Μοντελοποίηση και Προσομοίωση Κίνησης Ανθρώπων σε Αστικό Περιβάλλον με χρήση Agent-Based Modeling

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύεται και μελετάται η τεχνική μοντελοποίησης που βασίζεται σε αντιπροσωπευτικούς πράκτορες (Agent-Based Modeling), παρουσιάζεται η χρήση του Agent-Based Modeling σε συνδυασμό με πραγματικά γεωγραφικά δεδομένα μέσω της ανάπτυξης εφαρμογών στην πλατφόρμα GAMA, παρέχονται οδηγίες για την εγκατάσταση και χρήση της πλατφόρμας GAMA, και με χρήση των εργαλείων αυτών επιλύεται με τη δημιουργία μίας παραμετροποιήσιμης προσομοίωσης ένα πρακτικό πρόβλημα, η ανεύρεση ενός παιδιού που έχει χαθεί σε αστικό περιβάλλον.

Ειδικότερα, στο Agent Based Modeling προσδιορίζονται οι παράγοντες που εμπλέκονται σε ένα πρόβλημα και στη λύση του, και καθένας από τους παράγοντες μοντελοποιείται ως ξεχωριστός πράκτορας (agent) με δικά του χαρακτηριστικά, ιδιότητες και συμπεριφορά. Με αυτόν τον τρόπο, για την μοντελοποίηση ενός εξαιρετικά πολύπλοκου συστήματος δεν απαιτείται η μοντελοποίηση του ολικού συστήματος, αλλά αρκεί η κωδικοποίηση των επιμέρους απλών μερών του, που είναι ευκολότερη και απλούστερη. Με την μοντελοποίηση αυτή των επιμέρους μερών και τον προγραμματισμό των κανόνων που διέπουν τη συμπεριφορά τους, τα επιμέρους μέρη μέσα από την αλληλεπίδρασή τους δημιουργούν την ολική συμπεριφορά του πολύπλοκου συστήματος, και δίνουν την δυνατότητα μοντελοποίησής του. Έτσι μπορούμε να εξερευνήσουμε και να επιλύσουμε το πρόβλημα. Η δυνατότητα αυτή του Agent Based Modeling έχει οδηγήσει αρκετούς να πιστεύουν ότι το Agent-Based Modeling «είναι ένας τρίτος τρόπος για να κάνει κανείς επιστήμη» [1].

Προκειμένου να κάνουμε χρήση του Agent-Based Modeling στην ανθρώπινη κινητικότητα, απαιτείται να εισάγουμε ως συνιστώσες τον χώρο και τον χρόνο. Για να το πραγματοποιήσουμε αυτό χρειαζόμαστε μια πλατφόρμα που να συνδυάζει το Agent-Based Modeling με πραγματικά γεωγραφικά δεδομένα. Μία τέτοια πλατφόρμα είναι η πλατφόρμα GAMA (GIS & Agent-based Modeling Architecture). Και επειδή όπως πολλές πλατφόρμες που υποστηρίζουν νέες και ισχυρές τεχνολογίες μοντελοποίησης, έτσι και η GAMA είναι δύσκολη για κάποιον νέο χρήστη, παρέχονται οδηγίες για εγκατάσταση και χρήση της.

Επιδιώκοντας να αναδείξουμε στη πράξη τις δυνατότητες που προσφέρει η μοντελοποίηση με Agent Based Modeling και χρήση της πλατφόρμας GAMA στην επίλυση προβλημάτων ανθρώπινης κινητικότητας, επιλέξαμε να λύσουμε το πρόβλημα της εύρεσης ενός χαμένου παιδιού σε αστικό περιβάλλον με χρήση πραγματικών γεωγραφικών δεδομένων χαρτών και χρήση της πλατφόρμας GAMA. Το χαμένο παιδί κινείται στο χάρτη της προσομοίωσης, έχοντας μία αρχική θέση και κάποια σημεία ενδιαφέροντος (π.χ. παιδικές χαρές). Ταυτόχρονα, άνθρωποι μετακινούνται στο χάρτη κάνοντας τις καθημερινές δουλειές τους. Ένα ποσοστό αυτών βρίσκονται σε επιφυλακή για την εύρεση του παιδιού. Ένα πιθανοτικό μοντέλο προσομοιώνει την επιφυλακή των ανθρώπων, σε συνδυασμό με τον τρόπο με τον οποίο κινούνται οι άνθρωποι, και εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με την εύρεση του παιδιού.

Τέλος, τίθενται με σαφήνεια οι προδιαγραφές για την υλοποίηση της προσομοίωσης προς επίλυση του προβλήματος, και αναλύεται το πώς οι προδιαγραφές ικανοποιήθηκαν σε επίπεδο κώδικα. Δίνονται επίσης οδηγίες χρήσης τόσο για την πλατφόρμα, όσο και για την προσομοίωση που κατασκευάστηκε.