Управление транспортными потоками мегаполиса на основе прогнозирования и поведения интеллектуальных агентов

Актуальность работы.

В4 настоящее время практически* во всех мегаполисах темпы роста автомобильного парка значительно опережают развитие улично-дорожной сети. Это порождает ряд проблем дорожного движения: транспортные заторы, снижение безопасности, загрязнение окружающей среды. В Москве эти проблемы усугубляются из-за исторически сложившейся радиально-кольцевой планировки города и разобщенности мест работы и проживания" [40]. В этих условиях начиная с 1990;х годах в развитых странах (США, Зап. Европа, Япония и др.) начали разрабатывать полностью автоматизированные системы дистанционного централизованного1 оперативного управления дорожным движением в режиме реального времени, получившие название интеллектуальных транспортных систем (ИТС). Эксперты считают применение ИТ&euroодним из наиболее перспективных способов^ решения перечисленных задач дорожного движения ([71], [85], [89]).

Развитие ИТС сопровождается повышением уровня технической оснащенности транспортной инфраструктуры мегаполисов, разработкой более совершенных средств оперативного мониторинга, анализа и перераспределения транспортных потоков-(ТП), а также развитием систем искусственного интеллекта [44], [45]. Это дает достаточный потенциал для создания ИТС, обладающих принципиально новыми возможностями управления дорожным движением. Однако для созданиятаких систем требуется проведение дополнительных теоретических исследований в области моделирования, анализа и прогнозирования транспортных потоков, выявления закономерностей* влияния различных факторов и формализации знаний о предметной области.

Таким образом, актуальность данной работы обоснована необходимостью разработки новых информационно-технологических средств моделирования, прогнозирования, анализа и управления ТП, позволяющих повысить безопасность и эффективность транспортного 6 процесса, а также уровень его комфортности для участников дорожного движения. ,.

Цель работы: повышение эффективности оперативного управлениядорожным движением путем создания и, исследования свойств интеллектуальной транспортной системы, основанной на агентном моделировании и прогнозировании транспортных потоков.

Задачи исследования.

1. Анализ моделей, методов и> информационно-коммуникационных технологий, применяемых при управлении дорожным движением.

2. Разработка функциональной схемы управления? ТП мегаполиса посредством ИТС.

3. Создание имитационной модели неоднородного ТП, позволяющей, учитывать: особенности поведения, участников дорожногодвижениями нештатные ситуации на дорогах.

4: Выбор математического аппарата и разработка методики анализа, прогнозирования динамики состояний и оптимизирующего управления ТП.

5. Создание структуры и баз знаний многоагентной ИТС, реализующей данную методику.

6. Программная реализация многоагентной ИТС. .

7. Экспериментальная проверка работоспособности и анализ полученной многоагентной ИТС.

Методы исследования основаны на использовании принципов системного подхода и-искусственногоинтеллекта, теории множеств, и теории графов, теории агентов и. многоагентных систем,. модальной и нечеткой логики, методов оптимизации и имитационного моделирования, а также теории ТП.

На защиту выносятся следующие научные результаты:

— функциональная схема управления ТП мегаполиса посредством ИТС;

— имитационная модель неоднородного ТП;

— методика анализа, прогнозирования динамики состояний и управления ТП;

— структура и БЗ многоагентной ИТС, реализующей данную методику.

Научная новизна содержится в следующих результатах работы: функциональная схема управления ТП мегаполиса посредством многоагентной ИТСимитационная модель неоднородного ТП на основе гетерогенных агентов и применения формализмов нечеткой временной логики, что позволяет учитывать особенности структуры ТП и поведения участников дорожного движенияметодика структурного анализа, прогнозирования динамики состояний и управления ТП на основе интеллектуальных агентов, что повышает эффективность ИТС и делает ее устойчивой к нештатным ситуациям и влиянию различных факторов-* структура и БЗ многоагентной ИТС, отличительными особенностями которой является наличие прогнозирующих агентов (ПА), иерархически организованная система координации, а также моделирование различных типов поведения водителей в ТП.

Практическая полезность.

Результаты диссертационной работы позволяют повысить эффективность управления ТП мегаполиса посредством ИТС благодаря прогнозированию динамики их состояний, применению интеллектуальных агентов, а также эффективных алгоритмов и моделей, учитывающих особенности поведения участников дорожного движения и нештатные ситуации на дорогах.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается: корректностью использования математического аппарата и методов исследованийапробацией основных результатов работы- 8 результатами проведенных экспериментовсходимостью полученных данных с результатами других исследований.

Реализация результатов.

Полученные в диссертационной работе результаты были программно реализованы и использованы в учебном процессе МИЭМ при обучении студентов на кафедре «Математическое обеспечение систем обработки информации и управления» и в практической деятельности организации ООО «СМИЛИНК», работающей в области сбора, обработки и анализа информации о дорожном движении.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались в 2008 г. на XVI Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем», ИПУ, Москвав 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 гг. на Ежегодной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов МИЭМ, Москвав 2005, 2006, 2007, 2008 и 2009 гг. на Международной студенческой школе-семинаре, Судак.

Публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в 12 научных работах, в том числе 3 публикации в журналах из Перечня ВАК.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Структура диссертационной работы представлена на рис. 1.