Na jednostavno pitanje upućeno đacima prvog razreda osnovne škole u koju ide moja ćerka – Da li čist vazduh ima miris i ukus? deci nije bio jednostavno da daju tačan odgovor. Nažalost, oni su već navikli da vazduh ima neki miris, pa se mogao naći ne tako zanemarljiv broj odgovora da čist vazduh nema samo ukus. Da li su deca pogrešila ili je to još jedna nova realnost na koju ćemo morati da se navikavamo.
Baveći se svojim poslom na Univerzitetu naučio sam da mi ne živimo u linearnom svetu. To znači da kada bismo samo malo poremetili ulaze u neki sistem, na izlazu iz njega primetili bismo značajne razlike u odnosu na stanje pre te male promene. U tom smislu, u popularnoj kulturi je poznat i Efekat leptira, koji kolokvijalno govori o tome da kada leptir zamahne krilima na Madagaskaru to može da izazove cunami u Japanu. Prema tome, možda i pojedinačne akcije svakog od nas, koliko god se na prvi pogled činile beznačajnim u odnosu na ceo sistem, ipak mogu na kraju dana da dovedu do neke promene.
Pre Efekta leptira, to su znali i veliki umovi iz prošlosti. Na primer, u svom epohalnom delu: Braća Karamazovi, Dostojevski govori o tome kako mi živimo kao na površini jednog velikog okeana, gde se svaka naša akcija širi kao talas i na taj način ostavlja daleki trag. Jedan drugi naš veliki mislilac je govorio da čovek nije ono što može da stane u jedan grob, već nešto što ne može da stane ni u celu Vasionu. Ovim želim da ohrabrim čitaoce, time da oni nisu beznačajni u odnosu na sistem (društvo) u kome žive, kao i da njihova zalaganja i akcije mogu da promene stvari. Vođen time, u daljem tekstu predstaviću svoj pokušaj da utičem na sistem, a u okviru profesije saobraćajnog inženjera kojom se bavim.
Podaci o udelu saobraćaja u ukupnoj emisiji zagađujućih čestica na globalnom nivou variraju, međutim procene Svetske zdravstvene svakako pokazuju da je saobraćaj vrlo značajan zagađivač vazduha. Posmatrano na nivou celog sektora, titulu „najprljavijeg” ubedljivo nosi teretni saobraćaj koji je odgovoran za 71% ukupnih emisija suspendovanih čestica (PM 10 i PM 2,5) iz saobraćaja, iako u istom učestvuje sa svega 11%.
Najviše zagađenja dolazi sa raskrsnica
U okviru projekta RESONANCE, finansiranog od stane Fonda za nauku Republike Srbije, a zajedno sa kolegama sa Univerziteta u Pitsburgu, SAD, odnosno Laboratorije za saobraćajne sisteme koja pripada Univerzitetu, razvili smo algoritam za smanjenje emisije štetnih gasova koji potiču od saobraćaja u urbanim sredinama.
Kolege sa Univerziteta u Pitsburgu, u svojim ranijim istraživanjima, došli su do zaključka da vozila na semaforisanim raskrsnicama emituju najviše zagađenja tokom usporavanja do zaustavljanja, i tokom ubrzanja kako bi povratila izgubljenu brzinu. Naravno, količina zagađenja je značajno veća kod teretnih vozila u odnosu na putnička, pa tako, sa aspekta zagađenja, nije svejedno da li ćete zaustaviti prosečan putnički automobil, kamionet, kombi vozilo ili teško teretno vozilo. Prema tome, osnovna ideja se sama nameće: Zaustaviti što manje teretnih vozila na semaforisanim raskrsnicama u urbanom okruženju. Iako na prvi pogled jednostavna, njena realizacija je vrlo složena.
Inženjeri upravljaju semaforima pomoću sekundi zelenog i crvenog vremena koje dodeljuju različitim saobraćajnim tokovima. Odluka koliko ćete sekundi dodeliti tokovima na jednoj raskrsnici utiče na vreme koje će vozila izgubiti čekajući da budu opslužena. Ta odluka utiče i na veličinu redova vozila koji se formiraju ispred raskrsnica. Dakle, ako previše sekundi dodelimo jednom toku, drugi bi mogao da se nađe u zagušenju, i obrnuto.
Dodatno, odluku koju donesete na jednoj raskrsnici utiče kakvu ćete situaciju, što se tiče redova, broja zaustavljanja i čekanja, imati i na susednim raskrsnicama. Ukoliko posmatrate mrežu od 17 semaforisanih raskrsnica u Kragujevcu, na kojoj smo testirali naš algoritam, broj različitih mogućih odluka koje možete da donesete prelazi stotine milijardi. Kako odabrati onu koja će dati najmanju moguću emisiju štetnih gasova, ne čini se više kao tako jednostavan zadatak. Inače, Kragujevac je odabran zbog značajnog udela teretnog saobraćaja u urbanom delu grada, sto je posledica toga da još uvek ne postoji obilaznica.
Kolonija pčela kao model za pronalazak optimalnog odgovora na zagađenje
Algoritam pomoću kog smo došli do rešenja je, zanimljivo, pozajmljen iz prirode. Naučnici, pre svega biolozi, izučavaju proces sakupljanja nektara kod pčela, koje su jedne od najstarijih živih bića na planeti. Nađeno je da pčele pronalaze najkvalitetniji nektar na najkraćim mogućim rastojanjima od košnice. To je jedan decentralizovani prirodni proces, gde svaka pčela sarađuje sa ostatkom roja, koji potom zajedno dolazi do rešenja. U tom procesu jedinke nisu „svesne“ da učestvuju u jednoj „savršenoj“ pretrazi, pa ih nazivamo decentralizovanim agentima.
Imitirajući proces sakupljanja nektara kod pčela pomoću matematičkih jednačina, naš akademik Dušan Teodorović je osmislio algoritam za pretragu velikog prostora dopustivih rešenja (što je i odlika predmetnog problema): Optimizacija kolonijom pčela (Bee Colony Optimization – BCO). Ovaj algoritam je široko prihvaćen, te je u svetskoj stručnoj literaturi moguće naći značajan broj radovi koji koriste upravo BCO za rešenje raznih problema teške kombinatorne optimizacije, kada treba pronaći jedno rešenje od enormno velikog broja mogućih.
KLIMA101 NEDELJNI NEWSLETTER
Šta pokazuju rezultati studije?
Rezultati koje smo dobili primenom BCO algoritma govore u prilog mogućnosti njegove praktične primene u smanjenju emisija štetnih gasova na semaforisanim raskrsnicama. Kako bismo validirali naše rezultate, celu mrežu grada Kragujevca smo prebacili u simulaciono okruženje, koje je podešeno tako da oslikava realnu saobraćajnu situaciju sa terena. Potom, puštali smo veći broj simulacija sa postojećim načinom rada semafora, onako kako oni trenutno rade u gradu. Isto smo uradili i sa načinom rada semafora koji proizilazi iz BCO algoritma.
Pokazano je da smo smanjili ekološki parametar, koji je u jakoj vezi sa emisijom štetnih gasova, za 12% na nivou od 1 h na celoj mreži. Kada ovaj procenat proširimo na ceo dan, ili neki veći vremenski period, možemo biti zadovoljni rezultatima našeg projekta, koji čekaju verifikaciju u jednom od vodećih svetskih časopisa iz oblasti primene veštačke inteligencije na realne inženjerske probleme. Kada uporedimo rezultate iz sličnih studija, vidimo da je naš procenat poboljšanja značajan. Dodatno, dogovoreno je da u narednom periodu naša rešenja budu prikazana inženjerima saobraćaja iz Kragujevca, kao i čelnicima gradske uprave, koji su pokazali interesovanje da više saznaju o našoj studiji.
Na kraju, ako je naš život nastavak života naših predaka (Karl Gustav Jung, Vladika Nikolaj Velimirović) postavlja se pitanje u kakvom ćemo životnom okruženju mi živeti kroz naše potomke. Ta odluka je sada na nama.
