2-2 پیشینه تحقیقاتی سیستمهای آشکارسازی علایم ترافیکی…………………. 17

2-2-1 آشکارسازی بر اساس رنگ………………….. 18

2-2-2 آشکارسازی بر اساس شکل…………………. 19

2-2-3آشکارسازی بر اساس شکل ورنگ………………….. 22

2-2-4 آشکارسازی بر اساس یادگیری ماشین…………………. 24

2-2 پیشینه تحقیقاتی سیستمهای شناخت علایم ترافیکی…………………. 24

2-3-1شناخت علایم ترافیکی بوسیله شبکه های عصبی…………………. 25

2-3-2 شناخت علایم ترافیکی بوسیله تطبیق الگو………………… 26

2-3-3 شناخت علامت توسط دیگر طبقه بندی کننده ها……………….. 27

2-3-4 OCR and Pictograms Recognition…………………

3-آشکارسازی علایم ترافیکی…………………. 30

3-1 مقدمه………………… 30

3-2 دلایل دشواری مقایسه بین تکنیکهای آشکارسازی علایم………………… 30

3-3 مشکلاتی که سر راه آشکارسازی و شناسایی علایم ترافیکی قرار دارد….. 31

3-3-1میزان نور متغیر است و قابل کنترل نیست…………………. 31

3-3-2حضور اشیا دیگر………………… 32

3-3-3تفاوت ظاهری علایم………………… 33

3-3-4تغییر فیزیکی علامت………………….34

3-3-5 تغییر رنگ علامت…………………. 35

3-3-6 حرکت بلوری…………………. 35

3-4 رویکردهای آشکارسازی علایم ترافیکی…………………. 36

3-4-1 آشکارسازی علایم ترافیکی بر اساس رنگ………………….. 36

3-4-1-1 بررسی اجمالی فضاهای رنگی…………………. 37

3-4-1-2-1 قطعه بندی آستانه رنگی…………………. 41

3-4-1-2-2 پیوستن پویای پیکسل…………………. 42

3-4-1-2-3 تبدیل به HSI/HSV………………….

3-4-1-2-4 رشد دادن منطقه………………… 42

3-4-1-2-5 شاخص گذاری رنگ………………….. 43

3-4-2 آشکارسازی بر اساس شکل…………………. 43

3-4-2-1 Hierarchal Spatial Feature Matching…………………

3-4-2-2 Hough Transform………………….

3-4-2-3 Similarity Detection…………………

3-4-2-4 Distance Transform Matching…………………

3-4-3 آشکارسازی علامت با استفاده از شکل ورنگ………………….. 46

3-4-4 آشکارسازی بر اساس یادگیری ماشین…………………. 47

4-شناسایی علایم ترافیکی…………………. 49

4-1 مقدمه………………… 49

4-2 شناسایی اشکال توسط ماشین…………………. 49

4-2-1 مشکلاتی که در این راه وجود دارند………………… 50

4-2-1-1 چرخش،بازتاب(آینه)،ترجمه،تغییر مقیاس………………….. 51

4-3 الگوریتمهای شناخت علایم ترافیکی………………… 52

4-3-1شبکه های عصبی…………………. 53

4-3-1-1 شبکه های پس انتشار………………… 54

4-3-1-2 پرسپترون چند لایه………………… 54

4-3-2 تطبیق الگو………………… 55

4-3-3 کلاس بندی با PSO………………….

4-3-4 کلاس بندی با SVM…………………..

4-3-5 شناخت علایم ترافیکی توسط OCR and pictogram………………….

5-طراحی و پیاده سازی سیستم وارزیابی آن………………… 62

5-1 مقدمه………………… 62

5-2آشکارسازی علامت بوسیله ،تجزیه وتحلیل لکه………………… 62

5-2-1 تعریف لکه………………… 62

5-2-2شناسایی مناطق مورد علاقه:……………….. 65

5-2-3فیلترهای میانه دوبعدی…………………. 66

5-2-4 استخراج لبه های اشیا………………..68

5-2-5 حذف لکه های زاید………………… 70

5-2-5-1تجزیه وتحلیل هیستوگرام رنگها ………………..72

5-2-5-2 تجزیه وتحلیل ابعاد علامت:………………..74

5-2-6بلوک دیاگرام آشکارسازی علایم ترافیکی……………….. 77

5-2-7 نتایج بدست آمده برای بخش آشکارسازی علایم ترافیکی…….. 77

5-3 شناسایی علایم ترافیکی……………….. 79

5-3-1شیوه ای بازگشتی برای تقسیم بندی شکل براساس بردار ویژه…… 79

5-3-1-1 محاسبه ماتریس کواریانس……………….. 79

5-3-1-2 استخراج دو مقدار ویژه………………… 80

5-3-1-3 ناحیه بندی شکل بر اساس بردارهای ویژه………………… 81

5-3-1-4 محاسبه مقادیر ویژه وبردارهای ویژه؛ زیر ناحیه ها……. 82

5-3-1-5 محاسبهbounding-box………………..

5-3-2 استخراج پارامترهای مستقل از مقیاس،انحراف،دوران……….. 83

5-3-2-1پارامتر (eigen-ratio)………………..

5-3-2-2 پارامتر (compactness)………………..

5-3-2-3 پارامتر (normal-angle)………………..

5-3-2-4 پارامتر(center)………………..

5-3-3 آزمایش مستقل بودن پارامترها(دوران،انتقال،مقیاس)…. 87

5-3-4 تقسیم بندی علایم ترافیکی بر اساس شکل ظاهری ورنگ آنها …….91

5-3-5 شناسایی شکل کلی علایم ترافیکی،توسط شبکه های عصبی…….. 96

5-3-6 آموزش شبکه های عصبی…………………. 97

5-3-6-1 آموزش شبکه عصبی برای شناسایی شکل کلی علامت……. 98

5-3-6-2 آزمایش صحت کلاس بندی در شبکه عصبی…………………. 99

5-3-7 شناسایی پیام علامت…………………. 102

5-3-8 بلوک دیاگرام سیستم شناسایی علایم ترافیکی بوسیله شبکه عصبی…….. 104

5-3-9 نتایج شناسایی علایم ترافیکی…………………. 105

5-4 تعیین محل نصب علامت و ارزیابی آن………………… 106

5-4-1 سیستم موقعیت یاب جهانی چگونه کار میکند………………… 107

5-4-2 محاسبه محل نصب علامت…………………. 109

5-4-3 ارزیابی علامت ترافیکی…………………. 111

5-4-4 رسم نقاط بر روی نقشه………………… 112

5-4-4-1 سیستم اطلاعات جغرافیای(GIS)………………..

5-4-4-2 تجزیه وتحلیل World file…………………

5-4-5-2 رسم یک نقطه جغرافیایی…………………. 120

5-4-5 نتیجه اجرای کلی الگوریتم وارزیابی نقاط بدست آمده…… 123

6-نتایج وپیشنهادات…………………. 128

7-منابع………………… 129

8-چکیده انگلیسی…………………. 137

چکیده:

در این پایان نامه، قصد داریم روش های آشکار نمودن علایم ترافیکی در تصاویر گرفته شده از آنها و شناسایی این علایم را مورد بررسی قرار دهیم. سپس با استفاده از بهبود روشهای موجود سیستمی را ارایه دهیم که با استفاده از یک دوربین فیلمبرداری سوار شده روی یک وسیله متحرک و یک دستگاه گیرنده GPS Data Logger محل نصب علایم ترافیکی استاندارد را شناسایی و با توجه به آن، ارزیابی کند که آیا علامت در جای مناسبی نصب شده است یا خیر؟ این سیستم می تواند کمک شایانی به مهندسین بزرگراه، برای حفظ ونگهداری از جاده ها نماید. برای اینکار، بایستی که سیستم پیشنهادی ابتدا علایم ترافیکی را تشخیص دهد. در این پروژه، با استفاده از تجزیه وتحلیل لکه واعمال آستانه مناسب، اشیا را در تصویر شناسایی نموده؛ سپس با استفاده از تجزیه وتحلیل هیستوگرام رنگ وتجزیه وتحلیل ابعاد، لکه های اضافه حذف می شوند و با دقت 83.71% علایم ترافیکی بدرستی آشکار شدند. در مرحله بعد باید علایم شناسایی شوند، برای اینکار، علایم ترافیکی را با توجه به رنگ وشکل آنها گروه بندی کرده وبا استفاده از MLEV، بردارهای ویژگی هر علامت را استخراج کرده و با استفاده از بردارهای استخراج شده،یک شبکه عصبی، آموزش می بیند. ابتدا شکل کلی علامت و سپس پیام علامت با استفاده از شبکه عصبی طبقه بندی می شود؛در این مرحله، علایم با دقت 84.74% شناسایی شدند. در مرحله بعد با استفاده از تطابق زمانی، محل نصب هر علامت ترافیکی بدست می آید، وفاصله آن با محل وقوع عارضه(مثل پیچ بعدی) محاسبه می گردد و با توجه به نوع علامت شناسایی شده، ارزیابی می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهد که سیستم پیشنهادی می تواند در بهبود وضعیت علایم جاده ای بسیار موثر باشد.

1- مقدمه

ابتدا در این فصل به معرفی علایم ترافیکی وسیستمی که علایم ترافیکی را شناسایی کند، می پردازیم وسپس کارهایی که برای شناسایی صحیح علامت لازم است ،مورد بررسی قرار خواهد گرفت؛ درنهایت هم ساختار این پایان نامه را توضیح می­دهیم.

3-7 روش سرگردانی…………………………………………………………. 45

3-8 روش جمعیت نخبگان تطبیقی مبتنی بر الگوریتم ژنتیک……………….. 47

3-9 بهینه سازی گروه ذرات…………………………………………………. 50

3-9-1 روش اتوماتیک نیچینگ بهینه سازی گروه ذرات…………………. 53

3-9-2 روش بهینه سازی گروه ذرات با نسبت فاصله اقلیدسی تابع برازندگی 55

3-9-3 روش بهینه سازی گروه ذرات مبتنی بر گونه…………………….. 57

3-9-4 روش بهینه سازی گروه ذرات نیچینگ با جستجوی محلی……….. 57

3-9-5 روش بهینه سازی گروه ذرات نیچینگ ترتیبی تطبیقی…………… 59

3-9-6 روش بهینه سازی گروه ذرات نیچینگ بر پایه همسایگی محلی اصلاح شده…..61

3-10 الگوریتم رقابت استعماری ابزاری برای به دست آوردن نقطه تعادل نش…….. 63

3-11 CMS…………………………………………………………………..

3-12 معماری رویداد محور برای مدیریت مدیریت بحران توزیع شده………………….. 64

3-13 راه حل بازی تک نفره رویداد محور برای تخصیص منابع در محیط چندبحرانه… 65

3-14 مدیریت بحران چند رویدادی با استفاده از بازی های غیر همکارانه چند مرحله ای…. 67

فصل 4 الگوریتم پیشنهادی……………………………………………………………. 68

4-1 مقدمه…………………………………………………………………… 68

4-2 نگاهی خلاصه به کارهای انجام شده…………………………………….. 68

4-3 الگوریتم پیشنهادی……………………………………………………… 77

4-3-1 تعاریف ………………………………………………………….. 79

4-3-2 مراحل الگوریتم پیشنهادی……………………………………….. 81

فصل 5 نتایج شبیه سازی………………………………………………………… 91

5-1 مقدمه………………………………………………………………….. 91

5-2 تعاریف…………………………………………………………………. 92

5-2-1 نظریه بازی ها…………………………………………………… 92

5-2-2 نقطه تعادل نش………………………………………………….. 94

5-3 مثالی از تابع لیاپانوف……………………………………………………. 95

5-4 نتایج الگوریتم پیشنهادی در پیدا کردن نقاط تعادل نش………………… 99

5-5 نتایج الگوریتم پیشنهادی در حل مسئله مدیریت بحران………………. 103

فصل 6 نتیجه گیری و پیشنهادات……………………………………………………. 136

6-1 نتیجه گیری…………………………………………………………… 136

6-2 پیشنهادات…………………………………………………………….. 136

پیوست 1 کدهای شبیه سازی…………………………………………………… 145

چکیده:

مسائلی که در آنها چند نقطه بهینه وجود دارد و همه این نقاط به راه حل مسئله کمک کند، یک مسئله بهینه سازی چندگانه است. در بهینه سازی چندگانه کاربر دانش بیشتری درباره راه حل های مختلف در فضای جستجو بدست می آورد و این کمک می کند تا در مواقعی که راه حل فعلی مقدور نباشد از راه حل دیگری استفاده نماید.هدف روشهای بهینه سازی حفظ تنوع در جمعیت و تمایز بین گروه جواب ها می باشد. همچنین محاسبه نقاط تعادل نش در بازی های چند نفره غیر همکارانه از جمله محاسبات دشوار می باشد. در بازی ها با بیشتر شدن تعداد بازیکنان و استراتژی آنها و همچنین افزایش نقاط تعادل بازی ، الگوریتم های ریاضی با توجه به مشکل شدن محاسبات ، قادر به شناسایی تمام نقاط تعادل در یک زمان نیستند . الگوریتم های تکاملی ابزار جستجوی قدرتمندی برای حل اینگونه مسائل بهینه سازی هستند .

یکی از مسائل مهم و پیچیده که جامعه شهروندی با آن رو به روست، تخصیص بهینه منابع برای موارد اورژانسی در صورت وقوع بحران های متعدد در محیط شهری است ، خصوصا هنگامیکه این منابع محدودیت هایی نیز داشته باشد. بنابراین تخصیص واحد های پاسخگویی به روشی مناسب بر اساس اتفاقات و نیاز های دوره بحران بسیار مهم می باشد.

الگوریتم پیشنهادی، بهبود الگوریتم رقابت استعماری در پیدا کردن نقاط تعادل نش مسئله مدیریت بحران است. در این الگوریتم، بهینه ها در غالب امپراطوری های جداگانه ای که در حال تکامل هستند جستجو میشوند. برای این کار از یک معیار رشد امپراطوری برای مشخص کردن رشد امپراطوری ها در دهه های تکامل استفاده میشود و بدین شکل امپراطوری متزلزل و در حال رشد مشخص میشود و به این ترتیب امپراطوری که تکامل خود را تا یک آستانه ای انجام دهد به این معنی است که دارای بهینه ای است و باید این بهینه در حافظه خارجی ذخیره گردد و امپراطوری که رشد نکند، متزلزل است و در آن انقلاب رخ میدهد و ازهم پاشیده میشود، بعد از چندین تکرار الگوریتم ، جوابهای ذخیره شده در حافظه تمام بهینه های مسئله را شامل میشوند.

در این پایان نامه مسئله مدیریت بحران به عنوان یک چارچوب نظریه بازی ها فرموله می شود به طوریکه حوادث به عنوان بازیکنان مدل شده و مرکز پاسخگویی های فوری و اورژانسی به عنوان موقعیت و مکان منابع که با برنامه ریزی، و تخصیص های محتمل به عنوان استراتژی بازی در نظر گرفته می شود. در این مسئله به هر بحران منابعی را اختصاص میدهیم به صورتی که استراتژیهای تخصیص داده شده به بازیکنان(بحران ها) بهترین ترکیب ممکن باشد و هر ترکیب دیگری وضعیت را به حالت بدتری تغییر دهد که این بهترین ترکیب ها لزوما واحد نیستند ،به این ترکیبات نقطه تعادل نش گوییم و ثابت میکنیم که به ازاء این ترکیب ها تابع لیاپانوف مقدار 0 را برمیگرداند.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

بدست آوردن بهترین نتیجه ممکن برای یک مساله با توجه به شرایط حاکم بر آن را، بهینه سازی می گویند. در مسائل بهینه سازی در دنیای واقعی، گاهی اوقات فقط یک راه حل بهینه کافی نیست. وقتی چند جواب بهینه برای مساله وجود دارد، تقاضا برای راه حل های مختلف حساسیت بیشتری پیدا میکند. بسیاری از مسائل در دنیای واقعی یک فضای جستجوی راه حل با تعدادی پاسخ های نابرابر دارند که گاهی باعث گمراهی روش های تکاملی می گردد. در چنین مسائلی که چند نقطه بهینه وجود دارد، چنانچه همه این نقاط به راه حل مسئله کمک نمایند با یک مسئله چندگانه [1] مواجه شده ایم که هر کدام از این نقاط یک بهینه محلی[2] نامیده شده و بزرگترین آنها را بهینه سراسری[3] می گویند که ممکن است بهینه های محلی نیز به اندازه بهینه های سراسری در انتخاب راه حل بهتر، مفید باشند. در بهینه سازی چندگانه کاربر دانش بیشتری درباره راه حل های بهینه مختلف در فضای جستجو بدست آورده و این کمک می کند تا در مواقعی که راه حل فعلی بنا بر بعضی ملاحظات( مانند برخی قیود فیزیکی)، مقدور نباشد از راه حل دیگری استفاده نمایدحتی گاهی داشتن چندین راه حل می تواند خواص پنهان مربوط به فضای مسئله را روشن نماید.

از بهینه سازی در نظریه بازی ها استفاده میشود؛ نظریه بازی ها یکی از زمینه های ریاضیات است که دارای بیشترین تاثیر در زمینه های اقتصادی و اجتماعی می باشد. دو شاخه اصلی در نظریه بازی وجود دارد: نظریه بازی همکارانه و غیر همکارانه.

به طور عمده ، بازیهای ایستا ،بازیهای با حرکت همزمان بازیکنان هستند.در بازیهای ایستا، همه بازیکنان در یک لحظه استراتژیهای خود را اتخاذ میکنند و بنابراین هنگام تصمیم گیری ،هیچ اطلاعی راجع به انتخاب و تصمیم رقبای خود ندارند . بازیهای ایستای غیر همکارانه از تعامل افراد هوشمند با یکدیگر که در تلاش برای دستیابی به اهداف خود هستند ، تشکیل میشود . حل بازی های چند نفره که دارای نقاط تعادل نش متعدد هستند از کارهای دشوار است که مقایسه ای بین روشهای هوشمند در بدست آوردن نقاط تعادل نش انجام شده است.

2-1- مساله تحقیق

کارکرد روش های موجود برای بهینه سازی چندگانه به معیاری وابسته است، که این معیار از فاصله دو بهینه از یکدیگر بدست می آید، این معیار در روش های مختلف نام های متفاوتی همچون معیار شباهت، شعاع اشتراک، شعاع پاکسازی، حداقل فاصله مجاز، فاصله گونه و شعاع نیچ دارد که در تمامی این روش ها تخمین این پارامتر، نیاز به اطلاعات قبلی از تابع بهینه سازی همچون تعداد و توزیع بهینه ها در فضای مسئله دارد، در صورتی که این اطلاعات از تابع بهینه سازی وجود نداشته باشد، تخمین نامناسب این پارامتر کارایی روش ها را در پیدا کردن تمام بهینه ها با خطا روبرو میکند.

در روش هایی در بهینه سازی چندگانه که خروجی روش، جمعیتی از جوابها است نیاز به مکانیزمی است، تا از روی این جمعیت خروجی، تعداد بهینه های پیدا شده استنباط شود و این مکانیزم علاوه بر نیاز به پردازش بیشتر باز هم وابسته به فاصله دو بهینه از یکدیگر است. همچنین خروجی یک روش به شکل جمعیتی از جوابها، میزان کنترل ما را بروی مراحل اجرای روش، از نظر تعداد بهینه های پیدا شده در حین اجرا، محدود میکند.

در این روش ها نیاز به نگهداری جمعیت پایدار در اطراف هر بهینه است که در آن باید این جمعیت پایدار تا انتهای روش حفظ شود، این نگهداری از جمعیت پایدار میتواند با تغییر در اپراتور های الگوریتم های تکاملی و یا ذخیره آن در حافظه صورت گیرد. علاوه بر آن در روش هایی که مبتنی بر زیر جمعیت هستند، استفاده از مکانیزم الگوریتم تکاملی که دارای مکانیزم مناسب برای جستجوی فضای مسئله و همچنین دارای نرخ همگرایی سریع است، میتواند باعث جستجوی بهتر و سرعت رسیدن به جوابها در زیر جمعیت ها باشد.

در الگوریتم پیشنهادی بهینه ها در غالب امپراطوری های جداگانه پیدا میشوند و بدین طریق از همگرایی زود رس که در نتیجه از دست دادن تنوع گونه ها، ایجاد میشود با زیر جمعیت هایی که بطور جداگانه تکامل پیدا میکنند، اجتناب میشود و در کنار آن، استخراج [4] که روندی رو به همگرایی دارد، را نیز انجام میدهد. برای این کار از یک معیار رشد امپراطوری برای مشخص کردن امپراطوری متزلزل و در حال رشد استفاده میشود که در واقع این معیار از جمع شدن کشورها از یک حد آستانه ای در اطراف بهینه ها جلوگیری میکند و به این ترتیب امپراطوری که تکامل خود را تا یک آستانه ای انجام دهد به این معنی است که دارای بهینه ای است و باید این بهینه در حافظه خارجی ذخیره گردد.

در الگوریتم پیشنهادی نیاز به نگهداری جمعیت پایدار در اطراف هر بهینه ای كه پیدا می شود، وجود ندارد زیرا فقط مكان یک جواب که نشان دهنده یک بهینه است، نگهداری میشود و به همین علت که، هر جواب ذخیره شده در حافظه نشان دهنده یک بهینه است، نیاز به مکانیزمی که با استفاده از آن، تعداد بهینه ها از روی زیرجمعیت ها استنباط شود، وجود نخواهد داشت.

2-10- ویژگی های یک تست خوب………………….. 29

2-11- طراحی نمونه های آزمایش…………………… 30

2-11-1 تست جعبه سیاه………………… 31

2-11-2 تست جعبه سفید …………………31

2-11-3 آزمایش ساختاركنترل…………………. 31

2-11-4 آزمایش واحد…………………. 31

2-11- 5 خطاهای متداول محاسبه که اغلب مشاهده می شوند…… 32

2-12- آزمایش یکپارچه سازی………………… 32

2-13- آزمایش رگرسیون………………… 33

2-14- متدولوژی های مربوط به تست رگرسیون……….. 35

2-14-1- اجرای مجدد همه ی تست ها …………………35

2-14-2- انتخاب تست رگرسیون …………………36

2-14-3- کاهش مجموعه تست………………… 36

2-14-4- اولویت بندی موارد تست …………………36

2-15- اولویت بندی………………….. 37

2-15-1- مقدمه ای بر اولویت بندی………………….. 37

2-15-2 – معیارهای اولویت دهی………………….. 38

2-15-3- اولویت بندی موارد تست………………….. 39

2-16- متریک…………………… 39

2-16-1- مقدمه ای برای متریک…………………… 39

2-17- متریک های تست نرم افزار…………………. 40

2-17-1- خواص متریک ها در شرایط ایده آل………… 40

2-18- معیار و متریک در تست نرم افزار…………………. 43

2-18-1- مراحل انجام کاردر فرایند اندازه گیری………………….. 43

2-19- متریک های آزمون…………………. 43

2-20- مزایای استفاده از متریک ها………………… 44

2-21- شبکه های بیزی………………….. 45

2-21-1- استنتاج با استفاده از توزیع توام كامل…………………. 45

2-21-2- مشكلات استنتاج با توزیع توام كامل و راه حل آن ها….. 47

2-21-3- مثالی از شبکه های بیزی………………….. 48

2-22- مفاهیم شبكه های بیزی………………….. 50

2-22-1- نمایش توزیع توام كامل…………………. 50

2-22-2- رابطه های استقلال شرطی در شبكه های بیزی……….. 52

2-22-3- نمایش كارآمد توزیع های شرطی………………….. 53

2-23- یادگیری شبكه های بیزی………………….. 54

2-24- استنتاج دقیق در شبكه های بیزی………………….. 55

2-25- استنتاج بوسیله محاسبه تك تك عناصر احتمالی…….. 55

2-26- الگوریتم حذف متغیر…………………. 57

2-27- استنتاج تقریبی در شبكه های بیزی………………….. 58

2-28- روش های نمونه گیری مستقیم…………………. 58

2-28-1- نمونه گیری با رد كردن…………………. 59

2-28-2- نمونه گیری وزن دار…………………. 60

2-28-3- نمونه گیری زنجیره ماركوفی…………………. 61

2-28-4- جمع بندی شبکه های بیزی………………….. 62

2-29- تحولات انجام شده تا کنون………………….63

فصل سوم : روش تحقیق

3- انگیزه و هدف ما از ارائه این رویکرد…………………. 66

3-1- رویکرد پیشنهادی………………….. 68

3-1-1- روند کلی در رویکرد پیشنهادی………………….. 68

3-2- محاسبه و استخراج شاخص ها برای ماژول ها…………………70

3-3 – معیارهای رویکرد پیشنهادی………………….. 70

3-3-1- اهمیت هر ماژول…………………. 71

3-3-2- احتمال ابتلا به خطای ماژول…………………. 72

3-3-3- اثرگذاری خطای ماژول بر دیگر ماژول ها………………… 72

3-3-4- شدت خطای هر ماژول…………………. 73

3-4- شاخص های وزن دهی به ماژول ها………………… 74

3-5- ساخت شبکه بیزی………………….. 74

3-6- ایجاد ساختار گراف………………….. 75

3-7- محاسبه جداول احتمال شرطی………………….. 76

3-8- تبدیل اندازه ی كیفی صفت ها به مقادیركمی……… 79

3-9-روش اول برای صفت های سه حالته…………………. 79

3-9-1- مثالی از روش اول برای صفت های سه حالته……. 80

3-10- روش دوم برای صفت های سه حالته…………………. 81

3-10-1- مثالی از روش دوم برای صفت های سه حالته…………. 81

3-11- تبدیل اندازه ی كیفی صفت های غیرهم وزن به مقادیركمی………………….. 82

3-11-1- مثالی از روش تبدیل اندازه ی كیفی صفت های غیرهم وزن به مقادیركمی……….. 83

3-12- پیاده سازی مدل تست کارآمد نرم افزار با استفاده از نرم افزار Netica………………….

3-13- پركردن جدول احتمال شرطی با استفاده از كد نویسی………………….. 87

3-14- نمونه هایی از جداول احتمال شرطی فاکتورهای تست و کارآمدی اولویت بندی……. 90

3-15- پیاده سازی رویکرد پیشنهادی در مثال واقعی………………….. 94

فصل چهارم : محاسبات و یافته های تحقیق

1-4- ارزیابی مدل پیشنهادی………………….. 97

2-4- متریک (APFD)…………………

4-3- اولویت بندی با کمک تکنیک شبکه های بییزی…………………98

4-4- اولویت بندی با تکنیک اصلی………………… 101

4-5- اولویت بندی با تکنیک تصادفی…………………. 102

4-6- مقایسه روش های اولویت بندی با روش پیشنهادی………………….. 103

فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات

1-5- نتیجه گیری………………….. 108

2-5 پیشنهادات آینده………………… 110

پیوست الف: واژه نامه ی فارسی به انگلیسی………………….. 111

پیوست ب: واژه نامه ی انگلیسی به فارسی………………….. 114

منابع و ماخذ…………………. 117

چکیده:

رگرسیون این اطمینان را حاصل می کند كه تغییرات بر روی رفتار كنونی نرم افزار اثر نامطلوبی نگذاشته است. یكی از تكنیك های تست رگرسیون تكنیک اولویت بندی است كه باعث افزایش كارایی تست می شود. تکنیک های اولویت بندی موارد تست در بهبود تشخیص نرخ خطای تست رگرسیون موثراند. با این حال، بیشتر تکنیک های پیشنهاد شده قبلی برای خطاهای تشخیص داده شده در طول تست، شدت برابری را در نظر می گیرند که در عمل اینگونه نیست. علاوه بر این، بیشتر تکنیک های موجود برروی اطلاعات قبلی بدست آمده از اجرای موارد تست قبلی یا تغییر در کد برنامه تکیه می کنند و تعداد کمی از آنها می توانند به طور مستقیم برای تست غیر رگرسیون استفاده شوند. در این رساله، با هدف بهبود نرخ تشخیص خطا برای تست رگرسیون و همچنین تست غیر رگرسیون، پیشنهاد کردیم یک رویکرد جدید اولویت بندی موارد تست را با استفاده از شبکه های بیزی با تکیه بر تجزیه تحلیل ساختار برنامه تحت تست. برای پیاده سازی رویکرد پیشنهادی، ما از ابزار Netica و همچنین روش کد نویسی در نرم افزار MATLAB استفاده می کنیم. و همچنین از متریک APFD (متوسط درصد شناسایی خطا) جهت ارزیابی نرخ تشخیص خطا در این رساله تكیه می کنیم. و روش مبتنی بر شبکه های بیزی بر اساس تجزیه و تحلیل ساختار برنامه را ارائه خواهیم نمود. در نهایت با كمك یك بررسی موردی، كاربرد روش خود را نشان می دهیم. نتایج مقایسه تكنیك پیشنهادی با سایر تكنیك ها نشان می دهد كه روش ارائه شده نسبت به سایر روش ها نتیجه دقیق تری را ارائه می نماید. ضمن اینکه روش پیشنهادی قادر به تصمیم گیری در وضعیت عدم قطعیت هم می باشد و این به عنوان ویژگی محسوب می شود. همچنین علاوه بر در نظر گرفتن معیار احتمال ابتلا به خطا و اهمیت خطا ، معیارهایی نظیر اثر گذاری خطای ماژول بر دیگر ماژول ها و شدت خطای هر ماژول را نیز مورد توجه قرار می دهد و به همین خاطر روشی کامل تر از روش مشابه می باشد و این توانایی را دارد که علاوه بر تست رگرسیون در تست توسعه نرم افزار هم مورد استفاده قرار بگیرد.

فصل اول: مقدمه و کلیات تحقیق

مقدمه:

سیستم های نرم افزاری امروزه با فراگیر شدن در علوم مختلف نقش بسیار مهمی را در برطرف نمودن نیازها و خواسته های مشتریان ایفا می کنند و همچنین به عنوان یک جزء اصلی و لاینفک در امور روزمره به حساب می آیند. با گسترش روز افزون تولید سیستم های نرم افزاری همچنان تقاضا برای تولید سیستم های نرم افزاری جدید وجود دارد. بحث مهم بعد از تولید نرم افزارها نگهداری و ارتقاء آنها می باشد. وجود خطا و اشتباه در نرم افزارها می تواند منجر به خسارات زیادی از قبیل هزینه های مالی، زمانی، فیزیکی وحتی در برخی کاربردهای حساس و بحرانی مانند کاربردهای پزشکی، کنترل کننده موشک و کنترل کننده های ترافیک هوایی خسارت جانی را نیز به بار آورد. از این رو برای اینکه قابلیت اطمینان را در استفاده از سیستم های نرم اقزاری افزایش دهیم باید نرم افزار را مورد تست قرار دهیم. تست نرم افزار در توسعه سیستم های نرم افزاری از جایگاه مهم و با ارزشی برخوردار است. به خصوص در سیستم های نرم افزاری مقیاس بزرگ و پیچیده امروزی. زیرا فعالیت های تست هم زمان بر و هم هزینه بر هستند. نرم افزارها برای اینکه ارتقاء یابند می بایست توسعه داده شوند و نسبت به نسخه های اولیه رشد و تکامل یابند. یکی از فعالیت های مهم و هزینه بر در جهت ارتقاء نرم افزار تست نرم افزار است که انواع متفاوتی از تست برای بخش های مختلف و در زمانهای مختلف طراحی و ایجاد شده اند. تست فرآیندی است مخرب که محصول نرم افزاری را مورد حمله قرار می دهد تا اینکه خطا بروز کند. تست نرم افزار شامل تحقیق و بررسی بر روی نرم افزار تولید شده است که این تحقیق و برسی برای پیدا کردن خطاها انجام می شود. به طور کلی یک سری از سوال و جواب هایی هستند که نرم افزار را با آن امتحان می کنیم در حالی که از برنامه انتظار داریم با توجه به ورودی هایی که با استفاده از سوالات وارد می کنیم، جواب های صحیحی را به عنوان خروجی به دست دهد. آزمایش نرم افزار حیطه وسیعی از فعالیت های مربوط به تولید برنامه های رایانه ای را دربرمی گیرد که از آزمایش کردن کد برنامه توسط برنامه نویس گرفته تا نشان دادن عملکرد درست یک سیستم اطلاعاتی بزرگ به مشتری. سازمانها یا شرکت هایی که نرم افزارها را توسعه می دهند، محصولی به نام نرم افزار تولید می کنند. ولی چه عامل یا عواملی باعث می شوند که یک نرم افزار از نرم افزار مشابه دیگر متمایز و برجسته شود؟ عوامل متعددی را می توان نام برد که باعث این برتری و تمایز شود اما یکی از این عوامل می تواند کیفیت محصول نهایی باشد که به بازار عرضه خواهد شد. اما برای رسیدن به این نقطه برتری، باید چگونه عمل کرد و اندیشید؟ یکی از پاسخ ها به این سوال بدون شک تست نرم افزار و نحوه انجام آن می تواند باشد.

اهمیت آزمایش نرم افزار و اثرات آن بر كیفیت نرم افزار نیاز به تأكید بیشتر ندارد.Deutch در این باره اینگونه بیان می نماید: توسعه سیستمهای نرم افزاری شامل یكسری فعالیت های تولید می باشد كه امكان اشتباهات انسانی در آن زیاد است. خطاها در ابتدای یك فرآیند و مراحل توسعه بعدی آن ظهور می نمایند. به دلیل عدم توانایی انجام كارها و برقراری ارتباط به صورت كامل، توسعه نرم افزار همواره با فعالیت تضمین كیفیت همراه است. آزمایش نرم افزار عنصری حیاتی از تضمین كیفیت نرم افزار می باشد وتقریبی مشخصه، طراحی، و تولید كد رانشان می دهد.

2-4-3-روشهای کنترل شبکه ای 16

2-4-3-1-سیستم های SCADA

2-4-3-2-سیستم ذخیره سازی اطلاعات تجهیزات 17

2-4-3-3-سیستم مدیریت انرژی EMS

2-4-3-4-سیستم مدیریت تولید انرژی GMS

2-4-3-5-سیستم مدیریت توزیع انرژی DMS

2-4-4 –سیستم اطلاعات جغرافیایی GIS

2-4-4-1-منابع اطلاعات در سیستم GIS

2-4-4-2-کاربردهای GIS در صنعت انرژی 20

2-4-5-سیستم اطلاعات مشتری CIS و CRM

2-4-6-سیستم اطلاعات انرژی EIS

2-4-7-برنامه ریزی منبع انرژی ERP

2-4-8-ممیزی خریداران انرژی و برنامه های کاربردی 24

2-6-بررسی سیستم های SCADA

2-6-1-تاریخچه سیستم های SCADA

2-6-2-ساختار سیستم های SCADA

2-6-3-عملیات در سیستم های SCADA

2-6-4-مزایای استفاده از سیستم های SCADA

2-6-5-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت مصرف انرژی 30

2-7-نتیجه گیری فصل 31

فصل سوم :پیشینه پژوهشی ………………………………………………32

3-1-مقدمه 32

3-2-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی 32

3-2-1-صرفه جویی در مصرف انرژی 32

3-2-2-کاربرد سیستم های SCADA در افزایش بازدهی سازمان 32

3-2-3-مزایای صرفه جویی در مصرف انرژی 33

3-2-4-آنالیز ROI

3-3-مراحل و روشهای به کارگیری سیستم های SCADA در مدیرت انرژی 34

3-3-1-آنالیز و بررسی دقیق میزان مصرف انرژی و اوج بار مصرفی 34

3-3-2-آنالیز و اندازه گیری سایر داده های مورد نیاز در مدیریت مصرف انرژی 35

3-4-کاربرد سیستم های SCADA در افزایش راندمان 36

3-5-زمانبندی کارکرد مصرف کننده ها به وسیله سیستم های SCADA

3-6-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم روشنایی 38

3-7-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت و کنترل تجهیزات 40

3-8-کاربرد سیستم های SCADA در سازماندهی پرسنل فنی 40

3-9-کاربرد سیستم های SCADA در کاهش استهلاک تجهیزات 41

3-9-1-کاهش استهلاک تجهیزات با کم کردن حجم کاری 42

3-9-2-کاهش استهلاک با اعمال روش های کنترلی 42

3-10-کاربردسیستم های SCADA در صنعت برق 42

3-10-1-کاربرد سیستم هایSCADA درافزایش راندمان نیروگاه های برق 42

3-10-2-ایجاد شبکه های هوشمند و بهبود راندمان شبکه برق سراسری 43

3-11-کاربردمنطق فازیو هوش مصنوعی در مدیریت و بهینه سازی مصرف 43

3-11-1-استفاده از هوش مصنوعی در پیش بینی مقدار مصرف انرژی 43

3-11-2-بهره گیری از منطق فازی برای پیش بینی مقدار مصرف 44

3-12-کاربرد منطق فازی در کاهش مصرف انرژی در کوره های صنعتی 45

3-13-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم های مرتبط با دما 46

3-13-1-کاربرد سیستم های SCADA در مدیریت سیستم های گرمایشی 46

3-13-2-پایش و ثبت دقیق دما بر حسب زمان 46

3-13-3-امکان پیاده سازی روشهای پیشرفته کنترل دما 47

3-13-4-امکان استفاده از تقویم زمانی برای کارکرد سیستم تهویه مطبوع 48

3-14-داده کاوی اطلاعات سیستم های SCADA جهت افزایش امنیت 48

3-15-استفاده از میکرو کنترولرجهت بهبود عملکرد سیستم های SCADA

3-16-استفاده از قابلیت های نرم افزارSCADA در فرآیند کنترل 49

3-17-امکان استفاده از OPC در نرم افزار SCADA

3-18-استفده از سیستم های SCADA بر مبنای وب 50

3-19-استفاده از روشهای مدل سازی در مدیریت انرژی 51

3-20-جمع بندی تحقیقات گذشته 52

3-21-نتیجه گیری فصل 53

فصل چهارم :روش پیاده سازی ، آزمایش ها و نتایج……………………………..55

4-1-مقدمه 55

4-2-اهداف مدیریت انرژی در کوره های الکتریکی 55

4-2-1-کاهش انرژی مصرفی در کوره های الکتریکی 56

4-2-2-کاهش اوج بار مصرفی در کوره های الکتریکی 56

4-3-فرآیند مصرف انرژی در یک کوره الکتریکی 56

4-3-1-اندازه گیری دما 59

4-3-2-اندازه گیری پارامترهای مرتبط با مصرف انرژی 60

4-3-3-کنترل توان در کوره های الکتریکی 61

4-4-طراحی فرآیند مدیریت مصرف انرژی در کوره های الکتریکی 63

4-4-1-تععین پارامترهای مورد نیاز جهت اندازه گیری و کنترل 63

4-4-2-انتخاب RTU ها جهت فرآیند مدیریت مصرف انرژی 64

4-4-3-ارتباط نرم افزار SCADA با RTU ها 65

4-4-4-پروتکل های ارتباطی 66

4-4-5-نصب تجهیزات جهت فرآیند آزمایشی 71

4-4-6-نصب RTU ها در نرم افزار SCADA

4-4-7-بررس عملکرد سیستم کنترل توان 78

4-5-آزمایش اول:بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل ON/OFF

4-5-1-طراحی نرم افزار جهت آزمایش اول 79

4-5-2-بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی در آزمایش اول 82

4-6-آزمایش دوم :بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل ON/OFF

با اعمال محدودیت در اوج بار مصرفی 85

4-6-1-اصلاح برنامه نرم افزاری جهت آزمایش دوم 86

4-6-2-بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش دوم 87

4-7-آزمایش سوم :بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل PID

4-7-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش سوم-روش کنترلی PID

4-7-2- بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش سوم 92

4-8-آزمایش چهارم : بررسی روند مصرف انرژی در روش کنترل PID

همراه با اعمال محدودیت توان 94

4-8-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش چهارم 95

4-8-2- بررسی وتحلیل نمودارهای مرتبط با مصرف انرژی درآزمایش سوم 95

4-9-آزمایش پنجم :بررسی روند مصرف انرژی در روش PID همراه با

اعمال محدودیت توان در پیش بینی کوتاه مدت 97

4-9-1-طراحی نرم افزار جهت انجام آزمایش پنجم 97

4-9-2-بررسی و تحلیل نمودارهای آزمایش پنجم 99

4-10-نتیجه گیری فصل 102

فصل پنجم : بحث و نتیجه گیری و پیشنهادها ………………………..104

5-1-مقدمه 104

5-2-نتایج بدست آمده از فرآیندهای آزمایشی 104

5-2-1-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش اول 105

5-2-2-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش دوم 106

5-2-3-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش سوم 106

5-2-4-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش چهارم 107

5-2-5-تحلیل نتایج حاصل از آزمایش پنجم 107

5-3-مزایای استفاده از طرح ارائه شده در تحقیق 107

5-3-1-کاهش هزینه های مستقیم 108

5-3-2-کاهش هزینه های غیر مستقیم 108

5-3-3-بهبود فرآین تولید و تاثیر آن بر افزایش کیفیت 108

5-4-پیشنهادات جهت ادامه کار در آینده 109

5-4-1-استفاده از روش های کنترل نوین 109

5-4-2-محاسبه نرخ بازگشت سرمایه 109

5-4-3-استفاده از سیستم های مدیریت انرژی اقتصادی 109

5-5-4-ارتباط با سایر نرم افزار های سازمانی 110

5-4-5-افزایش راندمان تجهیزات با استفاده از ظرفیت بهینه 110

مراجع 111

چکیده به زبان انگلیسی 115

چکیده:

با توجه به افزایش قیمت حامل های انرژی در سالهای اخیر و مشکلات زیست محیطی که در اثر مصرف کنترل نشده این حامل ها ایجاد شده است امروزه بهینه سازی و مدیریت مصرف انرژی با هدف کاهش مصرف در کشورهای جهان جایگاه ویژه ای یافته است. مهمترین مرحله در مدیریت مصرف انرژی فرآیند ممیزی می باشد که به معنی بررسی دقیق اطلاعات محیطی و شناسایی عواملی است که کنترل آنها در کاهش مصرف انرژی موثر می باشد. در سالهای اخیر با پیشرفت های چشمگیر در علم فناوری اطلاعات امکان پایش و ثبت مداوم پارامترهای محیطی که در مصرف انرژی موثر هستند فراهم شده است و سیستم های SCADA به عنوان بخشی از زیرساخت این فناوری در راستای پایش وکنترل داده های محیطی توسعه یافته اند. با به کارگیری سیستم های SCADA امکان یک ممیزی دقیق از مصرف انرژی فراهم می گردد همچنین با اعمال فرآیندهای کنترلی با استفاده از سیستم های SCADA امکان کاهش مصرف انرژی میسر می گردد که با دستیابی به این هدف ضمن کاهش هزینه ها ، بهره وری افزایش پیدا می کند .دررساله حاضر روش های کاربردی سیستم های SCADA در مدیریت و کاهش مصرف انرژی با توجه به تحقیقات پیشین مورد بررسی قرار می گیرد و در ادامه به عنوان یک مطالعه کاربردی ، روش استفاده از سیستم های نرم افزاری SCADA در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در کوره های الکتریکی که کاربرد زیادی در صنایع ایران دارند پیاده سازی می گردد ودر انتها ضمن تحلیل نتایج حاصل از اجرای این روش کاربردی پیشنهاداتی در مورد بهبود عملکرد روش ها در تحقیقات آینده ارائه خواهد گردید.

1- مقدمه

1-1- مقدمه

انرژی یکی از منابع بسیار مهم است که زندگی مارا تحت تاثیر خود قرار می دهد در حال حاضر جهان وابستگی زیادی به سوخت های فسیلی و انواع مختلف انرژی های تجدید ناپذیر دارد استفاده از انرژی های تجدید پذیر مانند انرژی خورشیدی نیاز به زمان زیادی برای توسعه تکنولوژی دارد.در حال حاضر بحث مدیریت مصرف انرژی یکی از نیاز های بحرانی کشورهای مختلف جهان است.اهمیت ویژه صرفه جویی در مصرف انرژی در دومرحله عوامل اقتصادی و عوامل محیط زیست طبقه بندی می شود.

1-1-1- عوامل اقتصادی مدیریت مصرف انرژی

صرفه جویی در مصرف انرژی بسیار مهم است ودر کلیه سازمان های بشری موثر است .در تمام جهان به عنوان یک ملیت یک شرکت و یا به عنوان یک شخص صرفه جویی در مصرف انرژی هزینه ها را کاهش و بهره وری را افزایش می دهد.یکی از هدف های اصلی در مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی در هر کشور کاهش نیاز به واردات انرژی می باشد.شرکت های خصوصی هم به هزینه های انرژی حساس هستند که این مسئله سود دهی و حتی موجودیت آنها را در بسیاری از موارد تحت تاثیر قرار می دهد بخصوص کارخانه های صنعتی نگرانی بیشتری از این لحاظ دارند زیرا کاهش هزینه به واسطه مدیریت و صرفه جویی در مصرف انرژی به معنی قیمت های رقابتی تر برای محصولات در بازار جهانی می باشد و این مسئله باعث بهبودتولید ناخالص ملیمی گردد.

2-1-1- اثرات محیطی صرفه جویی در مصرف انرژی

صرفه جویی در مصرف انرژی به طور نسبتا زیادی با مسائل محیط زیستی در ارتباط است .مشکلات گرم شدن کره زمین و شرایط آب و هوایی که به علت افزایش گاز دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه ای ایجاد می شود به طور قابل توجهی با افزایش مصرف انرژی نسبت مستقیم دارد و کاهش مصرف تا حد زیادی می تواند از تولید گازهای گلخانه ای و افزایش دمای کره زمین جلوگیری نماید[1].

2-1- تعریف مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی

مدیریت و بهینه سازی مصرف انرژی[1] شامل برنامه ریزی و راهبری واحدهای مصرف و تولید مرتبط با انرژی می باشد اهداف مدیریت مصرف انرژی شامل صرفه جویی در منابع، حفاظت از محیط زیست و صرفه جویی در هزینه ها می باشند درحالیکه مصرف کنندگان به منابع کافی انرژی دسترسی داشته باشند و خللی در کارکرد آنان ایجاد نگردد.با توجه به این تعریف مدیریت مصرف انرژی با مدیریت محیط زیست و مدیریت تولید و حمل و نقل و سایر شاخه های صنعتی و تجاری مر تبط می باشد .

به عبارت دیگر مدیریت انرژی یک فرآیند است که در آن رسیدن به هدف کاهش مصرف انرژی و هزینه ها با توجه به نیاز واقعی مصرف کننده با توجه به عدم تاثیر منفی بر کارکرد آنان دنبال می شود .

در تعریف دیگری مدیریت مصرف انرژی به معنی استفاده آگاهانه و موثر از انرژی برای افزایش سود دهی و کاهش هزینه ها به منظور دستیابی به جایگاه رقابتی می باشد.نکته مهم در مدیریت مصرف انرژی این است که کاهش مصرف باید بدون تاثیر منفی در بازدهی سیستم انجام گردد[2].

به طور کلی کاهش هزینه ها در مدیریت مصرف انرژی با اعمال روش های زیر بدست می آید:

• محدود نمودن و در صورت امکان حذف مصرف غیر ضروری انرژی

• بهبود بازدهی[2] به ازای انرژی مصرفی

• خرید انرژی به بهای کمتر

• انجام عملیات مورد نیاز جهت خرید انرژی به بهای کمتر [3].