Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα Σπουδών
Αειφορική Διαχείριση Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων.
Κατεύθυνση Α’:
Αειφορική Διαχείριση Ορεινών Υδρολεκανών με Ευφυή Συστήματα
και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών.
Μεταπτυχιακή Εργασία
Πληροφοριακό σύστημα δικτύου ευφυών πρακτόρων που υιοθετεί
υβριδικές τεχνικές με σκοπό την αξιολόγηση περιβαλλοντικών
προβλημάτων και την παροχή υποστήριξης προς την κατεύθυνση
της αντιμετώπισης τους.
Περίπτωση ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε αστικά κέντρα.
Παπαλεωνίδας Αντώνιος
Επιβλέπων: Λάζαρος Ηλιάδης, Αναπλ. Καθηγητής.
Ορεστιάδα, Ιούνιος 2009
Στόχοι της εργασίας
Στόχος της παρούσας διατριβής είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη ενός
καινοτόμου, ανοιχτού, ευφυούς και κατανεμημένου πληροφοριακού
συστήματος το οποίο μπορεί σε πραγματικό χρόνο να αντιλαμβάνεται και
να αξιολογεί την κατάσταση του περιβάλλοντος, να επιλέγει δράσεις για
την προστασία του πληθυσμού και να προτείνει επεμβάσεις για την
τροποποίηση του περιβάλλοντος με σκοπό την επιστροφή των
μετρήσεων σε τιμές εντός ορίων.
Πρόκειται για ένα δίκτυο ευφυών πρακτόρων το οποίο μπορεί να
τροφοδοτείται από πολλαπλές πηγές δεδομένων (αισθητήρες) και έχει
την δυνατότητα να ενημερώσει και να προτείνει δράσεις, ανάλογα με
την περίπτωση την οποία εξετάζει, σε πολλούς φορείς όπως η πολιτική
προστασία, νοσοκομεία, νομαρχίες, διευθύνσεις τροχαίας.
Έτσι, τίθεται σε λειτουργία μια ατέρμονη διαδικασία όπου το ευφυές
δίκτυο πρακτόρων προτείνει δράσεις οι οποίες τροποποιούν το
περιβάλλον και αυτή η επίδραση στο περιβάλλον με την σειρά της
προκαλεί την τροποποίηση των αποφάσεων του συστήματος σε
πραγματικό χρόνο.
Ατμοσφαιρική ρύπανση στην περιοχή
μελέτης
Περιοχή μελέτης μας αποτελεί το κέντρο της Αθήνας και συγκεκριμένα ο
σταθμός ατμοσφαιρικής ρύπανσης επί της οδού Πατησιών. Ο σταθμός
αυτός είναι τοποθετημένος σχεδόν στο γεωγραφικό κέντρο της πόλης και
αποτελεί έναν από τους παλιότερους σταθμούς μέτρησης ατμοσφαιρικής
ρύπανσης στο πολεοδομικό συγκρότημα της Αθήνας. Βρίσκεται σε
κομβικό
κυκλοφοριακό
σημείο
και
οι
μετρήσεις
του
είναι
αντιπροσωπευτικές για την ευρύτερη περιοχή του κέντρου.
Η νοητή του εμβέλεια καλύπτει όλη την έκταση του κυκλοφοριακού
δακτυλίου της Αθήνας ο οποίος αποτελεί ένα κλειστό πολύγονο που
περικλείετε από τους εξής δρόμους: Λ. Αλεξάνδρας – Ζαχάρωφ –
Μεσογείων - Φειδιππίδου – Μιχαλακοπούλου – Σπ. Μερκούρη –
Βρυάξιδος – Υμηττού – Ηλ. Ηλιού – Α. Φραντζή – Λ. Συγγρού –
Χαμοστέρνας – Πειραιώς – Ιερά Οδός – Κωνσταντινουπόλεως – Αχιλλέως
– Πλ. Καραϊσκάκη – Καρόλου – Μάρνη – 28ης Οκτωβρίου (Πατησίων) –
Λ. Αλεξάνδρας.
Ατμοσφαιρική ρύπανση στην περιοχή
μελέτης
Η μέτρηση των ρύπων γίνεται σε συνεχή βάση καθ’ όλη τη διάρκεια του
24ώρου ενώ οι διαθέσιμες μετρήσεις αφορούν τις μέσες ωριαίες τιμές των
ωρών με ηλιοφάνεια (περίπου 07:00 με 19:00 ανάλογα με την
ημερομηνία) των καλοκαιρινών μηνών για τα έτη 2000 έως 2004.
Οι κύριοι ρύποι οι οποίοι ελέγχονται και οι τιμές αυτών όπος διατέθηκαν
από την αρμόδια υπηρεσία για την περιοχή μελέτης και λαμβάνονται υπ’
όψιν ως τιμές εισόδου στο σύστημα που αναπτύχθηκε είναι μη
χρονοσημασμένες σειριακές ωριαίες τιμές για το μονοξείδιο του
άνθρακα (CO), το μονοξείδιο του αζώτου (NO), το διοξείδιο του
αζώτου (NO2), το όζων (O3),τα αιωρούμενα σωματίδια PM10 και οι
μετεωρολογικοί παράγοντες της θερμοκρασίας αέρα, της σχετικής
υγρασίας, της ηλιακής ακτινοβολίας, της ατμοσφαιρικής πίεσης
στην επιφάνια της θάλασσας, της μέσης ταχύτητας του ανέμου καθώς
και οι ενδείξεις έντασης ανέμου ως προς την Βορειοδυτική –
Νοτιοανατολική
(u') και Νοτιοδυτική – Βορειοανατολική (v')
κατεύθυνση.
Μετεωρολογικοί παράγοντες και ατμοσφαιρική
ρύπανση
Στο φαινόμενο της ατμοσφαιρικής ρύπανσης εκτός από τους ρύπους και
τις πηγές τους, συνεισφέρουν σε μεγάλο βαθμό και μετεωρολογικές
παράμετροι όπως η ηλιοφάνεια, η ταχύτητα και κατεύθυνση του
ανέμου και η ευστάθεια της ατμόσφαιρας. Δευτερεύουσας, έμμεσης,
σημασίας παράγοντες είναι η βροχόπτωση, η σχετική υγρασία και η
θερμοκρασία.
 Η ηλιοφάνεια συντελεί ως καταλύτης στον μετασχηματισμό των
πρωτογενών ρύπων σε δευτερογενείς.
 Η ταχύτητα και η κατεύθυνση του ανέμου επηρεάζουν την
διασπορά και την μεταφορά των ρύπων.
 Η ευστάθεια της ατμόσφαιρας λόγω διέγερσης της βαροβαθμίδας
και θερμοβαθμίδας της ατμόσφαιρας επηρεάζει επίσης την μεταφορά
και τη διασπορά των ρύπων.
 Η βροχή μεταφέρει και εναποθέτει τους ρύπους στο έδαφος.
 Η υγρασία δημιουργεί το φαινόμενο των ατμοσφαιρικών
υδρατμών.
 Ο συνδυασμός θερμοκρασίας και υγρασίας (Δείκτης Δυσφορίας)
επιδεινώνει τις συνέπειες και τα προβλήματα υγείας που προκαλούν
πολλοί ατμοσφαιρικοί ρύποι σε άτομα με αναπνευστικά ή καρδιολογικά
Πολυπρακτορικά ευφυή συστήματα
Ένα πολυπρακτορικό σύστημα (Multi Agent System – MAS)
είναι ένα σύστημα το οποίο αποτελείται από πολλούς
ανεξάρτητους ευφυείς πράκτορες οι οποίοι αλληλεπιδρούν
μεταξύ τους με σκοπό την επίλυση ενός σύνθετου προβλήματος.
Ένας πράκτορας είναι ένα ιδιαίτερο αντικείμενο, αυτόνομο, με
ατομική λογική και προσωπική αντίληψη του περιβάλλοντος
του, με χαρακτηριστικά «ατομικής» συμπεριφοράς η οποία έχει ως
σκοπό την επίλυση ενός προβλήματος με βάση την ατομική
οπτική του πράκτορα.
Είναι δηλαδή μια οποιαδήποτε οντότητα η οποία μπορεί να
αντιληφθεί το περιβάλλον της και να δράσει αυτόνομα με
σκοπό την αλλαγή του.
Ένας πράκτορας μπορεί να είναι μια μονάδα λογισμικού (πρόγραμμα),
ένα μηχανικό σύνολο που λειτουργεί αυτόνομα (υλικό) ή να συνδυάζει
υλικό και λογισμικό σε μία οντότητα.
Πολυπρακτορικά ευφυή συστήματα
Ένας πράκτορας ονομάζεται ευφυής όταν ενσωματώνει χαρακτηριστικά
ευφυών υπολογιστικών συστημάτων, δηλαδή συστημάτων που
επιδεικνύουν χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την ανθρώπινη
νοημοσύνη ή μηχανισμούς έτσι ώστε να διαθέτει ικανότητες όπως:
 Η εξαγωγή συμπερασμάτων μέσα από αντιφατικά ή ασαφή
μηνύματα.
 Η επιτυχημένη ανταπόκριση σε νέες καταστάσεις.
 Η ικανότητα
περιβάλλοντος.
εφαρμογής
της
γνώσης
για
την
αλλαγή
του
 Η ικανότητα αναγνώρισης της σχετικής σημαντικότητας διαφόρων
σε μπορεί
μια κατάσταση.
Ένας στοιχείων
πράκτορας
να διαθέτει μια στατική βάση γνώσης και
κανόνων και στηριζόμενος σε αυτή να λαμβάνει τις όποιες αποφάσεις
(Πράκτορας απλού ανακλαστικού) ή να διαθέτει ενσωματωμένες
τεχνικές μάθησης και να εμπλουτίζει τους μηχανισμούς λήψης
αποφάσεων που διαθέτει (Πράκτορας αυτόματης μάθησης).
Πολυπρακτορικά ευφυή συστήματα
Τα τέσσερα βασικά χαρακτηριστικά που πρέπει να διαθέτει ένας
πράκτορας είναι:
 Αυτονομία. Ένας πράκτορας λειτουργεί χωρίς την άμεση
καθοδήγηση κάποιου χειριστή. Έχει τους δικούς του σκοπούς, λογική και
αντίληψη.
 Αλληλεπίδραση. Ένας πράκτορα αντιλαμβάνεται το περιβάλλον και
προσπαθεί να το αλλάξει έτσι ώστε το νέο περιβάλλον να συμφωνεί μ’
αυτό που ο πράκτορας θεωρεί σωστό και ιδανικό.
 Κοινωνικότητα. Ο κάθε πράκτορας πρέπει να επικοινωνεί και να
συνεργάζεται, αν χρειάζεται, και με ανθρώπους ή με άλλους πράκτορες
που δρουν στο ίδιο μ’ αυτόν περιβάλλον.
 Δομημένη δράση. Οι δράσεις των πρακτόρων δεν αποτελούν
αποτέλεσμα απλών δομών επιλογής. Αντίθετα ο πράκτορας λειτουργεί
οδηγούμενος από τους στόχους του και παίρνοντας πρωτοβουλίες για να
Επιπλέον
χαρακτηριστικά όπως φορητότητα, ικανότητα κατανεμημένης
τους επιτύχει.
λειτουργίας, γραφικού περιβάλλοντος και επιλεκτικής λειτουργίας,
συναντώνται συχνά σε ευφυείς πράκτορες αλλά η υποστήριξη τους δεν
είναι υποχρεωτική.
Οντολογία διαχείρισης πρακτόρων
Οι λειτουργίες διαχείριση πρακτόρων έχουν ορισθεί από την FIPA
(Foundation for Intelligent Physical Agents) στις αρχές του 2000. Με την
έννοια «διαχείριση πρακτόρων» αναφερόμαστε στην μεθοδολογία και στους
κανόνες που πρέπει να πληροί και να υποστηρίζει ένας πράκτορας και ένα
πολυπρακτορικό σύστημα προκειμένου να επιτευχθεί η μέγιστη
συμβατότητα μεταξύ συστημάτων.
Οντολογία
διαχείρισης
Επικοινωνία μεταξύ πρακτόρων
Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά που πρέπει να διαθέτει ένα
πολυπρακτορικό σύστημα είναι ένα τυποποιημένο πρωτόκολλο
επικοινωνίας τους.
Σε ένα πολυπρακτορικό σύστημα οι πράκτορες πρέπει να ανταλλάζουν
μηνύματα έτσι ώστε αν κρίνεται απαραίτητο να μπορεί ο ένας να
καταλάβει την κατάσταση, θέση ή λειτουργία του άλλου. Η επικοινωνία
αυτή πρέπει να γίνεται με τυποποιημένο - συντονισμένο τρόπο και
προκαθορισμένη γλώσσα. Οι γλώσσες επικοινωνίας πρακτόρων (Agent
Communication Languages – ACL) δεν αναφέρονται στο περιεχόμενο
του μηνύματος που ανταλλάσσεται μεταξύ τους αλλά μόνο στους
κανόνες ανταλλαγής μηνυμάτων. Ορίζουν την επικεφαλίδα του
μηνύματος, τον τρόπο αποστολής και λήψης και το σύστημα στο οποίο
απευθύνονται.
Κάθε σύστημα μπορεί να διαθέτει την δική του γλώσσα επικοινωνίας
αρκεί αυτή να ορίζει ότι χρειάζεται για την σωστή ανταλλαγή
μηνυμάτων. Προκειμένου όμως να είναι δυνατή η ανάπτυξη ανοικτών
και συμβατών συστημάτων δημιουργήθηκαν κάποια πρωτόκολλα
επικοινωνίας τα οποία φροντίζουν για την ομαλή επικοινωνία των
πρακτόρων ανεξάρτητα με την πλατφόρμα στην οποία αυτοί
κατασκευάστηκαν ή εκτελούνται.
Java Agent Development Framework - JADE
Για την ανάπτυξη του συστήματος παρακολούθησης και επέμβασης στο
πρόβλημα της ατμοσφαιρικής ρύπανσης με το οποίο ασχοληθήκαμε στην
παρούσα διατριβή χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα JADE.
Παρουσιάστηκε το 1998 από την Telecom Italia με σκοπό τον έλεγχο
και τη δοκιμή των πρώτων προδιαγραφών της FIPA για τα
πολυπρακτορικά συστήματα. Είναι πλήρως συμβατή με όλες τις
προδιαγραφές της FIPA και μπορεί να συνυπάρξει και να λειτουργήσει
μαζί με άλλα συμβατά συστήματα.
Διαθέτει έτοιμες λειτουργίες ευρετηρίου (DF), διαχείρισης πρακτόρων
(AMS), μετάδοσης μηνυμάτων (MTS), δημόσιας περιγραφής πράκτορα,
και περιγραφής λειτουργιών πράκτορα. Έχει γραφικό περιβάλλον και
επιτρέπει την ανάπτυξη πρακτόρων οι οποίοι θα ενσωματώνουν όλες τις
δυνατότητες της γλώσσας Java χωρίς να περιορίζει τις λειτουργίες τους
σε κάποιο υποσύνολο εντολών αυτής.
Υποστηρίζει εκδόσεις της Java όπως οι “Java 2 Micro Edition”,
“PersonalJava” και “MIDP” οπότε οι επιμέρους πράκτορες, μπορούν να
εκτελούνται και σε συσκευές όπως κινητά τηλέφωνα, προσωπικοί ψηφιακοί
βοηθοί (PDA) και palmtops ανεξάρτητα από τον τρόπο και τον τύπο της
μεταξύ τους δικτύωσης.
Συμπεριφορές των πρακτόρων σε JADE
Είδαμε ότι ο κάθε πράκτορας έχει ως σκοπό την τροποποίηση του
περιβάλλοντος του έτσι ώστε αυτό να ικανοποιεί τούς στόχους του.
Η όλη αυτή διαδικασία στο JADE γίνεται με την υιοθέτηση της λογικής
των συμπεριφορών (behaviour). Κάθε πράκτορας ενσωματώνει ένα
αριθμό από συμπεριφορές οι οποίες προσπαθούν να εκτελέσουν κάποιες
λειτουργίες. Οι λειτουργίες με την σειρά τους είναι φτιαγμένες έτσι ώστε
εκτελώντας τις κατάλληλες εντολές να επιφέρουν το επιθυμητό
αποτέλεσμα. Οι συμπεριφορές που ενσωματώνει ο κάθε πράκτορας είναι
ανεξάρτητες και η μεταξύ τους επικοινωνία ή η σειρά και ο τρόπος
εκτέλεσης είναι επιλογή του προγραμματιστή του πράκτορα.
Οι συμπεριφορές χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες. Στις Συμπεριφορές
Απλής
Εκτέλεσης
(One
shot
behaviour),
στις
Κυκλικές
Συμπεριφορές (cyclic behaviour) και στις Συμπεριφορές Γενικού
Τύπου (generic behaviour).
Η πλατφόρμα JADE διαθέτει τις απαραίτητες βιβλιοθήκες με αντικείμενα
τα οποία χειρίζονται τις βασικές λειτουργίες και χαρακτηριστικά των
συμπεριφορών και κάθε συμπεριφορά πράκτορα αποτελεί επέκταση των
αντικειμένων αυτών.
Ασαφή Άλγεβρα
Ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τα
συστήματα λήψης αποφάσεων ή υποστήριξης και εκτίμησης κινδύνου
είναι ο ακριβής καθορισμός των ορίων με βάση τα οποία θα
διαχωρίσουν καταστάσεις.
H ΕΕ έχει θεσπίσει όριο επιφυλακής σχετικά με την συγκέντρωση
διοξειδίου του αζώτου τα 200μg/m3. Το άμεσο ερώτημα που τίθεται
βλέποντας αυτή τη τιμή είναι ο χαρακτηρισμός της συγκέντρωσης των
199μg/m3. Είναι δυνατόν μια τόσο μικρή διαφοροποίηση στη
συγκέντρωση να οδηγεί μονοσήμαντα σε διαφορετικό χαρακτηρισμό
Το
τηςπαραπάνω
κατάταξης;πρόβλημα μπορεί να επιλυθεί μέσω της αναπαράστασης
των εννοιών του πραγματικού κόσμου με χρήση εννοιών ασαφούς
λογικής.
Η ασαφής λογική (fuzzy logic) είναι μια επέκταση της κλασσικής
αριστοτέλειας λογικής. Μια πρόταση μπορεί να είναι αληθής "με
κάποιο βαθμό αληθείας", και όχι απλά αληθής ή ψευδής. Με απλά
λόγια, η ασαφής λογική λέει ότι τα πράγματα συχνά δεν είναι
«άσπρο-μαύρο» αλλά «αποχρώσεις του γκρι». Η ιδέα αυτή απετέλεσε
επανάσταση στη θεωρία της λογικής, γιατί ξέφυγε από το μοντέλο
που κυριαρχούσε εδώ και 2500 χρόνια, δηλαδή το μοντέλο του,
Ασαφή Άλγεβρα
Η ασαφής λογική προτάθηκε από τον Zadeh το 1969 για να
ξεπεραστεί πλέον η άποψη πως οτιδήποτε λέγεται σχετικά με κάτι είναι
απόλυτα αληθές ή απόλυτα ψευδές. O Zadeh ισχυρίστηκε ότι
μπορούμε να αντιληφθούμε μια δήλωση σαν 0.70 αληθή ή αλλιώς
«αληθής με βαθμό μέλους 0.7».
Αν προσπαθήσουμε να μοντελοποιήσουμε και να απεικονίσουμε την
κλίμακα θερμοκρασίας από -10oC έως 30oC στα τέσσερα ασαφή
σύνολα «κρύο», «ψυχρό», «θερμό» και «ζεστό» με χρήση τριγωνικής
συνάρτησης η γραφική παράσταση των συνόλων θα είναι η εξής:
Πρότυπο λήψης αποφάσεων και Ασαφή Άλγεβρα
Το δίκτυο ευφυών πρακτόρων που αναπτύχθηκε υιοθετεί ένα ευφυές,
καινοτόμο πρότυπο σε επίπεδο πρακτόρων αξιολόγησης του
περιβάλλοντος και πρακτόρων λήψης αποφάσεων το οποίο θα
περιγραφεί παρακάτω.
Για την εκτίμηση του κινδύνου εξαιτίας των παραγόντων που
εξετάζουμε υιοθετήσαμε την λογική των τριών ασαφών συνόλων,
“Normal”, “High” και “Critical”.
Για κάθε παράγοντα το ασαφές σύνολο “Normal” αφορά τιμές από την
ελάχιστη δυνατή μέχρι την τιμή για την οποία δεν απαιτείται η λήψη
κάποιων μέτρων. Το ασαφές σύνολο “High” αναπαριστά τις τιμές για
τις οποίες το σύστημα πρέπει να επέμβει εξετάζοντας και άλλους
παράγοντες ή να προτείνει κάποια προληπτικά μέτρα, αλλά δεν
βρίσκονται στα όρια συναγερμού. Τέλος, το ασαφές σύνολο “Critical”
αφορά τιμές των παραγόντων για τις οποίες αρχίζει να εμφανίζεται
άμεσος κίνδυνος για την υγεία ή το περιβάλλον και το σύστημα πρέπει
να προτείνει, σε συνδυασμό με τους συνδεδεμένους παράγοντες,
άμεσα μέτρα και προτάσεις για την προστασία του πληθυσμού καθώς
και τον περιορισμό και άμβλυνση του φαινομένου.
Πρότυπο λήψης αποφάσεων και Ασαφή Άλγεβρα
Οι βαθμοί μέλους στα ασαφή σύνολα “Normal” και “Critical”
υπολογίζονται με χρήση Ημίτραπεζοειδών συναρτήσεων βαθμού
μέλους
ενώ το ασαφές σύνολο “High” υπολογίζεται με χρήση
τριγωνικής συνάρτησης.
Η δομή και η σχέση των τριών ασαφών συνόλων είναι η εξής.
Πρότυπο λήψης αποφάσεων και Ασαφή Άλγεβρα
Τα όρια των συναρτήσεων ανά ρύπο ή μετεωρολογικό παράγοντα είναι
τα:
Παράγοντας
a
b
c
d
e
f
Μονάδα
g
20
30
20
30
38
30
38
oC
CO
1
2.5
1
2.5
4
2.5
4
mgr-3
NO
18
83
18
83
148
83
148
μgr-3
NO2
50
130
50
130
200
130
250
μgr-3
O3
80
120
80
120
210
120
280
μgr-3
pm10
30
67
30
67
79
67
90
μgr-3
Air Pressure
950
1025
950
1025
1200
1026
1200
hPa
R. Humidity
30
50
30
50
70
50
70
%
Solar radiat.
250
530
250
530
810
530
810
Wm-2
Wind Speed
1.8
3.6
1.8
3.6
5.4
3.6
5.4
ms-1
Wind u’
20
28
20
28
36
28
36
ms-1
Wind v’
20
28
20
28
36
28
36
ms-1
Temperature
Απαιτήσεις πληροφοριακού συστήματος ευφυών
πρακτόρων
Το υπό ανάπτυξη σύστημα εκτός από την ανάγκη να είναι συμβατό με
τις προδιαγραφές ενός σύγχρονου πολυπρακτορικού συστήματος
πρέπει λόγω της πολυπλοκότητας του προβλήματος που προσεγγίζει
να πληροί και κάποιες ακόμα προϋποθέσεις. Οι βασικότερες από αυτές
είναι οι παρακάτω.
 Τα δομικά του συστατικά και οι πράκτορες του συστήματος θα
εκτελούνται σε απομακρυσμένους σταθμούς ενός κατανεμημένου
δικτύου υπολογιστών μιας και οι είσοδοι του συστήματος (σταθμοί
μέτρησης ρύπων), το κέντρο λήψης και ελέγχου αποφάσεων (Πολιτική
Προστασία)
και τα σημεία εφαρμογής τον αποφάσεων (Τροχαία,
Νοσοκομεία) βρίσκονται σε διαφορετικούς χώρους.
Χρήση όσο το δυνατόν μικρότερων και μη ομαδοποιημένων
λειτουργικών μονάδων έτσι ώστε εκτός από την καλύτερη
κατανεμημένη λειτουργία και φορητότητα του συστήματος να μπορούμε
να αποφύγουμε την πολλαπλή εμφάνιση πρακτόρων ως τμήματα
διαφορετικών μονάδων λήψης αποφάσεων.
Απαιτήσεις πληροφοριακού συστήματος ευφυών
πρακτόρων
 Τμήματα του συστήματος θα πρέπει να μπορούν να εκτελεστούν
σε φορητές συσκευές μειωμένων δυνατοτήτων όπως κινητά
τηλέφωνα και προσωπικοί ψηφιακοί βοηθοί με σκοπό την λήψη
αποφάσεων ή/και άμεση ενημέρωση στα σημεία μετρήσεων ή
εφαρμογής των αποφάσεων.
 Παρόλη την κατανεμημένη δομή και λειτουργία του συστήματος
θα πρέπει να υπάρχει κεντρικός εποπτικός έλεγχος λειτουργίας και
διαθεσιμότητας δεδομένων. Ανεξάρτητα από τη πλατφόρμα και την
περιοχή εκτέλεσης κάθε τμήματος του συστήματος όλα τα δεδομένα
του θα πρέπει να βρίσκονται και κεντρικά αποθηκευμένα ώστε να
υπάρχουν διαθέσιμα σε πρώτη ζήτηση.
 Το σύστημα θα πρέπει να λειτουργεί ταυτόχρονα με ασαφή και
αλγεβρική λογική έτσι ώστε αφενός να μπορεί να πάρει αποφάσεις
βασιζόμενο σε κανόνες ασαφούς λογικής και αφετέρου να μπορεί να
επεξεργαστεί και να χρησιμοποιήσει τις πραγματικές τιμές των
δεδομένων όταν αυτές πρέπει να εισαχθούν σαν μεταβλητές σε
συναρτήσεις.
Απλό σύστημα επεξεργασίας περιβαλλοντικών
δεδομένων
Σύμφωνα με την βασική λογική των πρακτόρων και την δομή ενός
Πράκτορας απλού ανακλαστικού το πολυπρακτορικό σύστημα το
οποίο είναι σε θέση να μελετά περιβαλλοντικά δεδομένα με σκοπό να
πάρει αποφάσεις και να επιδράσει στο περιβάλλον θα έχει την εξής
δομή:
Απλό σύστημα επεξεργασίας περιβαλλοντικών
δεδομένων
Το παραπάνω γενικό πρότυπο δεν ικανοποιούσε τις ανάγκες μας για
τους εξής κύριους λόγους.
 Οι πράκτορες ενσωματώνουν όλες τις λειτουργίες τους σε μία
οντότητα και είναι πολύ μεγάλοι και σύνθετοι με αποτέλεσμα να μην
μπορούν να εκτελεστούν σε συστήματα περιορισμένων δυνατοτήτων
όπως φορητές συσκευές κτλ.
 Πολλά από τα τμήματα που ενσωματώνει ένας πράκτορας πρέπει να
επαναλαμβάνονται όταν είναι απαραίτητα ή χρήσιμα και σε άλλους
πράκτορες. Στην παρούσα υλοποίηση πρέπει να υπάρχουν πολλοί
αισθητήρες για την χρήση ενός από κάθε πράκτορα μιας και αυτός
αποτελεί τμήμα του πράκτορα.
 Δεν υπάρχει μια συνολική έκφραση του περιβάλλοντος παρά μόνο
αν υπάρχει ένας πράκτορας ο οποίος θα ενσωμάτωνε τις πηγές
πληροφορίας όλων των επιμέρους πρακτόρων με αποτέλεσμα να έχει
τεράστιο μέγεθος.
 Τα σημεία λήψης μετρήσεων διαφέρουν από τα κέντρα λήψης
αποφάσεων ή τροποποίησης του περιβάλλοντος με αποτέλεσμα την
Κατανεμημένο πολυπρακτορικό σύστημα
Με στόχο την ικανοποίηση των απαιτήσεων μας και λαμβάνοντας υπ’
όψιν τα προβλήματα του απλού συστήματος, σχεδιάσαμε το
παρακάτω κατανεμημένο πολύπρακτορικό σύστημα:
Κατανεμημένο πολυπρακτορικό σύστημα
Το νέο σύστημα διατηρεί όλα τα λειτουργικά τμήματα του απλού
συστήματος επεξεργασίας περιβαλλοντικών δεδομένων αλλά αυτά
πλέον αυτονομούνται με σκοπό την καλύτερη και πιο ολοκληρωμένη
συνεργασία μεταξύ τους.
 Τα συστατικά και οι πράκτορες του συστήματος μπορούν να
εκτελούνται σε απομακρυσμένους σταθμούς ενός δικτύου.
 Η διάσπαση των πρακτόρων σε τους δίνει τη δυνατότητα να
εκτελεστούν σε φορητές συσκευές μειωμένων δυνατοτήτων.
 Επιτυγχάνεται χρήση όσο το δυνατόν μικρότερων και μη
ομαδοποιημένων λειτουργικών μονάδων ούτως ώστε να αποφύγουμε
την πολλαπλή εμφάνιση πρακτόρων ως τμήματα διαφορετικών
μονάδων λήψης αποφάσεων.
 Παρόλη την κατανεμημένη δομή και λειτουργία του συστήματος
επιτυγχάνεται κεντρικός εποπτικός έλεγχος λειτουργίας και
διαθεσιμότητας δεδομένων.
 Το σύστημα μπορεί να λειτουργεί ταυτόχρονα με ασαφή και με
αλγεβρική λογική μιας και κάθε πράκτορας είναι ανεξάρτητος και
αντιλαμβάνεται το περιβάλλον του με διαφορετικό τρόπο.
Πράκτορες αντίληψης περιβάλλοντος
Πρώτο επίπεδο πρακτόρων είναι οι Πράκτορες Αντίληψης Περιβάλλοντος.
Οι πράκτορες αυτοί διαβάζουν τις τιμές των παραμέτρων και να τις κάνουν
διαθέσιμες στο σύστημα. Η δομή και τα συστατικά στοιχεία τους φαίνονται
παρακάτω:
Πράκτορες Αξιολόγησης μετρήσεων
Το επόμενο επίπεδο πρακτόρων είναι οι Πράκτορες Αξιολόγησης
Μετρήσεων οι οποίοι φροντίζουν για την ανάγνωση των μετρήσεων από
τους ΠΑΠ, την επεξεργασία τους με βάση την λογική τους και την
αποστολή στο σύστημα της fuzzy εικόνας του περιβάλλοντος που αυτοί
αντιλαμβάνονται.
Πράκτορας διαχείρισης συστήματος
Στο επόμενο επίπεδο συναντάμε τον Πράκτορα Διαχείρισης Συστήματος ο
οποίος φροντίζει για τον σωστό συγχρονισμό των επιμέρους πρακτόρων,
για την αποθήκευση και διάθεση των μεταβλητών του περιβάλλοντος,
καθώς και για την συνολική αναπαράσταση της κατάστασης του
περιβάλλοντος.
Πράκτορας ελέγχου δείκτη δυσφορίας
Η δομή και οι λειτουργίες του πράκτορας λήψης αποφάσεων (ΠΛΑ) που
εξετάζει και προτείνει δράσεις σχετικά με τον Δείκτη Δυσφορίας φαίνονται
παρακάτω.
Πράκτορας ελέγχου συγκέντρωσης NO2
Η δομή και οι λειτουργίες του ΠΛΑ που εξετάζει το ΝΟ2 και προτείνει
δράσεις σχετικά περιορισμό της κυκλοφορίας των οχημάτων φαίνονται
παρακάτω.
ΠΕΥΑ ελέγχου κυκλοφοριακού δακτυλίου Αθήνας
Η δομή και οι λειτουργίες του ΠΕΥΑ που ελέγχει τους ΠΛΑ και εφαρμόζει
τις δράσεις σχετικά περιορισμό της κυκλοφορίας των οχημάτων φαίνονται
παρακάτω.
Γραφικό περιβάλλον αλληλεπίδρασης
Όλοι οι πράκτορες που αναπτύχθηκαν για την υλοποίηση του
συγκεκριμένου πληροφοριακού συστήματος διαθέτουν σύγχρονο και
φιλικό γραφικό περιβάλλον αλληλεπίδρασης και επικοινωνίας με τον
χρήστη (GUI) το οποίο έχει σκοπό την παροχή πληροφοριών για την
κατάσταση του περιβάλλοντος, την λειτουργική κατάσταση του
συστήματος και τις αποφάσεις που λαμβάνονται.
Τα μηνύματα που ανταλλάσσει κάθε πράκτορας, οι μετασχηματισμοί που
κάνει στα δεδομένα καθώς και οι αποφάσεις που παίρνει, εμφανίζονται
και στο παράθυρο εντολών (command prompt) το οποίο ενεργοποιείται
αυτόματα για κάθε πράκτορα.
Οι πράκτορες αισθητήρες και οι πράκτορες αξιολόγησης του
περιβάλλοντος είναι δυνατόν να ενεργοποιηθούν χωρίς το γραφικό τους
περιβάλλον και η επικοινωνία με τον χρήστη να γίνεται μόνο μέσω της
γραμμής εντολών.
Η δυνατότητα αυτή δεν παρέχεται στον κεντρικό πράκτορα του
συστήματος, στους πράκτορες λήψης αποφάσεων και στους πράκτορες
υλοποίησης και εφαρμογής αποφάσεων μιας και η λειτουργία τους
βασίζονται στον εποπτικό έλεγχο και την αλληλεπίδραση.
Εκτέλεση και λειτουργία του συστήματος
Η εκτέλεση, η λειτουργία και η επίδειξη του συστήματος …ακολουθεί.
Αποτελέσματα εκτέλεσης
 Η πιλοτική εκτέλεση του συστήματος διήρκεσε περίπου 14 ώρες.
 Δεν υπήρξε ταυτόχρονη ολοκλήρωση της επεξεργασίας όλων των
μεταβλητών εισόδου μιας και η μεταβολή του χρόνου ανάγνωσης και
επεξεργασίας των δεδομένων λόγο της μεταβολής του χρόνου
ανάγνωσης των δεδομένων.
 Οι πράκτορες αντίληψης της ηλιακής ακτινοβολίας και της
θερμοκρασίας ήταν οι πρώτοι που ολοκλήρωσαν την επεξεργασία
των δεδομένων.
 Οι πράκτορες αντίληψης της ατμοσφαιρικής πίεσης και του
μονοξειδίου του άνθρακα ήταν οι τελευταίοι.
 Η διαφοροποίηση αυτή δεν εξυπηρετεί σε περίπτωση ιστορικών
στοιχείων όπως αυτή η οποία εξετάσαμε σε αυτή την πιλοτική
εφαρμογή αλλά υιοθετείται για τον έλεγχο του συστήματος μιας και
αυτό είναι σχεδιασμένο για να λειτουργεί με πραγματικά δεδομένα σε
πραγματικό χρόνο.
Αποτελέσματα εκτέλεσης
Τα μηνύματα που ανταλλάχθηκαν μεταξύ των
ξεπερνούν συνολικά τα δύο εκατομμύρια μηνύματα!!
πρακτόρων
Ο πράκτορας διαχείρισης συστήματος αντάλλαξε συνολικά 895.000
μηνύματα ελέγχου, ανάγνωσης τιμών, αποστολής τιμών και
συγχρονισμού.
 Ο πράκτορας ελέγχου του δείκτη δυσφορίας αντάλλαξε περίπου
220.000 μηνύματα.
Οι δώδεκα πράκτορες αισθητήρες αντάλλαξαν κατά μέσω όρο
19.500 μηνύματα ο καθένας με μεγάλη διαφοροποίηση στους
πράκτορες που άλλαζαν συχνά interval time.
Οι πράκτορες αξιολόγησης μετρήσεων αντάλλαξαν κατά μέσω όρο
45.000 μηνύματα με διαφοροποίησης στους πράκτορες θερμοκρασίας
σχετικής υγρασίας λόγω του ότι αυτοί οι δύο εκτός από το σύστημα
έχουν και άμεση επικοινωνία με τον πράκτορα υπολογισμού του
δείκτη δυσφορίας.
Αποτελέσματα εκτέλεσης
Στα παραπάνω νούμερα δεν υπολογίζονται τα μηνύματα ελέγχου
που στέλνει η πλατφόρμα στις λειτουργικές της μονάδες.
Ο μέσος όρος ανταλλαγής μηνυμάτων μεταξύ των πρακτόρων και
της πλατφόρμας είναι περίπου 35 μηνύματα το δευτερόλεπτο.
Με αυτόν το ρυθμό το σύστημα ολοκλήρωσε την επεξεργασία των
4234 μετρήσεων χωρίς καμία δυσλειτουργία, καμία χαμένη ή μη
αναγνωσμένη τιμή και χωρίς καμία αποσύνδεση πράκτορα.
Σε συνθήκες κανονικής λειτουργίας με το interval time των
πρακτόρων στα 30 ή 60 λεπτά ο μέσος όρος αυτός θα μειωθεί σε
λιγότερο από ένα μήνυμα το δευτερόλεπτο πράγμα το οποίο μας
εγγυάται ένα πλήρως αξιόπιστο σύστημα.
Αποτελέσματα εκτέλεσης
Μετά την επεξεργασία του συνόλου των 4233 εγγραφών
δεδομένων…
 Ο πράκτορας ελέγχου του δείκτη δυσφορίας προχώρησε σε
υπολογισμό του δείκτη τις 4123 φορές μιας και τις υπόλοιπές 109 και
οι δύο παράγοντες βρίσκονταν σε κατάσταση «Normal».
 Από τις 4123 περιπτώσεις τις 1958 προέκυψε να είναι
μεγαλύτερος από την θερμοκρασία του αέρα ενώ σε 2165 φορές
προέκυψε μικρότερος.
 Σε 1256 περιπτώσεις ο δείκτης βρισκόταν σε κατάσταση «Slightly
Uncomfortable»
 Σε 119 περιπτώσεις βρίσκονταν σε κατάσταση «Uncomfortable»
με άμεση ανάγκη για λήψη μέτρων προστασίας ειδικών ομάδων
πληθυσμού.
 Ο πράκτορας ελέγχου της συγκέντρωσης του διοξειδίου του
αζώτου και έλεγχου της κυκλοφορίας εντόπισε πέντε υπερβάσης του
ορίου επιφυλακής.
Συμπεράσματα, επέκταση της εφαρμογής
 Η τεχνολογία των πολυπρακτορικών συστημάτων είναι μια νέα πολλά
υποσχόμενη τάση στο σχεδιασμό πληροφοριακών συστημάτων την οποία
χρησιμοποιήσαμε για να αναπτύξουμε ένα πληροφοριακό σύστημα
αξιολόγησης σύνθετων περιβαλλοντικών προβλημάτων.
 Συνδυάσαμε τεχνικές ασαφούς λογικής και ευφυών πρακτόρων με
σκοπό την επιλογή δράσεων και αποφάσεων προς την κατεύθυνση της
αντιμετώπισης του προβλήματος της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και
ελέγξαμε την όλη υλοποίηση τροφοδοτώντας τη με πραγματικά δεδομένα
από το κέντρο της Αθήνας.
 Το σύστημα δεν παρουσίασε κανένα πρόβλημα λειτουργίας ή
επικοινωνίας μεταξύ των πρακτόρων και ολοκλήρωσε την επεξεργασία
του συνόλου των ιστορικών δεδομένων προτείνοντας δράσεις κάθε φορά
που υπήρχε υπέρβαση των δεδομένων τα οποία εξετάζονταν.
 Έχοντας πλέον μια σταθερή και ανοικτή πλατφόρμα το αμέσως
επόμενο στάδιο είναι η κατασκευή των υπολοίπων πρακτόρων λήψης
αποφάσεων και η εφαρμογή του συστήματος σε πραγματικό περιβάλλον
το οποίο θα τροφοδοτείται από δεδομένα σε πραγματικό χρόνο και θα
αποφασίζει άμεσα για τα προβλήματα τα οποία θα παρουσιάζονται.
Descargar

Διαφάνεια 1