Untersuchung der Reproduzierbarkeit und Vorhersagbarkeit von Simulationsergebnissen eines Personenstrommodells mittels Machine Learning Methoden

Das Projekt eFlow, an dem unter anderem die HTWG Konstanz seit 2012 forscht, simuliert mit Hilfe einer mathematischen Simulation wie sich Menschenmassen verhalten, wenn sie ein vorgegebenes Gelände verlassen sollen. Die Simulation baut auf einen Ansatz der Finite Elemente Methode auf, in der mehrere gekoppelte Differenzialgleichungen berechnet werden müssen. Diese Berechnungen erweisen sich gerade bei komplexen Szenarien mit großem Gelände und vielen Personen als sehr rechenintensiv. Ziel dieser Bachelorarbeit ist es ein Surrogate Modell zu erstellen, welches basierend auf machine-learning Ansätzen im spezifischen auf Regressionsmethoden Ergebnisse der Simulation vorhersagen soll. Somit müssen Datensätze generiert werden. Diese entstehen durch wiederholte Durchläufe der Simulation, in der jeweils die Eingabeparameter, die in das Regressionsmodell einfließen sollen variiert werden und mit dem entsprechenden Ergebnis der Simulation verknüpft werden. Die Regressionsansätze werden dabei pro Durchlauf komplexer, in dem jeweils zusätzliche Eingabeparameter mit in die Datengenerierung aufgenommen werden. Es soll überprüft werden, ob diese Simulation mittels machine-learning Ansätzen reproduzierbar ist. Basierend auf diesen Surrogate Modellen soll es möglich gemacht werden, Situationen in Echtzeit zu überprüfen, ohne dabei den Weg der rechenaufwendigen Simulation zu gehen. Die Ergebnisse bestätigen, dass die mathematische Simulation mittels Regression reproduzierbar ist. Es erweist sich jedoch als sehr rechenaufwendig, Daten zu sammeln, um genügend Eingabeparameter mit in die Regressionsmethode einfließen zu lassen. Diese Arbeit gestaltet somit eine Vorstudie zur Umsetzung eines ausgereiften Surrogate Modells, welches jegliche Eingabeparameter der Simulation berücksichtigen kann