Diplomová práce se zabývá prostorovými agentně založenými modely (ABM), jejich integrací a praktickým využitím. Důležitou roli v této problematice mají prostorová data. Způsob, jakým jsou integrována, je do značné míry ovlivněn implementací modelu v jednotlivých aplikacích pro agentní modelování. V následujících podkapitolách jsou shrnuty použité metody, datové sady a programy a popsán je postup práce.
Jednalo se především o metody související s implementací agentně založeného modelu. Pomocí příslušného kódu byl nejdříve vytvořen prostor. Případně byla nahrána související data, pomocí kterých lze prostředí v prostorových ABM vytvořit. Vstupní data byla upravena v geografickém infomačním systému (GIS). Dále byly zavedeny agenty včetně podmínek a pravidel jejich pohyb a chování. Nakonec bylo do modelů přidáno ovládání parametrů a vizualizace průběhu simulace. Implementace zmíněných metod se lišila dle daného nástroje a použitého jazyka. Výpočty probíhaly a byly zobrazeny v simulační perspektivě příslušné aplikace. Pro vizualizaci výsledků vytvořeného modelu byl použit GIS.
Součástí instalačních balíčků agentních nástrojů zmíněných v textu práce byly ukázkové modely a k nim potřebná data. Zahrnovaly například vektorové vrstvy silniční sítě a budov (GAMA Platform, MATSim, Repast Simphony a AnyLogic). Pro seznámení se s funkcionalitou byly využity i modely od uživatelů ABM aplikací. Data společně s modelem Repast City vytvořeným Nickem Mallesonem lze stáhnout včetně návodu na GitHub (https://github.com/nickmalleson/repastcity). V případě softwaru AnyLogic je komunikační síť, stažena z OSM (Open Street Map) serveru dle modelované oblasti. Z dat dostupných v České republice byly použity následující datové sady. Plochy s rozdílným způsobem využití poskytnuté Magistrátem města Olomouce, vstupovaly do modelu na obrázku 4.3. Podrobná síť pozemních komunikací StreetNet ve formátu Shapefile od společnosti CEDA (http://www.ceda.cz/cs/produkty/vektorove-mapy/streetnet/ ) a geodatabáze stavebních objektů od Českého úřadu zeměměřického a katastrálního (ČÚZK) pro území města Olomouce, byly použity pro vytvoření modelu (obr. 4.12). Autorem práce byla vytvořena rastrová data a body zájmu pro příklady využití ABM v kapitole 4. Pro simulaci kapacity autobusové dopravy byla využita data od Koordinátora Integrovaného dopravního systému Olomouckého kraje v podobě souřadnic označníků zastávek ve formátu xls. Pro model pohybu včel v prostředí a šíření moru včelího plodu (MVP) bylo nejdříve nutné najít parcely s včelnicemi. Po konzultaci s doktorem Jiřím Danihlíkem byla lokalizována ohniska. Za pomoci exportu dat na stránkách veřejného registru půdy LPIS (http://eagri.cz/public/app/lpisext/lpis/verejny2/plpis/) byla získána čísla parcel se stanovišti včelstev, která byla následně propojena s geodatabází od ČÚZK pro katastrální území (k.ú.) Zubří, Veřovice a Vidče. Výšková data pro model byla získána použitím digitálního modelu reliéfu České republiky 5. Generace. Databáze krajinného pokryvu CORINE Land Cover 2012 pro území České republiky (součást služeb projektu Copernicus pro monitorování území) od společnosti CENIA, byla využita pro určení kvality prostředí z hlediska hledání potravy včelami. Data jsou dostupná zdarma pod základní INSPIRE licencí pro registrované uživatele na geoportálu (https://geoportal.gov.cz/web/guest/eshop/gallery). Vrstva obsahuje klasifikací pokryvu zemského povrchu. Velikost nejmenší mapovací jednotky je 25 ha. Pro kategorie vodních toků a silniční sítě a zobrazení katastrálních území bylo využito digitální vektorové geografické databáze České republiky ArcČR® 500. Datová sada je distribuována zdarma společností ARCDATA PRAHA, s.r.o. Současná verze 3.3 je k dispozici na stránkách (https://www.arcdata.cz/produkty/geograficka-data/arccr-500).
Příprava dat a vizualizace výsledků modelů probíhala v aplikaci ArcMap verze 10.2 a 10.4 od společnosti esri (Environmental System Research Institute). Microsoft Office Excel byl použit pro vytvoření vstupních dat ve formátu xls pro nástroj AnyLogic. Jedním z cílů práce je analýza vývojových nástrojů pro agentní systémy. Jednotlivé aplikace jsou podrobně popsány v kapitole 4 diplomové práce. Vyzkoušené nástroje lze nalézt v níže uvedeném seznamu, obsažen je i odkaz na příslušné webové stránky, na kterých lze mimo jiné nalézt dokumentaci potřebnou pro implementaci modelů. Většina uvedených nástrojů je k dispozici zdarma. AnyLogic je bezplatně dostupný po časově neomezenou dobu pouze ve verzi Personal Learning Edition (PLE). Použití zobrazovacího software Via pro nástroj MATSim, je licencí limitováno na šest měsíců.
Nejprve byla provedena rešerše literatury s ohledem na prostorové agentní modely. Hlavním obsahem byl popis jednotlivých složek agentních modelů, zmíněny ale byly i příklady využití, včetně použitých nástrojů. Jednotlivé softwary byly staženy a nainstalovány. Pro seznámení se s principem agentního modelování bylo za použití návodů sestaveno v každé aplikaci několik modelů se zahrnutím datových sad dostupných v České republice. Dle získaných poznatků byl sepsán rozbor problematiky práce s prostorem v agentně založených modelech. Na základě podporované funkcionality (například možnosti importu dat) a náročnosti na implementaci byl vybrán nástroj AnyLogic a model vytvořený Davidem Sprogisem pro simulaci kapacity autobusové dopravy na území České republiky. Nástroj GAMA Platform byl poté využit pro sestavení vlastního modelu. Po konzultaci s odborníky z oboru včelařství byly vytyčeny základní požadavky na funkcionalitu. Jednalo se o mimo jiné využití výškopisných dat pro ověření hypotézy, zda hřeben Veřovických vrchů může sloužit jako zábrana pro šíření včelího moru. Diskutována byla aktuální situace výskytu včelího moru v lokalitě s ohledem na potencionální zdroje nákazy pro modelovanou včelnici a také základní parametry pro pohyb a chování včel při hledání potravy. Pro ověření vlivu krajinného pokryvu na zmíněnou problematiku byl vytvořen druhý povrch využitím volně dostupné sady CORINE Land Cover 2012. Pro zjištění celkového odporu prostředí byl implementován povrch vzniklý kombinací zdrojů zmíněných v podkapitole 2.2. S ohledem na výpočetní možnosti softwaru byla všechna vstupní rastrová data o velikosti 200 x 200 buněk převzorkována na rozlišení 70 metrů. Stejné parametry byly použity i pro vektorovou mřížku v aplikaci ArcMap. Funkcionalita byla do modelu přidávána postupně a každá fáze byla otestována za účelem zjištění výskytu případných chyb, a zda dochází k postupnému naplňování vytyčeného cíle. Po skončení vývoje bylo spuštěno 25 iterací každé varianty modelu a výstupy byly nahrány do aplikace ArcMap, kde byla provedena jejich vizualizace a intepretace. Celý postup byl zopakován ještě pro druhou lokalitu s odlišnými výškovými a krajinnými poměry.
Diplomová práce v PDF, Poster k diplomové práci v PDF, Model pohybu včel v prostředí (GitHub)
© 2019 Bc. Tomáš Tuháček, Univerzita Palackého v Olomouci, Přírodovědecká fakulta, Katedra geoinformatiky