智能算法使隧道控制系統的設計更加高效

很難想象沒有隧道的現代交通網絡。它們幫助我們繞過河流和山脈，并確保交通不會過多干擾我們在城市地區的日常生活?，F代隧道是高度復雜的系統，需要持續監控以確保它們對司機來說是安全的。

博士研究員LarsMoormann開發了智能工具，可以更輕松地為這些系統設計出高效的控制器。他將于12月15日在機械工程系進行論文答辯。

公路隧道在世界各地的交通基礎設施中發揮著重要作用。它們被用來繞過河流和山脈，改善交通流量，提高城市地區的生活質量。在荷蘭這個歐洲人口密度最高、水路網絡最密集的國家，隧道是交通基礎設施的共同特征。

最近在荷蘭建造的隧道的一個例子是KoningWillem-Alexander隧道(見上文)。這條隧道穿過馬斯特里赫特市地下，以增加穿過城市的交通流量，并改善居民的生活質量。魯爾蒙德也有類似的隧道。

安全第一

為了確保司機能夠安全地使用這些地下通道，現代隧道通常包含無數的技術裝置。想想智能照明、通風、疏散系統、滅火工具和防洪系統。這些技術裝置共同構成了一個復雜的網絡，該網絡由所謂的監督控制器進行協調。這些控制器的任何故障都可能導致危險情況或交通流中斷，這種情況可能持續數小時甚至數天。

“這些控制器使用數字系統來監視和控制隧道中的裝置，然后使用計算機算法通過反饋回路進行報告，”控制系統技術組的研究員LarsMoormann解釋說。“當然，也有人工交通操作員，他們可以在必要時進行人工干預，例如在發生事故時關閉隧道或改變特定的交通信號燈。”

讓數字控制器在隧道等復雜環境中正常工作并非易事。“幸運的是，我們有辦法使用一種稱為監督控制理論的方法使設計過程自動化，”Moormann說。

從模型到合成

使用監督控制理論的第一步是提出合適的隧道模型及其要求。為此，Moormann創建了一種工具，可以在幾分鐘內為一條完整的公路隧道建模。通過指定隧道的參數，例如交通管道的數量、車道和逃生門，該工具會自動確定該隧道需要哪些模型。

“然后我們使用計算機算法從創建的模型中自動派生出特定的監督控制器，”Moormann說。“這是一個隨著系統組件和參數的數量呈指數增長的復雜問題。但是，由于公路隧道往往是對稱的，因此我們能夠顯著降低綜合問題的復雜性。畢竟，如果一個系統包含對稱的子系統,supervisorsynthesis的計算只需要執行一次。”

使用新的綜合工具，研究人員將控制器綜合過程的性能提高了80%。

測試控制器

下一步是在現實生活中的隧道系統中對控制器進行測試。在他能夠做到這一點之前，Moormann必須想出一種方法讓他的控制器與可編程邏輯控制器(PLC)一起工作，可編程邏輯控制器是工業中經常用于實現控制器的硬件平臺。

典型的公路隧道由十多個PLC控制，這些PLC都需要相互通信，這一過程可能導致通信延遲。研究人員開發了算法來減少這些延遲對控制器的負面影響。

Moormann隨后在幾個公路隧道上測試了他的項目的結果，包括KoningWillem-Alexander隧道、EersteHeinenoord隧道和Roermond附近的Swalmen隧道。

“我們對結果非常滿意。我們的研究表明，監督控制理論不僅快速且正確，而且適用于這些類型的系統。這意味著這些方法已經準備好投入實踐，并且可以幫助確保我們隧道中的交通流量保持安全和高效。”

與Rijkswaterstaat的合作

Moormann的研究是MultiWaterWerk(MWW)項目的一部分，該項目是TU/e與Rijkswaterstaat之間的合作項目，Rijkswaterstaat擁有荷蘭27條隧道中的20條。該項目旨在標準化新船閘、隧道和其他基礎設施的設計，以節省成本和時間。

其中一部分包括Moormann在他的項目中用于生成自動控制系統的基于綜合的方法。這些方法正變得越來越流行，因為它們不僅可以減少生產時間，而且可以立即保證正確性。