对能源消费的社会行为仿真建模

对能源消费的社会行为仿真建模

问题

业主或管理者面临的一个主要问题是如何激励人们节约能源,同时让他们去鼓励其他人也这样做。换句话说,他们如何使用行为影响策略来提高商业和教育建筑的效率。

解决方案

研究人员在AnyLogic中创建了一个基于智能体的模型以解决这一问题。 Noorjax Consulting在仿真运行时应用了一个数据模型,以改变基于该数据模型的系统行为。研究人员选择了一所大学作为要模拟的建筑,为了简化模型,该建筑只有一层。

提出了两个假设:

为了以更结构化的方式理解问题,建立了一个社会技术框架。


社会技术框架

社会技术框架的模型(点击放大)


基于智能体的预测模型是使用抽样调查的主观数据建立的。共有140人参与调查,约有40个问题。利用调查的答案,可以预测另外两个问题的答案,然后可以用来进一步预测个人行为。 为了预测这两个问题的值,使用多元回归的变体构建了一个Python模型。这两个问题是:

  1. 无论身在何处,当我不需要电灯和电器时,我是否会有意识地关掉它们?
  2. 在正常情况下,我更喜欢走楼梯还是乘电梯到达目的地?

可以根据调查得出的独立值预测答案。人口统计信息短期内不会改变,但有关气候变化和能源节约的观点可能会通过影响、教育或奖励而改变。在这些变化之后,预测模型可以预测个人在建筑节能方面的新行为。

Pypeline是AnyLogic的连接器库,它允许在AnyLogic和Python之间轻松流畅地创建接口。使用了Python最流行的机器学习库scikit-learn。在这个scikit-learn库中,有一些可用的回归方法,它们被用来制作所需的预测模型。 创建这个静态预测模型是为了了解一个人在能源节约方面的行为,基于这个人的人口统计数据。通过仿真使模型动态化。

例如,在教职工和学生关于气候变化的会议上,可能会有一组三个抽象的独立离散变量——本例中的问题值为1到5。 然后也可能有一个因变量——激励某人节约能源,在本例中称为行为S,也取值为1到5。

在会议中,有人可能会被这个话题说服,A或B或C,等等。例如,如果此人受到影响,并将其对问题A的回答从2改为3,那么Python模型将预测S的新值。下面的模型对此进行了说明。


影响和预测模型

影响和预测模型展示了一个思维变化和新行为


之后,大学的建筑管理者可以了解如何通过使用预测模型推进教育和信息,以实现节能目标。这种预测模型足以做出决策,因为它说明了哪些变量在因变量的预测中具有更大的权重。

调查结果

预测模型有助于在仿真运行期间改变属于该系统的个人特征。

运行多个仿真后,仅基于教育和影响力,能源利用率降低了6-8%。诸如金钱或折扣等干预措施应该会带来类似程度的改善。


仿真结果

仿真结果显示节能百分比


这项研究还有一个没有说明的次要影响。这改善了参观大楼人群的总体健康状况,因为他们在走楼梯时消耗了更多的热量。

然而,结果不如本案例研究中描述的一般概念那么重要。该项目尚未完成,未来将添加更多元素和场景。

该使用案例旨在激励AnyLogic用户或团队领导将此想法应用到他们自己的模型中。它还应该激励用户思考在他们的仿真中使用 机器学习模型或统计模型的可能性。

该案例研究由Noorjax咨询公司的Felipe Haro在2021的AnyLogic会议上提出。

这些幻灯片以PDF格式提供。



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