ứng dụng fuzzy logic điều khiển đèn giao thông + sourcecode

HỆ SUY DIỄN MỜ
Ứng dụng logic mờ trong việc
Điều khiển đèn giao thông

Giảng viên hướng dẫn:
Ths.Trương Hải Bằng
Sinh viên thực hiện:
Nguyễn Anh Duy - 12520103


Nội dung

• 1. Bài toán thực tế
• 2. Hướng giải quyết
• 3. Giải quyết bài toán bằng logic mờ
• 4. Cài đặt trên Matlab
• 5. Thử nghiệm
• 6. Tài liệu tham khảo
• 7. Demo


1. Bài toán thực tế
Giám sát và điều khiển giao thông thành phố trở thành
một vấn đề chính trong nhiều quốc gia. Với lượng xe cộ tăng
nhanh trên các đường phố chúng ta cần phải tìm ra một cách
để giải quyết vấn đề này, đó là phát triển con đường mới và hệ
thống xe điện trên không ở trung tâm thành phố, xây dựng các
vòng xoay, các cầu vượt, cầu bộ hành .v.v. và phát triển các hệ
thống kiểm soát và điều khiển giao thông tinh vi.

2. hướng giải quyết
Việc hiện thực một hệ thống điều khiển đèn giao thông thông minh sử dụng công nghệ logic mờ có khả
năng hiện thực sự thông minh như con người trong việc điều khiển đèn giao thông là rất cần thiết.


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG

Một đèn giao thông được điều khiển theo kiểu logic mờ sử dụng các cảm biến (sensor) đếm xe thay cho các
bộ cảm biến trạng thái gần chỉ cho biết sự hiện diện của các xe. Việc đếm xe cung cấp cho bộ điều khiển mật
độ giao thông trên các nhánh đường và cho phép đánh giá tốt nhất khi dạng giao thông thay đổi. Khi sự phân bổ
giao thông thay đổi bất thường, bộ điều khiển mờ có thể thay đổi đèn tín hiệu một cách phù hợp.


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG

H1.Cấu trúc tổng quát của hệ thống điều khiển đèn giao
thông dùng logic mờ.

• Counter: bộ đếm
• Queue: hàng đợi
• Arrival: xe đến
• Sensor: cảm biến
• Traffic Lights Interface: Cột đèn giao thông.
• Fuzzy Logic Controller: Bộ điều khiển logic mờ
• State machine: máy trạng thái


Có hai cảm biến điện từ đặt trên mỗi nhánh đường. Cảm biến thứ nhất nằm sau mỗi đèn giao thông đếm số

xe qua đèn giao thông, cảm biến thứ hai đặt sau cảm biến thứ nhất đếm số xe đi tới giao lộ tại vị trí cách đèn một
khoảng là D. Số xe được xác định bởi sự chênh lệch của việc đọc giá trị giữa hai cảm biến. Đây là hằng số cho các
hệ thống điều khiển theo quy ước đặt một cảm biến trạng thái gần trước mỗi đèn giao thông và chỉ có thể thấy
được sự hiện diện của một xe đang đợi tại giao lộ, không phải là số xe đang đợi tại đèn điều khiển giao thông.
Khoảng cách D giữa hai cảm biến được xác định phù hợp với kiểu dòng giao thông tại giao lộ cụ thể. Bộ điều khiển
logic mờ chịu trách nhiệm kiểm soát độ dài thời gian của đèn xanh phù hợp với tình trạng giao thông


Máy trạng thái điều khiển chuỗi trạng thái mà bộ điều khiển giao thông logic mờ sẽ thực hiện. Có
một trạng thái cho mỗi giai đoạn của đèn giao thông. Có một trạng thái mặc định xảy ra khi phát hiện
ra không có xe đến. Trạng thái mặc định này tương ứng với thời gian đèn xanh cho một đường đến cụ
thể, thông thường là đường đến chính. Trong chuỗi trạng thái, một trạng thái có thể bị bỏ qua nếu
không có xe chờ cho một đường đến tương ứng.


Thiết kế các tiêu chuẩn và các ràng buộc
Trong việc phát triển hệ thống điều khiển đèn giao thông logic mờ, những giả định sau đây sẽ được thực
hiện:
i) Chỗ giao nhau là một giao lộ 4 đường với giao thông đến từ các hướng bắc, tây, nam và đông;
ii) Khi giao thông từ bắc và nam di chuyển, thì giao thông từ tây và đông dừng và ngược lại;
iii) Rẽ trái và rẽ phải không được xem xét tới;
iv) Bộ điều khiển logic mờ sẽ theo dõi mật độ giao thông bắc và nam từ một phía và giao thông tây
đông từ một phía.
v) Giả sử nhánh đường đông tây là đường đến chính;
vi) Thời gian nhỏ nhất và lớn nhất của đèn xanh là 2 giây và 20 giây.


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ

Một bộ điều khiển giao thông logic mờ được thiết kế cho giao lộ bốn đường độc lập: bắc, nam, đông, tây
như trình bày trong H.2

Input:

• Số xe đến
• Số xe xếp hàng
output:

• thời gian đèn xanh
H2. Đầu ra mô phỏng của giao lộ hệ thống


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ

Bộ mờ hóa:
Input:
Số xe đến và số xe đợi thì sẽ biến đổi thành lượng giao thông đến (Arrival) và lượng
giao thông xếp hàng (Queue)
Output:
Thời gian đèn xanh được biến đổi thành thời gian mở rộng cần thiết cho đèn xanh
(Extension)


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ

Các biến cho arrival, queue và extension

Arrival

Queue

Extension

Almost

AN

Very small

VSA

Zero

Z

Few

F

Small

S

Short

S

Many

MY

Medium

M

Medium

M

Too Many

TMY

Large

L

Longer

L


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ
Các hàm thành viên

• Hàm thành viên cho biến mờ Arrival:

 

 

 

 


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ
Các hàm thành viên

• Hàm thành viên cho biến mờ Queue:
 

 

 

 


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ
Các hàm thành viên

• Hàm thành viên cho biến mờ Extension:
 

 

 

 


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ

Các luật mờ: ta có thể biểu diễn các luật mờ dưới dạng ma trận như hình bên dưới

Queue

Arrival
AN

F

MY

TMY

VS

Z

S

M

L

S

Z

S

M

M

M

Z

Z

S

M

L

Z

Z

Z

S


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ

 Sau

khi có đầu ra mờ bộ giải mờ sẽ biến chúng thành đầu ra rõ


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ

Ví dụ minh họa:

Giả sử số xe đến xa = 2.5, số xe đợi xq = 1.5, hỏi thời gian mở rộng xt.
Áp dụng các luật ở trên ta có:
Luật 1:

Arrival.TMY(2.5) = 0

Queue.VSA(1.5) = 0.25
W1(Extension.L) = min(0; 0.25) = 0.
Luật 2:Arrival.F(2.5) = 0.75
Queue.VSA(1.5) = 0.25
W2(Extension.S) = min(0.75; 0.25) = 0.25

3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ
 Ví

dụ minh họa:

Luật 3:Arrival.AN(2.5) = 0
Queue.VSA(1.5) = 0.25
W3(Extension.Z) = min(0; 0.25) = 0.
Ở đây Wi là trọng số của luật thứ i, i = 1,2,3.
Ta có:
mc(xt) = W1. Extension.L(xt) + W2. Extension.S(xt) + W3. Extension.Z(xt).

= 0. Extension.L(xt) + 0.25. Extension.S(xt) + 0. Extension.Z(xt).
= 0.25. Extension.S(xt).


3. giải quyết bài toán bằng logic mờ
3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÈN GIAO THÔNG LOGIC MỜ
 Ví

dụ minh họa:

Tiếp theo ta giải mờ từ hàm thành viên của kết luận bằng cách tính trọng tâm của hàm mc(xt).
Moment mc(xt) là:

Vậy Defuzzy(xt) = 1/0.5 = 2
Vậy với xa = 2.5 và xq = 1.5 thì thời gian mở rộng cho đèn xanh là xt = 2

4. Cài đặt trên matlab


4. Cài đặt trên matlab


4. Cài đặt trên matlab


4. Cài đặt trên matlab


4. Cài đặt trên matlab