基于代理的移民影响建模

政策制定者依靠移民政策和配额来设计满足整个社会需求的政策。来自ETH Zürich能源转换实验室(LEC)小组的Marcello Marini、Ndaona Chokani博士和Reza S. Abhari教授开发了一种人工智能模型，该模型显著减少了模拟时间，允许更高的复杂性和规模。以瑞士作为他们的测试案例，他们基于主体的模型展示了移民对人口统计、城市基础设施和整个社会的社会保障需求的影响。

在瑞士，80％的年度人口增长是移民的结果。因此，外国国民占瑞士居民人口的25％。迁移往往具有减缓人口老龄化的效果，这可能在上个世纪，65岁以上居民比例从5.8％上升到17.8％，以及比例超过80岁以上的人数从0.5％增加到5.0％。此外，担心瑞士社会保障制度存在风险，如果劳动力不足以涵盖支持社会保险的成本，例如养老基金和职业福利计划，以获得衰老人口。

欧盟委员会认为人口老龄化问题与全球变暖同样重要。然而，设计满足整个社会需求的政策是一项艰巨的任务，政策制定者依赖移民政策和配额(源自移民影响模型)作为控制人口统计的工具。

基于过去趋势的经典建模方法很少考虑到人口和经济的未来变化，或由更复杂的问题产生的变化。人工智能方法允许模拟复杂系统，但需要大量数据的收集和标准化，从而在合理的时间范围内产生结果是具有挑战性的，并且通常通过降低复杂性，时间间隔和/或空间程度来损害结果模拟。

Marcello Marini是一家有能源转换实验室（LEC）集团的博士生，在Ethzzürich的能源技术研究所，与Ndaona Chokani博士一起，也与LEC集团，Ethzürich和Reza S. Abhari教授在LEC，Ethzürich开发了一种人工智能模型，可显着降低模拟时间，允许更高的复杂性和全国范围的延伸。

基于代理的模型
基于主体的建模，其中群体主体代表群体成员，模拟主体之间的交互以及主体与其环境之间的交互。该研究团队创建了一个基于代理的模拟框架，该框架具有广泛的数据库，详细描述了人口、建筑、移动基础设施和能源基础设施，覆盖了欧洲的地理范围。它们还采用图形处理单元(GPU)计算机体系结构，这使它们能够在不降低复杂性或规模的情况下减少模拟时间。

基于代理人的模拟结果表明，管理移民可以解决瑞士社会保障体系的长期可持续性问题。

研究人员扩展了基于代理的仿真框架，Enerpol，在LEC中出现内部的内部开发，具有动态的代理人的人口模型，动态模拟了各个生命周期和代理的选择，以及他们家庭的形成和转变，考虑经济，地理和城市因素。

子
基于代理的人口模型由许多子模型组成，该子模型模拟了人口的年度演变到目标年。衰老和死亡子曲线会使每个模拟年度增加代理人的年龄。代理人的死亡发生了基于年龄和性别的概率。耦合，后代和解耦子模型还取决于概率。耦合概率是婚姻状况，年龄和就业状况的函数。每个家庭的后代的概率取决于女性的年龄和当前儿童人数。为夫妻的比例计算家庭解耦的可能性。工作更改子模型根据代理人的满意，收入和房屋到工作距离触发了工作的变化。搬迁亚谟塞尔提起家庭的搬迁，这取决于他们在住宅的大小和成本和房屋到工作距离方面的满意度。迁移代理人在迁移子模型中进行了外源，确定每年移民和移民家庭的数量和规模。 New agents are added to the simulation and assigned jobs and dwellings depending on their households’ characteristics. Throughout these submodels, a GPU-accelerated choice model provides for fast computations of the available choices for agents.

全国人口模拟
研究小组选择了瑞士的人口作为一个测试案例，这样他们就可以研究未来可能的移民模式对实际人口的影响。建立了一个数字国家孪生模型，使他们能够确定移民对社会保障现金流的影响，并确定影响移民的政策措施，从而影响社会保障偿付能力。

三种情景
研究人员设定了三种情景:“一切如常”情景是基于瑞士联邦统计局(Swiss Federal Office for Statistics)报告的移民历史趋势预测;“大家庭”情景涉及移民家庭结构的转变，假设移民家庭向有孩子的大家庭转变;而“人口停滞”情景则考虑了对移民增加的一种可能反应，将移民数量限制在正常情况下的50%，将净移民配额保持在每年4万到5万人。

初始人口分布的投入和影响死亡率、耦合、脱钩和出生率的参数是基于历史数据的，在三种情景中是相同的。在2014年至2035年的模拟期间，所有三种情景下的交通基础设施都保持不变。

模型成果突出了移民对适合住房和城市发展需求的影响。

研究小组研究了三种不同的移民方案对瑞士社会保障体系偿付能力的影响。他们发现，如果每年的移民率被限制在现在的50%，到2027年，瑞士的社会保障体系将会破产。然而，研究人员发现，如果将移民率调整为有利于有孩子的大型移民家庭，那么社会保障体系将更可持续。

基于代理人的模拟结果表明，管理移民可以解决瑞士社会保障体系的长期可持续性问题。这些模拟显示出生率是如何随着移民人口的增加而增加的，从而减轻当前人口老龄化的影响。然而，总人口将比限制移民的情况要多，因此对住房和服务的需求将会增加。

移民和未来的住房需求
为了探讨人口统计变化对城市环境的影响，研究人员在洛桑瑞士集聚中进行了进一步的模拟。他们采用了相同模型和场景的扩展版本，以便在2014年至2035年的同期在洛桑的住房要求进行更详细的分析。

The agent-based modelling revealed that the city’s building capacity would reach a limit in 2022. As a consequence, the population increased in the periphery of the agglomeration of Lausanne with the construction of new smaller apartments suited to the smaller households that tend to move to the periphery. The availability of schools and services in the city centre means that families tend to move towards the centre of the city, and over time, the simulations show an increase in the numbers of family households when compared with numbers of singles and couples households.

这些模拟展示了洛桑周边的更多服务，以旨在增加较小的家庭人群。此外，大多数工作场所仍将位于市中心，因此在规划对运输基础设施的改进时，初始焦点应得到改善对周边的访问。

研究成果
研究团队展示了他们的人工智能模型如何进行从单个住宅到整个国家的多分辨率空间分析。他们可以量化移民对人口统计和城市基础设施的影响。该模型的结果突出了移民对适宜住房和城市发展的需求以及国家社会保障体系的长期可持续性的影响。此外，他们还展示了基于主体的模型如何支持政策设计，以解决整个社会的相对繁荣和社会安全需求。