სატრანსპორტო მარშრუტების დაგეგმვის ახალი მოდელები ექსტრემალურ და განუზღვრელ გარემოში

13 თებ 2017

თსუ-ის ზუსტ და საბუნებისმეტყველო მეცნიერებათა ფაკულტეტის კომპიუტერული მეცნიერებების დეპარტამენტის პროფესორების – გია სირბილაძის, ბეჟან ღვაბერიძის, ბიძინა მაცაბერიძისა და ანა სიხარულიძის ერთობლივი პროექტი – „სატრანსპორტო მარშრუტების დაგეგმვის ახალი მოდელები ექსტრემალურ და განუზღვრელ გარემოში“ 2017 წლის მაისში დასრულდება. პროექტი შოთა რუსთაველის ეროვნული სამეცნიერო ფონდის მიერ საგრანტო კონკურსის ფარგლებში 2015 წელს დაფინანსდა. პროექტში წარმოდგენილია ახალი ამოცანა და ხედვა ფაზი-სატრანსპორტო მარშრუტიზაციის პრობლემატიკაში, რომელიც განსხვავებულია არსებულ სამეცნიერო კვლევებში წარმოდგენილი მიდგომებისგან. იგი დაკავშირებულია იმ სირთულეებთან, რომლებიც წარმოიქმნება სხვადასხვა ექსტრემალურ სიტუაციებში ცენტრალური ბაზიდან სატრანსპორტო საშუალებებით (სს) მომხმარებლების ერთგვაროვანი პროდუქციით მომარაგების დროს. პროექტის მთავარი მიზანია, აიგოს პროგრამული პროდუქტი – ინტელექტუალური მხარდამჭერი სისტემა, რომელიც მარშრუტიზაციის მენეჯერებს დაეხმარება ექსტრემალურ სიტუაციაში ოპტიმალური და სანდო მარშრუტების შერჩევაში.

თანამედროვე მსოფლიოში უფრო და უფრო პრობლემური ხდება სატრანსპორტო საშუალებების მარშრუტებზე ოპტიმალური გადაადგილების მენეჯმენტი ექსტრემალური და გართულებული პროცესების მიმდინარეობის პირობებში. ესენია: 1. კატასტროფების, მიწისძვრების, მასობრივი განადგურების იარაღის გამოყენების შედეგად და სხვ. დაზიანებულ გეოგრაფიულ ზონებში არსებული სამხედრო, სამედიცინო და სხვა ტიპის ობიექტების ოპტიმალური და უსაფრთხო მომარაგების მენეჯმენტი; 2. ექსტრემალურ და რთულ სიტუაციებში სწრაფი რეაგირებისა და მოსახლეობისთვის უსაფრთხო დახმარების დაგეგმვა; 3. ექსტრემალურ სიტუაციაში სამხედრო მოქმედებისას სატრანსპორტო საშუალებებით ტვირთების გადაზიდვის მარშრუტების სტრატეგიული მენეჯმენტი; 4. მჭიდროდ დასახლებულ გეოგრაფიულ ზონებსა (ქალაქები და სხვ.) და გზებზე გართულებულ სიტუაციებში (ტრანსპორტით გადატვირთული გზები, სამოქალაქო მიტინგები და გაფიცვები, გზებზე მეტეოროლოგიური და სხვა მიზეზებით გამოწვეული ცუდი ხილვადობა, მოყინული გზები და სხვ.) ტრანსპორტის მოძრაობის დაგეგმვა. ამ პრობლემატიკით დაინტერესებული სახელმწიფო თუ კერძო ორგანიზაციები ცდილობენ, შექმნან მაღალი სანდოობის ინტელექტუალური პროგრამული ტექნოლოგიები, რომლებიც გაითვალისწინებენ ექსტრემალურ სიტუაციებში წარმოქმნილ განუზღვრელობებს და მხარს დაუჭერენ სატრანსპორტო საშუალებების გადაადგილების ოპტიმალური მარშრუტების დაგეგმვას.

სატრანსპორტო მარშრუტიზაციის ამოცანების ინტენსიური კვლევა გასული საუკუნის 70-იანი წლებიდან იწყება. 80-იანი წლების ბოლოსათვის თსუ-ის დარგობრივ ლაბორატორიაში შესრულდა პროექტი, რომელიც ითვალისწინებდა სპეციალური მანქანების მოძრაობის რაციონალური მარშრუტების აგებას რეგიონების მოსახლეობის გაზის ბალონებით მომარაგებისას. მიღებულმა ეკონომიკურმა ეფექტმა 10-15% შეადგინა. პრობლემის მათემატიკური მოდელის აგების, ალგორითმისა და პროგრამული უზრუნველყოფის შექმნის სამუშაოების ერთ-ერთი ძირითადი შემსრულებელი იყო თსუ-ის პროფესორი ბეჟან ღვაბერიძე. ამ ჯგუფმა ერთ-ერთმა პირველმა გამოიყენა მარშრუტიზაციის ამოცანების უმცირესი დაყოფის ამოცანაზე მიყვანის მეთოდი, რომელიც, როგორც შემდგომმა კვლევებმა აჩვენა, საკმაოდ ეფექტური აღმოჩნდა მარშრუტიზაციის გარკვეული კლასის ამოცანების ამოსახსნელად. მარშრუტიზაციის ამოცანები სკალარული მიზნის ფუნქციის შემთხვევაშიც ე.წ. რთული ამოცანების კატეგორიას განეკუთვნებიან და მათი ამოხსნის ზუსტი ალგორითმები რეალური განზომილებების შემთხვევაში არ არსებობს. განსახილველი ამოცანების კლასი საინტერესოა როგორც თეორიული, ასევე მისი პრაქტიკაში გამოყენების თვალსაზრისითაც.

ასევე უნდა აღინიშნოს პროექტის ავტორების აქტივობა აღნიშნულ პრობლემატიკაში საერთაშორისო პროექტების შესრულების მიმართულებით. ჯგუფმა ახლახან წარმატებით დაასრულა მუშაობა პროექტზე, რომელიც დაფინანსებული იყო ევროკავშირის ქვეყნების მიერ უკრაინის მეცნიერებისა და ტექნიკის ცენტრის საგრანტო გარემოში.

2000-იანი წლების დასაწყისში გამოჩნდა მრავალი სამეცნიერო სტატია, რომლებშიც განხილული იყო მარშრუტიზაციის ე.წ. მრავალკრიტერიუმიანი ამოცანები, ანუ ამოცანები, რომლებშიც, განსხვავებით კლასიკური მიდგომისა, განხილული იყო რამდენიმე მიზანი (ჯამური განარბენის მინიმიზაცია, დროის მინიმიზაცია, მარშრუტების სანდოობის მაქსიმიზაცია და ა.შ).

ასეთი ტიპის პრობლემატიკაზე მუშაობისას დეტერმინისტული (მიზეზ-შედეგობრივი კავშირით განპირობებული) თუ სტოქასტური (შემთხვევითი) მოდელების ბაზაზე აგებული სიმულაციური მხარდამჭერი ტექნოლოგიები ხშირად ვერ გვაძლევენ სანდო და დამაკმაყოფილებელ შედეგებს საკვლევი ობიექტის სირთულის, წინააღმდეგობრივი, ბუნდოვანი და არასაკმარისი ინფორმაციის ან ობიექტური ინფორმაციის სიმცირის გამო, რაც, პირველ რიგში, გამოწვეულია მიმდინარე რთული სიტუაციებით.

პრობლემატიკის სირთულის ზრდასთან ერთად, შესაძლებლობა – გავაკეთოთ სანდო დასკვნები საკვლევი ობიექტების მომავალ ქცევაზე, გარკვეულ ზღვრამდე ეშვება, რომლის მიღმაც ინფორმაციის ისეთი მახასიათებლები, როგორიცაა სიზუსტე და განსაზღვრელობა, ურთიერთგამომრიცხავი ხდება. ასეთ დროს მნიშვნელოვან როლს იძენს პრობლემატიკის გადაწყვეტის სისტემური კვლევა და ანალიზი. აუცილებელი ხდება შეფასებებში და ანალიზში ჩაერთოს ექსპერტთა ჯგუფები და მათი ცოდნა. თუმცა ექსპერტთა სუბიექტური მონაცემები მოდელის კონსტრუქციებში წარმოშობს ახალ, სუბიექტურ განუზღვრელობას. მოდელირების კლასიკურ მიმართულებათა პარალელურად მნიშვნელოვანი ხდება სუბიექტური, ფაზი-განუზღვრელობის (fuzzy un­­cer­­ta­­inty) დაშვება. ასეთ შემთხვევაში აუცილებელია ექსპერტული ცოდნის ინჟინერიის ფაზი-მეთოდებისა და ფაზი-ლოგიკის გამოყენება, რაც შესაბამისი მაღალი ღირებულების ავტომატიზირებული სისტემებისა და ინტელექტუალური ხელშემწყობი ტექნოლოგიების კონსტრუირებას უზრუნველყოფს.

სატრანსპორტო მარშრუტიზაციის პრობლემატიკაში (Ve­­hic­­le Ro­­u­­ting Prob­­lem (VRP)), ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული მიმართულებაა ფაზი-სატრანსპორტო მარშრუტიზაციის პრობლემატიკა (Fuzzy Ve­­hic­­le Ro­­u­­ting Prob­­lem (FVRP). FVRP ამოცანებმა რთულ და განუზღვრელ სიტუაციებში უნდა უზრუნველყოს ოპტიმალური მარშრუტების გენერაცია. თუმცა FVRP მეთოდოლოგიაზე აგებული პროგრამული უზრუნველყოფით სარგებლობისას აღნიშნავენ არასტაბილური მხარდაჭერის მომრავლებულ შემთხვევებს, რისი ძირითადი მიზეზი, ჩვენი ღრმა რწმენით, შემდეგი უნდა იყოს: FVRP-ის არსებულ კვლევებსა და მიმართულებებში გათვალისწინებულია სხვადასხვა პარამეტრთა (გადადგილების ხარჯები, გადაადგილების დრო, მომსახურეობის ფანჯრები და სხვ.) განუზღვრელი ხასიათი. ისინი კვლევებში წარმოდგენილი არიან ე.წ. ფაზი-რიცხვებით (fuzzy num­­bers). მაშინ, როდესაც სხვადასხვა მიზეზის გამო გზებზე გადაადგილება გართულებულია, ეს პარამეტრები მხოლოდ ექსპერტული ინფორმაციის წარმოდგენის ერთი პოლუსია – ინფორმაციის უზუსტობის სახელწოდებით. მაგრამ FVRP – კვლევებში საერთოდ არაა წარმოდგენილი ექსპერტული ინფორმაციის მეორე პოლუსი – განუზღვრელობა ე.წ. შესაძლებლობის ზომის სახით (შესაძლებლობის თეორია ალბათობის თეორიის ალტერნატივაა, როდესაც ექსპერიმენტის წყარო ექსპერტი და მისი ცოდნაა). ამ უკანასკნელის გათვალისწინება კი აუცილებელი ხდება მაშინ, როდესაც FVRP-ის ექსტრემალურ მოდელში ვითვალისწინებთ გზებზე სატრანსპორტო საშუალებებით გადაადგილების სანდოობისა და შესაძლებლობის ექსპერტულ შეფასებებს. ძირითადად ეს მიზეზია, რომ FVRP მოდელების არსებული ინტელექტუალური პროგრამული პროდუქტები ნაკლებად სანდო ხდება ექსტრემალურ სიტუაციაში ოპტიმალური მარშრუტების დაგეგმვის ამოცანებში. ეს გამოვლინდა მაშინ, როდესაც ამ პროექტის ავტორები მუშაობდნენ დისკრეტული ოპტიმიზაციის პრობლემატიკაზე – განუზღვრელ გარემოში ფაზი-დაყოფისა და ფაზი-დაფარვის ამოცანებზე. მათი კვლევები ეხება ზემოთ წარმოდგენილი პრობლემის გადაწყვეტას – ახალი მიზნობრივი ფუნქციების ფორმირებას აგრეგირების ორპოლუსიანი ფაზი-ინსტრუმენტების გამოყენებით. ამ მიმართულებით პროექტის ავტორთა მიერ გამოქვეყნებულია მრავალი პუბლიკაცია იმპაქტ-ფაქტორის მქონე შემდეგ სამეცნიერო ჟურნალებში: `The Eu­­ro­­pe­­an Jo­­ur­­nal of Ope­­ra­­ti­­o­­nal Re­se­arch“, `Inter­­na­­ti­­o­­nal Jo­­ur­­nal of Ge­­ne­­ral Systems~, `Infor­ma­ti­on Sci­en­ces”, `Interna­tional Jo­­ur­­nal of Infor­­ma­­ti­­on Tec­­hno­­logy & De­­ci­­si­­on Ma­king”, `Fuzzy Opti­­mi­­za­­ti­­on and De­­ci­­si­­on Making”, `Inter­nati­o­nal Jo­­ur­­nal of Uncer­­ta­­inty, Fuz­­zi­­ness and Know­­led­­ge-­­Ba­­sed Systems”, “Mat. Za­met­ki“.

პროექტის შექმნას, გარკვეული აზრით, საფუძველი დაუდო გია სირბილაძის ავტორობით 2013 წელს „შპრინგერის“ მიერ გამოცემულმა მონოგრაფიამ: `Gia sir­­bi­­la­­Ze, Extre­­mal Fuzzy Dyna­­mic Systems: The­­ory and Appli­­ca­­ti­­ons, Sprin­­ger, New York He­­i­­del­­berg, Dor­­drecht, Lon­­don~, რომელიც წარმოადგენს ექსპერტულ ცოდნაზე დაფუძნებული ექსტრემალური პროცესების მოდელირების, ანალიზისა და სინთეზის ახალ მიმართულებას.

პროექტის ფარგლებში მუშავდება ახალი, მრავალკრიტერიუმიანი FVღP-მიდგომა. ეს მიდგომა გადაწყვეტს ზემოთ წარმოდგენილ პრობლემას. აიგება აგრეგირების ახალი ინსტრუმენტი, რომელიც, არსებულ კლასიკურ კრიტერიუმებთან ერთად, უზრუნველყოფს მარშრუტების სანდოობის მიზნობრივი ფუნქციის აგებას გზებზე სატრანსპორტო საშუალებებით გადაადგილებისას. ამ მიდგომის საფუძველზე შეიქმნება პროგრამული პროდუქტი, რომელიც უზრუნველყოფს, ექსტრემალური და რთული მოვლენების შედეგად გზებზე გართულებული გადაადგილების გამო, სატრანსპორტო საშუალებებისთვის ოპტიმალური და სანდო მარშრუტების დაგეგმვას. პროგრამული უზრუნველყოფის ფუნქცია იქნება სატრანსპორტო საშუალებათა მართვის სახელმწიფო სამსახურებს, ტვირთების გადაზიდვების კომპანიებს, სადისტრიბუციო ქსელებსა თუ სხვა ორგანიზაციებს შეუქმნას მხარდაჭერა საჭიროების შემთხვევაში სწრაფი რეაგირებისა და მნიშვნელოვან გეოგრაფიულ პუნქტებში ტვირთების გადაზიდვის ოპტიმალური მარშრუტების დაგეგმვაში.

სისტემაზე მუშაობის პროცესში სისტემის მომხმარებლებს შესაძლებლობა ექნებათ ინფორმაციის მიღების მიზნით ჩართონ დარგის ცნობილი ექსპერტები, რათა მათი ცოდნა გამოყენებული იყოს კონკრეტულ სიტუაციებში პუნქტებს შორის გადაადგილების შესაძლებელი ხარისხების შეფასებისა და სატრანსპორტო საშუალებებისთვის სანდო მარშრუტების აგების მიზნით. პროექტში წარმოდგენილი პრობლემისთვის აიგება ახალი ტიპის შესაძლებლობითი კრიტერიუმი – მარშრუტებზე გადაადგილების სანდოობის მაქსიმიზაცია. მარშრუტებზე გადაადგილების სიგრძის მინიმიზაციის კრიტერიუმთან ერთად, შეიქმნება ორკრიტერიალური ამოცანის რეალიზების ორ ფაზიანი სქემა. ეს მიდგომა წარმოშობს ახალ მიახლოებას და პერსპექტივებს FVRP-პრობლემატიკაში.

პროექტის პროდუქტი მომხმარებელს გაუუმჯობესებს ტვირთების რეგულარული გადაზიდვის მარშრუტების დაგეგმვას რთულ სიტუაციებში. ამით მომხმარებელი მიიღებს სხვადასხვა რესურსების (დრო, გადაზიდვების ხარჯები, სატრანსპორტო საშუალებებისა და ადამიანური რესურსები და სხვ.) ეკონომიას. ცხადია, ასეთი პროექტის პროდუქტით დაინტერესებული იურიდიული პირების ჩამოთვლა ძალიან შორს წაგვიყვანდა მათი დიდი რაოდენობის გამო. პროექტის ავტორების აზრით, ისეთი კომპანიებისთვის, რომელთაც უწევთ ტვირთების რეგულარული გადაზიდვები ექსტრემალურ სიტუაციებში, მოთხოვნადი გახდება FVRP-პროგრამული უზრუნველყოფა, რომლის შექმნაც პროექტის ფარგლებში იგეგმება. ასეთ კომპანიათა რიცხვში მოიაზრება მრავალი მწარმოებელი თუ სადისტრიბუციო კომპანია, რომლებიც თავიანთი საკვები თუ სხვა სამომხმარებლო პროდუქტებით პერიოდულად ამარაგებენ საზოგადოებრივ ობიექტებს.

როგორც აღვნიშნეთ, პროექტში მონაწილეობას იღებს ოთხი პროფესორი ივ. ჯავახიშვილის სახელობის თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის კომპიუტერული მეცნიერებების დეპარტამენტიდან, რომელთაც პროექტის ამოცანების მიმართულებით სამეცნიერო (როგორც ფუნდამენტური, ასევე გამოყენებითი) კვლევების დიდი საერთაშორისო გამოცდილება გააჩნიათ. ამას მათი მონაცემებიც ადასტურებს. ეს განსაკუთრებით ეხება დისკრეტული ოპტიმიზაციის პრობლემატიკას და ფაზი-დისკრეტული დაპროგრამების ისეთ ამოცანებს, როგორიცაა ფაზი-დაყოფისა და ფაზი-დაფარვის ამოცანები. პროექტის ხელმძღვანელი წლების განმავლობაში მუშაობს სატრანსპორტო მარშრუტიზაციის პრობლემატიკაზე. მისი მონაწილეობით შესრულებულია რამდენიმე კომერციული თუ სახელმწიფო დანიშნულების პროექტი ამ მიმართულებით. პროექტის მონაწილე გია სირბილაძე ხელმძღვანელობს ექსტრემალური და რთული პროცესების შესწავლის ჯგუფს თსუ-ში. მას ამ მიმართულებით შექმნილი აქვს 2 მონოგრაფია. მის აქტივობებშია ასევე საექსპერტო ცოდნის ინჟინერიის ახალი მიდგომები და ტექნოლოგიები ფაზი-პროგნოზირებისა და ფაზი-გადაწყვეტილებათა პრობლემატიკაში. პროექტის ორი დანარჩენი მონაწილე – ანა სიხარულიძე და ბიძინა მაცაბერიძე, გარდა იმისა, რომ მათ აქტივობებშია დისკრეტული ფაზი-ოპტიმიზაციის კვლევები, ასევე ითვლებიან წარმატებულ პროგრამულ დეველოპერებად. აქვთ კარგი გამოცდილება ინტელექტუალური სისტემების პროგრამული ინჟინერიის მიმართულებითაც. პროექტში ჩართულია ახალგაზრდა მკვლევრები: დოქტორანტი ბიძინა მაცაბერიძე, რომელიც აღნიშნულ საკითხებზე წლის ბოლოს დაიცავს დისერტაციას კომპიუტერული მეცნიერებების დოქტორის ხარისხის მოსაპოვებლად და მაგისტრანტთა ჯგუფი სამაგისტრო პროგრამიდან „ინფორმაციული სისტემები“, რომლებიც აქტიურად მონაწილეობენ პროექტის ფარგლებში მიმდინარე სამეცნიერო სემინარში.

პროექტისთვის მნიშვნელოვანი იქნება მისი დასასრულისთვის დაგეგმილი ვორკშოპის მოწყობა, სადაც გაკეთდება პრეზენტაცია პროექტის ფუნდამენტურ შედეგებზე და, რა თქმა უნდა, წარდგენილი იქნება სისტემის დემო-ვერსია. ვორკშოპზე მოწვეულნი იქნებიან როგორც დაინტერესებული აკადემიური პერსონები საქართველოს წამყვანი უნივერსიტეტებიდან, ასევე საქართველოს დისტრიბუციული კომპანიები, რომლებიც დაინტერესდებიან ამ პროდუქტით. პროექტის დასრულებისას იგეგმება პროექტის მონაწილეების გამგზავრება საერთაშორისო კონფერენციაზე პროექტის შედეგების წარსადგენად. ასევე იგეგმება 2-3 კვლევითი სტატიის მომზადება, რომელიც მაღალრეიტინგულ საერთაშორისო ჟურნალებში გაიგზავნება დასაბეჭდად.