יום ראשון, 30 במאי 2021

כשהתחבורה הציבורית פוגשת בינה מלאכותית


אנחנו חיים בעולם של מהפכות, ואנחנו יודעים שהן התרחשו רק בדיעבד. המילה "מהפכה" מציינת אירוע קצר מועד ומטלטל אבל היא קצת מטעה, רוב המהפכות הטכנולוגיות מהעשורים האחרונים למעשה עדיין ממשיכות  להתרחש באופן שוטף, כאשר במקביל הן מספקות את המצע (פלטפורמה בלעז) הנדרש למהפכה הבאה. בתחום התחבורה אפשר למנות כמובן את מהפכת המכוניות בעבר, את מהפכת המכוניות החשמליות בהווה-עתיד הקרוב ומהפכת הרכבים האוטונומיים בעתיד הקצת יותר רחוק.

חלק מהמהפכות הן גלויות, כאלה שכל אחד יכול למשש - המחשב האישי, האינטרנט, הרשתות החברתיות והסמארטפון, חלק מהמהפכות הטכנולוגיות מתרחשות דווקא מאחורי הקלעים ומספקות את היכולות לאותן מהפכות גלויות, הדוגמאות הבולטות מתחום המיחשוב היא מהפכות הטרנזיסטורים, הסיליקון וטכנולוגיות המיזעור. מהפכה בטכנולוגיית הבטריות לדוגמה היא זו שאיפשרה את חזרת המכוניות החשמליות לקידמת הבמה.

המהפכה הנוכחית, שעליה אדבר בפוסט זה, היא מסוג המהפכות שמאחורי הקלעים, שבתורה כנראה תייצר כמה וכמה מהפכות נראות יותר לעין שיתבססו עליה. זוהי מהפכת הבינה המלאכותית שבין היתר תהיה אבן פינה להצלחת מהפכת הרכב האוטונומי, אבל בפוסט זה אני אשאל את השאלה כיצד היא תתרום לעיצוב רשתות התחבורה הציבורית.

מהי בינה מלאכותית? 

אם אתם בקיאים בתחום תוכלו פשוט לעבור לסעיף הבא, אני לא איש מחשבים אז אחטא כאן כנראה בפישוט יתר ועם קוראיי המבינים יותר הסליחה.

בינה מלאכותית היא "בפשטות" כשהמחשב לומד לבד. בעבר אמרו על מחשבים שהם לא מסוגלים להבין שום דבר חוץ מהקוד שהאדם מזין להם. לכן אם המחשב יתקל במשפט "הקופסה בתוך העט" הוא לא יידע שזה משפט לא הגיוני אלא אם כן הוזן לתוכו המידע המאפשר לו לזהות זאת כשגיאה (גודל הקופסה, גודל העט והתניה מתמטית שפוסלת את האפשרות להכניס קופסה גדולה לעט קטן), וזאת בניגוד לאדם החושב, שמבין מיד שיש כאן משהו נכון תחבירית, אבל לא הגיוני בעליל. בינה מלאכותית אמורה לזהות את הבעיה במשפט "הקופסה בתוך העט" גם ללא עזרה.

רעיון הבינה המלאכותית נולד כנראה פחות או יותר באותה שעה שנולד המחשב, והוליד אחריו מספר רב של יצירות מדע-בדיוני שברובן המחשב מבין שהוא חכם יותר מהאדם ופועל נגדו. טרמינייטור והמטריקס הן מהמפורסמות שבהן.


60 שנה של מחקר הניבו תוצאות נחמדות מאד בתחום הבינה המלאכותית אבל פריצת הדרך האמיתית בתחום הבינה המלאכותית הגיעה ממש לא מזמן, ב-2012, כאשר תת תחום של "למידה עמוקה" הנשענת על רשתות עצביות מלאכותיות החל לצבור תאוצה ממש מהירה.

אחת הדרכים של למידה עמוקה היא על ידי רשת עצבית "מאמנת" ורשת עצבית "מתאמנת" האחת שולחת לשניה תמונות והשניה מנסה לנחש מה הן. הראשונה עונה לה רק בכן ולא. מכל תשובה הרשת המתאמנת לומדת עוד קצת ועוד קצת. בהתחלה היא כל הזמן טועה, אחר כך אחוזי ההצלחה הולכים ועולים עד שהיא רוב הזמן צודקת. היא מנסחת לעצמה את הכללים שבעזרתם היא מנחשת וזה מאד דומה לדרך שבה המוח שלנו מתפתח כתינוקות וכילדים. עכשיו אפשר לשלוח לרשת המאומנת שלנו תמונה שאנחנו לא יודעים עליה כלום ויש סיכוי סביר שהיא תנחש נכון. זה נשמע תהליך שלוקח הרבה זמן, אבל בעידן בו אלפי חישובים נעשים במילי-שניות זה תהליך קצר מאד. כל מה שצריך הוא גישה למאגרי מידע גדולים עם תשובות ידועות (דבר די קל בעידן האינטרנט) ואנחנו יכולים לאמן את הרשת לזהות דברים שהאדם לא מסוגל לזהות, או לפחות לא מסוגל לזהות מהר כמוה. 

כל פעם שגוגל ביקשה ממכם ללחוץ על תמונות של רמזורים או אופניים, היא בעצם הגדילה את מאגר התמונות הזמינות לרשת המתאמנת עם תשובה ידועה. בזכותכם המכונית האוטונומית של גוגל תדע לזהות רמזורים או אופניים אחרים בזמן אמת בצורה טובה יותר. אם טעיתם אז אל חשש, הטעות שלכם תיזרק הצידה באמצעות מנגנון סטטיסטי די פשוט בהנחה שרבים אחרים ענו תשובה נכונה.

עכשיו תחליפו את התמונות בדוגמה שנתתי בתמונות רנטגן, או בבדיקות לזיהוי סרטן וקיבלתם כלי רב עוצמה לשיפור האבחון המהיר ולהקטנת מקרים של זיהוי מוטעה. זוהי דוגמה אחת, אמיתית מאד, לשימוש נוכחי בבינה מלאכותית שהולך וצובר תאוצה. מכאן השמיים הם הגבול.

בינה מלאכותית ותחבורה ציבורית - החזון

לכאורה אפשר לקחת רשתות תחבורה ציבורית, להגדיר להן קריטריונים שונים להצלחה (מספרי נוסעים, יעילות כלכלית וכו'), להזין את כל המידע למחשב המתאמן ולתת לו להבין לבד איך היא קיבלה את הציון. המחשב יזהה את המבנה של הרשת ואת מה שלדעתו הביא לחוזקה או לחולשה שלה ביחס לציון שקיבלה. אחר כך אפשר לזרוק לו רשת שלא נבחנה ולא דורגה והוא יזהה את החוזקות והחולשות שלה ויעביר אינפוטים הלאה לשיפור הרשת.

בואו ניקח את הרשת של לונדון (אוטובוסים ורכבת תחתיות) וניתן לה ערכים במונחי כיסוי, מהירות נסיעה, מספרי נוסעים, צפיפויות במקטעים השונים, מספרי עולים ויורדים בתחנות, מספר המעברים, עלות הפעלה לק"מ ואולי נתונים נוספים זמינים כמו סקר שביעות רצון, למען פשטות הדוגמה נשים את כל המידע הזה עדיין על "מפה אילמת" של רשת הדרכים. כל הערכים האלה שהכנסנו לתוכו יתורגמו ל"ציון" לרשת.

אחר כך ניקח את הרשת של ניו-יורק, איסטנבול, פריז, אמסטרדם וכו', נדרשות מאות ואולי אלפי רשתות שכאלה בשביל האימון ואת כולן נדרג באותה השיטה. נזין את המידע הזה לרשת המאמנת שלנו. כדי שתוכל להעביר אותו הלאה, לרשת המתאמנת.

הרשת המתאמנת תנסה "לנחש" את הציון לכל רשת תחבורה ציבורית ותקבל משוב מהרשת המאמנת (צודקת/טועה) עד שתגיע לתוצאה הרצויה. בדרך לשם היא תנסה לנחש את החוקיות, אנחנו לא נגיד לה שרשת שאין בה מטרו מורידה את הציון בשל פרמטר המהירות שנפגע,  היא תצטרך להבין את זה לבדה, כל זה יתנהל במעין קופסה שחורה שלא נתערב בה, כן נוכל לדרוש מהרשת המתאמנת להפיק דוח מפורט של כל הפרמטרים "שלה" שהביאו לתוצאה שלה.

עכשיו, אחרי אלפי אימונים כאלה, אנחנו זורקים לרשת המתאמנת שלנו עיר חדשה ועובדים הפוך. הרשת נותנת ציון ואנחנו הולכים ובודקים אותו בשיטה הישנה שלנו, בשלב זה סביר שנקבל תוצאות דומות לציון של העיר, אבל יכול להיות שכל רשימת הפרמטרים שהובילו לציון תהיה שונה. כבר התחלנו ללמוד משהו שלא ידענו קודם.

השלב הבא הוא לתת לרשת משימה, להציע טיובים לרשת התח"צ בכדי להעלות לה את הציון, זה יכול וצריך גם להיות תחת אילוצים (נניח באותה עלות כלכלית אם נלך לפי הגישה האמריקאית של ג'ארט ווקר),  בשלב הזה הבינה המלאכותית שלנו צריכה להתחיל לנתח לבד, היא תעשה את זה על ידי בדיקת עשרות אלפי תרחישים שונים (בפרק זמן קצר יחסית לפי כוח המיחשוב) ותצביע על התרחיש שנותן את התוצאה הטובה ביותר. מה שנותר לנו זה רק לקחת וליישם, ואז לחזור ולבדוק.

הרשת הממוחשבת שלנו לא צריכה לדעת איפה זה עזריאלי ואיפה זה הקריה, היא תזהה את עוצמת המקום על פי מספר הנוסעים העולים והיורדים בתחנה, היא תדע להבדיל בין שכונות מגדלים לשכונות וילות גם על מפה אילמת, אבל דווקא המידע הזה של שימושי קרקע קיים וזמין וככל שיינתן לה היא תוכל להפיק סט תובנות אחר, כך היא יכולה להסיק לגבי פוטנציאל לא מנוצל בשכונת מגדלים כזו או אחרת (במקום לסווג אותה בטעות כשכונה דלילה). כך גם מידע לגבי מצב סוציו-אקונומי, היקף בעלות על רכב, פקקי התנועה באזור (בנוסף להסקה המתבקשת ממהירות הנסיעה של האוטובוס), וכן תוכניות עתידיות שניתן להזין אליה. אם זה נשמע לכם כמו מודל אז כן, זה לגמרי המידע הנדרש ליצירת מודל טוב, אבל אנחנו גם יודעים שבסוף תוצאות המודל נקבעות לפי כל ההנחות והאילוצים שבני אדם מכניסים אליו, ולפי כל הדרכים שבני אדם מנתחים את תוצאותיו אחר כך, ולרוב על מספר תרחישים מאד מוגבל. כל זה יכול להשתנות.

החזון הזה כנראה עוד מאד רחוק, לא מצאתי איזכורים ברשת לגביו, חלק מהסיבה נובע מכך שעולם האוטובוסים תמיד קצת נשכח מאחור, ולכן כל נושא המידע המפורט שכל כך חשוב למערכת AI לא תמיד מספיק זמין, חלק מזה נובע מכך שזהו הפרי הגבוה ביותר שעל העץ ולכן כרגע הגורמים שמנסים לשלב בין AI לתחבורה ציבורית מנסים לקטוף את הפירות הנמוכים יותר.

הפירות הנמוכים - דוגמה אחת ממוחי הקודח

דמיינו רכבת עם שמונה קרונות ותחנת רכבת עם רציף באורך 16 קרונות. על הרציף ממתינים אנשים רבים שמטבעם מתקבצים קרוב לאיפה שהמדרגות הנעות הביאו אותן. הסדרן כורז ומתחנן בפני האנשים להתפזר על פני הרציף אבל זה לא ממש קורה. הרכבת עוצרת והנוסעים מנסים לעלות, רק כדי לגלות שהקרון שבדיוק מולם די עמוס, כי גם בתחנה הקודמת במקרה הדרגנוע הוביל אל אותה נקודה ברציף. זה פוגע בחוויית השירות ועשוי ליצור עיכובים.

בעולם המידע המתקדם שטרם ה-AI - התקינו כבר מצלמות לאורך הרציפים ובכל הקרונות, המסוגלות להעריך את כמות הצפיפות, שמו שלטי לד מאירי עיניים מעל הרציף המציגים לנוסעים הממתינים על הרציף בזמן אמת את העומס על כל קרון, במיקום העתידי בו הולך לעצור בעוד כמה דקות, בתקווה שחלק יבינו את הרמז וילכו קצת ימינה או שמאלה לקרונות פנויים יותר. זה עבד לא רע, אבל הסיבה שאתם לא רואים את זה בהרבה רכבות בעולם היא שזה כנראה לא הניב תועלות מספיק טובות לעומת ההשקעה.

עכשיו תדמיינו מערכת AI - היא יודעת בדיוק איפה אנשים מתרכזים ברציפים וכמה מקום יש בקרונות, היא יודעת שיש לה רק 8 קרונות אבל יש רציף ארוך פי שתיים. המטלה שלה היא לפזר את הנוסעים באופן יותר אחיד על פני כל הרכבת. היא הולכת להחליט בדיוק היכן תעצור הרכבת לאורך הרציף. זה ישתנה מרכבת לרכבת ומיום ליום, וסט ההחלטות יהיה מושפע גם מהתחנות הבאות בתור והיכן נוסעים מחכים בהן ולא רק מהתחנה הנוכחית. כי המטרה היא מיקסום לאורך כל הנסיעה. בכל נסיעה יזרום האינפוט לרשת המתאמנת והיא תלמד כיצד להשתפר ברמת הסנטימטרים, עכשיו אפשר בשקט לפרק את שלטי הלד הגדולים ולתת לציבור להתנהג כמו שציבור מתנהג, המערכת תתאים את עצמה אליו בצורה הטובה ביותר האפשרית  והוא אפילו לא יידע את זה. זו הגדולה של AI. 

הפירות הנמוכים - דוגמאות מהעולם האמיתי

כאמור אין הרבה. חיפוש באינטרנט מראה שכרגיל את מירב הפוקוס תופס דווקא הרכב הפרטי ה"חכם" או לחלופין פונקציות של תחבורה ציבורית גמישה בסגנון באבל (שלמעשה מנסה לחקות את הרכב הפרטי). על ייעול התחבורה הציבורית המסורתית באוטובוסים וברכבות כמעט אין כלום, וזאת למרות שברור לכולם שהיא לא הולכת להיעלם ושהיא זקוקה ל-AI באופן נואש כדי להתייעל. 

הבוסריות הזו זועקת לשמיים במסמך מ-2019 שהוציא ארגון ה-UITP, העוסק במחקר בינלאומי של תחבורה ציבורית. מסמך שמסביר בגדול כמה הבינה המלאכותית חשובה לכולנו, אבל לא מצהיר שום דבר למעט הצורך הנואש במחקר ופיתוח בתחום זה. להלן וידאו שמסכם את המסמך


לפי המסמך, כרגע רתימת ה-AI מתמקדת בשישה תחומים ש(עדיין) לא מדברים בינהם ליצירת תמונת כוללת. אלה בדיוק הפירות הנמוכים.

  • ניתוח התנהגות לקוחות (בדרך כלל במקומות ספציפיים ולא בתמונה רשתית)
  • ניהול תפעול התחבורה הציבורית בזמן אמת, קרי הצמדת אוטובוסים ונהגים לסידורי נסיעה בצורה היעילה ביותר
  • שיפורים טכנולוגיים בכל נושא התשלום, לרבות זיהוי פנים אוטומטי של לא משלמים (בברצלונה).
  • תחזוקה מונעת (מתי הכי טוב לשלוח כל רכב לטיפול קטן או גדול, זה יותר יעיל מסתם "טיפול תקופתי קבוע".
  • יצירת לוחות זמנים וזמני יציאה לאוטובוסים, לרוב תוך התחשבות רק בהיבט אחד, או מיקסום הנוסעים על האוטובוס או מיקסום ההתאמה בין רכבים ונהגים פנויים ללוח הזמנים, עוד לא ראיתי גם וגם.
  • "מסלולן" - תכנון נסיעה עבור הנוסע תוך שימוש במגוון אמצעי ניידות. (google maps, moovit etc)
זה האחרון  גם מתורגם ל"עוזר אישי" של חלק ממפעילות התחבורה הציבורית, המלווה את הנוסע מתחילתו ועד סופו ובין היתר מקל על החיפוש הראשוני באמצעות חיפוש קולי או צ'ט-בוט מבוסס בינה מלאכותית, תוכלו לנסות אותו פעם הבאה שתהיו בלונדון דרך הפייסבוק מסנג'ר ובעוד מקומות כדוגמת יפן (חברת JR-EAST מיפן המשתמשת בווטסון של IBM כעוזר אישי).
חברת RATPDEV המפעילה תחבורה ציבורית במעל מאה ערים ב-13 מדינות שונות (בעיקר בצרפת ואנגליה) מתקרבת ככל האפשר לחזון שהצבעתי עליו קודם, היא אוספת מידע מכל הבא ליד באזורים בהם היא פועלת (כרטיסים, ספירות נוסעים, מידע תפעולי, מידע על הרשת ומידע חיצוני על שימושי הקרקע), דוחפת את כולו למנוע AI ומקבל מטריצות מוצא-יעד מצד אחד, ומידע על התפוסה על הכלים שלה מצד שני. עכשיו נשאר לעשות התאמות ביניהם. כלומר העבודה על ניתוח התוצרים היא עדיין אנושית. אחת הסיבות לכך היא המורכבות הגדולה של עיצוב מערכות תחבורה ציבורית, שכוללת גם רגישויות פוליטיות, חברתיות, הסכמיות ותקציביות של-AI אין שום מושג עליהם, בעיקר בגלל שקשה לתרגם זעם ציבורי עתידי לאלגוריתם מתמטי, לכן כל הצעה ולאחר מכן כל החלטה שמתקבלת היא אמנם הרבה יותר מבוססת נתונים מאשר בעבר, אבל עדיין מאד אנושית.
רשת הרכבות של שווייץ (SBB) מפעילה "סימולטור AI". הוא מקבל את כל המידע, מציע שינויים, משנה אותם בסימולטור ומקבל תוצאה טובה יותר מהקיים. אחר כך, מכל אותן סיבות שהוזכרו למעלה צוות מאד מאד אנושי מחליט מה אפשר ליישם מכל ההצעות האלה. שוב אנו רואים גישה מבוססת נתונים אבל מאד זהירה.

ה-UITP מסכם ואומר ש-AI הוא לא פתרון קסם, והוא לא מכשיר של "פלאג&פליי, אבל הוא בהחלט יכול להבשיל לכזה עם הזמן, אפשר להשוות את זה לחידושים הטכנולוגיים במכוניות שלאט לאט מאמצות עוד יכולות אוטונומיות למרות שהן עוד רחוקות מהחזון של "אוטונומי מלא". בסוף יכולות ה-AI בתחום התחבורה הציבורית יתגבשו לתורה סדורה ומוכחת המשלבת מגוון מרכיבים למעין "מוצר מדף". יהיה מעניין לראות את זה מתגבש לאיטו מול עיננו, למרות שזה רחוק מאור הזרקורים.
החזון של UITP כולל משהו שנקרא mobility health tracker שכל הזמן בוחן את התחבורה הציבורית ומציע דרכים לאופטימיזציה שלה. מדד שכזה ישמש גם כמדד השוואתי בין ערים בהתאם לחזון שהוצג למעלה.

החזון של אופטיבוס הישראלית

אני לא מכיר את אופטיבוס מקרוב, לא דיברתי איתם טרם כתיבת הפוסט וכמובן שאיני מקבל כסף על איזכורם, גם עדיין לא יצא לי לעבוד עם הכלים שלהם, אבל אי אפשר לדבר על AI ותחבורה ציבורית בלי לדבר עליהם, ולא רק בהקשר הישראלי. אני במקרה יודע שאחד מקוראיי הקבועים עובד שם אז אולי אזכה להרחבות שונות ישירות מהם בתגובות.


אופטיבוס היא חברה שנולדה סביב ה-AI, בכך היא שונה מחברות אחרות שנולדו לעולם התחבורה הציבורית ועכשיו מנסות לעשות התאמות ל-AI. היא מפתחת את הכלים עבור הגופים המתכננים (באנגלית Agencies) שזה בעולם בעיקר רשויות מטרופוליניות, והיא מפתחת סט כלים אחר עבור מפעילים (operators) שצריכים לעבוד עם ההנחיות הקשיחות שמונחתות עליהם מלמעלה בצורה האופטימאלית ביותר. סט כלים אחר שהיא פיתחה הוא עבור "מפעילי שאטלים" קרי חברות פרטיות שמפעילות מערך היסעים עבור עובדיהן והן גם המתכננות וגם המבצעות בפועל. הלקוחה המוכרת ביותר שלהם מהסוג השלישי היא פייסבוק, שמפנקת את העובדים שלה במאות אוטובוסים דה-לוקס שלוקחים אותם מביתם לעבודה במטה החברה.

אופטיבוס נוסדה רק ב-2014, על ידי עמוס חג'אג' ואיתן ינובסקי. כעת יש להם פורטפוליו מרשים של חברות שעובדות איתם במעל 450 ערים ברחבי העולם. והבלוג שלהם יספק לכם חומר קריאה מעניין לימים.

בחיפוש בגוגל על השילוב של AI ותחבורה ציבורית עולה במקום הראשון מאמר של רוני פלומן, אחראית השיווק של חברת "אופטיבוס".
ראשית היא מנפצת את המיתוס שבזכות AI ורכבים אוטונומיים לא נצטרך יותר תחבורה ציבורית. אדם שברשותו רובו-נהג יעשה יותר נסיעות מהאדם הרגיל הנוהג כיום, והרובו-נהג גם יסע לבד. לפי מחקרים שונים היקף הקילומטרז' יגדל בעידן הרכב האוטונומי ב-83%. אם זה יקרה אז באמת נעמוד בפקקים בלי הפסקה וזה פשוט לא בר קיימא. לכן, בניגוד לכל חברות ההייפ למיניהן של תחבורה חכמה, אופטיבוס מציבה את עצמה עם שתי רגליים על הקרקע. צריך תחבורה ציבורית והיא חייבת להיות כמה שיותר טובה.

המידע בו משתמשת אופטיבוס נשען על נתוני עבר, הן של הנוסעים באוטובוס והן של כל שאר התחבורה מסביב, ועל מידע שזורם בזמן אמת, השילוב מציע לסוכנויות התחבורה את המסלול ולוח הזמנים האופטימלי ליום רגיל (או במקרה של לקוחות שהן רק מפעילות תח"צ, לפחות את שיבוץ האוטובוסים והנהגים האופטימלי למשימה), ומציע גם את השינויים הנדרשים במקרה של יום לא רגיל עם כביש חסום כזה או אחר.

היום אין שום קשר בין המתכנן, שבונה את הקו והלו"ז היומיומי לבין הסדרן שמתפעל בעיות נקודתיות. ותתפלאו כמה בעיות נקודתיות נוטות לחזור על עצמן. אחד מאבני החזון של אופטיבוס הוא לשלב בינהם כך שיהיה היזון חוזר מאותן בעיות נקודתיות שדורשות פתרון לתכנון הראשוני של הקו. הדוגמה הקלה היא לו"ז - אם הנהג מאחר להגיע לתחנתו הראשונה בכל יום בשעה 14:30 כי יש עומס ליד בתי הספר, אפשר וצריך לתקן את הלו"ז במקום לטפל בזה כל פעם כמקרה חירום, אתם מוזמנים לדמיין בעיות מורכבות יותר, לא חסר. זה לא שבני אדם לא מסוגלים לעשות את כל אלה, אבל כוח מיחשוב בוחן הרבה יותר תרחישים טוב יותר ומהר יותר ומצביע בקלות רבה יותר על הפתרון המועדף.

אם יש לכם שעה פלוס פנויים, אני ממליץ על הפרק בפודקאסט גיקונומי מ-2018 בו התארח איתן ינובסקי וסיפר על הולדתה של אופטיבוס, על מטרתה ועל הדרך שהיא עוברת, הוא והמראיין עוברים בפודקאסט בפינג פונג מעורר השתאות בין מושגים מעולם התחבורה הציבורית למושגים מעולם מדעי המחשב ומהעולם העסקי של ההיי-טק. ינובסקי הדהים את המראיין כשהסביר שכל דולר שמושקע בתחבורה הציבורית באופן נכון, מחזיר את עצמו למשק ביחס של אחד לארבע (כלומר מניב למשק עוד תועלות בהיקף של כארבע דולר). ה-AI היא הדרך למיקסום התועלות האלה, כדאי שנלמד להשתמש בה.






אולי תתעניין גם באלה