Fuzzy logika pro řízení světelné
signalizace křižovatky
Lenka ZAJÍČKOVÁLenka ZAJÍČKOVÁ
Světelné signalizační zařízeníSvětelné 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 plánSignální 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 logikaFuzzy 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 množinyPopis 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 logikyHistorie 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 logikouŘídicí systém SSZ s fuzzy logikou- původně křižovatku řídil policista
- odhadoval délku kolony vozidel (velmi dlouhá, středně dlouhá, dlouhá atd.)
- fuzzy logika - jazyk s vlastní syntaxí a sémantikou - umožňuje bezprostřední použití kvalitativně formulovaných zkušeností a znalostí o problému
- pro tvorbu řídicího vstupu - nutná odborná znalost a zkušenost s návrhem světelné signalizace pro křižovatku
malážádná střední velká
0 1 2 3 4 5 6
1
počet vozidel
Proces práce s fuzzy logikouProces 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 - fuzzifikaceFuzzy 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 pravidelFuzzy 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 - defuzzifikaceFuzzy 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 Vývoj řídicích systémů SSZ s fuzzy logikoufuzzy 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 Vývoj řídicích systémů SSZ s fuzzy logikoufuzzy 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 simulaceSoftware 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 VISIONPTV 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