, la técnica no se usa ampliamente. Sin embargo, varios factores han llevado a un rápido crecimiento en el número de publicaciones sobre microsimulación espacial dentro de la geografía académica y disciplinas relacionadas. Éstos incluyen:

  • La disponibilidad y los bajos costos de las potentes computadoras personales .
  • La aparición de software de computadora fácil de usar y de bajo costo con el que se pueden crear modelos de microsimulación. Algunos ejemplos son R , Java y Python , cada uno de los cuales se puede clasificar como software gratuito y de código abierto .
  • Mejorar las actividades de recopilación de datos por parte de gobiernos, corporaciones y organizaciones sin fines de lucro.
  • Mejora de la accesibilidad a los datos.

Plataformas y lenguajes de programación

Hay lenguajes de programación de propósito general, además de programas específicos por tema (consulte Simulación de tráfico). Los ejemplos incluyen JAS-mine, LIAM2, MODGEN y OpenM ++.

Ver también

Otras lecturas

Referencias

  1. ^ La Asociación Internacional de Microsimulación - Objetivos
  2. ^ "TRIM3" .
  3. ^ Hennessy, Deirdre A .; Flanagan, William M .; Tanuseputro, Peter; Bennett, Carol; Atún, meltem; Kopec, Jacek; Wolfson, Michael C .; Manuel, Douglas G. (2015). "El modelo de salud de la población (POHEM): una descripción general de la justificación, los métodos y las aplicaciones" . Métricas de salud de la población . 13 : 24. doi : 10.1186 / s12963-015-0057-x . PMC   4559325 . PMID   26339201 .
  4. ^ Ballas, D., Dorling, D., Thomas, B. y Rossiter, D. (2005). La geografía importa: simulando los impactos locales de las políticas sociales nacionales (p. 491). Fundación Joseph Rowntree. doi : 10.2307 / 3650139 , disponible gratuitamente aquí: http://www.jrf.org.uk/publications/geography-matters-simulating-local-impacts-national-social-policies
  5. ^ "JAS-mío" .
  6. ^ "Acerca de - LIAM2" .
  7. ^ "Modgen (generador de modelos)" . 2009-09-30.
  8. ^ "OpenM ++" .