Od kuda krenuti u promišljanju rješenja prometnog problema.

Ovaj blog je zasnovan na (hipo)tezi da se i najobičniji (ako takav postoji) prometni inženjerski problem rješava znanstvenostručnim metodama. Matematička metoda je najdominantnija i (pre)često je (pre)naglašavam u svojim temama. Nije jedina, puno toga smo (opravdano) „posudili“ iz društvenih znanosti, kao što su npr. anketiranje ili bihevioralna ekonomija. Iz arhitekture i urbanizma ugradili smo mnoštvo postulata u prometno prostorno planiranje, pri čemu su neki na vrijeme shvatili u kojem pravcu će nas odvesti pogrešna politika gospodarenja prostorom.

Veliki sam neprijatelj analogije u prometu, mrska mi je. Analogija ili zaključivanje po sličnosti vrlo je korisna metoda jer koristeći prethodno znanje rješavamo (aktualne) prometne probleme. U prometu je zasigurno najpoznatija analogija primjena hidrodinamike u teoriji prometnog toka. Na žalost, u suvremenom društvu analogije se koriste površno i isključivo, nešto što nazivamo „iz rukava“. Filozofi (i mnogi drugi) bi još zasigurno spomenuli i dijalektičku metodu: teza – antiteza – sinteza. Banalna ilustracija: potrebno više cesta za toliko automobila (teza) – više cesta će donijeti još više prometa i zagađenja (antiteza) – razvoj željeznice i pametno upravljanje postojećim cestovnim prostorom je najbolji odgovor (sinteza).

Budući je ovo inženjerski blog ostajem na operativnoj razini i bavim se s tri elementarne metode iz naslova.

Induktivna metoda (bottom – up), kao znanstvena metoda, trpi mnoge (opravdane) kritike. Meni najpoznatiji, a po mnogima i najžešći, kritičar je Karl Popper koji je problem indukcije opisao kroz par različitih teza – problema:

• 🦢 problem labudova; milijun bijelih ne dokazuje pravilo, jedan crni ga ruši; Europljani su prvog crnog labuda vidjeli tek 1697. godine u Australiji,
• ⚖️ asimetrija dokaza; tisuću potvrda vrijedi manje od jednog protudokaza,
• 🧠 psihologizam (induktivno razmišljanje); očekujemo da će pješak stati na crveno jer smo nebrojeno puto to doživjeli, ali to ne znači da će i ovaj pješak poštivati propise,
• 🌫️ metafizika; mnoge teorije (ideje) ne započinju kao provjerljive (mjerljive) pojave; Vision Zero je započeo kao etički ideal, a tek nakon toga su inženjeri počeli uspostavljati i graditi konkretne (uspješne) hipoteze, transformirane u uspješne provedbene mjere,
• 🔓 dogmatizam; indukcija traži potvrdu, a ne verifikaciju; inženjer koliko god bio siguran u svoje rješenje treba (is)tražiti problematične scenarije glede poboljšanja ili odbacivanja rješenja.

Zašto nam uopće treba i zašto bi koristili induktivnu metodu u prometu? Treba nam u prometnom inženjerstvu i može biti korisna. Kod istraživanja sigurnosti prometa često koristimo induktivnu metodu:

• 🔍 opažanje; prikupljanje podataka o prometnim nesrećama (statistika) ili opažanje skoro-nesreća (Near-Miss, Close-call),
• 🧩 obrazac; uočavanje određenog tipa nesreća, ili u određenim danima, ili u određenim satima,
• ❓ hipoteza; loše/dobro infrastrukturno i(li) prometno rješenje,
• 🏛️ teorija/primjena; primjena u revizijama cestovne sigurnosti za brzu provedbu bez čekanja na „dugoročna znanstvena istraživanja“.

To ne znači da se prometna nesreća neće dogoditi u poboljšanim uvjetima, ali smo osigurali da milijuni bijelih labudova sigurno prođu, a broj crnih labudova smo smanjili. Uvijek moramo biti objektivni glede našeg doprinosa u poboljšanju rješenja.

Sličan primjer kada tisuću bijelih labudova mogu biti korisni naspram jednog crnog labuda u prometu:

• opažanje; praćenje prometnog toka putem senzora na određenom presjeku,
• obrazac; nagla smanjenja brzine (zastoji) događaju se samo pri određenim (specifičnim) prometnim/vremenskim uvjetima,
• hipoteza; nepovoljni prometni/vremenski uvjeti mogu se pouzdano predvidjeti,
• teorija/primjena; uvođenje ITS usluge koja će u realnom vremenu utjecati na prometni tok.

Znamo da u prometnom toku uvijek ima crnih labudova, ali ako na njih utječemo povećanjem broja bijelih labudova možemo postići poboljšanje, možemo utjecati na dio njih da se ponašaju kao bijeli labudovi.

Induktivnu metodu treba prigrliti čim je problem vezan za kompleksni prometni sustav koji sadrži mnogo veličina, ili kada su postojeći teoretski prometni modeli nedostatni za objašnjene aktualnih problema.

Deduktivna metoda (top – down) je najčešće vezana za klasično prometno inženjerstvo: projektni zadatak (želja naručitelja) – inženjersko znanje – rješenje. Uvijek je najlakše objasniti „njezinim veličanstvom“ simulacijom, bez obzira govorili o jednostavnijem pristupu, općem modelu ili složenom prometnom modelu. Primjerice, zadaća je ispitati prijedlog nove prometne infrastrukture:

• 🏛️ teorija; ne kreće se od nule (indukcija) već se nalazi prikladna prometna teorija za konkretan infrastrukturni prijedlog,
• 💡 hipoteza; što bi se trebalo dogoditi; obično je zadana projektnim zadatkom, poboljšati kvalitetu ili smanjiti problem za određeni postotak,
• 📊 opažanje; provođenje simulacijskog postupka (verifikacija i validacija modela za postojeće stanje) te ispitivanje različitih varijanti – scenarija rješenja,
• ✅ potvrda; analiza i tumačenje rezultata simulacije za (ne)potvrđivanje hipoteze.

Implementacija autonomnih vozila je potvrda deduktivnog pristupa:

• teorija; fizikalni (i matematički) zakoni kretanja vozila i drugih sudionika u prometu,
• hipoteza; ako vozila A i B komuniciraju u nekom minimalnom dometu sustav će spriječiti međusobnu koliziju s predviđenom (propisanom) vjerojatnosti,
• opažanje; testiranje putem digitalnih blizanaca i na poligonima – testovi u javnom prostoru pod strogom kontrolom,
• potvrda; sustav kreće u rad (komercijalnu uporabu) nakon što su svi rizici svedeni na (prihvatljivi) minimum.

Deduktivni pristup je mandatoran kada se istražuje rješenje visokog rizika za ljudsko zdravlje i život ili kada se radi o (pre)velikim investicijama. Za razliku od induktivnog pristupa, gdje postoji puno nepoznanica, u deduktivnom pristupu su pravila sustava poznata (znanstvenostručni postulati) ili su strogo određena (propisana).

Abdukcija je logički proces koji je krajem 19. stoljeća definirao američki filozof Charles Sanders Peirce. Dok dedukcija dokazuje da nešto mora biti, a indukcija pokazuje da se nešto obično događa, abdukcija je zaključivanje prema najboljem objašnjenju. Što abdukcija nije? Nije „izrukavno“ zaključivanje, nije zlouporaba argumenata: strahopoštovanja (Argumentum ad verecundiam), pozivanja na tradiciju (Argumentum ad antiquitatem), niti afirmacija konsekvensa. Abdukcija ima korake:

• ❗ činjenica; obično iznenađujuća; nešto što opisuje promjenu,
• ⚙️ pravilo; povezuje se činjenicom glede podržavanja hipoteze,
• 💡 hipoteza; plauzibilan zaključak (vjerojatnost) za povezivanje uzroka iznenađujuće činjenice.

Što je abdukcija, nabolje pokazati primjerom:

• činjenica: uobičajena vožnja od 50 km/h, ali dolazak na svaki semafor na crveno,
• pravilo: sinkronizirani semafori omogućuju prolazak bez zaustavljanja pri 50 km/h,
• hipoteza: došlo je do greške u sustavu upravljanja prometom.

Još jedan primjer:

• činjenica; pad broja putnika na brzoj liniji javnog prijevoza koja povezuje novo veliko naselje s gradskim središtem,
• pravilo; brza linija je najatraktivniji oblik javnog prijevoza, poglavito ako je ukupno putovanje (door-to-door) dobro riješeno, budući da je naselje udaljeno od početne stanice uvedena je feeder-linija,
• hipoteza; ukinuta ili jako „prorijeđena“ feeder-linija pa je početna stanica postala neatraktivna.

Iz ova dva primjera može se opisati karakteristika abdukcije:

• intuicija: promišljati o problemu “in the box” (kvar sinkronizacije) ili “out of the box” (problem putnika je izvan brze linije);
• ekonomičnost: umjesto testiranja i provjere hipoteze, abdukcija odmah teži rješenju,
• vjerojatnost: zaključivanje prema najboljem objašnjenju (IBE – Inference to the Best Explanation).

Primjeri pokazuju zašto se abdukcija objašnjava kao inteligentno predviđanje (pogađanje) temeljeno na iskustvu.

Kako razlikovat indukciju, dedukciju i abdukciju, opet ću pokazati na primjeru brze linije javnog prijevoza.

Indukcija (iskustvo): Anketirano je 100 ljudi i 80 ih kaže da je početna stanica predaleko te ukidanjem ili rjeđim polascima feeder-linije neće koristiti brzu liniju.
Dedukcija (logika): Brza linija se koristi ako je dobra dostupnost početne stanice. Početna stanica je udaljena od naselja pa je potrebna feeder-linija. Ako (ne) postoji feeder-linija ljudi (ne)će koristiti brzu liniju.
Abdukcija (intuicija): Pad broja putnika na brzoj liniji, najatraktivnijem obliku javnog prijevoza, vjerojatno zbog slabe dostupnosti početne stanice – zbog problema s feeder-linijom.

Glede inženjerske primjene može se pristupiti i na ovaj način:

• indukcija je najsporiji proces jer treba prepoznati uzorak (obrazac) za utvrđivanje pravila,
• dedukcija nema fleksibilnosti jer se oslanja na postojeće postulate kod određivanja novih rješenja.
• abdukcija je brz, ali i visokorizičan način razmišljanja koji može polučiti izvanredno dobre ili loše rezultate.

S motrišta prometnog inženjera različite metode i postupci spadaju u različita područja. U induktivne metode spada analitika i istraživanje:

• prikupljanje podataka,
• teorija prometnog toka,
• analiza socijalnih mreža,
• prometni paradoksi.

U dedukciju spada prometno planiranje i projektiranje:
– prostorno prometno planiranje,
– prometni modeli: analitički i funkcionalni,
– algoritmi upravljanja,
– cost-benefit analize.

Abdukcijski pristup uključuje:

• dijagnostiku,
• operacijska istraživanja,
• teoriju igara: nekooperativne i kooperativne igre,
• smirivanje prometa.

Kao i uvijek, neke metode mogu se koristiti na različite načine. Operacijska istraživanja traže najbolje rješenje u kompleksnim sustavima temeljem intuicije istraživača (postavljanje funkcije cilja i ograničenja), ali može biti i dio deduktivnog procesa ako su parametri matematičkog modela određeni (utvrđeni) istraživanjima. Slično je i s teorijom igara gdje iznenađujuća činjenica Braessovog paradoksa predstavlja abduktivni skok prema Nashovoj ravnoteži.

U ovu temu krenuo sam s dva klasična pristupa, induktivnim i deduktivnim. Kada se doda abdukcija, treba malo „promiješati karte“. Abdukcijom se brzo dijagnosticira uzrok (anomalija) u sustavu putem stručne intuicije ili aktualnih podataka, dok indukcija kroz analizu podataka (ili anketa) pretvara nove spoznaje u provjerena pravila i norme. Dedukcija zatim preuzima ta nova pravila kako bi znanstvenostručno (matematički) izračunala (procijenila) najbolja (optimalna) projektna rješenja. Ova tri procesa često čine neraskidiv ciklus koji povezuje kreativno rješavanje prometnog problema.

Na pet mjesta u ovoj temi koristim termin znanstveno ili znanstvenostručno. Korištenje indukcije, dedukcije i abdukcije predstavlja samu srž inženjerskog razmišljanja, no ti pristupi svoju punu vrijednost dobivaju tek kroz sustavne znanstvene metode. Inženjer(ka) se ne smije oslanjati na puko ponavljanje priučenih algoritama, već mora znati primijeniti logički aparat za rješavanje stvarnih problema. Kao potvrdu da ne postoji jaz između teorije i inženjerske stvarnosti, odnosno da opravdano koristim termin znanstvenostručno kao jednu riječ, na kraju donosim tablicu sa po dva primjera iz svakog područja, uključujući i primjere temeljne znanstvene metode i izravne povezanosti s prometnom praksom.

Područje	Znanstvena metoda	Stručna (aplikacijska) metoda	Primjer iz prakse
Indukcija	Statistika	Analiza i trend prometne potražnje	Analiza podataka s dostupnih senzora za utvrđivanje mjerodavnog i vršnog sata.
Indukcija	Teorija grafova	Analiza socijalnih mreža (SNA)	Utjecaj nove organizacije ili (privremene) regulacije prometa.
Dedukcija	Matematika i računarstvo	Sustavska dinamika	Međuovisnost elemenata prometnog sustava.
Dedukcija	Vjerojatnost, statistika, dinamika fluida	Teorija prometnog toka	Procjena učinka postojećeg stanja i prijedloga rješenja
Abdukcija	Kinematika	Ekspertiza/analiza prometnih nesreća	Rekonstrukcija događaja (nesreće), utvrđivanje razloga opasnog mjesta.
Abdukcija	Bihevioralna ekonomija	Kritičko mišljenje	Nudge teorija – suptilni poticaji, (ne)invazivne mjere za smirivanje prometa.