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https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/10755
Document Type: | Dissertação |
Title: | Sincronização de semáforos como um problema de otimização com muitos objetivos |
Authors: | Matos, Saulo Antonio de Lima |
Issue Date: | 28-Aug-2017 |
Advisor: | Carvalho, André Britto de |
Resumo : | Os Sistemas de Transporte Inteligente (ITS) têm como objetivo otimizar a eficiência do transporte e melhorar a sua segurança através do uso de tecnologia avançada. Nesse contexto de ITS uma das áreas importantes é a gestão de tráfego, que utiliza novos conceitos de organização e manutenção do tráfego, buscando, entre outros aspectos, manter um fluxo de tráfego de qualidade. Na gestão de tráfego está inserida a sincronização de semáforos, que é uma das abordagens que lida com a redução de congestionamento do tráfego. Uma sincronização é atingida quando mais de um semáforo está executando o mesmo tipo de plano semafórico de modo que permita um veículo passar pelos semáforos sem paradas. Como consequência da sincronização, é possível otimizar alguma qualidade relacionada ao tráfego, normalmente o fluxo de veículos. Porém, obter a sincronização de semáforos é um problema complexo e é necessária a busca automática por soluções. Com um simulador de tráfego, é possível construir uma representação computacional de uma combinação de semáforos e obter medidas (tempo de atraso, tempo de viagem, tempo parado, velocidade média global, entre outras) de qualidades do tráfego calculadas pelo próprio simulador. Assim, através da representação computacional e de um conjunto de medidas, podemos modelar o problema da sincronização de semáforos como um Problema de Otimização Multiobjetivo (MOP), que é a classe de problemas que possuem mais de uma função objetivo a ser otimizada. Dentro dessa classe de problemas, recentemente foi definida a Otimização com Muitos Objetivos, que busca resolver um MOP que possui um grande número de funções objetivo, geralmente com mais de três funções. No contexto da sincronização de semáforos, apesar de o problema ser modelado com um grande número de funções objetivo, trabalhos da literatura buscam otimizar apenas um pequeno subconjunto envolvendo no máximo duas funções. Assim, este trabalho propõe modelar e resolver o problema da sincronização de semáforos como um Problema de Otimização com Muitos Objetivos (MaOP). Na modelagem, o problema foi representado computacionalmente e foram escolhidas seis funções objetivo; para resolução do problema, foram aplicadas técnicas de otimização com muitos objetivos. Para modelar o MaOP, foi desenvolvido um sistema e utilizado o simulador Simulation of Urban Mobility (SUMO). A finalidade do sistema é realizar a comunicação entre diversas tarefas que estão incorporadas em módulos, sendo assim possível efetuar a comunicação entre um algoritmo de busca e o SUMO. Para resolver o MaOP, foi aplicado o algoritmo Nondominated Sorting Genetic Algorithm III (NSGA-III) e técnicas de redução de dimensionalidade, tornando possível modelar o problema com um número de objetivos reduzido. Neste trabalho, foi realizado um conjunto de experimentos, buscando analisar a performance dos algoritmos NSGA-II e NSGA-III em diferentes cenários com muitos objetivos. Os resultados mostraram que NSGA-II superou NSGA-III para o problema na maioria dos cenários e que as técnicas de redução de dimensionalidade foram eficazes. |
Abstract: | Intelligent Transportation Systems (ITS) aim to optimize transportation efficiency and improve safety through the use of advanced technology, encompassing different spaces of application. One of the primary ITS-related areas is traffic management, which uses new concepts in the organization and maintenance of traffic, while seeking to keep good-quality traffic flow, among other aspects. Included in traffic management is traffic light synchronization, which is one of the approaches dealing with the reduction of traffic congestion. Synchronization is achieved when two or more traffic lights are running the same types of traffic patterns so that a vehicle can pass through the synchronized lights without stopping. As a consequence of synchronization, it is possible to optimize a given traffic-related quality, usually the flow of vehicles. However, synchronizing a set of traffic lights across the road networks of a city is a complex problem that requires solutions in an automatic way. With the aid of a traffic simulator, it is possible to build a computational representation of a set of lights and obtain measures (delay time, travel time, stopped time, average global speed, among others) of traffic-related qualities calculated by the simulator itself. Thus, through the computational representation and a set of quality measures, the problem of traffic light synchronization can be modeled as a Multi-objective Optimization Problem (MOP). Optimization problems that have more than one objective function that must be optimized are called MOPs. Within this class of problems, there has recently been established the Many-Objective Optimization. This area seeks to solve an MOP that has a large number of objective functions, usually problems with more than three functions. In the context of traffic light synchronization, even though the problem is modeled with a large number of objective functions, other studies in the literature seek to optimize only a small subset involving a maximum of two functions. Thus, this study proposes to model and solve the problem of traffic light synchronization as a Many-Objective Optimization Problem (MaOP). In the modeling, the problem was computationally represented and six objective functions were chosen; to solve the problem, many-objective optimization techniques were applied. To model the MaOP, a system was developed and the simulator Simulation of Urban Mobility (SUMO) was used. The purpose of the system is to establish communication between several tasks that are incorporated in modules, so it is possible to communicate between the search algorithm and SUMO. To solve the MaOP, the Nondominated Sorting Genetic Algorithm III (NSGA-III) algorithm and dimensionality reduction techniques were applied, making it possible to model the problem with a reduced number of objectives. In this study, a set of experiments was carried out, aiming to analyze the performance of the NSGA-II and NSGA-III algorithms in different scenarios with many objectives. The results showed that NSGA-II surpassed NSGA-III for the problem in most scenarios, and that dimensionality reduction techniques were effective. |
Keywords: | Otimização com muitos objetivos Sistemas de transporte inteligente Otimização multiobjetivo Sincronização de semáforos Redução de Dimensionalidade Many-objective optimization Intelligent transportation systems Multi-objective optimization Traffic light synchronization Dimensionality reduction |
Subject CNPQ: | CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO |
Sponsorship: | Fundação de Apoio a Pesquisa e à Inovação Tecnológica do Estado de Sergipe - FAPITEC/SE |
Language: | por |
Institution: | UFS |
Program Affiliation: | Pós-Graduação em Ciência da Computação |
Citation: | MATOS, Saulo Antonio de Lima. Sincronização de semáforos como um problema de otimização com muitos objetivos. 2017. 95 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, SE, 2017. |
URI: | http://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/10755 |
Appears in Collections: | Mestrado em Ciência da Computação |
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