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Contribution Details

Type Master's Thesis
Scope Discipline-based scholarship
Title Design and Implementation of an Agent-Based Individual Time-Use Model
Organization Unit
Authors
  • Remo Fabian Schenker
Supervisors
  • Lorenz Hilty
  • Jan Bieser
Language
  • English
Institution University of Zurich
Faculty Faculty of Business, Economics and Informatics
Date 2019
Abstract Text Estimating indirect environmental impacts of information and communication technologies (ICTs) is important because ICTs have the potential to make the world more sustainable. However, studies that estimate indirect environment impacts apply a variety of methods and tend to ignore interactions among different use cases. This makes it difficult to interpret their results and limits their usefulness to policy makers. In this thesis it is investigated how the timeuse based approach proposed by Bieser and Hilty (2018b), which addresses this issue, can be implemented in an agent-based model. The proposed model is based on theoretical insights from activity-based modelling as well as insights from modelling human decision making in agent-based modelling. An agent-based model that incorporates all of those insights has been designed and implemented using the MASON framework. The implementation is documented according to the Overview, Design concept, Details (ODD) protocol and its extension the ODD + D protocol. This documentation enables potential users to get familiar with all the details of the model. Furthermore, with the help of this documentation it is possible to use or extend both the model’s design as well as its implementation. The model is validated in various ways. The face validation shows that the model’s basic functionality works as expected and that all of the model’s requirements have been implemented successfully. The model’s usage is demonstrated as part of its face validation. The subsequent sensitivity analysis provides detailed insights into how the models output is affected by the numerous parametrization and configuration options the model user can apply. Finally, a calibration of the model based on empirical time-use data provides additional evidence that the model is capable of simulating individual time use.
Zusammenfassung Es ist wichtig die indirekten Einflüsse von Informations- und Kommunikationstechnologien (IKTs) auf die Umwelt quantifizieren zu können, denn diese Technologien haben das Potenzial unser Handeln nachhaltiger zu gestalten. In aktuellen Studien, welche versuchen diese Einflüsse zu quantifizieren wird eine Vielzahl an verschiedenen Methoden angewendet. Zudem ignorieren die meisten dieser Studien die Interaktionen, welche zwischen verschiedenen Anwendungsfällen der Technologien auftreten können. Diese Situation erschwert es die Resultate verschiedener Studien miteinander vergleichen zu können. Dies wirkt sich wiederum negativ auf die Nützlichkeit solcher Studien für Entscheidungsträger aus Politik und Wirtschaft aus. Der von Bieser und Hilty (2018b) vorgestellte Zeitbudget-basierte Ansatz stellt ein Lösungsansatz für diese Problematik dar. In der vorliegenden Arbeit wird untersucht wie dieser Ansatz in einem Agenten-basierten Modell umgesetzt werden kann. Das in dieser Arbeit entworfene Modell basiert u.a. auf theoretischen Erkenntnissen in den Bereichen der Aktivitäten-basierten Modellierung und der Modellierung der menschlichen Entscheidungsfindung in Agenten-basierten Modellen. Das Modell wurde mit Hilfe von ´MASONª, einem in Java geschriebenen Framework für Agenten-basierte Modelle implementiert. Diese Implementierung wurde gemäss dem Overview, Design concept, Details (ODD) Protokoll und dessen Erweiterung, dem ODD + D Protokoll, dokumentiert. Die Dokumentation erlaubt es potenziellen Nutzern des Modells sich mit dessen Details vertraut zu machen. Mit Hilfe dieser Dokumentation ist es zudem möglich sowohl die Architektur als auch die Implementierung des Modells anzupassen oder zu erweitern. Das Modell wird in mehreren Schritten validiert. In einer Plausibilitätsprüfung wird gezeigt, dass das Modell wie erwartet funktioniert und alle Anforderungen erfolgreich umgesetzt werden konnten. Im Zuge der Plausibilitätsprüfung wird zudem aufgezeigt, wie das Modell genutzt werden kann. In der anschliessenden Sensitivitätsanalyse wird im Detail aufgezeigt wie die Parametrisierung und Konfiguration des Modells dessen Ausgabe beeinflussen. Die abschliessende Kalibrierung des Modells mit Hilfe von empirischen Zeitnutzungsdaten schafft zusätzliche Evidenz für die Annahme, dass das Modell in der Lage ist das Zeitnutzungsverhalten von Individuen zu simulieren.
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