软件X 22（2023）101360原始软件出版物Viability穆斯塔法·沙班Leibniz Centre for Agricultural Landscape Research（ZALF），Eberswalder Straße 84，15374 Müncheberg，Germanyar t i cl e i nf o文章历史记录：接收3四月2022收到修订版2022年12月17日接受2023年保留字：生态系统服务基于Agent的建模社会需求农业景观a b st ra ctViSA是一个基于空间主体的模型，它模拟了不同利益相关者对农业景观生态系统服务需求的决策行为。生态系统服务供应不足促使利益相关者采用不同的管理方案来增加其供应。然而，在试图缩小供需差距的同时，由于某些生态系统服务的权衡性质，利益攸关方之间出现了冲突。ViSA调查的条件和情景可以最大限度地减少这种©2023作者由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本v1.0.0用于此代码版本的代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-22-00077可再生胶囊的永久链接https://www.comses.net/codebase-release/fe7cdfd5-d76d-402b-8b4e-c6097 b59 a071/GNU通用公共许可证（GPL-3.0）使用的代码版本控制系统语义版本控制标准使用的软件代码语言、工具和服务Logo，Netlogo 6.1.1编译要求、操作环境和依赖关系Windows如果可用，请链接到开发人员文档/手册https://www.comses.net/codebase-release/fe7cdfd5-d76d-402b-8b4e-c6097b59a071/问题支持电子邮件mostafa. zalf.de;moustafasha3ban@gmail.com1. 动机和意义Bebbington （ 1999 ） [ 1 ] 提 出 了 一 种 基 于 主 体 的 模 型（ABM），该模型能够在社会生态学框架下，以景观尺度对生态系统服务供给进行自下而上的需求驱动管理，并同时考虑不同类型的资本对生态系统现有的ABM大多涉及评估不同的自上而下的政策对土地利用/土地覆盖变化、农民的经济可行性和促进环境服务的影响。为此，我们试图通过ViSA模型来解决ABM在空间上识别供需差距的可行性相关的研究问题;如何最大限度地ViSA的目的是模拟内部不同利益相关者之间的自适应动态交互，电子邮件地址：mostafa. zalf.de。https://doi.org/10.1016/j.softx.2023.101360社会ViSA是作为“数字农业知识和信息系统”（DAKIS）项目（ https ： //www.example.com ） 的 一 部 分 开 发 的 adz-dakis.com/en/该模型旨在调查德国的三个案例研究区（CSA）-许多在勃兰登堡州的分区景观尺度：（1）Märkisch-Oderland（ MOL ） ， （ 2 ） Ostprigniz-Ruppin （ OPR ） 和 （ 3 ）Uckermark（UMK）。ViSA模型是在Eisenack等人（2006年）[3]、BenDor等人（2009年）[4 ]、Scheffran等人（2009年）[4]2352-7110/©2023作者。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softx穆斯塔法·沙班软件X 22（2023）1013602×和BenDor（2009）[5]，后来聚集在BenDor Scheffran（2018）[6]。Ben- Dor和Scheffran（2018）中渔业模型的参数设置是ViSA模型的基础然而，与他们的方法相反，他们专注于金融资本和人类的经济可行性，我认为社会系统的不同类型的资本。此外，我在分析中涉及地理空间维度。根据文献以及与在同一项目中进行未来情景研究的其他同事的合作，进一步参数化资本VIABLE模型用于复杂系统分析，并集成了一系列方法，即ABM，系统动力学，进化博弈论和网络分析。与VIABLE相比，ViSA在主体的判断中考虑了非货币价值体系和货币价值体系，并在其分析中涉及地理空间维度。ViSA的主要概念依赖于这样一个事实，即参与者分配来自不同类型资本的努力（即，金融、社会、自然、物理、文化和人类）的影响。这些努力的形式可以是支付、活动，如通过社交网络提高认识、教育计划、会议、开发数字农业设备和工具，如机器人、传感器。. 等这些ESS的额外供应建立了效用，最终增加了他们的资本。因此，该模式并非仅就货币影响对ESS进行估值，亦考虑对非货币价值的影响在这个版本中，建议实施三个管理选项：1。作物轮作与智能农业/补丁种植，2。绿篱，3。农林业。在某些地方，一些行为者对具有权衡性质的环境服务系统提出了要求。这个问题引发了行为体之间的冲突。因此，行动者决定是与同一地点有共同需求的其他人竞争还是合作此外，它们或者通过将优先级转移到具有最高边际值的优先级梯度决策规则）或者它们设置它们的效用将不再改变的目标优先级（即，优化决策规则）。行为者试图通过满足他们对ESS的需求来在他们的资本的可行性和生态系统的可行性之间进行妥协。模型中零时的初始状态代表了2021年系统状态的代理2. 软件描述2.1. 软件构架ViSA已在开源软件Net- logo 6.1.1 [9]中编程，如图所示。1，包含三个主要实体：（1）行动者谁代表的空间代理。在这个版本中，我们只包括三个演员代表有机农民（A），自然保护活动家（B）和传统农民（C）。它们的区别在于其资本，资本又细分为资本类型及其基本参数，对这些参数的偏好，其决策规则以及ESS（即，生物量产量、侵蚀控制、碳固存、水的可用性和生物多样性）、适用于该地区的管理然而，我们代表这些演员的空间单元，对应的ESS的需求的位置;（2）ESS的供应，这是由空间单位覆盖整个CSA表示。它们的不同之处在于供应的水平和位置，恢复的速度，消耗的速度和它们的单位效用根据每个管理选项;（3）驱动所有代理人的行为和动态的ESS，政策和法规的边际值和外部因素，如灾害，战争或爆发的系统模型的概念考虑量化政策对管理备选方案的补贴以及对行为者资本的其他影响然而，在当前版本的模型中，我不考虑自上而下的政策情景的影响，而是考虑系统的自下而上的情景演变，其基础是参与者关于要应用的管理选项的决策，参与者之间的相互作用（合作与竞争）及其决策规则。一个时间步长代表一个月，模拟可以运行30年（从2021年到2050年）。模型中嵌入了三种空间分辨率：100 m2 （1公顷），0.25平方公里 （500）500米）1公里2。模型景观尺度约为650km2 三个CSA中的每一个。这三种空间分辨率以模型运行速度为代价，为整个案例研究区域提供了不同级别的结果准确度。这意味着，高分辨率（100平方米）提高了模型结果和可视化的准确性，因为供应的一些地图的ESS是在相同的高分辨率（100平方米）。然而，模型在高分辨率下运行非常缓慢，反之亦然。它仍然可以通过编辑的大小添加更多的决议 模型代码中的视图和补丁。解决方案仅在空间可视化分析中重要，如供需缺口和冲突风险。然而，对于社会系统参数的分析，例如行为者的资本，如果用户想要分析特定区域内的 在CSA中，当应用高分辨率模式时，它将允许评估小空间尺度，例如小田地或农场如果我们应用比供应图更低的分辨率，则难以解决估计误差，因为在这种情况下，Netlogo采用导入的地图并将该值添加到一个补丁（例如，将分辨率为100米的栅格地图导入分辨率为1公里的模型，模型中的一个斑块将采用100个单元的平均值）。然而，这些误差将仅出现在空间评估中（例如，supply–demand2.2. 软件功能ViSA模型包含10个主要程序，在模型随附的描述文件中详细解释。然而，并不是所有这些都是运行模型所必需的，而是它们为模型添加了更多的功能。在这里，我给这些功能的快照。2.2.1. 电子地图在此步骤中，在选择CSA（显示数据的分辨率级别）后，将与正在调查的CSA相关的WGS 1984 UTM Zone 33N GIS投影的所有地理数据导入模型导入的地理数据是五个ESS的栅格格式的供应地图，三个参与者的矢量格式的ESS地图需求（即，形状文件）和政治边界，这些边界已与三个CSA的 Corine土地覆盖（CLC）地理数据[10]合并2.2.2. 显示按钮这个过程包括七个功能，涉及可视化视图上的数据，并确定ESS和要调查的演员。可以可视化的数据是供应和需求地图，供需缺口（图）。 2，左），区域显示与缩放颜色冲突的风险（图。2，右），显示供应与需求水平精确匹配的领域，为整个CSA设定潜在需求水平，然后分析研究差距和不同参与者需求不一致的领域。穆斯塔法·沙班软件X 22（2023）1013603==-图1.一、ViSA 模型的接口。图二、左 边 一 个 行 动 者 的 生 物 量 产 量 供 需 缺 口 （ 即缺口供给/需求，如果供给需求，则缺口1）和右侧行为体之间冲突的风险。2.2.3. 情景设置这一程序在设定初始条件、需要调查的领域、行动者的决策规则、模拟的时间框架和需要测试的管理方案方面都很重要此外，它还确定了为促进ESS的供应而向参与者支付的费用，是否通过考虑参与者的偏好（即，权重）到首都的参数或通过保持其中性和适应率（即，参与者对效用变化的响应速度的倒数），其范围在0和1之间。2.2.4. 模型初始化和运行此过程用于将初始值分配给变量，而不是通过按设置按钮从地理数据导入的变量，并通过按执行按钮运行模拟这些价值包括三个参与者在参数水平上的资本、对这些参数的偏好、三个管理方案所需的努力、从管理方案中获得的单位效用、这些单位效用的弹性以及它们在增加环境服务系统供给方面的效率。在go程序下，一些变量的值，如ESS的供应，参数的，穆斯塔法·沙班软件X 22（2023）1013604图三. 信 息 板显示三个层次的土地利用类型，需求值，供应值，要调查的网站ID，差距，冲突风险在选定的补丁上。它还显示了供应地图的来源时，显示供应打扮，并显示在每个领域的需求水平时，按下show-demand按钮（Yld=产量，EC=侵蚀控制，CS=碳固存，Wa=水的可用性，Biod=生物多样性）。资本、效用、努力、ESS的优先级和单位效用改变。模型代码中使用的参数的详细说明可以在上述链接中随附于软件的说明和补充材料文件中找到。2.2.5. 导出地块和地图该过程涉及将生成的图导出为逗号分隔值文件（CSV），并将可视化结果导出为栅格地理数据，该栅格地理数据可在其他应用程序或DAKIS项目的最终决策支持系统中重复使用。2.2.6. 添加新参与者此过程的目的是在评估中包括一个新的参与者，并通过模型直接添加需求。2.2.7. 情报板此过程可作为图例的替代方法，用于转换视图上显示的可视化效果，但不像地图图例那样准确它提供了三种情况下的信息(1)按下show-supply按钮后，显示源（2）在按下显示需求按钮后，它显示所选ESS的三个潜在需求地点中的每一个的需求水平，（3）在按下图3中的信息按钮后，接着在任何补丁上点击鼠标 在景观内的视图上，将显示关于该补丁的详细信息。它显示了三个层次的土地覆盖类型，五个ESS的供应水平，三个行动者对五个ESS的需求水平，新用户（如果添加）和所有行动者，站点的ID，以便可以检测哪个需求站点将在模拟中进行评估，五个ESS的供需缺口和该补丁的冲突风险。贴片大小反映了应在第一个程序中确定的分辨率。此外，五个ESS的供应数据和该补丁的2.2.8. 地图可视化这基本上是模型视图上数据的空间表示，可以将其导出为栅格地理数据，以供进一步调查或处理。2.2.9. 地块此过程将模拟结果显示为曲线图，这些曲线图显示了运行模型期间特定变量随时间的变化。图4是显示模拟结果的曲线图的示例。它显示了三个演员的资本随时间的变化。模型中的所有变量，包括ESS，都使用最小-最大标度标准化方法[ 11 ]进行了标准化，不同类型资本的总和）。因此，委员会认为，可以在运行仿真之后将归一化值转换为它们的真实值。2.2.10. HubNet初始化这个程序代表了一个将角色扮演游戏与ABM相结合的附加功能，但仍在开发中。 它利用Netlogo的hubnet活动将多个参与者连接到模型，以便他们可以通过hubnet客户端窗口直接交互（图10）。5）。在这个版本中，我们只为客户端启用了简单的任务，这样他们就可以远程与模型交互，例如在他们的视图中显示供应，显示其他参与者的选定ESS的需求区域，并作为新用户添加新的需求区域。这一程序将得到进一步发展，以便每一行为者能够选择一种或多种管理备选办法，应用于其需求地点，并就这一决定对资本和ESS供应的影响获得反馈，以便他们要么维持其决定，要么根据其影响加以调整。2.3. 示例代码段分析图图6示出了关于在两个交互场景中的努力C的改变的示例代码，其中，kappa是努力的适应率，u是自身利益，并且sum_w_c是其他人在竞争梯度场景中，每个参与者的努力都是有限的，每个参与者都分配了最大的努力。在竞争优化场景中，参与者试图缩小他们的已实现努力与目标努力C_targ之间的差距，在目标努力C_targ处，他们的效用不会改变。模型的完整解释可以在[12]中找到3. 说明性实例该模型已被测试与一个说明性的例子，可以在[13]中找到。4. 影响ViSA模型是一种新的工具，用于研究复杂系统的演变和确保社会生态农业生态系统的可行性。它支持用户选择管理选项或选项组合，最大限度地减少此外，它考虑了不同类型的货币以及非货币资本和价值观，并提供了不同的情况下，从竞争与合作的方向产生的系统演化的见解该模型还具有其他功能，例如在空间中改变资本的能力，与利益相关者进行虚拟预算游戏实验，穆斯塔法·沙班软件X 22（2023）1013605图四、 演员A、B和C的 资 本 随时间的变化。图五. HubNet客户端接口。图六、 示例代码显示了go过程中两种场景下的工作量变化。对Corine土地覆盖的影响，并测试新的需求领域。该软件旨在用于研究目的，并已作为免费开源软件向所有用户发布5. 结论ViSA模型是一个很有前途的工具，用于确定农业景观中ESS的社会供需缺口热点，并评估最大限度地减少这些空间不匹配和减少景观层面受益者之间冲突的方案。新版本的模型采用了新的设计，增加了更多的功能，包括更多的参与者，不同的空间分析尺度，较少的限制正在开发中。它将用于耦合ABM与角色扮演游戏方法，以验证行为者的行为数据。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作数据可用性该模型的代码可在手稿中的链接中找到穆斯塔法·沙班软件X 22（2023）1013606确认这项工作是在德国联邦农业部资助的数字农业知识和信息系统（DAKIS）项目（ID：FKZ 031B0729A）的资助下完成的。教育和研究（BMBF）。引用[1] 贝宾顿河 World Dev1999;27：2021-44.[2] Mouratiadou I，Lemke N，Zander P，Shaaban M，Macpherson J，GaiserT，etal. Berlin-Online. 2021年[3] EisenackK，Scheffran J，Kropp JP.环境模型评估2006;11：69[4]放大图片作者：J. Ecol Econom2009;68：1061-73.[5]放大图片作者：J.国际环境污染杂志2009;39：4。[6]BenDor TK，Scheffran J.基于Agent的环境冲突与合作建模。Boca Raton，Florida，USA：Taylor Francis; 2018.[7]杨伟，王伟，王伟. 2035年的农业企业--未来的农民。德国卡尔斯鲁厄：弗劳恩霍夫系统与创新研究所ISI;2020。[8]Shaaban M ， Voglhuber-Slavinsky A ， Dönitz E ， Macpherson J ， Paul C ，Mouratiadou I，Helming K，Piorr A.（未注明）。[9]威连斯基大学1999年[10]哥白尼土地监测服务-欧洲环境署。2018年[11]Patro SGK，sahu KK. IARJSET2015;20-2.[12]放大图片作者：Shaaban M，Mouratiadou I，Piorr A.（未注明）。[13]ShaabanM，Piorr A.柏林在线. 2021年
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