Fuzzy modely pro efektivní řízení dopravy - případová studie na městě Trnava

Vypracoval: Bc. Tomáš POHANKA. Vedoucí práce: Mgr. Pavel TUČEK, Ph.D.

Stáhnout diplomovou práci

Úvod

Diplomová práce je zaměřena na práci s fuzzy logikou. V první části jsou popsány teoretické základy. Ty v roce 1965 navrhl prof. Lotfi Zadeh v článku s názvem Fuzzy sets. Je to princip, který jako jeden z mála dokáže pracovat s lidským vnímáním. Lidský mozek dokáže zpracovat nepřeberné množství informací, které ovšem lidské vjemy přijaly ve vágní formě. Nevidíme například jakou rychlostí letí pták nebo necítíme jakým tlakem nám druhá osoba stiskla ruku. Z osobních zkušeností pouze víme, jestli ten pták létá rychle či pomalu, jestli podání ruky bylo silné či jemné. S těmito údaji dokáže pracovat i fuzzy logika.

Ve rešeršní části diplomové práce jsou popsány světové studie, které se zabývají fuzzy řízením dopravy. Studie popisují nejrůznější přístupy k řízení křižovatky. Je zde popsána nejstarší system FUSICO, který byl v roce 1996 zpracován jako disertační práce Jarkka Nittymäkiho na Technické Univerzitě v Helsinkách. Nejnovější studie vznikla na Národní polytechnické univerzitě v Lviv na Ukrajině a vytvořil jí profesor Zainoiy Stotsko.

Případová studie obsahuje kapitoly, které řeší praktickou aplikaci získaných poznatků na konkrétní křižovatku.

Cíle práce

Cílem diplomové práce je prozkoumat možnosti využití teorie fuzzy množin a fuzzy logiky v oblasti řízení křižovatek. Pro splnění cíle diplomové práce budou definovány další dílčí cíle (teoretické a praktické):

  • Vypracování ucelené teoretické části, která popisuje základní fungování fuzzy logiky.
  • Zpracování rešerše týkající se fuzzy řízení dopravy, zejména pro řízení jedné křižovatky.
  • Vytvoření případové studie na zvolené křižovatce ve městě Trnava (Slovensko) pomocí získaných znalostí z teoretické a rešeršní části.

Tyto tři dílčí cíle budou zpracovány v diplomové práci, která bude stejným způsobem rozdělena na tři části. Výsledkem bude simulace křižovatky v programu PTV Vissim pomocí pevného signálního plánu a popsání fungování fuzzy regulátoru. Předpokladem pro fungování fuzzy logiky při řízení křižovatky jsou detektory, které by měly být rozmístěné v okolí křižovatky tak, aby byly schopny kvalitního sběru dat. Jedná se především o zjištění délky vytvořené fronty (počet automobilů čekajících ve frontě) a časy průjezdu určitým místem.

Teorie, rešerše a výsledky

  • Mamdani defuzzifikace

    Více

    Teorie

    V teoretické části jsou popsány základy fuzzy logiky, tak jak je popsal prof. Lotfi Zadeh. Jsou zde popsány základy fuzzy logiky, funkce příslušnosti a operace s fuzzy množinami a fuzzy čísly. Dále jsou v teorii vysvětleny pojmy jako fuzzifikace, defuzzifikace, báze pravidel a dva typy inferenčních systémů (Mamdani a TSK).

    Povrch báze pravidel od prof. Stotska

    Více

    Rešerše

    V rešeršní části je popsáno celkem 9 světových studií, které se zabývají fuzzy řízením izolované křižovatky. Studie jsou popsány chronologicky od 1996 (projekt FUSICO) až po rok 2013 (prof. Stotsko). Jednotlivé studie se liší v přístupu, jakým se pokoušejí řídit dopravní křižovatku a tím zvýšení plynulosti provozu, snížení emisí a zkrácení fronty.

    Simulace křižovatky v programu PTV Vissim

    Více

    Výsledky

    Výsledkem je prozkoumání možností využití fuzzy logiky při řízení izolované křižovatky a její výhody a nevýhody při nasazení v reálném světě. Vzniklá případová studie popisuje simulaci křižovatky s pevným signálním plánem, která je následné porovnávána s fungováním vytvořeného fuzzy regulátoru.

Závěr

Předložená diplomová práce se zabývala problematikou fuzzy množin a fuzzy logiky a možnostmi jejich využití v oblasti řízení křižovatek. Práce uceleně uvedla možnosti využití fuzzy teorie a logiky pro řízení dopravy a možnosti jejího využití v komplexních systémech.

Výsledky práce ukázaly, jakým způsobem je možné pomocí fuzzy logiky dosáhnout zlepšení průjezdnosti křižovatek,což při správném použití může umožnit kontrolovat dopravu ve velkých městech. Propojením více křižovatek pomocí fuzzy řízení tak, aby komunikovala nejen mezi sebou, ale v ideálním případě i s řidiči. Propojení a komunikace by přispěla k eliminaci dopravních zácp a snížení celkového času na průjezd městem. Fuzzy řízení je tak jedním z přístupů, které mohou z pohledu řízení dopravy dopomoci k vytvoření takzvaných chytrých měst (Smart Cities).

Summary

Presented diploma thesis focused on problems related to fuzzy sets and fuzzy logic and their possible usage in crossroad traffic control systems. Thesis thoroughly describes possible application of fuzzy theory and logic for traffic control systems and within complex systems.

Results of this thesis demonstrates the way how it is possible to use fuzzy logic to reach significant improvement in traffic capacity of crossroads. This could allow to control a traffic in big cities, if fuzzy logic is used in the right way. It is possible to eliminate traffic jams or decrease time needed for drive through a city, when many traffic controllers based on fuzzy logic are interconnected to complex system, where every controller communicate to each other (and possibly with drivers too). Fuzzy control systems is one approach which can help (from a transportation point of view) to build a Smart Cities.

Kontakty

  • Tomáš Pohanka

    Bc. Tomáš POHANKA

    Katedra geoinformatiky Univerzity Palackého v Olomouci

    Katedra geoinformatiky UPOL

    Pavel Tuček

    Mgr. Pavel TUČEK, Ph.D.

Bc. Tomáš POHANKA

Adresa

Husitská 13, Olomouc

Telefonní číslo

+420 775 13 13 94

Email

PohankaTomas@email.cz