Modélisation de dynamiques de flux par agents. Application aux processus de ruissellement, infiltration et érosion
D. Servat
LIP6 2002/012:
THÈSE de DOCTORAT de l'UNIVERSITÉ PARIS 6 LIP6 /
LIP6
research reports
186 pages - Novembre/November 2000 -
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Thème/Team: Objets et Agents pour Systèmes d'Information et de Simulation
Titre français : Modélisation de dynamiques de flux par agents. Application aux processus de ruissellement, infiltration et érosion
Titre anglais : Agent-based modeling of flux dynamics. Application to runoff, infiltration and erosion processes
Résumé : L'étude de dynamiques de flux est une question centrale dans la modélisation des milieux naturels, physiques et sociaux. Ce travail de thèse expose une recherche méthodologique et pratique sur la modélisation informatique de telles dynamiques à l'aide de systèmes multi-agents.
L'idée centrale consiste à décrire de tels processus en termes d'agents hétérogènes interagissant dans un espace continu, l'introduction de couplages entre différents processus s'interprétant comme l'identification de règles d'interaction entre ces agents. En dotant les agents de moyens de reconnaissance de situations d'interaction remarquables, des mécanismes génériques ont été mis au point d'agentification des modes d'organisation qui émergent en cours de simulation. Ces idées se sont concrétisées dans une thématique particulière d'étude de dynamiques de flux: les processus de ruissellement, d'infiltration et d'érosion en hydrologie, à travers la construction du simulateur RIVAGE.
Ce travail dans le domaine de l'hydrologie montre que le choix d'une description particulaire pour la dynamique de circulation de l'eau, sous la forme d'entités en mouvement dans un espace continu, présente certaines qualités: possibilité de conduire des analyses de trajectoires individuelles, souplesse de gestion de conditions aux limites complexes, ouverture à la prise en compte de différentes situations de couplages entre processus, prise en compte de différents niveaux d'agrégation de ces dynamiques.
Des pistes de transposition à d'autres thématiques ont pu être identifiées, notamment la modélisation de dynamiques de foules et la représentation spatiale et hiérarchique de flux d'information.
Enfin, ce travail a montré que les systèmes multi-agents, en fédérant approches particulaires et individus-centrées, constituent dans ce cadre un outil de fond tout à fait intéressant. En mettant en avant un certain nombre de concepts clés, comme interaction, groupe et organisation, les systèmes multi-agents proposent un cadre de conception sur lequel peut s'appuyer la construction de modèles informatiques qui deviennent des outils d'analyse et d'interprétation de systèmes complexes.
Abstract : The modelling of various natural and physical systems share a common interest in the study of flow dynamics. An account of a methodological research is presented which aims at applying agent-based systems to model such dynamics.
This approach rests upon a description of flows in terms of heterogeneous agents that interact in a continuous space, and whose various laws of interaction enable to account for the coupling of concurrent processes. By granting agents a capacity to recognize some remarkable situations of interaction, generic solutions have been developped to agentify the organizational modes that emerge during the course of simulations. This research has led to the development of the RIVAGE simulator of runoff, infiltration and erosion processes in the field of hydrological modelling.
This work puts emphasis on the properties that such an agent-based description of water flows show regarding the study of individual trajectories, the management of complex boundary conditions, the account of different situations of coupling between processes and the analysis of dynamics at different levels of aggregation.
Attempts have been made to apply the models developped in the field of hydrology to other domains of research, namely the modelling of crowd dynamics and the spatial organisation of information flows representation.
In the light of this research, agent-based systems turn out to be a valuable and relevant framework which federates particle-based and individual-based modelling. By putting forward such concepts as interaction, group and organisation, multi-agent systems offer some keys to the development of models which provide computational means to help the analysis of complex systems.
Mots-clés : IA distribuée, Simulation multi-agents, Systèmes complexes
Key-words : Distributed AI, Agent-based modeling, Complex systems
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