ب

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”

مهندسی برق – کنترل

عنوان :

ارائه الگوریتم کنترل ترافیک در تصاویر ویدئویی دیجیتال با استفاده از سیستمهای نرو-فازی

نگارش:

سعیده رسول زاده

امضاء هیات داوران پروژه :

-1استاد راهنما : دکتر جواد حدادنیا

-2استاد مشاور : دکتر نیما محمدی طبری

-3هیئت ژوری : دکتر ساسان آزادی

-4هیئت ژوری : دکتر مسعود صبائی

-5مدیر گروه : دکتر نیما محمدی طبری

تاریخ دفاعیه : 1387/11/24

ج

تقدیم به:

خانواده عزیزم

که در طول دوران تحصیل همواره یار و پشتیبان

من بوده اند.

د

سپاسگزاری

سپاس خدای مهربان را که اندیشهام داد.

حمد و ستایش بیقیاس خدای را سزاست کـه از الطـاف خـود در انـسان دمیـد و او را اشـرف مخلوقات خود قرار داد. حال که به لطف او توفیق تحصیل علـم و کـسب دانـش را پیـدا نمـودم، از خداوند متعال میخواهم که قدمهایم را در راه خدمت به جامعه استوار گرداند تا بتوانم از آنچـه در این سالها آموختهام در مسیر پیشرفت و آبادانی کشور عزیزم استفاده نمایم.

در پایان بر خود لازم می دانم از زحمات استاد ارجمند جناب آقای دکتر حدادنیا کـه در طـول اجرای پایان نامه با راهنماییهای بی دریغ خویش راه را بر من هموار کردند، صمیمانه سپاسـگزاری نمایم. همچنین از جناب آقای دکتر طبری، مشاور اینجانب و مـدیر محتـرم گـروه بـرق دانـشکده تحصیلات تکمیلی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب، نیز کمال تشکر را دارم.

ه

فهرست مطالب

عنوان مطالب
شماره صفحه
چکیده
1
مقدمه
2
فصل اول : کلیات
3
(1-1 هدف
4
(2-1پیشینه تحقیق
6
(3-1روش کار و تحقیق
8
فصل دوم : نظریه جریان ترافیک و اصول زمانبندی چراغهای تقاطع
11
(1-2مقدمه
12
(2-2روابط تحلیلی پدیده ترافیک
12
(3-2معرفی پارامترهای ترافیکی
13
(4-2مدلهای احتمالاتی
15
(5-2کنترل چراغ راهنمایی
18
(6-2تحلیل عملکرد تقاطع
19
(7-2چراغهای هوشمند سازگار با ترافیک
22
(8-2کنترل هماهنگ چراغها در شبکه
25
(9-2فازبندی
26
(10-2زمانبندی چراغ
28
(11-2چراغهای پیش زمانبندی شده
30

و

فهرست مطالب

عنوان مطالب
شماره صفحه
فصل سوم : کنترل کنندههای فازی – عصبی
32
(1-3مقدمه
33
(2-3سیستم های فازی
33
(3-3شبکه های عصبی RBF
38
(4-3الگوریتم های آموزشی در شبکه عصبی RBF
40
(5-3سیستم های نرو-فازی
44
(6-3شبکه عصبی RBF و کنترل کننده فازی
46
فصل چهارم : الگوریتم آموزشی FHLA
48
(1-4مقدمه
49
(2-4طراحی ساختار شبکه RBF و مقداردهی اولیه به آن
49
(3-4مشخص نمودن تعداد نرونهای لایه RBF
54
(4-4تنظیم پارامترهای شبکه RBF
55
(5-4پروسه تنظیم پارامترهای شبکه
58
(6-4حساسیت الگوریتم FHLA نسبت به الگوهای آموزشی
59
فصل پنجم : اصول پردازش تصویر
61
(1-5مقدمه
62
(2-5مفاهیم اولیه در پردازش تصویر
62
(3-5روشهای استخراج پارامترهای ترافیکی
63
(4-5نظارت مبتنی بر ناحیه ثابت
64

ز

فهرست مطالب

عنوان مطالب
شماره صفحه
(5-5 نظارت مبتنی بر ردگیری
66
فصل ششم : شبیهسازی کنترل کننده هوشمند ترافیک
73
(1-6مقدمه
74
(2-6طراحی سیستم کنترلرفازی
77
(3-6پیادهسازی نرم افزاری الگوریتم آموزشی FHLA
79
(4-6مدل سازی تقاطع ایزوله
82
(5-6کنترل کننده پیش زمانبندی شده
83
(6-6پردازش تصویر
84
(7-6نتایج شبیه سازی
88
فصل هفتم : نتیجهگیری و پیشنهادات
101
نتیجهگیری
102
پیشنهادات
103
منابع و ماخذ
104
فهرست منابع فارسی
105
فهرست منابع لاتین
106
چکیده انگلیسی
109

ح

فهرست جدول ها

عنوان
شماره صفحه
: 1-2 معرفی پارامترهای حاکم بر پدیده ترافیک
13
: 1-4 اندیسهای اعتباری خوشهای
56
: 1-6 پایگاه دانش قوانین فازی
79
: 2-6 میانگین ورود وسایل نقلیه در طی 3 روز متوالی
80
: 3-6 مقادیر تابع هزینه با تغییر تعداد نرونهای لایه میانی
81
: 4-6 خطای نهایی آموزش و تست شبکه عصبی
82
5-6
: نرخ جریان اشباع در هر یک از ورودیهای تقاطع
83
: 6-6 نتایج حاصل از زمان بندی چراغ تقاطع به روش کنترل کلاسیک
84
7-6
: متوسط سطح اشباع در هر یک از ورودیهای تقاطع
89
8-6
: متوسط تاخیر تقاطع با دو روش کنترل چراغ تقاطع
90

ط

فهرست نمودارها

عنوان
ش
ماره صفحه
: 1-6 نرخ ورود وسایل نقلیه به تقاطع در24 ساعت
77
: 2-6 منحنی تغییرات تابع هزینه
81
: 3-6 روند آموزش شبکه عصبی
82
: 4-6 مقایسه آمار شمارش دستی و شمارش هوشمند در 15 دقیقه
88
: 5-6 نرخ ورود وسایل نقلیه به تقاطع در 100 مرحله تکرار الگوریتم
91
: 6-6 روند تغییرات چرخه
92
: 7-6 روند تغییرات طول زمان سبز چراغ در هریک از فازها
92
: 8-6 متوسط تاخیر تقاطع در هر مرحله اجرای الگوریتم با دو روش کنترل
93
: 9-6 روند تغییرات تاخیر تقاطع با در نظرگرفتن تغییرات متوسط شار ورودی
94
: 10-6 تغییرات شار ورودی شمالی (کنترلر هوشمند)
95
: 11-6 تغییرات شار ورودی شمالی (کنترلر کلاسیک)
95
: 12-6 تغییرات شار ورودی جنوبی (کنترلر هوشمند)
96
: 13-6 تغییرات شار ورودی جنوبی (کنترلر کلاسیک)
96
: 14-6 تغییرات شار ورودی شرقی (کنترلر هوشمند)
97
: 15-6 تغییرات شار ورودی شرقی (کنترلر کلاسیک)
97
: 16-6 تغییرات درجه اشباع در ورودی شمالی (کنترلر هوشمند)
98
: 17-6 تغییرات درجه اشباع در ورودی شمالی (کنترلر کلاسیک)
98
: 18-6 تغییرات درجه اشباع در ورودی جنوبی (کنترلر هوشمند)
99
: 19-6 تغییرات درجه اشباع در ورودی جنوبی (کنترلر کلاسیک)
99
: 20-6 تغییرات درجه اشباع در ورودی شرقی (کنترلر هوشمند)
100
: 21-6 تغییرات درجه اشباع در ورودی شرقی (کنترلر کلاسیک)
100

ی

فهرست شکلها

عنوان
شماره صفحه
: 1-2 منحنی حجم-ترافیک به صورت تابعی از تراکم
15
: 2-2 بررسی مدل احتمالی ترافیک
16
: 3-2 فرآیند تحلیل تقاطعهای چراغدار
19
: 4-2 ساختار روش کنترل سازگار با ترافیک
23
: 5-2 نحوه عملکرد کنترل کننده سازگار با ترافیک
24
: 6-2 طرح چراغ دوفازه
27
: 7-2 طرح چراغ سه فازه
27
: 8-2 طرح چراغ چهار فازه
28
: 9-2 نمودار تخلیه تقاطع در طول یک فاز چراغ راهنمایی
29
: 1-3 ساختار سیستم کنترل کننده فازی
34
: 2-3 دی فازی ساز مرکز ثقل
36
: 3-3 بلوک دیاگرام کنترل کننده فازی ترافیک
37
: 4-3 ساختار شبکه عصبی RBF
38
: 5-3 ساختار نوع خاصی از شبکه نرو- فازی
45
: 1-4 فلوچارت طراحی مقادیر اولیه شبکه عصبی RBF
51
: 1-5 چرخه به روز رسانی در تخمین بردار حالت
71
: 1-6 تقاطع ایزوله دوفازه
76
: 2-6 انتخاب تصویر زمینه و پنجره ثابت
87
: 3-6 عبور وسیله نقلیه از پنجره ثابت در یک فریم
87

ک

فهرست شکلها

عنوان
شماره صفحه
4-6
: اختلاف پنجره ثابت در تصویر زمینه و فریم خوانده شده وتبدیل به باینری
87
5-6
: حذف عناصر اضافی از تصویر
87
: 6-6 به هم چسباندن اجزای گسسته شده
87
7-6
: شمارش اشیاء برچسب گذاری شده
87

ل

چکیده:

دراین پایان نامه یک تکنیک موثر بر مبنای سیستمهای عصبی- فازی برای کنترل چراغهای راهنمایی و بر اساس پردازش هوشمند تصاویر ترافیکی دریافتی از دوربینهای نصب شده در یک تقـاطع ایزولـه، ارائـه شـده است. هدف از کنترل ترافیک در خیابانهای منتهی به یک تقـاطع ایزولـه آن اسـت کـه در یـک بـازه زمـانی مشخص، از ایجاد اشباع در هریک از بازوها جلوگیری کرده و همچنـین بتـوان زمـان انتظـار وسـایل نقلیـه در پشت چراغ قرمز را به حداقل رساند تا نهایتا ترافیکی روان و مطلوب، همراه بـا ایمنـی در سـطح تقـاطع ایجـاد گردد. به این منظور قوانین فازی مدل کننده تقاطع ایزوله که ساختار کنترلر فازی را تشکیل دادهاند، بر مبنـای درجه اشباع که نشان دهنده میزان تقاضا به ظرفیت هریـک از ورودیهـای تقـاطع میباشـد، طراحـی شـدهانـد.

اساس کار، بر استفاده از شبکه عصبی RBF١، به همراه یک روش پیشنهادی آموزش مبتنـی بـر فـازی خواهـد بود. در الگوریتم یادگیری 2FHLA، علاوه بر تعیین وزنهای ارتباطی بین لایه مخفـی و خروجـی، پارامترهـای لایه RBF شامل تعداد نرون، مرکز نرون و عرض آن نیز در طول فرایند آموزش تعیین میگردند. مقادیر اولیه پارامترها با استفاده از منطق فازی و روشهای خوشه یابی فازی و به کمک تکنیک 3FCM به دست مـی آینـد.

همچنین از میزان تعلق هر الگوی ورودی به خوشهها و فاصله الگو تا مرکـز هـر خوشـه جهـت محاسـبه میـزان عدم شباهت استفاده شده وسپس این فاصله مینیمم میگـردد. بـرای تعیـین مقـادیر نهـایی پارامترهـا و وزنهـای ارتباطی، از ترکیب روشهای 4LLS و گرادیان5 به عنوان روش بهینهسازی استفاده میشود. نتایج شبیهسازی بر روی بانک اطلاعاتی موجود و مقایسه نتایج کاربرد این الگوریتم با سـایر روشـهای کلاسـیک کـه در کنتـرل تقاطعهای ایزوله معمول هستند، نشان دهنده میزان قابلیت این تکنیک می باشد.

کلمات کلیدی: پردازش تصویر، تقاطع ایزوله، شبکه عصبی، کنترل ترافیک، کنترل فازی

1−Radial Basis Function 2−Fuzzy Hybrid Learning Algoritm 3−Fuzzy-C-Mean 4−Linear Least Squared 5−Gradient

1

مقدمه:

امروزه با افزایش سریع کلان شهرها و افزایش تعداد خودروها، اهمیت داشتن مدیریت ترافیک موثر و کارآمد بر کسی پوشیده نیست. تـاکنون روشـهای کنتـرل ترافیـک بیـشتر مبتنـی بـر روشـهای کنترلـی کلاسیک بوده است که با مسائلی همچون سطح پایین هوشمندی در مواجه با
شرایط پیچیـده ترافیکـی و عدم مدلسازی مناسب، مواجه میباشند. در این پایان نامه سعی برآن است کـه بـا بـه کـارگیری تکنیـک آموزشی FHLA که بر مبنای شبکههای عصبی RBF و روش خوشه یابی فـازی عمـل مـینمایـد، نـوعی کنترل هوشمند برای تنظیم پارامترهای یک تقاطع ایزوله ارائه شود، به طوری کـه در نهایـت بـه کـاهش تاخیر وسایل نقلیه در عبور از تقاطع و جلوگیری از ایجاد اشباع در هر یک از ورودیهـای تقـاطع منتهـی گردد. به این منظور برای جمع آوری اطلاعات آماری از سطح تقاطع، برای ارزیابی وضعیت ترافیکی در هر لحظه، از روشهای پردازش تصاویر حاصل از دوربینهای نصب شده در تقاطع ایزوله، استفاده شده است. در این پایان نامه و در فصل اول کلیاتی راجع به روشهای مختلف کنترل ترافیک، و تحقیقات صـورت گرفتـه در این زمینه ارئه شده است. در فصل دوم به معرفی نظریه جریان کنترل ترافیـک و روابـط حـاکم بـر آن پرداخته شده است. فصل سوم به معرفی مختصری از اصول کنتـرل فـازی و برخـی از روشـهای آموزشـی شبکههای عصبی و معرفی کنترل کنندههای نرو- فازی اختصاص دارد. در فـصل چهـارم، ارائـه الگـوریتم پیشنهادی FHLA و روش پیادهسازی آن صورت میپذیرد و در فصل پنجم به بررسی روشهای اسـتخراج اطلاعات آماری ترافیک از تصاویر ویدئویی پرداخته میشود. در فصل ششم کنترلر نـرو- فـازی طراحـی و پس از شبیه سازیهای لازم در محیط برنامـه نویـسی MATLAB، تـاثیر بـه کـارگیری کنتـرل کننـده هوشمند با استفاده ازتکنیک FHLA و به کارگیری نوعی کنترل کلاسیک پیش زمانبندی شده، بر میزان سطح تاخیر و سطح اشباع ورودیهای تقاطع بررسی و مقایسه شده است.فصل هفتم نیز بـه ارائـه نتیجـه گیری وچند پیشنهاد اختصاص

دسته بندی : پایان نامه ها

دیدگاهتان را بنویسید