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Quatre ans de recherche urbaine 2001-2004. Volume I

 | 
Émilie Bajolet
, 
Marie-Flore Mattéi
, 
Jean-Marc Rennes

I. Formes urbaines, cultures et modes de vie

Conception de simulation multi-agents : application à la simulation des migrations intra-urbaines de la ville de Bogota1

Diane Vanbergue

Texte intégral

  • 1 Thèse de doctorat, sous la direction d’Alexis Drogoul, soutenue le 12 décembre 2003 à l’Université (...)
  • 2 Docteur en informatique et ATER à l’Université Évry-Val d’Essonne.

1Note portant sur l’auteur2

2Mon travail se situe dans un axe de recherche méthodologique de la recherche en simulation multi-agents. Elle relève d’une démarche que je qualifierais de méthodologie appliquée : le travail proposé n’est pas purement théorique puisqu’il s’appuie sur un domaine d’application particulier mais il s’en démarque fortement pour proposer une réflexion globale.

3Depuis une quinzaine d’années, la simulation multi-agents a démontré, grâce aux différents travaux en la matière, l’efficacité de son paradigme auprès des autres sciences. Cependant, elle n’est pas qu’un simple outil offert aux autres sciences, ni même qu’une simple application des systèmes multi-agents.

4En effet, aujourd’hui, on peut considérer qu’elle constitue un domaine de recherche à part entière au vu, d’une part, du nombre de conférences qui lui sont consacrées, et d’autre part, aux questions méthodologiques et épistémologiques qu’elle soulève. Consacrées à l’étude de phénomènes complexes, les solutions informatiques proposées sont le fruit d’un processus de conception lui-même complexe. Une réflexion générale est nécessaire pour rationaliser ce processus, ce qui permettrait, d’une part, une meilleure compréhension de ce processus par tous les acteurs de la conception, et, d’autre part, à long terme, une plus grande ré-utilisabilité des travaux antérieurs.

5Mon travail consiste à proposer une méthodologie de conception, de répondre à la question « Comment concevoir un outil de simulation orienté agent ? », puis de fournir un formalisme et une solution informatique. Le domaine d’application permet alors de définir les propriétés exigibles pour ce type d’outil et de fournir une validation par rapport aux solutions proposées.

6Le domaine d’application est les migrations intra-urbaines de la ville de Bogota, choix qui a été fait au vu de la richesse des données et des travaux existants. L’intérêt d’un tel objet d’étude dans une optique méthodologique, est sa complexité due à l’interaction de différents processus, analysables à travers trois axes de compréhension (social, espace, temps) qui fait appel à différentes expertises émanant de domaines de recherche différents qui utilisent des approches diversifiées.

7En d’autres termes, mon travail propose de réfléchir à la conception d’un outil de simulation, permettant à des utilisateurs non-informaticiens de mieux appréhender la ville, et particulièrement les migrations intra-urbaines. L’idée est d’intégrer des connaissances de différents champs de recherche urbaine (géographie, démographie, urbanisme, sociologie, économie, etc.) pour avoir une meilleure appréhension du sujet d’étude la ville.

CADRE MÉTHODOLOGIQUE DE CONCEPTION D’OUTIL DE SIMULATIONS MULTI-AGENTS

8En collaboration avec T. Meurisse, j’ai proposé un cadre méthodologique de conception qui permet d’appréhender les différentes étapes du processus de conception d’un outil de simulation multi-agents. Ce cadre de conception différencie les rôles des acteurs du processus de conception en s’appuyant sur une taxonomie de modèles [Drogoul et al., 2003].

9Les rôles retenus sont celui de thématicien, qui propose un « modèle du domaine » (souvent peu formalisé) à partir des connaissances qu’il possède dans le domaine (théories, observations, hypothèses) ; celui de modélisateur qui construit un « modèle de conception » formalisé, en y rattachant toutes les questions de choix de modélisations (unité, espace, temps, ouverture, gestion des comportements) ; et enfin celui de l’informaticien qui propose un « modèle d’implémentation ».

CHOIX DE MODÉLISATIONS

10La phase d’élaboration d’un modèle de conception est une phase cruciale dans la construction d’un outil de simulation. En effet, c’est lors de cette phase que des choix essentiels sont effectués, que ce soit la façon d’appréhender le problème, mais aussi des choix en ce qui concerne les processus, l’échelle spatiale, l’échelle temporelle, la composition et la structuration des données, etc. Ces choix ne sont pas neutres et sans conséquence sur toute la conception de l’outil de simulation, bien qu’ils soient souvent éludés [Meurisse et Vanbergue, 2001 ; Meurisse et al., 2003].

MULTI-MODÉLISATION

11Dans l’étude des systèmes complexes, il peut s’avérer intéressant pour une meilleure compréhension d’associer différents « points de vue » du système étudié, via l’intégration de plusieurs modèles du domaine. En particulier, un laboratoire artificiel sur la ville qui se voudrait complet se doit donc d’être fondé sur une approche multi-modèles.

12Les approches classiques proposées (couplage de modèles, intégration de modèles, interopérabilité) ne semblent cependant pas répondre aux attentes que les thématiciens pourraient avoir. Cependant, grâce à la classification que j’ai proposée de l’approche multi-modèles en fonction des modèles utilisés et de la méthodologie proposée, une nouvelle approche se dessine : celle d’un couplage de modèles de conception, un couplage « moyen », approche que j’ai utilisée pour concevoir Mminus.

OUTIL DE SIMULATION

13L’outil de simulation conçu devait répondre à un but exploratoire (et non prédictif), permettre une ré-utilisation des travaux existants en simulation urbaine (malgré leur diversité), proposer une démarche interdisciplinaire, via une approche multi-modèles.

14Je me suis appuyée sur le cadre méthodologique présenté précédemment pour construire Mminus (Modélisation des Migrations INtra-Urbaines et Simulations). Celui-ci propose de travailler sur un modèle opérationnel qui s’appuie sur un modèle de conception. Ce modèle de conception doit répondre précisément aux questions de modélisations (choix des unités, des comportements, de la gestion du temps, des comportements, de l’espace).

15La conception de l’outil de simulation présenté a été fortement influencée par la nécessité de faire cohabiter plusieurs processus et de travailler à plusieurs échelles pour permettre aux thématiciens de travailler ensemble, dans un cadre interdisciplinaire. Pour cela, on intègre les différents modèles de conception dans le même modèle opérationnel. Cette démarche permet, entre autres choses, de construire les différents modèles à différents moments dans le temps.

16Pour cela, Mminus possède un noyau relativement simple composé de classes abstraites et des interfaces que l’informaticien dérive grâce aux informations contenues dans le modèle de conception. Il s’appuie sur un formalisme orienté activité qui permet à la fois de faire de la multi-modélisation et d’aborder la modélisation multi-échelle [Vanbergue, 2003].

IMPLÉMENTATIONS DE MODÈLES

17Les modèles du domaine présentés par la suite ne sont donc pas des modèles ex nihilo, mais bien des modèles existants dans la littérature des différents domaines concernés. Mminus permet d’intégrer ces différents modèles, fournissant ainsi un moyen informatique permettant de ré-utiliser les travaux pré-existants en simulation urbaine.

18Plusieurs modèles ont donc été ré-implémentés ; ces modèles sont diversifiés à plusieurs points de vue : domaine d’origine, gestion du temps (synchrone, asynchrone), unités utilisées, type de données d’entrée.

19Les modèles implémentés sont : un modèle démographique, inspiré du modèle Destinie de l’Insee, fondé sur les concepts de microsimulation ; un modèle géographique, inspiré de SimBogota [Vanbergue et al., 2000 ; Vanbergue, 2000], fondé sur un automate cellulaire ; et un modèle économique, réalisé par Javier Gil Quijano lors de son stage de DEA.

20Un exemple de multi-modélisation [Vanbergue et Drogoul, 2002 ; Vanbergue et Drogoul, 2003] a aussi été implémenté : il enrichit le modèle reproduit de Destinie au niveau des entités, avec l’introduction des migrations et le fait fonctionner en synergie avec deux autres modèles : l’un agissant au niveau des logements, qui harmonisent leur standing en fonction de leur voisinage ; et un autre agissant au niveau d’un secteur particulier, pour gérer la construction annuelle de logements.

21Les différentes implémentations au sein de Mminus ont permis de mettre en évidence plusieurs de ses propriétés : choix laissé au modélisateur au niveau des entités (spatiales, sociales, etc.) ; (individus) ; choix au niveau des activités (systématiques, probabilistes, conséquentes de façon immédiate ou non), ce qui permet un choix au niveau de la gestion des comportements ; intégration de différents type de modèles.

22De plus, les différentes implémentations ont montré que Mminus pouvait intégrer différents types de modèles, modèles « réalistes » car issus de différents domaines de recherche et pas uniquement ad hoc. Le travail de Javier Gil Quijano a aussi montré qu’un utilisateur non concepteur pouvait utiliser la plate-forme et les concepts s’y rattachant de manière relativement aisée.

VALORISATION

Articles publiés dans des revues internationales avec comité de rédaction

23Vanbergue D., Treuil J.-P., Drogoul A., (2000), « Modelling urban phenomena with cellular automata », dans Advances in Complex Systems, vol. 3.

Communications dans des conférences internationales avec actes et comité de lecture

24Drogoul A., Vanbergue D., Meurisse T., (2003), « Multi-agents Based Simulation : Where are the Agents ? » dans Proceedings of MABS’02 (Multi-agents Based Simulation), Bologna, Italy, July 2002, LNCS, Springer-Verlag.

25Vanbergue D., Treuil J.-P., Drogoul A., (2000), « Modelling urban phenomena with cellular automata », in Applications of Simulation to Social Science, proceedings of ICCS&SS00, Paris, France, September 2000, Hermès.

Chapitres d’ouvrages

26Meurisse T., Vanbergue D., Drogoul A., (2003), « De l’importance des modèles opérationnels dans les approches de simulations individus-centrés », dans ANIORTE P., Gouraderes S., Cognitique : vers une informatique plus cognitive et sociale, Cepadues.

Thèse

27Vanbergue D., (2003), Conception de simulation multi-agents : application à la simulation des migrations intra-urbaines de la ville de Bogota, thèse de Doctorat, Université Pierre et Marie Curie-Paris VI.

Articles publiés dans des revues nationales avec comité de rédaction

28Vanbergue D., Drogoul A., (2003), « La simulation multi-agents pour une approche multidisciplinaire de la recherche urbaine », Revue Internationale de Géomatique, vol. 13.

Communications dans des conférences nationales avec actes et comité de lecture

29Drogoul A., Vanbergue D., Meurisse T., (2003), « Simulation Orientée Agent : où sont les agents ? », Actes des Journées de Rochebrune, Rencontres interdisciplinaires sur les systèmes complexes naturels et artificiels, Megève, France, janvier 2003.

30Meurisse T., Vanbergue D., (2001), « Et maintenant à qui le tour ? Aperçu de problématiques de conception de simulations multi-agents », Actes de Agents Logiciels, Coopération, Apprentissage & Activité Humaine, ALCAA.

31Vanbergue D., (2000), « Modélisation de phénomènes urbains : Simulation des migrations intra-urbaines », dans Pesty S., Sayettat-Fau C. (éd.), Actes des 8èmes Journées Francophones Intelligence Artificielle Distribuée et Systèmes Multi-Agents, JFIADSMA’00, Hermès.

32Vanbergue D., Drogoul A., (2002), « Approche multi-agents pour la simulation urbaine », Actes des 6èmes Journées CASSINI 2002, Presqu’île de Crozon, France.

Poster

33Meurisse T., Vanbergue D., (2001), « Problématique de Conception de Simulations Multi-Agents », dans EL Fallah-Segrouchni, Mangin L. (dir.), Actes des 9èmes Journées Francophones Intelligence Artificielle Distribuée et Systèmes Multi-Agents, JFIADSMA’01, Hermès.

Présentations

34Vanbergue D., (1999), « L’intelligence artificielle située », Séminaire Géodes, IRD, Bondy, octobre 1999.

35Vanbergue D., (1999), « Modélisation des dynamiques urbaines », Séminaire Magestyc, LISC, Cemagref, Clermont-Ferrand, novembre 1999.

36Vanbergue D., (1999), « Simulation des dynamiques urbaines », Réunion d’équipe Magma, Leibniz, Grenoble, décembre 1999.

37Vanbergue D., (2000), « Modélisation dynamique des mobilités résidentielles », Journées du GDR LiberGéo, Strasbourg, janvier 2000.

38Vanbergue D., (2000), Compte rendu du Séminaire Miriad, Séminaire Géodes, IRD, Bondy, mai 2000.

39Vanbergue D., (2001), « Mminus une nouvelle approche pour la simulation urbaine », Réunion d’équipe Miriad, Lip 6, Paris, mars 2001.

40Vanbergue D., (avec T. Meurisse), (2001), « De la simulation multi-agents… », Rencontres Parisiennes sur les Systèmes Multi-agents, juin 2002.

41Vanbergue D., (2002), « Approche multi-agents de la modélisation des dynamiques urbaines : application aux migrations intra-urbaines de la ville de Bogota », Séminaire ACI-Ville, Ministère de la Recherche, Tours, octobre 2002.

42mailto:diane.vanbergue@lip6.fr
LIP6

8, rue du capitaine Scott
75015 Paris

Notes

1 Thèse de doctorat, sous la direction d’Alexis Drogoul, soutenue le 12 décembre 2003 à l’Université Pierre et Marie Curie (Paris 6).

2 Docteur en informatique et ATER à l’Université Évry-Val d’Essonne.

Auteur

Allocataire de recherche

© Presses universitaires François-Rabelais, 2006

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