Nghiên cứu hành vi di chuyển của đám đông tại sân bay đà nẵng bằng hệ thống đa tác tử

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN HUY BÌNH

NGHIÊN CỨU HÀNH VI DI CHUYỂN

CỦA ĐÁM ĐÔNG TẠI SÂN BAY ĐÀ NẴNG

BẰNG HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ

Chuyên ngành: Hệ thống thông tin

Mã số: 848.01.04

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HỆ THỐNG THÔNG TIN

ĐÀ NẴNG, NĂM 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học:

TS. HOÀNG THỊ THANH HÀ

Phản biện 1: PGS.TS. HUỲNH CÔNG PHÁP

Phản biện 2: PGS.TS. LÊ MẠNH THẠNH

Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng bảo vệ chấm Luận văn

tốt nghiệp Thạc sĩ Hệ thống thông tin, họp tại Trường Đại học Sư

phạm – ĐHĐN vào ngày 18 tháng 11 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

- Thư viện trường Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng.

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay, tại thành phố Đà Nẵng có rất nhiều địa điểm du lịch

nổi tiếng như là: Bà Nà Hills, biển Bắc Mỹ An, Bán đảo Sơn Trà,

công viên khoáng nóng Thần Tài, các khu du lịch sinh thái, các khu

resot…Với lợi thế và tiềm năng sẵn có, đã và đang thu hút một lượng

lớn du khách đến với thành phố Đà Nẵng. Du khách đến với thành

phố Đà Nẵng có thể bằng nhiều hình thức vận chuyển khác nhau như

đường bộ, đường sắt, đường hàng không, đường thủy. Trong đó, hình

thức vận chuyển bằng đường hàng không là phát triển mạnh mẽ nhất.

Những năm gần đây, lưu lượng hành khách thông qua sân bay

quốc tế Đà Nẵng của thành phố tăng cao. Nếu như năm 2016, sản

lượng hành khách quốc tế qua sân bay Đà Nẵng là hơn 2,2 triệu lượt

khách. Thì sang năm 2017, sau khi có nhà ga mới, con số này đã tăng

vọt lên hơn 3,7 triệu lượt. Và 5 tháng đầu năm 2018 là hơn 2,2 triệu

lượt khách. Tính đến tháng 5 năm 2018, đang có 27 hãng hàng không

trong nước và quốc tế khai thác hơn 60 đường bay quốc tế đến Đà

Nẵng. Và nếu so với trước đây thì số đường bay đã tăng gấp 3 lần sau

khi Nhà ga hành khách đưa vào hoạt động. Lưu lượng vận chuyển

hành khách phản ánh trình độ phát triển hoạt động thương mại và du

lịch kinh tế của thành phố. Một ấn tượng tốt là điều có thể dẫn đến

những chuyến thăm quan lặp lại của du khách, không chỉ tạo ra lợi

nhuận tài chính của sân bay, ngoài ra còn đáp ứng nhu cầu của các

bên liên quan khác như hoạt động các hãng hàng không, các nhà bán

lẻ, hành khách và du khách. Lưu lượng hành khách có sự tăng trưởng

cao tạo ra lợi nhuận to lớn cho sân bay. Mặt khác, nó làm gia tăng áp

lực lên hệ thống hoạt động an ninh của sân bay.

2

Sự an toàn của hành khách là một mối quan tâm lớn đối với

các nhà khai thác sân bay. Trong trường hợp có hoảng loạn, có một

quá trình sơ tán hiệu quả và hiệu quả hơn là ở vị trí có thể hỗ trợ đáng

kể trong việc tăng cường an toàn hành khách. Do đó, nó là cần thiết

cho các nhà khai thác sân bay để có một sự hiểu biết sâu về các quá

trình sơ tán nhà ga sân bay của họ.

Những năm gần đây, mô hình hóa hoặc mô phỏng hệ thống

phức tạp phân tán sử dụng hệ thống đa tác tử (HTĐTT) đang được ưa

chuộng. HTĐTT thuộc lĩnh vực trí tuệ nhân tạo phân tán, với những

đặc tính như là một hệ thống cấu thành bởi nhiều phần tử độc lập

tương tác với nhau, các phần tử này có thể di chuyển, tác động vào

môi trường và chịu sự tác động của môi trường.

Chính vì các đặc điểm trên mà việc sử dụng HTĐTT để mô

hình hóa và mô phỏng hệ thống sân bay quốc tế Đà Nẵng là sự lựa

chọn hợp lý. Với sự phát triển của công nghệ máy tính, nhiều lý

thuyết về mô hình hóa và công nghệ mô phỏng máy tính đã xuất hiện

để hỗ trợ nghiên cứu về sự biến động của đám đông trong các điều

kiện khác nhau, ví dụ như hành vi của đám đông dưới tình huống

bình thường và tình huống khẩn cấp.

Xuất phát từ những lý do trên được sự đồng ý và hướng dẫn

của TS. Hoàng Thị Thanh Hà tôi chọn đề tài “Nghiên cứu hành vi di

chuyển của đám đông tại sân bay Đà Nẵng bằng hệ thống đa tác

tử” để làm luận văn thạc sĩ.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ

2.1. Mục tiêu

Mục tiêu tổng quát là xây dựng mô hình hệ thống đa tác tử có

khả năng nhận diện xu hướng di chuyển của đám đông.

2.2. Nhiệm vụ

3

- Trên cơ sở các nghiên cứu trên, xây dựng mô hình đa tác tử -

MAS, tập trung vào các vấn đề:

- Hành vi của các tác tử bao gồm khả năng tự thu thập, phân

tích dữ liệu và giao tiếp với các tác tử khác (hành vi cá nhân và hành

vi tập thể).

- Mô hình nhận diện nhóm.

- Sau khi đưa ra mô hình chung, thực hiện thử nghiệm trên

công cụ mô phỏng GAMA

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

- Các đối tượng nghiên cứu:

o Mô hình đa tác tử đa mức:

▪ Tác tử

▪ Hệ thống đa tác tử

- Phương pháp trao đổi thông tin trong hệ thống.

▪ Mô hình nhóm

- Công cụ mô phỏng GAMA

3.2. Phạm vi nghiên cứu

- Giới hạn thử nghiệm trên hệ thống mô phỏng.

- Áp dụng tại sân bay Đà Nẵng.

4. Phương pháp nghiên cứu

4.1. Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu các mô hình đa tác tử - MAS.

- Nghiên cứu các mô hình hóa hệ thống phức tạp.

- Nghiên cứu các phương pháp hỗ trợ ra quyết định.

- Sau khi nắm vững các kiến thức tiến hành kết hợp, phân tích

để tìm ra mô hình hợp lý.

4.2. Phương pháp mô phỏng và thực nghiệm

4

- Nghiên cứu Platform mô phỏng GAMA

- Trên cơ sở mô hình lý thuyết, xây dựng thử nghiệm trên mô

phỏng trên Platform GAMA

- Chứng minh tính đúng đắn của mô hình thông qua việc phân

tích kết quả thử nghiệm.

5. Mục đích và ý nghĩa của đề tài

- Nghiên cứu về tác tử và hệ đa tác tử, một hướng nghiên cứu

mới đang nhận được nhiều sự quan tâm hiện nay.

- Nghiên cứu các mô hình mô phỏng mô hình hóa bằng đa tác tử.

- Có thể phát triển xây dựng mô hình mô phỏng tại các sân bay

quốc tế trong toàn lãnh thổ Việt Nam.

CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ

1.1. TÁC TỬ

1.1.1. Khái niệm

Tác tử phần mềm là một đối tượng có thể thực hiện công

việc thay cho người dùng một cách độc lập sau khi được giao công

việc. Hệ thống tính toán có thể là phần cứng, phần mềm, hoặc cả

phần cứng lẫn phần mềm. Bất cứ tác tử nào cũng tồn tại và hoạt

động trong một môi trường nhất định. Tác tử nhận thông tin từ

môi trường qua các cơ quan cảm nhận và tác động vào môi trường

bằng các cơ quan tác động.

1.1.2. Phân loại tác tử

1.1.3. Các thành phần cơ bản của tác tử

1.1.4. Cơ chế ra quyết định

5

1.2. HỆ ĐA TÁC TỬ

1.2.1. Khái niệm về hệ đa tác tử

Hệ đa tác tử (multi- agent) là hệ thống bao gồm nhiều tác tử có

khả năng phối hợp với nhau để giải quyết được những vấn đề phức

tạp mà một tác tử không thể giải quyết được [5]. Một hệ đa tác tử là

một tập hợp các tác tử có mục đích riêng, miền giá tri thức riêng

nhưng có thể tương tác với nhau để hoàn thành mục tiêu chung tổng

thể của hệ thống. Một hệ thống đa tác tử là một hệ thống hợp thành

từ các thành phần như sau:

− Môi trường: nói chung là một không gian đa chiều.

− Tập hợp các tác tử: là các thực thể hoạt động trong hệ thống.

− Tập các đối tượng trong không gian: nó thụ động, không

được trang bị các hành vi và cùng tồn tại với các tác tử.

− Tập các mối quan hệ: liên kết các các đối tượng với nhau.

− Tập các hoạt động: cho phép các tác tử thực hiện các hành

động lên môi trường, tức là thu nhận, phá hủy, tạo, biến đổi

và thao tác lên các đối tượng thuộc môi trường

− Các thực thi đảm nhận trách nhiệm thực thi các ứng dụng

của các hoạt động và ảnh hưởng của chúng đối với môi trường.

Ý tưởng về thiết kế một hệ thống đa tác tử phải độc lập với các

ứng dụng. Thiết kế một hệ thống đa tác tử trở về việc thiết kế các

thực thể chủ động, độc lập cấu thành nên các tác tử. Các hiện tượng

hoặc các hành vi trở về việc thiết kế cá nhân của các tác tử. Mọi tác

tử giống như một chuyên gia hành động độc lập. Từ các hành động

cá nhân này, nảy sinh các giải pháp hoặc các hành vi chung của hệ

thống, hoặc bằng cách tương tác sửa đổi bởi môi trường của các tác

tử, hoặc bằng cách liên lạc trực tiếp giữa các tác tử thông qua một

ngôn ngữ biểu tượng.

6

1.2.2. Đặc điểm của hệ đa tác tử

HTĐTT có thể có những đặc điểm khác nhau [1] dựa vào các

ứng dụng mà chúng liên quan đến:

− HTĐTT mở: là một hệ thống trong đó các tác tử có thể được

thêm vào hoặc biến mất. Không giống như các thuật ngữ đóng có

nghĩa là các tác tử không thể xuất hiện thêm hoặc biến mất trong quá

trình thực thi.

− HTĐTT đồng nhất: bao gồm các tác tử đồng nhất. Tác tử

đồng nhất là giống nhau về mô hình và kiến trúc. Ngược lại thì

HTĐTT được gọi là không đồng nhất.

Cách tiếp cận đa tác tử đã tập trung vào biểu diễn trực tiếp các

cá nhân và hành vi của các cá nhân đó. Nó cho phép biểu diễn hai cấp

độ: cá nhân và hệ thống. Sự phát triển của hệ thống ở cấp cao hơn sự

xuất hiện dựa vào sự tƣơng tác giữa các cá nhân ở cấp thấp hơn.

Phương pháp này đặc biệt thích hợp để mô hình hóa các hệ thống

phức tạp mà sự hoạt động tổng thể nảy sinh tính trồi từ sự tương tác

giữa các cá nhân.

1.2.3. Phối hợp của hệ đa tác tử

1.2.4. Tương tác giữa các tác tử

1.2.5. Các mô hình tương tác với tác tử trung gian

1.3. CÁC LĨNH VỰC ỨNG DỤNG HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ

1.3.1. Ứng dụng trong quản lý sản xuất

1.3.2. Tác tử quản lý quá trình và luồng công việc (workflow)

1.3.3. Tác tử thu nhập và quản lý thông tin

1.3.4. Tác tử phục vụ thương mại điện tử

1.4.KẾT CHƯƠNG

7

CHƯƠNG 2

XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐA TÁC TỬ

MÔ HÌNH HÓA SỰ DI CHUYỂN CỦA ĐÁM ĐÔNG

2.1. TỔNG QUAN VỀ HÀNH VI ĐÁM ĐÔNG

2.1.1. Hành vi đám đông

2.1.2. Hành vi dành cho người đi bộ trong tình huống bình thường

2.1.3. Hành vi cá nhân và hành vi đám đông trong các tình

huống khẩn cấp và hoảng loạn

2.1.4. Hợp thành bầy đàn hoặc đổ xô

2.1.5. Tắc nghẽn hình vòng cung

2.2.MÔ HÌNH HÓA HÀNH VI ĐÁM ĐÔNG

Hành vi của con người là hiện tượng phức tạp, rất khó để nắm

bắt vào máy tính như phương trình toán học. Có một số kỹ thuật vể

mô hình hóa đám đông. Các mô hình hiện tại có thể được phân loại

thành một trong những nhóm sau đây.

2.2.1.Các mô hình dựa trên luồng

2.2.2.Mô hình Cellular Automata

2.2.3.Mô hình tiếp cận đa tác tử

2.3.MÔ HÌNH ĐA TÁC TỬ MÔ HÌNH HÓA ĐÁM ĐÔNG

2.3.1. Mô hình đa tác tử

2.3.2. Hành vi nhóm trong tình trạng hoảng loạn

2.3.3. Hành vi cảm xúc, nhóm ra quyết định

2.4. XÁC ĐỊNH NHỮNG ĐỐI TƯỢNG NHÓM TRONG TÌNH

HÌNH KHẨN CẤP

2.4.1.Các loại nhóm

a. Nhóm xã hội

8

b. Nhóm vật lý xã hội

c. Nhóm vật lý

d. Đám đông

2.4.2. Thuộc tính nhóm

2.5. CÁC THUỘC TÍNH CÁ NHÂN LIÊN QUAN ĐẾN NHÓM

2.5.1. Vai trò trong nhóm vật lý và xã hội

2.5.2. Ảnh hưởng nhóm

2.5.3. Thời gian chờ đợi

2.5.4. Khoảng cách tối thiểu để duy trì nhóm

2.5.5. Thời gian tìm kiếm

2.6. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐA TÁC TỬ MÔ HÌNH HÓA

ĐÁM ĐÔNG

2.6.1. Mô hình phân rã nguyên âm AEIO

Trong đề tài này, chúng tôi sử dụng mô hình phân rã AEIO

(mô hình nguyên âm) [60]. Mô hình này nghiêng về sự mô tả rõ ràng

của sự tương tác của các tác tử và sự cộng sinh của các hành vi đám

đông dựa trên hành vi của các tác tử, phù hợp với mục đích nghiên

cứu của đề tài.

Từ quan điểm mô tả [60] mô hình này có có ba nguyên lý cơ

bản:

Nguyên tắc I: Một hệ thống đa tác tử bao gồm một tập hợp

các tác tử A (Agent), môi trường E (Environment) mà nó sinh sống,

một tập hợp các tương tác có thể I (Interaction) và tổ chức O

(Organization) mà nó sống trong đó.

HTĐTT = Tác tử + Môi trường + Tương tác + Tổ chức

Nguyên tắc II: Trí tuệ tổng thể được liên kết đến một chức

năng của tính trồi nảy sinh từ sự tiếp diễn của các tương tác diễn ra

giữa các tác tử và tương tác giữa các tác tử với môi trường. Nguyên

9

tắc thứ hai cho thấy chức năng tổng thể của hệ thống đa tác tử là bằng

tổng các chức năng cá nhân của từng tác tử cộng thêm vào trí tuệ

tổng thể được tạo ra bởi tính trồi.

Function(HTĐTT) = ∑ Function(tác tử) + tính trồi

Nguyên tắc III: Trong nguyên tắc của đệ quy, một HTĐTT

được xem như một tác tử và mỗi tác tử của HTĐTT toàn cục, đến

lượt nó, có thể được xem như một HTĐTT. Thực tế, các tác tử chỉ

tồn tại là thông qua các thành phần cơ bản nhất của nó.

Đệ quy : A = A cơ sở| HTĐTT

Như vậy, theo Nguyên tắc I, môt hệ thống đa tác tử gồm 4

thành phần A (Agent), môi trường E (Environment) mà nó sinh

sống, một tập hợp các tương tác có thể I (Interaction) và tổ chức O

(Organization) mà nó sống trong đó:

- Tác tử: Ở thành phần này định nghĩa mô hình tác tử, các khả

năng cũng như kỹ năng của tác tử.

- Môi trường E: Phần này xác định môi trường mà tác tử hoạt

động và phát triển trong đó.

- Tương tác (I): Trong phần này, xác định phương thức giao

tiếp giữa các tác tử thông qua một tập hợp các hành động hai chiều.

Kết quả của những hành động này ảnh hưởng đến hành vi của các tác

tử cnxg như hành vi nhóm.

- Tổ chức O: Các khái niệm về tổ chức là khá rộng. Ở đây một

tổ chức có thể được định nghĩa là một cấu trúc phối hợp hoặc tổ chức

ra quyết định của nhóm.

Thành phần O của phương pháp này bao gồm các yếu tố cho

phép lập các tập hợp các tác tử bộ cơ cấu tổ chức bằng cách xác định

vai trò của các tác tử, sự phụ thuộc giữa các tác tử và tình trạng của

họ trong xã hội.