Lysregulering av trafikk

Transkript

1 Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen RAPPORT FRA KYBERNETIKKPROSJEKT HØSTEN 2009 Lysregulering av trafikk Avdeling for teknologiske fag Adresse: Pb 203, 3901 Porsgrunn, telefon , Bachelorutdanning - Masterutdanning Ph.D. utdanning

2 Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen RAPPORT KYBERNETKKPROSJEKT HØSTEN 2009 Emne: Kybernetikk prosjekt Tittel: Lysregulering av trafikk Prosjektgruppe: H09 Gruppedeltakere: Musaab A Al-Kayssi Thor Haakon Dale Azad Hamam Terje Helgen Erik-Håkon Strand Tilgjengelighet: Åpen Hovedveileder: Dietmar Winkler Godkjent for arkivering: Sammendrag: Høgskolen tar ikke ansvar for denne studentrapportens resultater og konklusjoner Avdeling for teknologiske fag

3 Innledning INNLEDNING Dette prosjektet er en kybernetikkoppgave laget av studenter ved elkraftstudie på Høgskolen i Telemark. Oppgaven var å lage et styresystem til lysregulering av et veikryss. Vi har sett for oss et kryss der to veier møtes, regulert det med trafikklys og implementert fotgjengeroverganger for begge veier. Rapporten gir et innblikk i hvordan Dymola fungerer, fremgangsmåten vi valgte for å løse oppgaven, og hvordan et enkelt trafikkryss kan reguleres. Hjelpverktøy til dette prosjekt: Dymola Microsoft Office Word 2007 Porsgrunn, Musaab A Al-Kayssi Thor Haakon Dale Azad Hamam Terje Helgen Erik-Håkon Strand Lysregulering av trafikk 2

4 Innholdsfortegnelse INNHOLDSFORTEGNELSE Innledning... 2 Innholdsfortegnelse Tilstandsdiagram Modelica Dymola Modelica Language Modelica_StateGraph Fremgangsmetode Dokumentasjon Sikkerhet Bilister Fotgjengere Konklusjon Lysregulering av trafikk 3

5 Tilstandsdiagram 1 TILSTANDSDIAGRAM Diagrammet (Figur 1) består av tilstander. Tilstandene angir og deler opp hva og hvilken rekkefølge prosessen skal følge. Tilstandsdiagrammene har også en valgt start tilstand og slutt tilstand. Vi har også muligheten til å gå ut av en tilstand for å kjøre et mindre tilstandsdiagram for så å gå inn i den tilstanden som vi gikk ut av. Figur 1 viser vårt tilstandsdiagram for lyskryssets funksjon. Figur 1 Lysregulering av trafikk 4

6 Modelica 2 MODELICA 2.1 Dymola Dymola ble designet av Hilding Elmkvist ved det tekniske universitetet i Lund (LTH) i Sverige som en del av sin PhD avhandling i Dymola er et modelleringsverktøy som gjør det mulig å implementere maskinvarekomponenter for å simulere fysiske systemer. 2.2 Modelica Language Modelica er et fritt tilgjengelig objektorientert språk for modellering av store, komplekse og heterogene fysiske systemer. Det er egnet for multi-domene-modellering, for eksempel mekatroniske modeller i robotikk, bil og flyindustri programmer som involverer mekanisk, elektrisk, hydraulisk og kontroll subsystemer, prosessorientert programmer og generering og distribusjon av elektrisk kraft. Siden Modelica er nyttig for modell utveksling, er det viktig at bibliotekene til de mest brukte komponenter er tilgjengelige. Modelica Association utvikler og vedlikeholder en voksende Modelica Standard Library. Videre kan andre mennesker og organisasjoner utvikle frie og kommersielle Modelica biblioteker. Lysregulering av trafikk 5

7 Modelica 2.3 Modelica_StateGraph2 Å modellere med dette verktøyet starter med å definere sammenhengen vi skal simulere. Når tilstandene er definert bruker vi tilstands ikoner for å bygge handling ut fra dem. Handlingene kan være hva som helst. Tilstandene linkes sammen med transaksjons ikonene ved å markere enden på ikonet og lage en forbindelse mellom de ikoner som man ønsker skal henge sammen. En tilstands rekkefølge kan se slik ut, se Figur 2 Denne er satt sammen av tre tilstandsikoner (step1, step2, step3) og to transaksjonsikoner(t1, T2) men kan bygges opp og tilpasses så mange tilstander man vil. Pil markeringen på den øverste tilstanden, markerer at dette er start tilstanden (initial step). Transaksjons ikonene kan stilles inn med forskjellig tidsforsinkelse uavhengig av hverandre, og avhengig av hvor lenge en tilstand skal vare. Stilles tidsforsinkelsen inn med for eksempel 2sek. vil det gå 2sek mellom hver tilstand. Figur 2 Man kan lage en loop for å få tilstanden til å gjenta seg se Figur 3. Her er det også lagt inn tidsforsinkelse som er markert med rødt tall. Tidsforsinkelsen er her 1sek i transaksjon T2 og T3, men T1 ikke har noen forsinkelse. Start tilstanden er her også merket med initialstep i tillegg til pilen. Figur 3 Lysregulering av trafikk 6

8 Modelica For å få en verdi fra tilstandene må vi aktivere use active port, Figur 4. Dette er en boolsk tilgang, som gir enten 1 eller 0 som utgangssignal. Når use active port er gjort gjeldene ser man en rosa pil ut av ikonet, rosa markerer boolsk og pil ut betyr utgang. Denne utgangen brukes for å iverksette Figur 4 handling og kan kun benyttes sammen med boolske funksjoner. Figur 5 viser en loop som er tilknyttet de boolske funksjonene or og show value. Som vi ser av pilen starter loopen på toppen. Denne tilstanden gir signal til or porten og videre derifra til show value. Den første tilstanden i denne figuren holdes i 1sek. før neste tilstand iverksettes som holdes i 15sek. før neste, osv. Når alle tilstandene har blitt effektuert starter vi på toppen igjen og dette repeteres så lenge man ønsker det. Denne figuren kan være et utgangspunkt for å regulere et lyskryss. Vi kaller denne figuren basic model. Figur 5 Disse funksjonene kan lett settes sammen for å lage forskjellige mønster, de kan settes etter hverandre i serie og eller i parallell med hverandre. Det er også mulig å sette funksjonene sammen i en ramme kalt parallel, som gir nye muligheter. Det er enkle funksjoner som dette vi bruker for å løse oppgaven med å regulere et trafikkryss. Lysregulering av trafikk 7

9 Fremgangsmetode 3 FREMGANGSMETODE Vår fremgangsmetode var først og fremst skissering av selve prosjektet, altså trafikklyskrysset. Vi tegnet dette krysset med penn og papir slik at vi kunne se hvor mange hovedveier, sideveier og gangfelter vi ville ha. Etter skissering av lyskrysset satt vi opp alle tilstandene krysset måtte inneholde og hvor komplisert dette krysse skulle være. Vi bestemte oss for å lage systemet tidsstyrt fremfor sensorstyrt. Ved å ta utgangspunkt i et offentlig lyskryss bestemte vi hvor lenge hver tilstand skal vare. Hvilken vei skal ha grønt lys og hvilken vei skal ha rødt lys, hvor lang tid skal trinnene vare osv. Vi så også på hvordan fotgjenger overganger fungerte sammen med de forskjellige tilstandene for lyskrysset. Slik dannet vi et bilde av hvordan dette lyskrysset skulle bli. Vi brukte Dymola for å bringe dette prosjektet til realitet. Nå benyttet vi biblioteket Modelica_StateGraph2 som innholder alt vi trengte for å bygge lyskrysset. Vi lagde en modell kalt basic model (Figur 5) og brukte den til å bygge lyskrysset. Vi bestemte oss for å lage to parallelle looper og koble disse i serie. Den første loopen benyttet vi til å styre veiene vi har kalt A, B og C, D og den andre loopen benyttet vi til å styre veiene A->, B-> se Figur 6. Figur 6 For å oppnå serie virkning klipte vi loopen basic modell (Figur 5) og lot den gå ut av parallellen, for så å gå inn i neste parallell og loop. Figur 7 viser hvordan vi satte sammen looper og paralleller. Parallellen loop 1 har nå to parallelle serier mens parallellen loop 2 har en serie. Disse er koblet sammen og Loop 1 er merket initialstep, altså start loop. Neste skritt var å koble trafikklys inn i systemet sammen med trafikklys til fotgjengere. Vi sørget for at alle step hadde Figur 7 aktivert use active port slik at vi kunne koble Lysregulering av trafikk 8

10 Fremgangsmetode boolske funksjoner til systemet. Av Figur 8: CD og CDP grønt. Ser vi hvordan vi koblet lysene til systemet vårt. Vi har også gitt tidsforsinkelsene mellom hver tilstand forskjellige navn, slik at vi kan justere forsinkelsen på alle tilstander på en enklere måte. Det sikrer også at alle tilstander med likt navn får den samme forsinkelsen. De boolske funksjonene vi har brukt er nor port til styring av fotgjengerne, og show value for å vise lyset. Alle trafikklys er rammet inn og navnsatt i forhold til den veien de representerer. Fotgjengerlysa er merket P(pedestrian) og AB-> er pilregulert vei. Til slutt kontrollerte vi at alle lys fungerte sammen slik vi hadde planlagt og testet krysset med forskjellig Figur 8: CD og CDP grønt tidsforsinkelse. Figur 8 og 9 viser oss hvordan de forskjellige tilstandene blir aktivert og dermed gir signal til lysene. Vi ser at kryssende veier ikke har grønt samtidig. Figur 10 viser at AB-> er aktiv og dermed lyser de andre rødt. Figur 9: AB og ABP grønt Lysregulering av trafikk 9

11 Fremgangsmetode Figur 10: AB-> grønt 3.1 Dokumentasjon Modellen er beskrevet under info på CyberneticProject pakken. Der har vi beskrevet hvordan modellen vår fungerer og er sammensatt. Hver mappe i pakken har egen dokumentasjon. Lysregulering av trafikk 10

12 Sikkerhet 4 SIKKERHET Bruken av trafikklys er viktig for å opprettholde sikkerheten i trafikken, rundkjøringer har tatt over mye av jobben til trafikk lysene nå, men fortsatt kreves det trafikk lys. Det er veldig viktig med tanke på sikkerheten i vanskelige kryss og på trafikkerte steder. Under rush trafikken i større byer blir det mye sniking og farlig kjøring, i disse situasjonene har lys kryss en stor fordel fra rundkjøring og vanlige stikkveier med vikeplikt fra høye, siden det er elektronikken som tenker unngår vi feilvurderinger. 4.1 Bilister Trafikklys kan tjene til å optimalisere trafikkflyten. Ved høy trafikk tetthet, for eksempel ved flere kjørefelt i hver retning, tillater lyskrysset god kontroll over trafikkflyten og minsker ulykker betraktelig. Trafikklys kan bidra til å avverge trusler i kompliserte og uklare trafikk situasjoner. I kryss med mer enn fire retninger er muligheten for at sjåførene gjør feilvurderinger stor hvis det ikke er lysregulert, derfor vil lysregulering være fordelaktig. 4.2 Fotgjengere Trafikklys hjelper fotgjengere å krysse trafikkerte veier på en trygg måte. Mange fotgjengeroverganger er utstyrt med akustisk signal som gjør det enklere for synshemmede å fungere i trafikken. Hensyn som må tas er at fotgjengere og bilister som krysser hverandre ikke har grønt lys samtidig Lysregulering av trafikk 11

13 Konklusjon 5 KONKLUSJON Ut i fra kunnskapsforlaget fremmedordbok kan vi lese at kybernetikk bl.a. er vitenskapen om fysiske systemer med indre reguleringsmekanismer. Dette kan vi si at vi har praktisert når vi har virkeliggjort lyskryssmodellen vår i Dymola. Problemstillingen vår var å lage en modell for et lyskryss. Vi samarbeidet hele veien og fikk nyttig veiledning underveis noe som har gjort at vi har kommet fram til en enkel og funksjonell modell. Dymola med Modelica State Graph 2 viste seg samlet sett å være godt arbeidsverktøy til oppgaven. Den tidsstyrte varianten som vi ente opp med er en enkel modell av et lyskryss. Det er først og fremst de sensorstyrte systemene som dominerer, da tenker vi bl.a. på metallsensorer som sitter i bakken og registrer mengden metall i bilene. Disse vil sørge for bedre flyt i trafikken og kortere vente tid når det er lite trafikk. Videre har vi ikke inkludert trykknapper for aktivering av fotgjengerlysene eller akustisk signal for blinde, dette kan vi lett tilføre seinere om det er ønskelig. Denne modellen kunne ha blitt konstruert på flere måter og den har utviklings muligheter i forhold til det vi har nevnt over. Gjennom dette prosjektet har vi blitt kjent med Dymola, lært oss prosessen fra skisse til en ferdig modell og bygd vår modell i Dymola. Lysregulering av trafikk 12