ITS控制与决策的智能数学模型.pdf

2 0 0 6 中国控制与决策学术年会论文集 P r o c e e d i n g s 扩 2 0 0 6 C h i n e s e C o n t r o l a n d D e c i s i o n C o n f e r e n c e 6 0 5 I T S 控制与决策的智能数学模型 张环 张明 1 北京交通大学电 子信息工程学院 北京1 0 0 0 4 4 2 西南交通大学机械工程学院 成都6 1 0 0 3 1 摘要 智能交通系统 I T S 是一门由交通系统和人工指能触合而成的靳兴交又学科 对此将近年发展起来的 V a g u e S e t 集对分 析S p M 可 拓学 R o u g h S e t F E E C等智能数李靳分文 用于 I T S 中 的 技悯与 决策问 瓜 并给出 心能 讯 度应用实例 关键词 匆能交通系统 交通控制匆能体 预测与智能决策书 匆能调度与匹配 I n t e l l e c t u a l M a t h e ma t i c s Mo d e l a b o u t t h e Co n t r o l a n d De c i s i o n o f I TS Z HA NG J u e t Z HA NGY u e t 1 S c h o o l o f E l e c t r o n i c a n d I n f o r m a t io n E n g i n e e r i n g B e i j i n g J i a o t o n g U n iv e r s it y B e ij in g 1 0 0 0 4 4 C h i n a 2 S c h o o l o f M e c h a n ic a l E n g in e e r in g S o u t h w e s t J ia o t o n g U n iv e r s i t y C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 C h in a C o r r e s p o n d e n t Z H A N G J u e E m a i l z j 9 8 3 8 2 9 1 6 3 c o m A b s t r a c t T h e i n t e l l e c t u a l t r a f f ic s y s t e m I T S i s a n e w d e v e l o p i n g c r o s s d i s c i p li n e f o r m e d a f t e r t r a f f ic s y s t e m a n d a r t if ic ia l i n t e l l ig e n c e a r e m e r g e d T h e n e w b r a n c h e s o f in t e l l e c t u a l m a t h e m a t ic s V a g u e S e t S p M R o u g h S e t a n d F E E C e t c w h ic h d e v e l o p in r e c e n t y e a r s a r e a p p l ie d t o c o n t r o l a n d d e c is io n o f I T S a n d t h e a p p l ie d e x a m p l e i s d i s c u s s e d f o r i n t e l l e c t u a l d i s p a t c h e r K e y w o r d s I n t e l l e c t u a l t r a f f ic s y s t e m T r a f f ic c o n t r o l i n t e l l e c t u a l b o d y F o r e c a s t a n d in t e l l e c t u a l d e c i s i o n I n t e l l e c t u a l d i s p a t c h e r a n d m a t c h 1 I T S 是一个复杂大系统 1 1 I T S 的复 杂性 智能交通系统 I T S 是在较完善的基础设施 包括道路 港口 机场和通讯等 之上 将先进的信 息技术 数据通信传输技术 电子控制技术 传感技 术 计算机处理技术和系统综合技术有效地集成 并 应用于公路 铁路 航运和空运等运输系统 使人 车 路密切地配合 从而建立起大范围内发挥作用 的 实时的 准确的 高效的大交通系统 由此可见 智能交通系统是一个复杂巨系统 1 2 开放巨系统的综合集成方法 开放的复杂巨系统 O C G S 与处理这类系统的 综合集成法 M e t a s y n t h e s i s 是我国学者钱学森 于 景 元 戴汝为于1 9 9 年提出的 详见文献I l l 1 3 智能控制体模型C r 1 智能控制体并不是各种控制方法的堆积 而是 有机的结合 它是以智能控制为目的的工作系统 并 配有其他辅助系统和匹配系统协调系统 辅助完成 控制工作 工具库 专家库 知识库 模型库 输入 信 悬 分析 V At m1F n k 旗糊f 4 制 钧巴 以控制 典对控制 可拓控制 粗糙控制 F EE D 圈 1 智能控翻体模型 作者简介 张压 1 9 8 3 男 北京 人 本科生 从事智能交通 自 动控制研究 6 0 62 0 0 6中国控制与决策学术年会论文集 在引人智能控制方法的基础上 建立智能控制 体如图1 所示 2 交通控制智能体 2 1 F u z z y 控制 a 7 当前 大城市交通问题日 益严重 面临着交通拥 挤 交通事故频发等带来的困扰 除硬件设备不足 外 还有软件管理方面的问题 主要是指交通信息的 收 集 传输 分析 处理等不能满足交通的需求 模糊 信息普遍存在 如车流量大 交通拥挤 道路很滑 事 故严重都是经典数学无法描述的 不仅已知信息具 有模糊性 而且由此推理出的未知信息也具有模糊 性 这就是所谓 模糊推理方法 详见文献 4 模糊推理语言为 I f A a n d B T h e n C 2 2 V a g u e 控制 V a g u e 控制和模糊控制有很多相似的地方 V a g u e 控制属于有正负两方面隶属度的模糊控制 因此把模糊控制改为双隶属度 这个问题便迎刃而 解了 用V a g u e 方法可以 考虑到正负两方面的效应 所以V a g u e 控制更具优越性 必然有着更广阔的前 景 V a g u e 推理语言为 I f x T h e n t a n d f 例如 评判汽车行驶情况带来的影响可以表示 为 I f 速度快T h e n 节约时间 n d安全性差 2 3 集对控制 联系数是由集对分析的联系度概念引伸出来 的 是集对分析的基本概念 它的重要作用在于把 数 和 值 联系起来 可以用于研究客观系统之间 的确定性与不确定性 联系数的表达式为 V a 厉 c j 其中 表示差异度系数 在 一1 1 区间视不同情 况取不确定数值 i 表示 是与a 相反的 一般规定其 值为一1 且满足a b 十 1 集对推理语言为 I f x T h e n a a n d b a n d c 例如 评判汽车行驶情况带来的影响可以表示 为 I f 速度快T h e n 节约时间a n d 安全性差 a n d有无其他干扰 2 4 可拓控制1 1 可拓控制是可拓学的一个分支 也属于人工智 能的范畴 其基本思想是利用可拓集合从信息转化 的角度来处理控制问 题 详见文献 5 6 2 5 R o u g h 控制 2 1 粗糙控制是基于知识和规则的控制 由于控制 算法完全来自 观测数据本身 其决策和推理过程很 容易检验和证实 粗糙推理语言为 I f c o n d i t i o n T h e n d e c i s i o n 2 F E E C F E E C实质是将有关专家组成的专家群体 各 种信息和数据与计算机技术有机地结合起来 把各 种科学理论与人的经验知识结合起来 充分考虑了 经济活动中人的主体地位和对经济活动的决定性影 响 代表着决策科学发展的方向 其各个环节详见文 献 7 2 7 模糊可拓交通控制器川 模糊可拓交通控制器具有自学习 自 适应 自调 整功能 以 适应I T S 的复杂 动态等特点 这些功能 实现的初步设想是利用WA S 权重分析系统不断 调整权重集 3 交通预测与智能决策 3 J 3 1 F H W决策支持系统 F H W决策支持系统是建立在专家决策系统基 础上 设计咨询表 并得出用系统描述系统的结果 此法融合了德尔菲法 BS 和KJ 法 定义了模糊灰 色物元 既考虑了事物本身 又考虑了与其有联系的 质和量 并采用灰色系统处理方法 对于目前还认识 不清的事物的研究提 供了 数量化概念和计算的 具体 步骤 特别适于I T S 的预测 决策和评价问题 3 2 交通评价的指标体系 交通评价的指标体系包括社会效果 经济效果 和环境生态效果 其中社会效果包括国防效果 人民 福利效果 人口布局合理 物价合理 文化 教育 卫 生 就业增加 和社会环境效果 经济效果包括运输 用户效果 安全舒适 节奏性强 运输质量提高 时间 缩短 运费节约 运输企业财务效果和国民经济效 果 生产力布局合理 国民经济效益 外贸平衡 地区 经济发展情况 运输系统效益提高 环境生态效果 包括植物 动物 噪音 水质 空气和土壤 4 智能调度与智能匹配 a 1 匹配问题的进展 传统的匹配方法有著名的匈牙利法 但随着社 会的发展 一些问题呈现出复杂度大 不确定因素 多 甚至与经济利益密切相关的诸多特征 因此 有 张 旺等 I T S控制与决策的智能数学模型 6 0 7 们Jgl 41 6 人U000 内矛 性九n均矛 印1101101口汤 人提出了V a g u e 匹配算法V M和集对匹配算法 S p M 由于篇幅所限 故在此只 讨论S p M 4 2 S p M S p M是一种智能匹配方法 它是根据联系值的 大小进行匹配 联系值即为 a s 阳 Y c j 其中 a 夕和Y 为权重 S p M的 应用步 骤与合成详见文献 幻 4 3应用实例 随着人类社会的发展 交通运输的方式也己发 展到铁路 公路 水运等多种现代运输方式组成的综 合运输体系的阶段 交通运输应在充分发挥各种运 输方式比较优势的 前提下 为客货运输用户提供安 全 快捷 方便 经济的优质服务 下面举一实例具体说明S P M在智能交通调度 系统中的应用 从甲地运一批货物到乙地 完成时间比较宽松 的情况下 运输时可能遇到的天气状况有 4 种 可 供选择的运输方式有3 种 可供选择的运输线路有2 种 尸表示天气状况对运输方式的适合度 Q表示运 输方式对运输线路的适合度 表示如下 天气状况 X x 1 z x x x x 5 运输方式 Y Y 1 Y z Y o 运输线路 Z二 z 1 x x P二 P I P 1 x Q 9 x 其中 P M和4 N 均为匹配集对值二 合成关系如图2 所示 t 二 1 2 3 4 j 1 2 可得 R P Q 二 圈 2 按照 K a u f m a n n r 合成关系示众圈 最强路公 式 1 o 可得 V a 江Ab V a 1 A b 故最大路值为I 0 9 最佳匹 配结果为 z z Y l z t 即在第2 种夭气状况下采用第1 种运输方式沿第 1 条线路运输货物为最佳匹配 5 展望 智能交通在我国尚处于初步发展阶段 还有很 多问题有待开发和解决 智能数学的发展为其创造 了良 好的学术条件 相信在未来 智能数学将对智能 交通的发展作出巨大贡献 智能数学与智能交通系 统将有更广阔的发展空间 参考文献 R e f e r e n c e s 3 钱学森 于景元 戴汝为一 个科学的新领域 开放的 复杂巨系统及其方法论 I J 玲 A P g 1 9 9 0 1 3 1 3 1 0 Q ia n X S Y u J Y D a i R W A N e w R e a l m o f S c ie n c e 一 T h e O p e n C o m p l i c a t e d H u g e S y s t e m a n d I t s M e t h o d o l o g y 仁 J 3 N a 二 M a g a z i n e 1 9 9 0 1 3 1 3 1 0 2 周星宇 王思元 智能数学与经济系统控制 A 2 0 0 4 功 国左留与关声李才卒舜龙丈庚 C 黄山 2 0 0 4 5 2 5 5 2 8 Z h o u XY Wa n g S Y T h e I n t e l l ig e n c e M a t h e m a t i c s a n d E c o n o m ic S y s t e m C o n t r o l A T h e P ro c J 2 0 0 4 C h i n e s e C o n t r o l a n d D e c i s i o n C o n f C H u a n g s h a n 2 0 0 4 5 2 5 5 2 8 3 王宁 智能交通中的统一集论 A 沪 督 菇户动仑会雳 i E J t O C JF 2 0 0 3 1 2 1 8 1 2 2 2 Wa n g N A i l S e t in t h e I n t e l l ig e n c e T r a f f ic A T h e P r o c o f C h i n e s e I n t e l l i g e n c e A u t o m a t i o n C o n f C H o n g k o n g 2 0 0 3 1 2 1 8 1 2 2 2 4 贺仲 雄 i 9 d l r C M7 天津 天津科学技术出 版社 1 9 8 3 H e Z X F u z z y M a t h e m a t i c s a n d I t s A p p l i c a t io n M T ia n j i n T i a n j i n S c i e n c e T e c h n iq u e P u b lis h e r 1 9 8 3 S 王行愚 李健 论可拓控制 月 左畜窟居与 应乙屠 1 9 W a n g X Y L i J D is c u s s t h e E x t e n s io n C o n t r o l J C o n t r o l T h e o r y a n d A p p l i c a t i o n 1 9 9 9 下转第6 1 1页 张旺等 系统算法S p A B 十C 十D 十E 十 F 在1 丁 5中的应用 6 1 1 则执行框8 7 作集对控制S P C 8 判断各个区域的交通警察在指挥调度过程 中是否需要运用可拓力即 权力 如需则执行框9 如 不需执行框1 0 9 作集对可拓S P E 1 0 作集对决策S p D来协调管 理各个区 域的 交 通警察 1 1 作集对模糊S p F 1 2 实施 1 3 判断是否达到满意的 效果 如满意则执行 框1 5 如不满意则执行框1 4 1 4 作集对可拓S P E 1 5 结束 以上只是S P A B C D E F 流程框图 因篇幅所限未能展开 详细实例将另文讨论 参考文献 R e f e r e n c e s I 赵克勤 典x f 6 W R X勿多应月 M 杭州 浙江科技 出版社 2 0 0 0 Z h a o K Q S P A a n d I t s I n t r o d u c t i o n A P p l i c a t i o n M H a n g z h o u e Z h e j ia n g S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y P u b l is h e r 2 0 0 0 2 洪岳华 贺仲雄 荃于联系数的 协商 控制与 决策及其联 合应用S P A B C 十D A 价国人工奢脂进屠2 0 0 3 C 北京 北京邮电大学出版社 2 3 H o n g YH H e Z X T h e A r r a n g e C o n t r o l a n d De c i s i o n B a s e d o n C o n n e c t i o n C o u n t a n d I t s A s s o c i a t e d A p p l ic a t io n印 A B C D A T h e C h i n e s e A n 诱d a l I n t e l l i g e n c e D e u e l P e ra 2 0 0 3 C B e ij i n g T h e U n i v e r s i t y o f P o s t s a n d T e l e c o m m u n i c a t i o n s P u b l i s h e r 2 0 0 3 3 1 张狂 张朔 贺仲雄 集对分析S P A的新进展 S p E 与S p F A 9 A r J F 9 A2 0 0 5 C 北京 北京邮 电大学出 版社 2 0 0 5 Z h a n g J Z h a n g Y H e Z X T h e L a t e s t D e v e l o p m e n t s o f S p A S p E a n d S p F A C h i n a A r t ifi c i a l I n t e l l e c t u a l D e v e l o p m e n t 2 0 0 5 C B e ij i n g T h e U n i v e r s i t y o f P o s t s a n d T e l e c o m m u n i c a t i o n s P u b l i s h e r 2 0 0 5 4 张压 张胡 贺仲雄 系统算法S p A B 十 C D E F A 功 国夕 动常学淦0 5 卒君2 3 窟户 i 咨 JS 李 P 泞 动必布会论戈 建 C 2 0 0 5 Z h a n g J Z h a n g Y H e Z X T h e S y s t e m A r i t h m e t ic S p A B C D E F A T h e 2 3 r d S i P r o v i n c e s i n t h e Mi d d l e a n d S o u t h e rn D i s t r i c t C o l l e c t i o n o f T h e s i s o f A u t o m a t i c A n n ua l M e e t i n g o f A c a d e m y o f 2 0 0 5 o f C h i n a A s s o c i a t i o n o f A u t o m a t i o n C 2 0 0 5 上接第6 0 7页 洛东 金以葱 可拓控制的探索与研究 J I 夕澎理i 8 与 应用 1 9 9 9 P a n D J i n Y H T h e Q u e s t a n d R e s e a r c h f o r t h e E x t e n s io n C o n t r o l 1 C o n t r o l T h e o ry a n d A p p l ic a t i o n 1 9 9 9 7 李志辉 黄树林 朱家华 等 模糊可拓方法在经济预替 与控制中的 应用 A 第 届中 lw 衰拜笋李 术享会论丈 户 C 1 9 9 8 8 7 9 3 Z H H u a n g S L Z h u H