Assignment_1

作业1：概念模型

引言： 在本课程的第二周，您将与小组一起为位于“马斯与瓦尔地区”的案例研究构建一个基于理论的空间动态模型。“马斯与瓦尔地区”是荷兰东部的一个低洼区域，南临马斯河，北靠瓦尔河（图1）。您可以选择建模以下两个系统之一：1）地表径流，2）城市蔓延。地表径流系统由物理过程驱动，而城市蔓延则由人类决策驱动。在这两种情况下，海拔都起着重要作用。在地表径流中，海拔决定了水的流动方向；在城市蔓延中，我们假设海拔是影响人们选择居住地点的标准之一。以下简要描述了两个选项的详细信息。您需要为所选系统起草一个概念模型，并思考如何将这些概念形式化。作业和交付成果在最后一节中描述，两个选项的要求相同。概念模型和形式化模型将成为您在第2周实现模型的基础。

图1：案例研究区域——“马斯与瓦尔地区”

选项1：地表径流 由于该地区位于两条河流之间，容易发生洪水，过去几个世纪中曾多次被洪水淹没（参见本作业的讲座）。为了估计在堤坝决口后哪些区域会被淹没以及淹没所需的时间，您需要开发一个“地表径流模型”并在NetLogo中实现。该模型应能够模拟在特定位置发生堤坝决口时，不同水量（单位：立方米/秒）的流入情况。模拟的时间范围应灵活。此外，应能够导出某一时刻区域内的水深。更多详细信息请参见文档Overland_flow.pdf。

选项2：城市蔓延 该地区的地形也决定了人们希望居住的位置。位于该地区东部边界的奈梅亨是荷兰最古老的城市。为了模拟从奈梅亨向西发展的城市区域，您将开发一个城市蔓延模型并在NetLogo中实现。该模型应能够模拟新居民选择居住地点的过程，首选位置取决于三个标准的加权和，其中一个标准由海拔决定。此外，应能够导出某一时刻每个单元格邻域（包括单元格本身）开发的比例。更多详细信息请参见文档Urban_sprawl.pdf。

任务与交付成果： 本作业包括完成概念建模阶段和形式化建模阶段（参见第一节课和读者）。最后，由于设计模型通常是一个迭代过程，您需要反思在概念和形式化建模阶段所做的选择。

概念模型： a) 模型的目标 b) 时间和空间的分辨率与范围 c) 实体与关系（基于理论），包括概念模型的可视化和基于代理模型（ABM）的流程图
形式化模型： a) 选择建模范式 b) 选择编程语言/软件（此处为NetLogo） c) 模型规则、转换函数 d) 案例研究数据
实现： a) 实现的模型 b) 对模型选择的反思

请记住，模型应在不到4天的时间内实现，因此请保持模型简单。使用文档Overland_flow.pdf / Urban_sprawl.pdf中的指导问题（“概念”和“形式化”部分）以及建议的阅读材料。概念模型-形式化模型-计算模型是一个迭代循环。预计您在第2周开发的运行模拟模型与第1周提交的概念模型会有所不同。然而，请通过提前批判性思考来避免大幅修改，因为实现阶段的大幅修改会耗费时间。

本作业有两个交付成果：

概念模型（截止日期：3月14日13:00）
概念模型文档（与1基本相同），加上对模型结果的简要描述，以及对模型开发前概念模型与实现后潜在差异的反思（截止日期：3月20日13:00）

概念模型（提交1）： 概念模型由一份不超过2页A4纸的文档组成，内容包括：

简要介绍模型的目标和假设（1a和1b）。
概念模型的可视化，描绘模型中包含的实体和关系（1c）。
如有可能，提供基于代理模型（ABM）的流程图（考虑程序顺序）。
选择的建模范式（2a）。
基于流程图的模型工作原理描述，包括输入、参数、转换函数和系统状态（2c和2d）。
（无需说明软件选择，因为所有人都将使用NetLogo）。

使用科学的写作风格和结构。建议结构为：1）引言，2）方法论。引言用于简要介绍问题及相关概念，方法论部分描述形式化模型。使用科学参考文献（任何引用风格均可，只要一致）。请在3月14日13:00前通过Brightspace提交作业。每组提交一份作业，文档中需包含所有组员的姓名，并为文档提供一个逻辑且有意义的名字。您将在周一13:00前收到“通过”或“未通过”的反馈，并在周一的课堂上获得口头反馈。

对概念模型的反思（提交2）： 第二份文档基于文档1。因此，它应包括概念模型文档（与1基本相同），加上对模型结果的简要描述，以及对模型开发前概念模型与实现后潜在差异的反思。最大长度为3.5页（2 + 1.5）。反思部分由不超过1.5页A4纸的文档组成，内容包括：

对实现后模型选择的反思
基于代理模型（ABM）流程图的修订版（1c）
基于概念模型可视化的模型工作原理修订版，包括输入、参数、转换函数和系统状态（2c和2d）。包括对实现后哪些内容发生变化、哪些未发生变化的反思。您将获得反思部分的评分，占本课程最终成绩的15%。