عنوان : ارائه الگوریتم کنترل ترافیک در تصاویر ویدئویی دیجیتال با بهره گیری از سیستمهای نرو-فازی

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 بهره گیری از

سیستمهای نرو-فازی

استاد راهنما :

دکتر جواد حدادنیا

استاد مشاور :

دکتر نیما محمدی طبری

بهمن 1387

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

فهرست مطالب  
عنوان مطالب شماره صفحه
چکیده 1
مقدمه 2
فصل اول : کلیات 3
(1-1 هدف 4
(2-1پیشینه پژوهش 6
(3-1روش کار و پژوهش 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 متناسب چراغها در شبکه 25
(9-2فازبندی 26
(10-2زمانبندی چراغ 28
(11-2چراغهای پیش زمانبندی شده 30

 
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 کردن 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

 
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

 
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

 
فهرست نمودارها
 

عنوان شماره صفحه
: 1-6 نرخ ورود وسایل نقلیه به تقاطع در24 ساعت 77
: 2-6 منحنی تغییرات تابع هزینه 81
: 3-6 طریقه 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 طریقه تغییرات چرخه 92
: 7-6 طریقه 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 طریقه 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

 
فهرست شکلها
 

عنوان شماره صفحه
: 1-2 منحنی حجم-ترافیک به صورت تابعی از تراکم 15
: 2-2 مطالعه مدل احتمالی ترافیک 16
: 3-2 فرآیند تحلیل تقاطعهای چراغدار 19
: 4-2 ساختار روش کنترل سازگار با ترافیک 23
: 5-2 چگونگی 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

 
 
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

 
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 می باشد. 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 مقصود قوانین فازی مدل کننده تقاطع ایزوله که ساختار کنترلر فازی را تشکیل دادهاند، بر مبنـای درجه اشباع که نشان دهنده اندازه تقاضا به ظرفیت هریـک از ورودیهـای تقـاطع میباشـد، طراحـی شـدهانـد.
 
اساس کار، بر بهره گیری 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 بهره گیری از منطق فازی و روشهای خوشه یابی فازی و به کمک تکنیک 3FCM به دست مـی آینـد.
 
همچنین از اندازه تعلق هر الگوی ورودی به خوشهها و فاصله الگو تا مرکـز هـر خوشـه جهـت محاسـبه میـزان عدم شباهت بهره گیری شده وسپس این فاصله مینیمم میگـردد. بـرای تعیـین مقـادیر نهـایی پارامترهـا و وزنهـای ارتباطی، از ترکیب روشهای 4LLS و گرادیان5 به عنوان روش بهینهسازی بهره گیری 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 اندازه قابلیت این تکنیک می باشد.
 
 
کلمات کلیدی: پردازش تصویر، تقاطع ایزوله، شبکه عصبی، کنترل ترافیک، کنترل فازی
 
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 می باشد که با مسائلی همچون سطح پایین هوشمندی در مواجه با شرایط پیچیـده ترافیکـی و عدم مدلسازی مناسب، مواجه میباشند. در این پایان نامه کوشش برآن می باشد 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 گردد، 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 مقصود 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، بهره گیری شده می باشد. در این پایان نامه و در فصل اول کلیاتی راجع به روشهای مختلف کنترل ترافیک، و تحقیقات صـورت گرفتـه در این زمینه ارئه شده می باشد. در فصل دوم به معرفی نظریه جریان کنترل ترافیـک و روابـط حـاکم بـر آن پرداخته شده می باشد. 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 مطالعه 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 بهره گیری ازتکنیک FHLA و به کارگیری نوعی کنترل کلاسیک پیش زمانبندی شده، بر اندازه سطح تاخیر و سطح اشباع ورودیهای تقاطع مطالعه و مقایسه شده می باشد.فصل هفتم نیز بـه ارائـه نتیجـه گیری وچند پیشنهاد اختصاص دارد.
 
کلیـات
 
فصل اول: کلیات
 
(1-1 هدف
 
امروزه با افزایش سریع کلان شهرها، افزایش تعداد خودروهـا، افـزایش بهـای سـوخت، مـساله محـیط زیست، بهره گیری مفید از ظرفیت جادههای موجود و…، اهمیت داشتن مدیریت ترافیک موثر و کارآمد بر کـسی پوشیده نیست.
 
در گذشته طراحان ترافیک تنها به چگونگی حرکت وسایل نقلیه، به طـوری کـه در تقاطعهـا تـصادفی رخ ندهد، به عنوان مساله اصلی در مدیریت ترافیک توجه داشتند. امروزه مسائل عمده دیگـری نیـز مـورد توجـه میباشد که مانند میتوان به کاهش تاخیر، کاهش توقفات، کاهش مصرف سـوخت، کـاهش طـول صـفهای پشت چراغ قرمز، حذف اثرات نویز، افزایش در نظر داشتن مسائل عابران پیاده وحرکت وسایل نقلیه سـنگین، اشـاره نمود. تاکنون روشهای کنترل ترافیک بیشتر مبتنی بر روشهای کنترلی کلاسیک بوده می باشد. در این روشـها بـا بهره گیری از روشهای آماری و منحنیهای به دست آمده تجربی و نهایتا با تخمین بعضی از متغیرهای مـوثر بـر ترافیک کوشش بر آن می باشد که پارامترهای مورد نظر درآن سطح خـاص کنترلـی، بـه گونـهای مطلـوب تنظـیم گردد.[4]
 
تاکنون در جهت رفع این نیاز سیستمهای کنترل ترافیک متعددی توسط مراکز حمل ونقل کشورهای مختلف توسعه یافتهاند که تا حدی پاسخگوی نیازهای موجود بوده می باشد. البته این حد پاسخگویی سیستمهای کلاسیک در ازای پیچیدگیهای بالای ساختار (شامل بخشهای کنترل، مخابرات و کامپیوتر) و هچنین حجـم بالای هزینههای پیاده سازی، (به علت تجهیزات به کار رفته) و نگهداری به دست آمدهاند. از دیدگاه کنترلـی، سیستمهای کلاسیک موجود از الگوریتمهای مختلف برنامه ریزی ریاضی (مانند الگوریتمهای برنامـه ریـزی خطی صحیح و الگوریتمهای برنامه ریزی دینامیکی) بهره گیری میکنند که خود معمولا معضلات متعددی مانند حجم بالای محاسباتی و مشکل پیادهسازی را به دنبال دارند. همچنین مانند نواقص مطرح شده در کنتـرل سنتی ترافیک میتوان به مسائلی همچون برخورداری از سطح پایین هوشمندی در مواجه بـا شـرایط پیچیـده ترافیکی، عدم مدلسازی مناسب و واقع بینانه از ابهامات موجود در بحث کنتـرل ترافیـک (تعیـین پارامترهـا و مدلسازی رفتار رانندگان و عابران پیاده)، عدم وجود ویژگی خود سازماندهی، در طراحی استراتژیهای ترافیک، غیر قابل پیش بینی بودن شرایط ترافیکی حتی برای چند لحظه آینده و عدم دسترسی به جزئیات ایجاد شده مانند تعیین نوع خودرو و یا تغییرات سرعت آنها، تصریح نمود.
 
سیستمهای مورد مطالعه در کنترل ترافیک میتوانند شامل موردها زیر باشد :[5]
 
-1 کنترل تقاطع ایزوله: کنترل جریان ترافیک تقاطع مجهز به چراغ بـدون در نظـر گـرفتن تـاثیر جریانهـای ترافیکی تقاطهای مجاور. .(isolated intersection control)
 
-2 کنترل تقاطعهای شریانی با شبکه باز: کنترل تعدادی تقاطع مجهز به چراغ وابسته به یکدیگر در طول یک شریان اصلی که وضعیت ترافیکی هریک بر تقاطع مجاور تاثیر دارد. (arterial intersection control)
 
-3 کنترل گسسته: کنترل روی تمام تقاطعهای مجهز به چراغ درکل شبکه شهری و یا بخشی از آن.
 
-4 کنترل ترافیک بزرگراه: کنترل روی جریان مسیرهای ورودی و مسیرهای خروجی با هدف کنترل ترافیـک روان در مسیر اصلی. (expressway control)
 
-5 کنترل عابران پیاده: کنترل عبور پیاده از خیابان با هدف تامین امنیت و کاهش زمان انتظـار.( pedestrian (control
 
اصولا سه نوع روش کنترلی برای تقاطعها مورد بهره گیری میباشد:
 
-1 کنترل زمان ثابت (fixed-time) :در این روش کنترلی، زمان تغییر چراغها از پیش تعیین شده و هیچگونه انعطافی در برابر شرایط ایجاد شده مانند وقوع تصادفات، ایجاد شـرایط خـاص مثـل تعطیلـی مـدارس، عبـور آمبولانس و… ندارد.
 
-2 کنترل از پیش زمانبندی شده : (pre-time control) در این نوع کنترل بر اساس الگوهای متعددی که از وضعیت یک خیابان به دست آمده می باشد، زمانبندی چراغها صورت میپذیرد. مثلا در هر ساعت خاصی از شبانه روز مانند ساعات تعطیلی مدارس یا ساعات پیک تردد، مدت زمان سبز وقرمز بودن چراغها به گونهای متناسب تنظیم میشود، اما باز هم در برابر شرایط اضطراری غیر قابل انعطاف هستند.
-3 کنترل هوشمند : (intelligent control) در این نوع کنترل تغییر وضعیت چراغها کاملا به شرایط موجود و اندازه درخواست بار ترافیکی بستگی دارد.
با مطرح شدن کنترل هوشمند در مهندسی کنترل و موفقیت این روشها در سیستمهای عملی، کاربرد روشهای کنترل هوشمند درمبحث ترافیک نیز مطرح گردیده می باشد.
 
به دلیل ویژگیهای خاص سیستم کنترل ترافیک شهری و از آنجا که رفتارهای پیچیده بشر از عوامـل موثر بر شرایط ترافیکی ایجاد شونده در این سیستم میباشد، کاربرد روشهای هوشمند کنترل به جای روشهای سنتی ضروری به نظر میرسد. به گونه عمده مسائل اصلی در کنترل چراغ راهنمایی در یک تقاطع ایزوله در نظر داشتن کاهش تاخیر وسایل نقلیه و کاهش اندازه توقفات و همچنین افزایش ظرفیت خیابانها میباشـد. در میـان ابزارهای مختلفی که برای برقراری ایمنی راه و حفظ نظام در جریان ترافیک موجود میباشد، ماننـد تابلوهـای راهنمایی، خط کشی ها، و سایر ابزار و وسایل نصب شده در خیابانهـا، موجـود میباشـد، زمانبنـدی چراغهـای راهنمایی برای کمینه کردن تاخیر و افزایش ظرفیت تقاطعها در منطق کنتـرل کـاربرد فراوانـی دارد. دریـک تقاطع ایزوله دو حالته که در این طرح مورد مطالعه میباشد، تنها با دو فاز عملیاتی کار میشود، وقتی که چراغ در دو خیابان روبرو به هم سبز باشند، در دو خیابان مجاور قرمز میشود و برعکس. در یک کنترل هوشمند، بر اساس اندازه درخواست ترافیکی در خیابان مورد کنترل، تغییرات چراغ و رفتن به فاز دیگر، صورت میگیـرد و مدت زمان مناسب برای سبز بودن یک چراغ تعیین میشود.
 
با در نظر داشتن قابلیتهای متنوع روشهای هوشمند (شامل هوش مصنوعی , منطق فازی و شبکه عصبی)، به ویژه در پوشش دهی و پاسخگویی مناسب به موردها فوق، پیشنهاد بهره گیری از روشهای هوشمند، جهت پوشش دهی معضلات فعلی، به عنوان یک راه حل جدید مطلوب خواهد بود. با توجه بـه قابلیتهـای متنـوع روشـهای هوشمند انتظار میرود که روشهای فوق در حوزههای مختلف کنترل ترافیک شامل بـرآورد وتعبیـر و پـردازش اطلاعات مختلف جمع آوری شده، برخورد و مدلسازی مناسب پارامترها و شـرایط مـبهم موجـود در پروسـه کنترل، پیشگویی آینده، افزایش قدرت یادگیری سیستم و بالاخره افزایش هوشمندی سیستم، بسیار پر کاربرد بوده و نتایج قابل قبولی را به دنبال خواهد داشت.
 
در این پروژه پس از شناخت و تحلیل روابط حاکم بر متغیرهای ترافیکی، درجه اشباع هـر ورودی کـه نشان دهنده نسبت اندازه درخواست بار ترافیکی به اندازه ظرفیت آن ورودی میباشد، به عنوان پارامتر ورودی کنترل کننده در نظر گرفته شده و با روشهای مبتنی بر بینایی ماشین اندازه گیری میشود. کنتـرل کننـده در هر مرحله نمونه برداری و در پایان زمان سیکل جاری، وضعیت همه ورودی را ارزیابی کرده و طـول چرخـه و طول زمان سبز اختصاص داده شده به هریک از خیابانها را در مرحله بعدی تعیین می ‌کند تـا درجـه اشـباع در همه ورودی نسبتا یکسان و در سطح مناسبی قرار بگیرد. پس از طراحی ساختار قوانین کنترل کننده براساس پارامترهای فازی، الگوریتم آموزش مربوط به شبکه عصبی اجرا میگردد.
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
تعداد صفحه : 156
قیمت : چهارده هزار تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد مهندسی برق: کنترل سیستم تعلیق براساس روش ساختار متغیر

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :               serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  *** ***

دسته‌ها: مهندسی برق