Μοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ πεζών και οχημάτων
σε κοινόχρηστους χώρους με χρήση προχωρημένων μεθόδων μηχανικής μάθησης

Καμπιτάκης, Εμμανουήλ; Kampitakis, Emmanouil

dc.contributor.author	Καμπιτάκης, Εμμανουήλ	el
dc.contributor.author	Kampitakis, Emmanouil	en
dc.date.accessioned	2022-09-21T08:49:14Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/55708
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.23406
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Μαθηματική Προτυποποίηση σε Σύγχρονες Τεχνολογίες και στα Χρηματοοικονομικά”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Κοινόχρηστος χώρος	el
dc.subject	Αλληλεπίδραση πεζών-οχημάτων	el
dc.subject	Μηχανική μάθηση	el
dc.subject	Ανατροφοδοτούμενα δίκτυα	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	Shared Space	en
dc.subject	Interaction pedestrian-vehicles	en
dc.subject	Machine learning	en
dc.subject	LSTM	en
dc.subject	Simulation	en
dc.title	Μοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ πεζών και οχημάτων σε κοινόχρηστους χώρους με χρήση προχωρημένων μεθόδων μηχανικής μάθησης	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Θεωρία Κυκλοφορίας	el
heal.dateAvailable	2023-09-20T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-03-28
heal.abstract	Ο "κοινόχρηστος χώρος" είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει μια αναδυόμενη προσέγγιση στον αστικό σχεδιασμό. Πρακτικά είναι ένας δρόμος ή γενικότερα ένα μέρος το οποίο έχει σχεδιασθεί με σκοπό την βελτίωση της κίνησης και της άνεσης των πεζών μέσω της μείωσης της κυριαρχίας των μηχανοκίνητων οχημάτων και δίνοντας την δυνατότητα σε όλους τους χρήστες να μοιράζονται τον χώρο σε αντίθεση με τις πιο συμβατικές τεχνικές σχεδίασης κατά τις οποίες οι χρήστες ακολουθούν αυστηρά καθορισμένους κανόνες (όπως προτεραιότητα, χώρος κίνησης κλπ.). Από την πρώτη εφαρμογή της ιδέας του κοινόχρηστου χώρου και έπειτα έχει δημιουργηθεί μία συνεχής δημόσια συζήτηση για τα πλεονεκτήματα, τα μειονεκτήματα αλλά και την πρακτικότητα της εφαρμογής των κοινόχρηστων χώρων. Παρότι οι τεχνικές ηρεμίας της κυκλοφορίας είναι πολύ δημοφιλείς ανά τον κόσμο και υπάρχουν μυριάδες εφαρμογών και παραδειγμάτων, εν τέλει πολύ λίγες από αυτές αφορούν εφαρμογές κοινόχρηστων χώρων. Επομένως δεν μπορούν να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα από την υπάρχουσα εμπειρία για τις πραγματικές συνέπειες που θα έχει η εφαρμογή του κοινόχρηστου χώρου ο οποίος παραμένει ακόμα και σήμερα μια υποθετική έννοια, γεμάτη αβεβαιότητες και απρόβλεπτα αποτελέσματα. Μέχρι και σήμερα δεν υπάρχουν κατάλληλα εργαλεία μικροσκοπικής προσομοίωσης, τα οποία να μπορούν να αναπαράγουν τη λειτουργία των κοινόχρηστων χώρων. Ωστόσο, τέτοια εργαλεία θα παρείχαν, ιδανικά, ακριβή αποτελέσματα για την αποδοτικότητά των κοινόχρηστων όσον αφορά τις μέσες καθυστερήσεις των χρηστών, την ασφάλεια (αρχικός χρόνος μέχρι τη σύγκρουση) και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις (εκπομπές με βάση τη στιγμιαία ταχύτητα και επιτάχυνση των οχημάτων). Η προτυποποίηση και η προσομοίωση, σε συνδυασμό με την δυνατότητα οπτικοποίησης των μελλοντικών σχεδίων για την εφαρμογή ενός κοινόχρηστου χώρου, θα επιτρέψουν στους σχεδιαστές όχι μόνο να αξιολογήσουν τις επιπτώσεις ενός τέτοιου έργου και της αρχικής ιδέας υλοποίησης του αλλά μέσα από την δυνατότητα της προτυποποίησης διαφορετικών σεναρίων μικτής κυκλοφορίας μπορούν να βελτιστοποιήσουν την αρχική ιδέα και να καταλήξουν στην επίτευξη βέλτιστων λύσεων όσον αφορά την κυκλοφοριακή ικανότητα και τις καθυστερήσεις. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη συμπεριφορικών μοντέλων για την προτυποποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ πεζών και αυτοκινήτων σε κοινόχρηστους χώρους από περιορισμένα πραγματικά δεδομένα με την χρήση προχωρημένων μεθόδων βαθιάς μάθησης και η περαιτέρω χρήση τους σε ένα πρόγραμμα προσομοίωσης με απώτερο σκοπό την περαιτέρω αξιολόγηση αυτών των συμπεριφορικών μοντέλων στην χρησιμότητα τους όσον αφορά την εκτίμηση της αποδοτικότητας και της ασφάλειας των κοινόχρηστων χώρων. Στο πλαίσιο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, αναπτύχθηκε μια καινοτόμος παραλλαγή και επέκταση της αρχιτεκτονικής Occupancy LSTM, επιτυγχάνοντας εξαιρετική απόδοση στην πρόβλεψη τροχιών για ετερογενής χρήστες (πεζοί και όχημα) που αλληλεπιδρούν σε περιβάλλον κοινόχρηστου χώρου. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε εισήγαγε τρεις καινοτομίες. Πρώτον, πρόκειται για μια σταθμισμένη εκδοχή του Occupancy LSTM που χρησιμοποιεί τις δυνάμεις απώθησης ως βάρη, τα οποία διαφοροποιούν την επίδραση που έχουν οι χρήστες σε γειτονικούς χρήστες με βάση την απόσταση. Επιπροσθέτως, επεκτάθηκε κατά τρόπο ώστε το μοντέλο πεζών να περιλαμβάνει έναν δεύτερο σταθμισμένο χάρτη πληρότητας γειτονικών ετερογενών πρακτόρων (δηλαδή οχημάτων). Δεύτερον, εκτός από τη χωρική εγγύτητα, εξετάστηκε η χρονική εγγύτητα μεταξύ πεζών και αυτοκινήτων μέσω του μέτρου του χρόνου μέχρι τη σύγκρουση (TTC). Επιπλέον, τα βάρη (δυνάμεις απώθησης) εξαρτώνται από την τιμή TTC μέσω ενός πρόσθετου πολλαπλασιαστικού όρου που αυξάνει την απώθηση μεταξύ δύο πρακτόρων καθώς η τιμή TTC μειώνεται. Τέλος, εισάγεται μια νέα συνάρτηση πολλαπλών απωλειών με βάση την πρόθεση του χρήστη, η οποία είναι ο κυρτός συνδυασμός τριών απωλειών: (i) Της απώλειας MSE της πρόβλεψης της ταχύτητας και της πραγματικής ταχύτητας. (ii) Της απώλειας προορισμού, η οποία εκφράζει το κίνητρο του πράκτορα τουλάχιστον να μην απομακρύνεται από τον προορισμό του κατά την κίνηση του. (iii) Της απώλειας κατεύθυνσης, η οποία εκφράζει την επιθυμία του πράκτορα να ακολουθεί κάθε χρονική στιγμή τη συντομότερη διαδρομή προς τον προορισμό του. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η μετατόπιση βάρους στις συναρτήσεις απώλειας προορισμού και κατεύθυνσης βελτιώνει τα αποτελέσματα της πρόβλεψης πολλαπλών βημάτων με τη χρήση των μοντέλων πρόβλεψης ενός βήματος, γεγονός που οδηγεί σε πιο ρεαλιστικά αποτελέσματα όσον αφορά τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ πεζών και αυτοκινήτων στα πειράματα προσομοίωσης. Η βελτίωση αυτή για το μοντέλο των οχημάτων είναι μάλιστα της τάξης του 13% όσον αφορά το μέσο σφάλμα μετατόπισης. Στην συνέχεια δημιουργήθηκε ένα πρόγραμμα προσομοίωσης για κοινόχρηστους χώρους όπου σαν συμπεριφορικά μοντέλα για την προσομοίωση της κίνησης των χρηστών πεζών και οχημάτων χρησιμοποιήθηκαν τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν στην διπλωματική εργασία. Επιπλέον, παρουσιάστηκε ένα πλαίσιο για την αξιολόγηση των κοινόχρηστων χώρων όσον αφορά την αποτελεσματικότητα και την ασφάλεια. Το κύριο συμπέρασμα που προέκυψε από την παραπάνω διαδικασία είναι ότι ο κοινόχρηστος χώρος οδηγεί στη μείωση της εκροής πεζών, σε σύγκριση με τις αποκλειστικές λωρίδες/χώρους πεζών. Η μείωση της μέγιστης εκροής είναι της τάξεως των 0,5 ped/sec, για ίσες πυκνότητες πεζών. Ωστόσο, λαμβάνοντας υπόψη ότι, εκτός από τους πεζούς, ο κοινόχρηστος χώρος εξυπηρετεί 480 οχήματα σε μία ώρα, μπορεί να θεωρηθεί πολύ αποδοτικός, όπως δείχνουν οι χαμηλές καθυστερήσεις. Επιπροσθέτως, παρατηρήθηκε ότι η επίδραση του κοινόχρηστου χώρου στα οχήματα είναι μεγαλύτερη από ό,τι στους πεζούς, καθώς, όπως φάνηκε και από το διαθέσιμο σύνολο δεδομένων, τα οχήματα δίνουν συχνότερα προτεραιότητα στους πεζούς, και ιδίως σε ομάδες πεζών, που κινούνται με πολύ χαμηλότερη ταχύτητα σε σύγκριση με κανονικές συνθήκες. Όσον αφορά την ασφάλεια των πιο ευάλωτων χρηστών, δεν υπάρχουν συγκρούσεις σε ποσοστό άνω του 99% του χρόνου, ωστόσο θα πρέπει να επανεκτιμηθούν ορισμένες επικίνδυνες καταστάσεις.	el
heal.advisorName	Βλαχογιάννη, Ελένη	el
heal.committeeMemberName	Γιαννής, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Καρώνη, Χρυσηίς	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	100 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false