Témata bakalářských a diplomových prací v inteligentní dopravě (2014/2015)

Aktuální verzi všech témat najdete vždy na http://zp.feld.cvut.cz (přístupné pouze po autentifikaci). Studenti FIT ČUVT vítáni. All topics available in English too.  Kontakt: Michal Jakob. Vybraná dema: http://transport.felk.cvut.cz .

Dopravní systémy se nacházejí na prahu zásadní proměny. Trvalá síťová konektivita, postupující automatizace a nástup elektormobility promění v následujícíh letech dopravní systémy k nepoznání. Dopravní systémy budoucnosti budou inteligentní, schopny automaticky a průběžně optimalizovat svou činnost, aby maximálně vyhověly různorodým různorodým potřebám svých uživatelů.

Většina témat navazuje na rozsáhlé výzkumné aktivity skupiny Agent-based Computing for Intelligent Transport Systems. Řada z nich probíhá v méně či více volné spolupráci s inovativními firmami. Počet míst na každém tématu omezen. Jiná související témata vycházející ze zájmů studenta možná!

Rámcová témata

Automatické plánování, rozvrhování a koordinace pro inteligentní dopravní systémy budoucnosti

Cílem práce je navrhnout, implementovat a experimentálně ověřit vybrané techniky multi-agentních systémů pro podporu inteligentní multi-modální dopravy, tj. dopravy kombinující různé typy dopravy, individuální i hromadné, dle aktuální poptávky a dostupnosti přepravních kapacit a to i v reálném čase. Inteligentní dopravní systém se adaptuje na potřeby cestujících, efektivněji využívá dopravních prostředků a dopravní infrastruktury, a tím snižuje ekonomických náklady i negativní dopady na životní prostředí.

Práce bude součástí mezinárodních výzkumných projektů. Přesné zadání bude upřesněno dle zájmu studenta a aktuálních potřeb projektu

Příklady konkrétních témat:

  • personalizované plánování spojení a cest s real-time daty
  • aukční mechanismy pro inteligentní tržiště dopravních služeb - možná spolupráce s Liftago.
  • algoritmická analýza dopravní dostupnosti - možná spolupráce IPR Praha.
  • multi-agentní algoritmy pro plánování tras a přidělování vozidel v kurýrních službách - možná volná spolupráce s Messenger nebo DámeJídlo.
  • internetová platforma a API toolkity pro integrované dopravní systémy

Inteligentní analýza, vizualizace a simulace rozsáhlých dopravních systémů

Cílem práce bude navrhnout, implementovat a experimentálně ověřit vybrané datově-orientované analytické a simulační techniky pro hlubší porozumění chování současných i budoucích dopravních systémů. Implementované techniky umožní identifikovat kritické faktory ovlivňující fungování dopravních systémů a kvantifikovat jejich vliv na efektivitu, dostupnost, bezpečnost a environmentální zátěž dopravy.

Příklady možných témat:

  • analýza transakčních dat z dopravních systémů - možná spolupráce s Liftago.
  • aplikace geografických informačních systémů (GIS) na analýzu a vizualizaci dopravy
  • agentní mikrosimulace integrované multi-modální dopravy - možná spolupráce Centrum dopravního výzkumu .
  • simulace inovativních dopravních schémat (flexibilní poptávková přeprava, car pooling, car/bike sharing)
  • analýza dopravní obslužnosti a identifikace kritických míst v dopravních sítích
  • modelování systémů s elektromobily a autonomními (robotickými) vozidly

Mobilní aplikace pro inteligentní podporu mobility na platformě Android

Analyzujte, navrhněte, implementuje a otestuje aplikaci pro inteligentní podporu efektivního pohybu s využitím všech dostupných způsobů dopravy (pěší, cyklistická, hromadná, automobilová atd.) a případné koordinace s ostatními cestujícími. Přesná specifikace bude upřesněna po diskuzi se studentem i na základně jeho podnětů.

Příklady témat:

  • mobilní navigátor pro městskou cyklistiku - spolupráce Auto*Mat nebo Rekola.
  • multi-modální navigační systémy optimalizované pro mobilní použití a propojené s uživatelovými osobními daty (kontakty, kalendář, úkoly apod.)
  • modelování typických tras uživatele a využití tohoto modelu pro prediktivní navigaci
  • podpora skupinové dopravy s napojením na komunitní sítě (Facebook apod.)

Aplikace teorie her na bezpečnost a efektivitu dopravy

Cílem práce bude navrhnout, implementovat a experimentálně ověřit vybrané techniky pro zvýšení bezpečnosti a efektivity integrovaných dopravních systémů. Důraz bude kladen na využití technik teorie her a inverzní teorie her (mechanism design).

Přesné zadání bude upřesněno dle zájmu studenta a výzkumných potřeb pracoviště, příklady možných témat:

  • modelování a optimalizace přepravní kontroly v sítích veřejné dopravy
  • návrh pobídek maximalizující návaznost spojů v liberalizovaných dopravních sítích s více dopravci
  • optimalizace kontrolní činnosti v silniční dopravě (kontrola rychlosti, kontrola výběru mýtného atd.)
  • robustní kooperativní navigace

Témata závěrečných prací

Otevřený plánovač cyklistických tras

Cílem práce je aplikovat techniky inteligentní analýzy dat, plánování a optimalizace pro implementaci otevřeného plánovače cyklistických tras. Plánovač na základě zadaného startu a cíle vyhledá (blízce) optimální trasu vzhledem k uživatelsky definovanému mixu kritérií (čas, vzdálenost, stoupání, rušnost). Uživatel bude moci také nastavit průměrnou rychlost své jízdy, průjezdové body a datum a čas pro uskutečnění jízdy. Pro získání mapy silniční sítě, cyklostezek a chodníků bude využito otevřených OpenStreetMaps. Pro nalezení (blízce) optimální trasy budou využity heuristické algoritmy pro výpočet nejkratší cesty s pokročilými speed-up technikami (např. Contraction Hierarchies). Nalezené plány budou přehledně zobrazeny na podkladu OSM map společně s vypočtenými hodnotami kritérií. Vlastnosti plánovače cyklistických tras budou vyhodnoceny na několika reálných mapových podkladech z měst, která mají různý charakter vzhledem k cyklistické dopravě (např. město v rovině vs. město v horách). Specifikace požadavků a vyvíjený prototyp budou průběžně konzultovány se zástupci cílové uživatelské skupiny. Výstupem by měl být plánovač po minimálních úpravách nasaditelný v praxi pro podporu cyklistické dopravy.

Aukční mechanismy pro on-line tržiště dopravních služeb

Inteligentní on-line tržiště využívající aukční techniky se v poslední době prosazují jako velmi efektivní způsob přidělování objednávek ve dopravních službách nové generace (např. Uber). Cílem práce je formalizovat koncept on-line tržišť, navrhnout vhodný multiagentní algoritmus pro párování cestujících a zakázek a výsledný algoritmus prověřit na reálných datech (např. od firmy Liftago).

Strojové učení a dolování (velkých) dat o dopravních systémech

Cílem práce je aplikovat techniky strojové učení a dolování dat pro analýzy a optimalizaci dopravních systému. Datové sady, které mohou být v rámci práce analyzovány zahrnují data o pohybu lidí, data o používání taxi služeb a další.

Multi-kriteriální hledání optimálních cest v (dopravních) sítích

Cílem práce bude navrhnout, implementovat a experimentálně ověřit multi-kriteriální heuristický algoritmus pro hledání optimální cesty v grafu. Vstupem algoritmu bude ohodnocený graf (každá hrana je ohodnocena vektorem cen) a počáteční a koncový uzel požadované cesty. Výstupem algoritumu bude množina nedominovaných řešení – množina nejlépe hodnocených cest, které mezi sebou nelze porovnat, protože mezi kvalitou cest existuje pouze částečné uspořádání. Vlastnosti algoritmu budou vyhodnoceny primárně na dopravních datech silniční sítě. Bude zkoumáno, jak vypadá prohledávání prostoru plánů v porovnání se single-kriteriálním algoritmem, kde jsou kritéria namapována na jednu objektivní funkci. Výstupní algoritmus umožní zkvalitnit existující plánovače cest (např. IDOS) směrem k lepšímu zohlednění různorodých uživatelských požadavků.

Počítačová analýza dopravních sítí

Cílem práce je navrhnout a implementovat algoritmy pro datově orientovanou analýzu dopravních sítí, primárně z pohledu vzájemné dostupnosti jednotlivých podoblastí. Analýza bude založena na následujících vstupech: mapy silničních sítí, informace o trasách a jízdních řádech veřejné dopravy, demografická data a informace o hlavních dopravních tocích. Analýza by měla identifikovat a přehledně zprostředkovat slabá a silná místa existujících dopravních sítí a posloužit jako podklad pro jejich další rozvoj / zlepšení. Výstupem analýzy budou např. grafy dojezdových časů mezi jednotlivými oblastmi, vizuální mapy nejhůře a nejlépe dostupných oblastí (obojí případně podle denní doby či typu dopravních prostředků -- auto, kolo, MHD) atd. Implementace analytických funkcí bude např. vyžadovat schopnost v masivních počtech počítat (blízce) optimální trasy v dopravních sítích. Prezentace analytických výstupů by měla využívat interaktivních GIS vizualizačních technologií (např. Google Earth).

Výpočetní modelování a simulace flexibilních dopravních systémů

Flexibilní dopravní systémy (FDS) jsou moderním přístupem ke zkvalitnění systémů (osobní) dopravy. Skrze využití inteligentních počítačových a komunikačních technologií, FDS umožňují cestujícím široký výběr času, trasy či typu dopravního prostředku s ohledem na cenu, rychlost, bezpečnost, environmentální dopad a další kritéria.

Cílem práce bude namodelovat a odsimulovat vybrané FDS. Bude využita metoda agentního modelování; implementace modelu využije simulační platformu AgentPolis (http://agentpolis.com) vyvíjenou týmem vedoucího práce. Důraz bude kladen na integraci s reálnými datovými podklady (mapy, silniční sítě, jízdní řády, demografická data) a na časoprostorovou analýzu simulačních výstupů pomocí analytických a vizualizačních nástrojů GIS (např. PostGIS, Google Earth, RapidMiner). Výstupy práce by měly poodhalit, za jakých okolností a v jakých konfiguracích mohou FDS přinést maximální zlepšení a otevřít tak prostor pro jejich následné nasazení v dopravní praxi.

Počítačová analýza a optimalizace přepravní kontroly

Cílem přepravní kontroly ve veřejné dopravě je vhodným rozmístěním náhodných kontrol v čase a prostoru minimalizovat počet neplatících cestujících. Vzhledem ke složitosti a rozsahu sítí veřejné dopravy a omezeného počtu revizorů je nalezení efektivního plánu kontrol složitý optimalizační problém. Prvním cílem práce bude navrhnout metody, které umožní pomocí počítačové simulace vyhodnotit efektivitu různých kontrolních strategií v závislosti na topologii dopravní sítě a struktuře přepravních toků v ní. Druhým cílem práce (může být řešen samostatně) pak bude vyvinout výpočetní metody, které optimální kontrolní strategii pro danou dopravní situaci automaticky navrhnou. Při práci budou využity metody agentního modelování a simulace a dále optimalizace za omezujících podmínek a bude navazovat na existující projekty v této oblasti.

Publications

Papers

  • Michal Certicky, Michal Jakob, Radek Pibil, Zbynek Moler: Agent-based Simulation Testbed for On-demand Transport Services (Demonstration). Proceedings of the 13th International Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS 2014). 2014.
    BiBTeX | PDF (432)
  • Michal Certicky, Michal Jakob, Radek Pibil, Zbynek Moler: Agent-based Simulation Testbed for On-demand Mobility Services. In Proceedings of the 3rd International Workshop on Agent-based Mobility, Traffic and Transportation Models, Methodologies and Applications (ABMTRANS). 2014.
    BiBTeX | PDF (437)
  • Qing Song, Pavol Zilecky, Michal Jakob, and Jan Hrncir: Exploring Pareto Routes in Multi-Criteria Urban Bicycle Routing. In IEEE Intelligent Transportation Systems Conference. 2014.
    BiBTeX | PDF (442)
  • Jan Hrncir and Qing Song and Pavol Zilecky and Marcel Nemet and Michal Jakob: Bicycle Route Planning with Route Choice Preferences. In Prestigious Applications of Artificial Intelligence (PAIS). 2014.
    BiBTeX | PDF (439)
  • Michal Jakob, Jan Hrncir, Luis Oliva, Francesco Ronzano, Pavol Zilecky, and Jason Finnegan: Personalized Fully Multimodal Journey Planner. In Prestigious Applications of Intelligent Systems (PAIS). 2014, p. 1225 - 1226.
    BiBTeX | PDF (440)
  • Jan Nykl, Michal Jakob and Jan Hrncir: Advanced Public Transport Network Analyser. In Prestigious Applications of Intelligent Systems (PAIS). 2014, p. 1229 - 1230.
    BiBTeX | PDF (441)
  • Malcolm Egan and Michal Jakob: A Profit-Aware Negotiation Mechanism for On-Demand Transport Services. In European Conference on Artificial Intelligence (ECAI). 2014, p. 273 - 278.
    BiBTeX | PDF (444)
  • Michal Jakob and Zbynek Moler: Modular Framework for Simulation Modelling of Interaction-Rich Transport Systems. In Proceedings of the 16th IEEE Intelligent Transportation Systems Conference (ITSC 2013). 2013.
    BiBTeX | PDF (427)
  • Hrncir, Jan and Jakob, Michal: Generalised Time-Dependent Graphs for Fully Multimodal Journey Planning. In Proceedings of IEEE Intelligent Transportation Systems Conference (ITSC). 2013, p. 2138--2145.
    BiBTeX | PDF (426)
  • Hrncir, Jan and Rovatsos, Michael and Jakob, Michal: Ridesharing on Timetabled Transport Services: A Multiagent Planning Approach (preprint). Special issue of Journal of Intelligent Transportation Systems: Technology, Planning, and Operations. 2013.
    BiBTeX | PDF (428)
  • Hrncir, Jan and Rovatsos, Michael: Applying Strategic Multiagent Planning to Real-World Travel Sharing Problems. In 7th International Workshop on Agents in Traffic and Transportation, AAMAS. 2012.
    BiBTeX | PDF (381)
  • Michal Jakob, Zbynek Moler, Antonin Komenda, Zhengyu Yin, Albert Xin Jiang, Matthew P. Johnson, Michal Pechoucek and Milind Tambe: AgentPolis: Towards a Platform for Fully Agent-based Modeling of Multi-Modal Transportation (Demonstration). In 12th International Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems. 2012.
    BiBTeX | PDF (343)
  • Petr Kalina and Jiri Vokrinek: Improved Agent Based Algorithm for Vehicle Routing Problem with Time Windows using Efficient Search Diversification and Pruning Strategy. In Proceedings of the Third International Workshop on Artifitial Intelligence and Logistics. Lyon: CNRS-ENS, 2012, p. 13-18.
    BiBTeX | PDF (377)
  • Petr Kalina and Jiri Vokrinek: Parallel Solver for Vehicle Routing and Pickup and Delivery Problems with Time Windows Based on Agent Negotiation. In Proceedings of the IEEE International Conference on Systems, Man and Cybernetics, SMC 2012. New York: IEEE - Systems, Man, and Cybernetics Society, 2012, p. 1-6.
    BiBTeX | PDF (378)
  • Petr Kalina and Jiri Vokrinek: Algorithm for Vehicle Routing Problem with Time Windows Based on Agent Negotiation. In Proceedings of the Seventh International Workshop on Agents in Traffic and Transportation (ATT) at AAMAS 2012. Geneve: European Office of Aerospace Research and Development, 2012, p. 1-10.
    BiBTeX | PDF (376)
  • Jiri Vokrinek and Antonin Komenda and Michal Pechoucek: Agents Towards Vehicle Routing Problems. In AAMAS 2010: Proceedings of the Ninth International Conference on Autonomous Agents and Multi-Agent Systems. Toronto, Canada: IFAAMAS: Internatioal Foundation for Autonomous Agents and Multiagent Systems, 2010, p. 773-780. ISBN 0-98265-710-0/978-0-9826571-1-9.
    BiBTeX | PDF (46)
Top