METODY TEORII GIER W BEZPIECZNYM TRANSPORCIE MORSKIM

Podobne dokumenty
Artykuł przedstawia zastosowanie teorii gier różniczkowych, wieloetapowych pozycyjnych

PORÓWNANIE BEZPIECZNYCH TRAJEKTORII STATKU Z UWZGLĘDNIENIEM WARUNKÓW STEROWANIA OPTYMALNEGO I ROZGRYWAJĄCEGO

SYMULACJA PROGRAMÓW KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA BEZPIECZEŃSTWA TRANSPORTU MORSKIEGO

METODY KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA DECYZJI MANEWROWEJ NAWIGATORA W SYTUACJACH KOLIZYJNYCH

PROGRAMOWANIE DYNAMICZNE W ROZMYTYM OTOCZENIU DO STEROWANIA STATKIEM

OCENA DOKŁADNOŚCI OBLICZANIA PARAMETRÓW SPOTKANIA CPA I TCPA W MULTIAGENTOWYM SYSTEMIE WSPOMAGANIA NAWIGACYJNEGO PROCESU DECYZYJNEGO

Teoria gier. prof. UŚ dr hab. Mariusz Boryczka. Wykład 4 - Gry o sumie zero. Instytut Informatyki Uniwersytetu Śląskiego

OKREŚLANIE STOPNIA ODWRACALNOŚCI OBIEGÓW LEWOBIEŻNYCH

Poszukiwanie optymalnego wyrównania harmonogramu zatrudnienia metodą analityczną

Teoria gier. dr Przemysław Juszczuk. Wykład 2 - Gry o sumie zero. Instytut Informatyki Uniwersytetu Śląskiego

Wprowadzenie do teorii gier

6. ANALIZA POST-OPTYMALIZACYJNA analiza wrażliwości rozwiązania optymalnego

Teoria gier w ekonomii - opis przedmiotu

TEORIA GIER W EKONOMII. dr Robert Kowalczyk Katedra Analizy Nieliniowej Wydział Matematyki i Informatyki UŁ

TEORIA GIER W EKONOMII. dr Robert Kowalczyk Katedra Analizy Nieliniowej Wydział Matematyki i Informatyki UŁ

KARTA MODUŁU / KARTA PRZEDMIOTU A. USYTUOWANIE MODUŁU W SYSTEMIE STUDIÓW B. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PRZEDMIOTU

Transmisja danych nawigacyjnych w układzie komputerowego wspomagania decyzji manewrowej nawigatora w sytuacji kolizyjnej

POLITECHNIKA OPOLSKA

WYKORZYSTANIE ELEMENTÓW TEORII GIER DO WYBORU SPOIW POPIOŁOWO-CEMENTOWYCH ZE WZGLĘDU NA DOMIESZKI CHLORKÓW WYSTĘPUJĄCYCH W WODACH KOPALNIANYCH

Metody Optymalizacji Optimization Methods. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

I.1.1. Technik ochrony fizycznej osób i mienia 515[01]

Informatyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny) podstawowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

Uniwersytet Zielonogórski Wydział Elektrotechniki, Informatyki i Telekomunikacji Instytut Sterowania i Systemów Informatycznych

Wykład Ćwiczenia Laboratoriu m ,5 1,5 WYMAGANIA WSTĘPNE W ZAKRESIE WIEDZY, UMIEJĘTNOŚCI I INNYCH KOMPETENCJI CELE PRZEDMIOTU

Gry o sumie niezerowej

(1.1) (1.2) (1.3) (1.4) (1.5) (1.6) Przy opisie zjawisk złożonych wartości wszystkich stałych podobieństwa nie mogą być przyjmowane dowolnie.

Podstawy Automatyzacji Okrętu

Skowrońska-Szmer. Instytut Organizacji i Zarządzania Politechniki Wrocławskiej Zakład Zarządzania Jakością r.

Wspólne dla kierunku Wybieralny angielski Semestr VI

Metody teorii gier. ALP520 - Wykład z Algorytmów Probabilistycznych p.2

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Belki na podłożu sprężystym

Informatyka I stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny) niestacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

Propedeutyka teorii gier

Elementy teorii gier. Badania operacyjne

Korekty finansowe związane z naruszeniami PZP. Audyty Komisji Europejskiej i Europejskiego Trybunału Obrachunkowego

Marzec Politechnika Gdańska Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa St. inż. I stopnia, sem. IV, Oceanotechnika, ZiMwGM

Teoria gier matematyki). optymalności decyzji 2 lub więcej Decyzja wpływa na wynik innych graczy strategiami

(Dantzig G. B. (1963))

Politechnika Gdańska Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa St. inż. I stopnia, sem. IV, Transport. Luty Automatyzacja statku 1.

Badania ruchu w Trójmieście w ramach projektu Kolei Metropolitalnej. mgr inż. Szymon Klemba Warszawa, r.

Wykłady specjalistyczne. (Matematyka w finansach i ekonomii; Matematyczne podstawy informatyki)

STOCHASTYCZNY MODEL BEZPIECZEŃSTWA OBIEKTU W PROCESIE EKSPLOATACJI

Elementy Modelowania Matematycznego

TEORIA GIER HISTORIA TEORII GIER. Rok 1944: powszechnie uznana data narodzin teorii gier. Rok 1994: Nagroda Nobla z dziedziny ekonomii

Hyper-resolution. Śmieciarki w Manncheim

Matematyka Stosowana na Politechnice Wrocławskiej. Komitet Matematyki PAN, luty 2017 r.

ZASTOSOWANIE TEORII GIER DO OCENY SYTUACJI ZAGROŻENIOWYCH W KOPALNI W ZWIĄZKU Z WYSTĘPOWANIEM TĄPNIĘĆ

HSC Research Report. Optimization of the decision on the integration. generation with the electrical grid using linear programming HSC/09/03

LABORATORIUM TEORII STEROWANIA. Ćwiczenie 6 RD Badanie układu dwupołożeniowej regulacji temperatury

Wykład 9. Stateczność prętów. Wyboczenie sprężyste

Konkurencja i kooperacja w dwuosobowych grach strategicznych. Anna Lamek

POZIOM UFNOŚCI PRZY PROJEKTOWANIU DRÓG WODNYCH TERMINALI LNG

Tworzenie gier na urządzenia mobilne

Podstawy Automatyki. Wykład 6 - Miejsce i rola regulatora w układzie regulacji. dr inż. Jakub Możaryn. Warszawa, Instytut Automatyki i Robotyki

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

KARTA MODUŁU / KARTA PRZEDMIOTU A. USYTUOWANIE MODUŁU W SYSTEMIE STUDIÓW B. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA PRZEDMIOTU

Teoria gier. Łukasz Balbus Anna Jaśkiewicz

Wyznaczanie profilu prędkości płynu w rurociągu o przekroju kołowym

TEORIA GIER DEFINICJA (VON NEUMANN, MORGENSTERN) GRA. jednostek (graczy) znajdujących się w sytuacji konfliktowej (konflikt interesów),w

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

Teoria gier. Strategie stabilne ewolucyjnie Zdzisław Dzedzej 1

Metody Optymalizacji Optimization Methods. Elektrotechnika I stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Porównanie algorytmu mrówkowego oraz programowania dynamicznego do wyznaczania bezpiecznej trajektorii statku

ZESZYTY NAUKOWE NR 2 (74) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Analiza wpływu informacji z logu na dokładność śledzenia obiektów w urządzeniach ARPA

Tworzenie gier na urządzenia mobilne

Punkty równowagi w grach koordynacyjnych

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

Wykład Ćwiczenia Laborat orium. Zaliczenie na ocenę. egzamin

TEORIA GIER W EKONOMII WYKŁAD 2: GRY DWUOSOBOWE O SUMIE ZEROWEJ. dr Robert Kowalczyk Katedra Analizy Nieliniowej Wydział Matematyki i Informatyki UŁ

Z-ID-408 Finanse przedsiębiorstw Corporate Finance

Porównanie rozwiązań równowagowych Stackelberga w grach z wynikami stosowania algorytmu UCT

MODELOWANIE RZECZYWISTOŚCI

1. Podstawowe pojęcia

Materiał dydaktyczny dla nauczycieli przedmiotów ekonomicznych. Mikroekonomia. w zadaniach. Gry strategiczne. mgr Piotr Urbaniak

Load balancing games

METODY OPTYMALIZACJI W BEZPIECZNYM TRANSPORCIE MORSKIM

Projekt planu studiów

TEORIA GIER W EKONOMII WYKŁAD 6: GRY DWUOSOBOWE KOOPERACYJNE O SUMIE DOWOLNEJ

Rozkład prędkości statków na torze wodnym Szczecin - Świnoujście

Optymalizacja ciągła

Automatyka i systemy SCADA Automatization and SCADA systems

Modelowanie Preferencji a Ryzyko. Dlaczego w dylemat więźnia warto grać kwantowo?

Odnawialne Źródła Energii I stopień (I stopień/ II stopień) ogólnoakademicki (ogólnoakademicki/praktyczny) Prof. dr hab. inż.

1. POJĘCIA PODSTAWOWE I RODZAJE UKŁADÓW AUTOMATYKI

NASH I JEGO HISTORIA

kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES) obowiązkowy (obowiązkowy / nieobowiązkowy) polski pierwszy

Programowanie robotów przemysłowych Programming of Industrial Robots

Monitoring środowiska Environmental monitoring

ur. 28 Czerwca 1928 w Bluefield w Wirginii, matematyk i ekonomista, profesor Uniwersytetu Princeton

LABORATORIUM PODSTAW ENERGOELEKTRONIKI (studium zaoczne) Ćwiczenie 5. Falownik rezonansowy szeregowy

KPKM dr hab. inż. Jarosław Gałkiewicz Prof. dr hab. inż. Andrzej Neimitz

Teoria gier. wstęp Teoria gier Zdzisław Dzedzej 1

ZASADY MONITOROWANIA MORSKICH OBIEKTÓW O MAŁYCH PRĘDKOŚCIACH

Jacek Skorupski pok. 251 tel konsultacje: poniedziałek , sobota zjazdowa

Wykłady specjalistyczne. (Matematyka w finansach i ekonomii; Matematyczne metody informatyki)

Wykład 7 i 8. Przeszukiwanie z adwersarzem. w oparciu o: S. Russel, P. Norvig. Artificial Intelligence. A Modern Approach

Z-LOGN Fizyka II. Logistyka I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

CHARAKTERYSTYKA I ZASTOSOWANIA ALGORYTMÓW OPTYMALIZACJI ROZMYTEJ. E. ZIÓŁKOWSKI 1 Wydział Odlewnictwa AGH, ul. Reymonta 23, Kraków

Transkrypt:

Józef Lisoski Akademia Morska Gdyni METODY TEORII GIER W BEZPIECZNYM TRANSPORCIE MORSKIM Wproadzenie Uzględniaąc postać skaźnika akości można zagadnienia steroania optymalnego procesami transportoymi lub logistycznymi podzielić na trzy grupy, takie dla których koszt przebiegu procesu: est ednoznaczną funkcą steroania, zależy od sposobu steroania i od penego zdarzenia przypadkoego o znanym opisie statystycznym, est określony yborem sposobu steroania i penym czynnikiem nieokreślonym, o nie znanym opisie statystycznym [3,6,7]. Ostatnia grupa zagadnień dotyczy rozgryaących procesó transportoych lub logistycznych, których syntezę proadzi się metodami teorii gier. Teoria gier est działem spółczesne matematyki, obemuącym teorię sytuaci konfliktoych oraz budoę i analizę ich modeli. Konflikt może być: oskoy, polityczny, społeczny, ekonomiczny, grze toarzyskie, grze z naturą, realizaci procesu steroania podczas oddziałyania zakłóceń lub innych obiektó steroania [8]. Grą uęciu teorii steroania nazya się proces złożony z kilku obiektó transportoych pozostaących ze sobą sytuaci konfliktoe, bądź proces z nieokreślonymi zakłóceniami lub z niepełną informacą. Gracze są to strony - obiekty transportoe uczestniczące ze soimi strategiami sytuaci konfliktoe. Strategia est zbiorem reguł steroania gracza, których nie mogą zmienić działania przecinika lub natury. Strategie mogą być czyste ako elementy zbioru strategii lub mieszane ako rozkład pradopodobieństa na zbiorze strategii czystych. Wypłatę stanoi ynik gry postaci ygrane lub przegrane lub postaci pradopodobieństa realizaci procesu transportoego lub logistycznego [9]. Pierszą koncepcę teorii gier oraz tierdzenie o zasadzie min-max sformułoał E. Borel (1921, 1927). Pierszą polską pracą z teorii gier est opracoanie H. Steinhausa (1925). Głónymi tórcami teorii gier są: John von Neumann (1928) oraz O. Morgenstern (1944). Ogólnie yróżnia się następuące rodzae gier: ze zględu na ilość graczy: duosoboe i n-osoboe,

ze zględu na zbiór strategii: skończone i nieskończone, ze zględu na charakter spółdziałania: koalicyne, niekoalicyne, kooperacyne przez cześnie ustalone spółzależności, ze zględu na charakter ygrane: o sumie zeroe otarte i zamknięte z punktem siodłoym określonym przez optymalne strategie czyste oraz o sumie doolne, na przykład handlu zagranicznym, ze zględu na postać funkci celu: macierzoe, nieciągłe i ypukłe, ze zględu na charakter informaci: z pełną informacą i niepełną informacą, ze zględu na rodza przecinika: z myślącym przecinikiem i z naturą ako otoczeniem ykonuącym ruchy losoe nie interesuącym się końcoym ynikiem gry, ze zględu na charakter proadzenia gry: postaci normalne ednokrokoe statyczne i postaci ekstensyne ako gry ielokrokoe, które dzieli się na: pozycyne, stochastyczne i różniczkoe [1,2,4,5]. Naiększą klasę gier, mogących znaleźć zastosoanie przy rozgryaącym steroaniu procesami technicznymi, a śród nich steroaniu procesami transportoymi i logistycznymi, reprezentuą gry dynamiczne różniczkoe. Zastosoaniem teorii gier różniczkoych teorii steroania, tym i do steroania ruchem statku zamoali się: W.H. Fleming (1957-1964), L.S. Pontriagin (1964-1966), R. Isaacs (1965), N.N. Krasovski (1965-1974), W.P. Paciukov (1968-1976), A.W. Merz, J.S. Karmarkar (1976), J. Kazimierczak (1973), T. Miloh, S.D. Sharma (1977), V. Kudriaszov (1973-1979), J. Lisoski (1979-2015), P.N. Tiep (1993-1997), Z. Zierzeicz (1994-2012). Gra różniczkoa steroania procesem transportoym i logistycznym Proces steroania można opisać przez następuący układ rónań stanu: x f x..., x,..., x ; u,..., u,..., u t (1) i i 1, i n 1 m, gdzie: xi(t) zmienna stanu, u(t) steroanie -tego obiektu postaci ego strategii, t czas. Dla klasy często rozpatryanych technice steroania gier nie koalicynych, nabardzie korzystnym postępoaniem -tego gracza est minimalizaca funkci celu postaci funkconału:

I t 1 m o 1 m 0, t 1 u,..., u,..., u f x, u,..., u,..., u, tdt Kxt xt 0 gdzie: fo ypłata całkoa, K ypłata końcoa. 1 (2) Strategia u t -tego obiektu proadzi do sytuaci rónoagi gry określone przez punkty rónoagi Nasha. Steroanie optymalne -tego gracza ako obiektu lub procesu transportoego yznacza się z następuące zależności: I u 1,..., u,..., um min I u 1,..., u,..., um, u t U (3) Zadanie syntezy rozgryaącego układu steroania roziązue się dóch etapach, odpoiadaących dostatecznym i koniecznym arunkom istnienia roziązania gry m uczestnikó. Ogólnie rozróżnia się da rodzae steroania rozgryaącego: programoe u(t) i pozycyne u[x(t),t]. Podstaoymi układami steroania rozgryaącego są układy rozgryaące pozycynego steroania obiektami, a ięc układy ze sprzężeniem zrotnym, reprezentuące pozycyne gry różniczkoe. Rozgryaące steroanie statkiem ako obiektem transportoym W yniku ruchu łasnego statku z prędkością V i kursem ψ zględem spotkanego -tego statku poruszaącego się z prędkością V i kursem ψ określona est pena sytuaca na morzu. Wielkości charakteryzuące tę sytuacę postaci odległości D i namiaru N do obiektu mierzone są za pomocą radaroego systemu antykolizynego ARPA (Automatic Radar Plotting Aids). Standardoy system ARPA umożliia automatyczne śledzenie do 20 obiektó, yznaczanie ich prędkości i kursu oraz elementó zbliżenia postaci namniesze odległości zbliżenia min (Distance of the Closest Point of Approach) i czasu pozostaącego do D DCPA e osiągnięcia Tmin TCPA (Time to the Closest Point of Approach) (Rys. 1).

Rys. 1. Sytuaca miania się łasnego statku z spotkanymi statkami. Właście ykorzystanie systemu antykolizynego ARPA celu uzyskania iększego bezpieczeństa żeglugi ymaga, oprócz przygotoania zakresie ego obsługi i interpretaci danych, uzupełniania systemu odpoiednie metody komputeroego spomagania decyzi maneroe naigatora złożone sytuaci naigacyne i krótkim czasie, eliminuące subiektyność człoieka i uzględniaące nieokreśloność sytuaci oraz łasności rozgryaące procesu steroania (Rys. 2). Rys. 2. Schemat funkconalny procesu zapobiegania zderzeniom statkó na morzu. Zasadniczym zadaniem całego układu steroania est uniknięcie kolizi, które polega na steroaniu łasnym statkiem taki sposób, aby namniesza odległość zbliżenia D min stała się iększa od ustalone danych arunkach naigacynych bezpieczne odległości miania Db. Osiąga się to napier poprzez ybór bezpiecznego maneru kursem Δψ lub/i prędkością ΔV

bądź bezpieczne traektorii statku pb(δψk, ΔVk, t) ako sekenci kolenych zmian kursu i prędkości edług cześnie przyętego algorytmu komputeroego spomagania steroania. Rodzae rozgryaącego steroania ruchem statku Ruch dynamiczny statkó czasie odbya się pod płyem ielkości steruących z odpoiednich dopuszczalnych zbioró steroania: U Jeżeli: - zbiór strategii łasnego statku, U, 0, 1 - to oznacza stabilizacę kursu lub traektorii, - zbiór strategii -tego spotkanego statku. - to oznacza maner antykolizyny celu osiągnięcia artości namniesze odległości zbliżenia się do spotkanego -tego statku D min iększe od ustalone danych arunkach idzialności na morzu odległości bezpieczne Db: D t min min D Db (4), 1 - to odpoiada maneroaniu statkiem celu osiągnięcia namniesze odległości zbliżenia, na przykład podczas przekazyania ładunku na morzu. Można yróżnić następuące rodzae steroania ruchem statkó: 0 0 U a) stabilizaca kursu lub traektorii: U, b) unikanie kolizi za pomocą: - maneró łasnego statku: U 1 0 U na przykład poprzez zmianę kursu o artości i/lub prędkości V, 0 1 U - maneró spotkanego -tego statku: U, 1 1 U - maneró kooperuących: U, c) spotkanie statkó: U 1 1 U, 1 0 0 1 d) sytuace ednostronne gry dynamiczne: U U i U U,

Na przykład niebezpieczne sytuace ynikłe z błędne oceny procesu zbliżenia przez edną ze stron przy braku obseraci drugie eden statek yposażony radar lub system antykolizyny, drugi z uszkodzonym radarem lub bez tego yposażenia. 1 1 1 1 e) sytuace pościgu, ako konfliktoe grze dynamiczne: U U i U U. Przykład gry pozycyne bezpiecznego steroania statkiem Istotą gry pozycyne est uzależnienie strategii łasnego statku od pozyci p(tk)=p(x0,y0) spotkanych statkó aktualnym kroku k (Rys. 3). Rys. 3. Schemat gry pozycyne statkó. Synteza steroania rozgryaącego statkiem polega na minimalizaci kryterium akości steroania I danego postaci (2). Jeżeli za zmienną stanu łasnego statku przymie się ego prędkość, to ypłata całkoa przedstaia straty drogi na bezpieczne ymianie spotkanych statkó. Wypłata końcoa K określa końcoe ryzyko kolizi łasnego statku do -tego spotkanego statku oraz końcoe odchylenie traektorii łasnego statku od cześnie zadane traektorii ruchu. Optymalne steroanie łasnym statkiem u * p t określa się yznaczaąc zbiory dopuszczalnych strategii spotkanych statkó zględem łasnego statku U oraz zbiory dopuszczalnych strategii łasnego statku zględem każdego ze spotkanych statkó U następnie optymalną strategię pozycyną łasnego statku u z arunku:, a

I * min max min I (5) u u u Traektorie rozgryaące łasnego statku sytuaci =16 spotkanych statkó Cieśninie Kattegat, arunkach ograniczone idzialności na morzu przy Db=1,5 Mm, dla gry pozycyne niekooperacyne przedstaiono na rysunku 4. Rys. 4. Bezpieczna traektoria statku niekooperacyne grze pozycyne sytuaci =16. Wnioski Zastosoanie modeli gry różniczkoe procesu steroania obiektami ruchomymi, do syntezy algorytmó steroania umożliia yznaczenie bezpieczne traektorii optymalne i rozgryaące łasnego obiektu sytuacach miania się z iększą ilością spotkanych obiektó ako sekenci maneró kursem i prędkością. Przedstaione algorytmy steroania stanoią formalne modele rzeczyistych procesó decyzynych naigatora proadzącego statek i mogą być zastosoane systemie komputeroego spomagania naigatora przy podemoaniu decyzi maneroe sytuacach kolizynych. Literatura 1. Basar T., Olsder G.J., Dynamic noncooperative game theory, SIAM, 1998 Philadelfia. 2. Kimbrough S.O., Agents, games and evolution, CRC Press, 2012 Boca Raton. 3. Lisoski J., Podstay Automatyki, Wyd. Akademii Morskie Gdyni, 2015 Gdynia. 4. Millington I., Funge J., Artificial intelligence for games, Elsevier, 2009 Burlington.

5. Nisam N., Roughgarden T., Tardos E., Vazirani V.V., Algorithmic game theory, Cambridge University Press, 2007 Cambridge. 6. Osborne M.J., An introduction to game theory, Oxford University Press, 2004 Oxford. 7. Płonka E., Wykłady z teorii gier, Wyd. Politechniki Śląskie, 2001 Gliice. 8. Straffin P.D., Teoria gier, Wyd. Naukoe Scholar, 2001 Warszaa. 9. Wells D., Games and mathematics, Cambridge University Press, 2013 Cambridge. Streszczenie W artykule sformułoano poęcie gry uęciu teorii steroania procesem transportoym i logistycznym, a następnie dokonano przeglądu literatury zakresie możliych rodzaó gier. Zdefinioano matematycznie grę różniczkoą steroania procesem transportoym i logistycznym. Opisano rozgryaące steroanie statkiem ako obiektem transportoym. Przedstaiono możlie rodzae steroania rozgryaącego ruchem statku. Podano przykład gry pozycyne bezpiecznego steroania statkiem rzeczyiste sytuaci naigacyne Cieśninie Kattegat. Abstract The methods of game theory in a safe maritime transport In the paper is formulated the concept of the game in terms of process control theory transport and logistics, and then a revie of the literature on possible types of games. Defined mathematically game differential process control of transport and logistics processes. Describes ship control as the obect of transport. It shos the possible types of game control of the traffic motion of ship. Is an example of positional game of safety steering of ship in the real navigational situation in the Kattegat Strait.