Transcript Fuzzy logika pro řízení světelné signalizace křižovatky

Fuzzy logika pro
řízení světelné
signalizace křižovatky
Lenka ZAJÍČKOVÁ
Světelné signalizační zařízení
- do 20. století řídili dopravu policisté
- první SSZ v roce 1924 na křižovatce
Postdamer Platz v Berlíně
- soustava zařízení určených k řízení
provozu na pozemních komunikacích
pomocí světelných signálů
- nejdůležitější součást = řadič, ovlivňuje
střídání světelných fází, které řídí
signální plán
Signální plán
- automaticky řídí střídání signálních fází
na světelných kižovatkách
- sestavuje se pro každou křižovatku „na
míru“ v souladu s technickými předpisy
- u starších křižovatek - pevné signální
plány - vytváření tzv. zelených vln
- u moderních křižovatek - dynamické
řízení (na základě pasivní nebo aktivní
detekce)
- zavádění fuzzy logiky do systému řízení
Fuzzy logika
- podobor matematické logiky, vychází z
teorie množin
- klasická logika - pojmy pravda/nepravda
(stav 0/1), fuzzy logika - pracuje s mírou
pravděpodobnosti (hodnoty 〈0,1〉)
- množina řídící se fuzzy logikou = fuzzy
množina
- příslušnost k množinám se přiřazuje na
základě f-ce příslušnosti - čím vyšší
stupeň, tím větší pravděpodobnost, že
prvek do množiny patří
Popis fuzzy množiny
- jádro, α-řez a nosič
- jádro vymezuje část množiny se stupněm příslušnosti 1
- α-řez vymezuje prvky fuzzy množiny, které mají stupeň
příslušnosti větší nebo roven α
- nosič fuzzy množiny definuje prvky, které mají stupeň
příslušnosti větší než 0
Historie fuzzy logiky
- první teorie využít fuzzy logiku pro popis
vágních a nepřesných hodnot dějů - 1965 L.
A. Zadeh
- poprvé aplikováno 1970 na kontrolní
systém turbíny - E. H. Mamdani
- dnes fuzzy logika v regulačních systémech
řízení domácích spotřebičů, stavebních
pozemních strojů, v automob. průmyslu,
pro automat. řízení podzemní dráhy
v Japonsku, řízení rychlovýtahů, od 1977
k řízení křižovatky se SSZ
Řídicí systém SSZ s fuzzy logikou
- původně křižovatku řídil policista
- odhadoval délku kolony vozidel
(velmi dlouhá, středně dlouhá,
žádná
malá
střední
velká
dlouhá
atd.)
1
- fuzzy logika - jazyk s vlastní syntaxí
a sémantikou - umožňuje bezprostřední použití
kvalitativně
formulovaných
0
1
2
3
4 zkušeností
5
6
počet vozidel
a znalostí o problému
- pro tvorbu řídicího vstupu - nutná odborná
znalost a zkušenost s návrhem světelné
signalizace pro křižovatku
Proces práce s fuzzy logikou
- fuzzy řídicí systém má 3 fáze:
- nejprve je třeba definovat vstupní
charakteristiky z jednotlivých detektorů:
-
intenzita,
rychlost vozidel,
obsazenost detektorů,
časový odstup vozidel,
délka kolon atd.
Fuzzy řídicí systém - fuzzifikace
- kódují se vstupní naměřené hodnoty (např. délky
kolon v metrech) do jazykových termínů fuzzy
čísel na základě funkce příslušnosti
- podle tvaru funkce
příslušnosti jsou čísla
začleněna do fuzzy
množiny v rozmezí
hodnot
〈0,1〉
- proces je opakován
pro všechny proměnné
Fuzzy řídicí systém - báze pravidel
- obsahuje všechny informace o fuzzy
množinách všech proměnných v systému
- BP má nahradit expertní myšlení
- př. IF délka kolony je velmi krátká a počet
přijíždějících vozidel je malý THEN zkrať délku trvání
cyklu na středně dlouhou
- na základě BP se provede přibližná dedukce,
výsledek = výstupní fuzzy množina
Fuzzy řídicí systém - defuzzifikace
- výstupním slovním proměnným
je přiřazena jedna ostrá hodnota
cílové veličiny
- f-ce příslušnosti výstupní množiny nejčastěji dána sjednocením oříznutých
funkcí příslušnosti vstupních fuzzy množin
- nejpoužívanější - metoda středu plochy COA
(COG), která ostrou hodnotu akční veličiny
u0 vypočítá jako souřadnici těžiště plochy
Vývoj řídicích systémů SSZ s
fuzzy logikou
- 1977 - teoretický model na izolované
křižovatce dvou jednosměrně křižujících
se komunikací se SSZ
- 90. léta 20. století - simulační grafický
systém, kde bylo možné měnit geometrii
křižovatky, intenzitu vozidel a lokaci
detektorů - 1. mikroskopická simulace
- 1995 - fuzzy logika + neuronové sítě
- 1998 - zohledněni chodci - sw. HUTSIM
- 1998 – hierarch. systém řízení obsahující
fuzzy logiku + genetický algortimus
Vývoj řídicích systémů SSZ s
fuzzy logikou
- 1999 - nový řídící algoritmus FUSICO (Fuzzy
Signal Control) - vícefázové fuzzy řízení
- 2000 - báze pravidel rozšířena o preferenci
veřejné dopravy
- po roce 2000 - rozvíjí se stávající studie,
cílem je kombinovat fuzzy logiku pro řízení
s evolučními algoritmy zajišťujícími
optimalizaci a pro predikční modelování
využívat neuronové sítě
Software pro dopravní simulace
-
-
-
GETRAM - skládá se z programu
pro mikroskopickou simulaci (AIMSUN)
a grafického editoru komunikační sítě (TEDI),
distributor: DHV CR
QUESTOR - multimodální model
pro dopravní prognózy, distributor: DHV CR
OmniTRANS - pro dopravní modelování
a plánování, distributor: PBA International
Prague
PTV VISION - celosvětově nejúspěšnější sw
pro analýzy, dopravní a strategické plánování,
distributor: AF-CITYPLAN
PTV VISION
- vhodný pro mikroskopické simulace na
signalizovaných tazích - dokáže posoudit
propustnost a koordinovat křižovatky se
SSZ včetně zařazení preference veřejné
dopravy
- zabudován přídavný modul VISSIG schopen převzít z existujícího signálního
plánu konkrétní křižovatky signální plán,
fázové schéma a mezičasy a zapsat je do
aplikace
Fuzzy logika pro řízení světelné signalizace
křižovatky
DĚKUJI ZA POZORNOST