ИТМО представил ИИ-сервис для оптимизации маршрутов транспорта

С помощью ИИ-инструмента ConnectPT от разработчиков из Института искусственного интеллекта ИТМО можно проанализировать уже существующие маршруты городского пассажирского транспорта и получить рекомендации, как их улучшить. Созданная в ИТМО открытая библиотека способна работать на минимальном количестве данных о городской застройке и транспортной системе.

Чтобы транспортная система города оставалась актуальной, ее нужно постоянно пересматривать. Сейчас инженеры и градостроители используют для этого транспортные модели — специальные программы, которые помогают описать и спрогнозировать транспортные и пассажирские потоки с помощью математических формул и алгоритмов. К таким транспортным моделям относится, например, зарубежная разработка PTV Visum и ее отечественный аналог AnyLogic. Большие транспортные модели учитывают множество параметров — от плотности населения и особенностей его поведения в отдельных микрорайонах до загруженности дорог и расписания общественного транспорта. Например, можно смоделировать, как жители того или иного нового района будут перемещаться в разное время суток и как новые маршруты общественного транспорта изменят паттерны поведения горожан.

Но чтобы строить такие модели, нужно провести предварительные исследования и собрать большое количество информации — например, проанализировать данные мобильных операторов и статистику использования проездных документов. Стоимость такой работы может доходить до несколько десятков миллионов рублей и несколько лет.

Разработчики Института искусственного интеллекта ИТМО создали инструмент, который позволяет градостроителям и транспортным инженерам за пару часов оценить уже существующие маршруты городского пассажирского транспорта (автобусов, трамваев и троллейбусов) с учетом затрат пассажиров, перевозчика и транспортного спроса. По итогам анализа система выдает рекомендации по улучшению маршрутов. При этом разработка нетребовательна к исходным данным и позволяет строить прогнозы маршрутов на основе информации о застройке и топологии улично-дорожной сети. Такой подход позволит специалистам сократить время и финансирование, необходимое для сбора данных и работы над транспортной системой, а также убережет город от непродуманных проектов.

Сервис получил название ConnectPT. Это открытое ПО, в основе которого лежит эволюционный алгоритм, использующий графовые нейросети в качестве оператора мутаций. Именно оператор используется для внесения случайных изменений в популяцию решений, чтобы эволюционный алгоритм выбрал оптимальные варианты маршрутов. Отличительной особенностью инструмента стали графовые нейросети, которые адаптировали для улучшения транспортной связанности, взвешенной по спросу. Обычно в генерации оптимальной сети используются две противоборствующие метрики, которые отражают затраты перевозчиков и пассажиров. Введение метрики транспортной связанности помогает повысить некоторые показатели, например,  доступность городских территорий и процент поездок без пересадок. Маршруты генерируются по графу, где остановки — это вершины, а пути между ними — ребра. По графу из кварталов анализируется спрос по показателям разнообразия, плотности городских сервисов и населения. Потом этот спрос распределяется по остановкам в радиусе пешеходной доступности, и строится матрица корреспонденций между остановками.

«Преимущество ConnectPT в том, что это достаточно легкий и недорогой инструмент, который формирует и аргументирует свои рекомендации по улучшению маршрутов общественного транспорта на том минимуме данных, которым владеют градостроители и транспортные инженеры. В частности, мы используем данные из открытых источников вроде OpenStreetMap о жилой и нежилой застройке, ее вместимости и ожидаемой численности населения, расположении бизнес-центров, производств, мест досуга, дорогах и остановках. ConnectPT генерирует наборы маршрутов для разных видов транспорта с учетом транспортного спроса и связанности и оптимизирует их в сбалансированные варианты», — рассказал руководитель разработки, директор Института дизайна и урбанистики ИТМО Сергей Митягин.

Также с помощью ConnectPT можно настроить приоритет по генерации маршрутов для разных категорий и задач. Например, для жителей сократить количество пересадок и время в пути, для перевозчиков — убрать невостребованные маршруты, для города в целом — связать существующие маршруты и сократить количество анклавов без общественного транспорта. Инструмент способен анализировать данные о любом населенном пункте или регионе, поэтому в перспективе использовать его смогут градостроители, транспортные инженеры и органы власти любого города.

Сейчас ConnectPT представляет собой открытую библиотеку программ. В дальнейшем команда ученых планирует создать веб-интерфейс для инструмента и внедрить его в — эту разработку ученые ИТМО представили ранее в 2025 году. «Просто.Р» помогает региональным органам власти, инвесторам и девелоперам оценивать проект развития конкретной локации, города и региона, чтобы понимать привлекательность конкретной территории и снизить риски перед принятием градостроительных решений. ИИ-платформа оценивает множество параметров: социальную, инженерную и транспортную инфраструктуру, экологическую обстановку, потенциал использования территории под разные функции, моделирует градостроительный план и предсказывает транспортную загруженность, обеспеченность объектами социальной инфраструктуры и качество жизни населения. Объединение двух разработок позволит градостроителям проводить комплексный анализ территорий и получать рекомендации по их развитию.