Modelli basati su processi spaziali

Per la rappresentazione delle dinamiche di un modello basato sull’esecuzione di processi a l ivello spazial e si util izzano generalm ente due di st inti punti di vis ta. Il prim o punt o di vist a così det to Eul eri ano descrive i proces si che infl uenzano l e propri et à di uno spazio fiss o e predet erminato (ad es, l a t emperat ura); si t ratt a quind i di un proces s o che des crive un cambi am ent o. Il secondo punto di vist a o prospettiva Lagrangiana, descrive il movimento dell’oggetto nello spazio, riporta quindi l a des crizione di un movi mento. Molti proces si del mondo real e possono ess ere vist i com e un p rocess o di tipo Eul eriano o Lagragi ano.

Al fine di rappres entare l e dinami che di un ABM il modello viene impl em ent ato com e una sim ul azione ad eventi dis creti (Zei ger 2000), dove vi è un m eccanismo che s candisce il veri fi carsi di alcuni eventi e dett a le te mpis tiche rel ative all’evoluzione del comportamento degli agenti. All’interno di un modello ABM gli eventi possono ess ere s chedul ati s econdo logi che t em poral e di fferenti:

 Eventi schedulati in modo sincrono, è la situazione in cui gli agenti e gli oggetti eseguono l e propri e azioni cont emporaneam ent e al lo scatt are di ogni time st ep, oppure dopo che un det erminat o num ero di time st ep s ono trascorsi.

 Eventi schedulati in modo asincrono. Un evento e/o l’azione da porre in atto da part e di un agent e è schedul at a ed eseguita solo a tim e st ep predefini ti. Con quest o approcci o è possibi le predisporre una seri e di eventi concat enati

46 nel tempo, in modo da simulare l’evoluzione storica di eventi predet ermi nati.

 Infine il modello può contenere dei processi attivati da agenti, in grado di scat enare il verificarsi di determi nati eventi oppure aggiungerli all a list a di eventi fut uri che il modello esegui rà a dist anza di un det erminat o peri odo (Ropell a 2002).

Dopo aver tracci ato una prim a disti nzione nel la m etodologi a di ra ppresent azione tra i si stemi G IS e i modell i ABM è pos sibil e const at are che, le probl em ati che di utilizzo su di una st ess a pi att aforma di questi due appli cati vi sono da rinveni re nella specificazione e nell’implementazione della relazione tra i processi at tuati dagli oggetti degli ABM e i dati spazial i. P er com prendere qual i s ono l e caratt eristi che concettuali da considerare in fas e di realizzazione di una piatt aform a, in cui siano pres enti l a com ponent e GIS e AB M, di s eguit o analizziam o quattro differenti ti pologie di rel azioni che pos sono ess ere implementate per la realizzazi one di un coll egam ent o tra logiche G IS e AB M. In parti col are si analizzerà com e l e different i tipol ogi e di rel azioni previst e inci dono sull a rappresentazi one dell e dinami che geografi ch e e s pazi ali.

 RELAZ IONE IDENTITARIA

Questo ti po di rel azione è im plem entata realizzando un collegam ento t ra un agent e e una o più caratt eri stiche dell o spazio. Al sist em a GIS è ris ervato il compit o di gest ire l e inform azioni geografi che relat i ve all ’attri but o spazi al e, m ent re l’ABM è deputato alla gestione del comportamento dell’agente e al cambiamento delle caratteristiche dell’agente stesso. Le caratteristiche spaziali associate ad un agente possono variare, come gli attributi associati all’agen te. Le caratteristiche spaziali associato all’agente possono essere espresse mediante un sistema vettoriale, poligoni, rett e e punt i o att raverso cell e nell a rappresent azione m edi ante rast er. Le rel azioni t ra agent e e carat terist iche spazi ali possono ess er e one -to -one, per ci as cun agent e è ass oci at a una s ola carat teristi ca s pazi al e, oppure una rel azione di tipo one -t o m an y i n cui per ciascun agent e sono associ ate pi ù caratt eri sti che spaziali. E’ inoltre possibile che alcune caratteristiche spaziali non sian o associate a nessun agent e o che vicevers a ad alcuni agenti non si a ass ociat a ness una caratt eristi ca spazi al e. Un es empio di rel azione identit aria può ess ere quello di un vei col o rappres ent at o da un agent e, con le propri e regol e di movim ent o, associ at o ad uno speci fico punto nello spazio (Deadman e Gimbl ett 1994). Il punto s i muove nell o spazio quando il vei col o si muove e gli attri buti del punto vari ano al vari are degli att ribut i del veicol o.

 RELAZ IONE CAUSALE

In al cuni model li l e azioni int raprese dagli agenti sono in grado di m odi fi care l e caratt eristi che spaziali di uno spazio e/ o di variarne gli att ributi, nonost ant e non sia present e una rel azione i dentit aria tra agent e e spazio. In questo caso l e azioni post e in att o dagli agenti sono in grado di modi fi care l’ubi cazione o gli attribut i di

47 una caratt eristi ca s pazial e oppure det erm inano una vari azione dell e caratt eristi che dello spazio in cui l’azione è stata eseguita. Un esempio può essere rappresentato da un’agenzia di salute pubblica (agente) che attu a un piano destinato al trattamento dell e zone paludos e con un alto tas so di zanz are (poli gono spazial e con relat ivo att ribut o) al fine di ridurre le malat tie t rasm ess e da questi i ns etti. Le azioni intraprese dall’agente comportano una variazione degli att ributi relativi al poligono spazial e interes sato: a livell o di rast er l a cella non sarà più considerat a una zona paludos a e a livell o vett orial e il poligono i nteressat o pres ent erà una riduzione dell’attributo inerente il quantitativo di zanzare.

 RELAZ IONE TEMPORA LE

Nei m odelli in cui è pres ente un coll egam ento t ra la rappres ent azione m edi ant e ABM e l a rappres entazione GIS due s ono le azioni i nteressat e dall a dinami ca temporale: 1) le azioni intraprese dagli agenti 2) l’aggiornamento degli attributi o del posizionamento nel dat abas e o in fase di rappres ent azione. Ent rambi poss ono essere gestiti utilizzando un approccio sincrono o asincrono. Quando l’esecuzione dell e azioni s opra ri port at e vi ene svolt a in modo sincrono, il coordi namento dell e dinamiche ris ult a essere relativam ent e lineare. Le azioni di tutti gli agent i vengono es eguit e e cont estualm ente il database vi ene aggiornato si a con l e modi fiche occors e agli agenti si a all e modifi che pres enti sulle caratt eristi che spazi ali. In questo caso per regist rare l ’evol uzione storica del proces so è suffi ci ent e che i l modello provveda a sal vare un nuovo att ributo, un s et di caratteristiche spaziali o un nuovo strato raster all’interno del database, ass oci andol o ad un indi cat ore t em poral e. Util izzare un m etodo di agg iornam ent o del dat abas e asincrono quando il modell o viene es eguito in modo sincrono non com porta nes sun benefi cio in t ermini di analisi , perché il modello non varia l e proprie caratteristiche tra un time step e l’altro. Questo non esclude la possibilità di effettuare un aggi ornam ento del database i n modo si ncrono m eno frequent ement e rispetto all a frequenza di aggiornamento del m odello.

Quando le azioni degli agenti sono gestite in modo asincrono l’aggiornamento del dat abas e può ess ere effettuat o si a in m odo si ncrono sia in modo asi ncrono. S e gestito in modo sincrono, l’aggiornamento del database riflette l’immagine del modello catt urat a ad intervalli regol ari e la rappres ent azione ri sult a simil are a quanto descritto i n precedenza. In ogni caso bi sogna consid erare l a probl emat ica inerente la velocità di diffusione delle conseguenze di un’azione intrapresa da un agent e, ovvero s e un agent e produce un cambi am ento i n una parte del sist em a in quanto tem po gli alt ri agenti verranno interes sati da questo cambi am ent o ? Questa problemat ica deve ess ere adatt at a volta per volt a in bas e all e esigenze rappresent ative del modello. La ri soluz ione di questo problem a risul ta es sere parti col arment e com plicat a quando l e azioni degl i agenti di pendono dal database per forni re le in formazioni relat ive all o stat o del si stema in un dato mom ent o, questo a causa del ritardo che si m ani festa in fase di aggiornam ent o di ciascuna part e del sist em a. In alt ernativa è possibile utilizzare un aggi ornam ent o asi ncrono

48 del dat abas e che rispecchi l ’aggiornament o asincrono degli agenti . Quest o impli ca la presenz a di un dat abas e alt ernat ivo in cui devono ess ere st ori cizzati tutti i cambi am enti avvenut i si a a li vel lo di agenti si a di att ributi s pazial i, ed associ are a ci as cuno di essi un ri ferimento te m poral e riport ant e il mom ento in cui il cambiamento è avvenuto. Infine un’ultima complicazione che si può incontrare in fase di gestione del la dinami ca t emporal e riguarda quei processi dinami ci che sono, più o m eno, i ndipendenti dai processi int rapresi dag li agenti (Westervelt e Hopkins 1999). Si provi a pensare al processo di riproduzione dell e pi ant e utilizzando il proces so di Markov, se le caratt eristi che del territorio devono ess ere aggiornate cont est ualment e al pas saggio di agenti sul t errit ori o, allor a è neces sari o coordi nare t emporal ment e ent rambi i processi . In questo caso i cl ock che governano i due differenti proces si (moviment o degli agenti e riproduzione dell e piante) devono ess ere coordinati t ra loro.

 RELAZ IONE TOPOLOG ICA

La vari azione di posizi one dell e caratt eristi che spaziali , si ano queste causate da processi i nt erni o prodotti dagli agenti st essi , neces sit ano di i nform azioni basil ari rel ati ve al contesto i n cui s ono i nserite oppure i nerenti l e rel azioni s paziali t ra le vari e caratt eristi che. La possi bilit à di effettuare un parti col are m ovim ent o dipend e da 1) l e regole t opol ogi che es pres se per l o spazio int eres sato dal movim ent o o 2) al t ipol ogi a di col l egam ento t ra l e varie caratt eri sti che s pazi ali che possono det erminare la di stanza da perco rrere, il costo d’int erazione, o la visi bilit à o m eno dell’ubicazione che l’agente vuole raggiungere. Se consideriamo il movimento di un vei colo vers o una parti col are posizi one potrebbe non es sere cons entito a caus a dell a pres enza di edi fici oppure perché al tri vei coli occupano già quella posizi one. Oppure consi derando un agente definit o con l e caratteris t iche di una persona, potrebbe ess ere programm ato per raggiungere una det erm inat a posizione per massi mizzare il proprio obi etti vo i nt erno.

Cias cun modell o uti lizza una di quest e quattro rel azioni con grado di dettaglio different e in bas e al le esi genze del modello. Identi fi care quali sono le rel azioni che un modell o utiliz za può ess ere util e per im plem entare il collegam ento tra AB M e G IS. Di seguit o discut er emo l e im pl em ent azioni necess arie per realizzare i coll egam ent i esposti in precedenz a.