The aim of the work presented here is to reduce gas emissions in modern cities by creating a light infrastructure of WiFi intelligent spots informing drivers of customized, real-time routes to their destinations. The reduction of gas emissions is an important aspect of smart cities, since it directly affects the health of citizens as well as the environmental impact of road traffic. We have built a real scenario of the city of Malaga (Spain) by using OpenStreetMap (OSM) and the SUMO road traffic microsimulator, and solved it by using an efficient new Evolutionary Algorithm (EA). Thus, we are dealing with a real city (not just a roundabout, as found in the literature) and we can therefore measure the emissions of cars in movement according to traffic regulations (real human scenarios). Our results suggest an important reduction in gas emissions (10%) and travel times (9%) is possible when vehicles are rerouted by using the Red Swarm architecture. Our approach is even competitive with human expert’s solutions to the same problem.
http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-40643-0_30
PRESENTACION EN SST, plan de trabajo del sistema de seguridad y salud en el t...
Red Swarm reduces gas emissions
1. REDUCING GAS EMISSIONS IN SMART CITIES
BY USING THE RED SWARM ARCHITECTURE
Daniel H. Stolfi
dhstolfi@lcc.uma.es
Enrique Alba
eat@lcc.uma.es
Departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computación
Universidad de Málaga
Multiconferencia CAEPIA 2013
Septiembre de 2013
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 1 / 25
2. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONTENIDOS
1 INTRODUCCIÓN
2 PROPUESTA
3 EXPERIMENTOS
4 CONCLUSIONES
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 2 / 25
3. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONTENIDOS
1 INTRODUCCIÓN
2 PROPUESTA
3 EXPERIMENTOS
4 CONCLUSIONES
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 2 / 25
4. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONTENIDOS
1 INTRODUCCIÓN
2 PROPUESTA
3 EXPERIMENTOS
4 CONCLUSIONES
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 2 / 25
5. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONTENIDOS
1 INTRODUCCIÓN
2 PROPUESTA
3 EXPERIMENTOS
4 CONCLUSIONES
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 2 / 25
6. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
INTRODUCCIÓN
La mayoría de las personas viven o están pensando en
mudarse a las grandes ciudades
Hay un mayor número de vehículos en las calles
Aumenta el número de atascos
Se emiten toneladas de gases de efecto invernadero
Disminuye la calidad de vida de los ciudadanos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 3 / 25
7. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
INTRODUCCIÓN
La mayoría de las personas viven o están pensando en
mudarse a las grandes ciudades
Hay un mayor número de vehículos en las calles
Aumenta el número de atascos
Se emiten toneladas de gases de efecto invernadero
Disminuye la calidad de vida de los ciudadanos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 3 / 25
8. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
INTRODUCCIÓN
La mayoría de las personas viven o están pensando en
mudarse a las grandes ciudades
Hay un mayor número de vehículos en las calles
Aumenta el número de atascos
Se emiten toneladas de gases de efecto invernadero
Disminuye la calidad de vida de los ciudadanos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 3 / 25
9. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
INTRODUCCIÓN
La mayoría de las personas viven o están pensando en
mudarse a las grandes ciudades
Hay un mayor número de vehículos en las calles
Aumenta el número de atascos
Se emiten toneladas de gases de efecto invernadero
Disminuye la calidad de vida de los ciudadanos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 3 / 25
10. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
INTRODUCCIÓN
La mayoría de las personas viven o están pensando en
mudarse a las grandes ciudades
Hay un mayor número de vehículos en las calles
Aumenta el número de atascos
Se emiten toneladas de gases de efecto invernadero
Disminuye la calidad de vida de los ciudadanos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 3 / 25
11. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Nuestro propuesta, Red Swarm está
formada por:
Los spots distribuidos por la ciudad
I Instalados en los semáforos
I Se comunican con los vehículos vía Wi-Fi
Nuestro Algoritmo Evolutivo
Nuestro Algoritmo de Cambio de Ruta
Las unidades de abordo (OBU)
I Instaladas en los vehículos
I También pueden utilizarse smartphones o
tablets
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 4 / 25
12. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Nuestro propuesta, Red Swarm está
formada por:
Los spots distribuidos por la ciudad
I Instalados en los semáforos
I Se comunican con los vehículos vía Wi-Fi
Nuestro Algoritmo Evolutivo
Nuestro Algoritmo de Cambio de Ruta
Las unidades de abordo (OBU)
I Instaladas en los vehículos
I También pueden utilizarse smartphones o
tablets
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 4 / 25
13. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Nuestro propuesta, Red Swarm está
formada por:
Los spots distribuidos por la ciudad
I Instalados en los semáforos
I Se comunican con los vehículos vía Wi-Fi
Nuestro Algoritmo Evolutivo
Nuestro Algoritmo de Cambio de Ruta
Las unidades de abordo (OBU)
I Instaladas en los vehículos
I También pueden utilizarse smartphones o
tablets
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 4 / 25
14. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Nuestro propuesta, Red Swarm está
formada por:
Los spots distribuidos por la ciudad
I Instalados en los semáforos
I Se comunican con los vehículos vía Wi-Fi
Nuestro Algoritmo Evolutivo
Nuestro Algoritmo de Cambio de Ruta
Las unidades de abordo (OBU)
I Instaladas en los vehículos
I También pueden utilizarse smartphones o
tablets
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 4 / 25
15. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Nuestro propuesta, Red Swarm está
formada por:
Los spots distribuidos por la ciudad
I Instalados en los semáforos
I Se comunican con los vehículos vía Wi-Fi
Nuestro Algoritmo Evolutivo
Nuestro Algoritmo de Cambio de Ruta
Las unidades de abordo (OBU)
I Instaladas en los vehículos
I También pueden utilizarse smartphones o
tablets
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 4 / 25
16. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Nuestro propuesta, Red Swarm está
formada por:
Los spots distribuidos por la ciudad
I Instalados en los semáforos
I Se comunican con los vehículos vía Wi-Fi
Nuestro Algoritmo Evolutivo
Nuestro Algoritmo de Cambio de Ruta
Las unidades de abordo (OBU)
I Instaladas en los vehículos
I También pueden utilizarse smartphones o
tablets
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 4 / 25
17. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Nuestro propuesta, Red Swarm está
formada por:
Los spots distribuidos por la ciudad
I Instalados en los semáforos
I Se comunican con los vehículos vía Wi-Fi
Nuestro Algoritmo Evolutivo
Nuestro Algoritmo de Cambio de Ruta
Las unidades de abordo (OBU)
I Instaladas en los vehículos
I También pueden utilizarse smartphones o
tablets
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 4 / 25
18. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Red Swarm proporciona:
Información personalizada a cada vehículo
I Online
I Distribuida
Disminución de la formación de atascos
Reducción de las emisiones de gases
Monitorización del estado de la ciudad (tráfico, emisiones, etc)
Posibles extensiones a flotas de vehículos municipales
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 5 / 25
19. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Red Swarm proporciona:
Información personalizada a cada vehículo
I Online
I Distribuida
Disminución de la formación de atascos
Reducción de las emisiones de gases
Monitorización del estado de la ciudad (tráfico, emisiones, etc)
Posibles extensiones a flotas de vehículos municipales
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 5 / 25
20. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Red Swarm proporciona:
Información personalizada a cada vehículo
I Online
I Distribuida
Disminución de la formación de atascos
Reducción de las emisiones de gases
Monitorización del estado de la ciudad (tráfico, emisiones, etc)
Posibles extensiones a flotas de vehículos municipales
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 5 / 25
21. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Red Swarm proporciona:
Información personalizada a cada vehículo
I Online
I Distribuida
Disminución de la formación de atascos
Reducción de las emisiones de gases
Monitorización del estado de la ciudad (tráfico, emisiones, etc)
Posibles extensiones a flotas de vehículos municipales
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 5 / 25
22. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Red Swarm proporciona:
Información personalizada a cada vehículo
I Online
I Distribuida
Disminución de la formación de atascos
Reducción de las emisiones de gases
Monitorización del estado de la ciudad (tráfico, emisiones, etc)
Posibles extensiones a flotas de vehículos municipales
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 5 / 25
23. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Red Swarm proporciona:
Información personalizada a cada vehículo
I Online
I Distribuida
Disminución de la formación de atascos
Reducción de las emisiones de gases
Monitorización del estado de la ciudad (tráfico, emisiones, etc)
Posibles extensiones a flotas de vehículos municipales
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 5 / 25
24. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
RED SWARM
Red Swarm proporciona:
Información personalizada a cada vehículo
I Online
I Distribuida
Disminución de la formación de atascos
Reducción de las emisiones de gases
Monitorización del estado de la ciudad (tráfico, emisiones, etc)
Posibles extensiones a flotas de vehículos municipales
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 5 / 25
25. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ARQUITECTURA RED SWARM
Configuración:
Cálculo offline de la configuración para los spots Red Swarm
Despliegue:
Los spots interactúan con los vehículos sugiriendo nuevas rutas
(online)
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 6 / 25
26. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ARQUITECTURA RED SWARM
Configuración:
Cálculo offline de la configuración para los spots Red Swarm
Despliegue:
Los spots interactúan con los vehículos sugiriendo nuevas rutas
(online)
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 6 / 25
27. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ARQUITECTURA RED SWARM
Configuración:
Cálculo offline de la configuración para los spots Red Swarm
Despliegue:
Los spots interactúan con los vehículos sugiriendo nuevas rutas
(online)
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 6 / 25
28. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
SENSORES
Representan dentro de la simulación a
las calles que conducen a una
intersección controlada por un spot de
Red Swarm
Cuando un vehículo es detectado por un
sensor se dispara el algoritmo de
cambio de ruta
En una ciudad real los sensores
representarían los enlaces de radio
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 7 / 25
29. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
SENSORES
Representan dentro de la simulación a
las calles que conducen a una
intersección controlada por un spot de
Red Swarm
Cuando un vehículo es detectado por un
sensor se dispara el algoritmo de
cambio de ruta
En una ciudad real los sensores
representarían los enlaces de radio
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 7 / 25
30. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
SENSORES
Representan dentro de la simulación a
las calles que conducen a una
intersección controlada por un spot de
Red Swarm
Cuando un vehículo es detectado por un
sensor se dispara el algoritmo de
cambio de ruta
En una ciudad real los sensores
representarían los enlaces de radio
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 7 / 25
31. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
SPOTS RED SWARM Y CAMBIO DE RUTA
Los spots se encuentran situados en intersecciones controladas por
semáforos, constan de calles de entrada (con sensores) y posibles calles de
salida
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 8 / 25
32. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
SPOTS RED SWARM Y CAMBIO DE RUTA
Cuando un vehículo se aproxima a un spot, éste le sugiere el siguiente punto
de paso (otro spot) basado en una probabilidad
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 8 / 25
33. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
34. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
35. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
36. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
37. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
38. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
39. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
40. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
41. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
42. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
43. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
44. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
45. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
46. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
47. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
48. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
49. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA
Solución de los
Expertos
Red Swarm
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 9 / 25
50. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
VÍDEO: EJEMPLO DE CAMBIO DE RUTA (SUMO)
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 10 / 25
51. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
CONSTRUCCIÓN DEL ESCENARIO: METODOLOGÍA
Trabajamos con mapas reales importados desde OpenStreetMap
Añadimos 10 spots Red Swarm en intersecciones con semáforos
Importamos el mapa en SUMO
Definimos los flujos de tráfico (solución de los expertos)
Este proceso puede adaptarse a cualquier ciudad moderna del mundo
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 11 / 25
52. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
CONSTRUCCIÓN DEL ESCENARIO: METODOLOGÍA
Trabajamos con mapas reales importados desde OpenStreetMap
Añadimos 10 spots Red Swarm en intersecciones con semáforos
Importamos el mapa en SUMO
Definimos los flujos de tráfico (solución de los expertos)
Este proceso puede adaptarse a cualquier ciudad moderna del mundo
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 11 / 25
53. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
CONSTRUCCIÓN DEL ESCENARIO: METODOLOGÍA
Trabajamos con mapas reales importados desde OpenStreetMap
Añadimos 10 spots Red Swarm en intersecciones con semáforos
Importamos el mapa en SUMO
Definimos los flujos de tráfico (solución de los expertos)
Este proceso puede adaptarse a cualquier ciudad moderna del mundo
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 11 / 25
54. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
CONSTRUCCIÓN DEL ESCENARIO: METODOLOGÍA
Trabajamos con mapas reales importados desde OpenStreetMap
Añadimos 10 spots Red Swarm en intersecciones con semáforos
Importamos el mapa en SUMO
Definimos los flujos de tráfico (solución de los expertos)
Este proceso puede adaptarse a cualquier ciudad moderna del mundo
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 11 / 25
55. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
CONSTRUCCIÓN DEL ESCENARIO: METODOLOGÍA
Trabajamos con mapas reales importados desde OpenStreetMap
Añadimos 10 spots Red Swarm en intersecciones con semáforos
Importamos el mapa en SUMO
Definimos los flujos de tráfico (solución de los expertos)
Este proceso puede adaptarse a cualquier ciudad moderna del mundo
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 11 / 25
56. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ESCENARIO DE TRABAJO: MÁLAGA
Málaga (trazado urbano real)
261 semáforos
10 spots Red Swarm
800 vehículos
4 tipos de vehículos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 12 / 25
57. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ESCENARIO DE TRABAJO: MÁLAGA
Málaga (trazado urbano real)
261 semáforos
10 spots Red Swarm
800 vehículos
4 tipos de vehículos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 12 / 25
58. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ESCENARIO DE TRABAJO: MÁLAGA
Málaga (trazado urbano real)
261 semáforos
10 spots Red Swarm
800 vehículos
4 tipos de vehículos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 12 / 25
59. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ESCENARIO DE TRABAJO: MÁLAGA
Málaga (trazado urbano real)
261 semáforos
10 spots Red Swarm
800 vehículos
4 tipos de vehículos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 12 / 25
60. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ESCENARIO DE TRABAJO: MÁLAGA
Málaga (trazado urbano real)
261 semáforos
10 spots Red Swarm
800 vehículos
4 tipos de vehículos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 12 / 25
61. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ESCENARIO DE TRABAJO: MÁLAGA
Málaga (trazado urbano real)
Nuestro objetivo es reducir las emisiones de gases mediante el aumento de la
fluidez del tráfico rodado y la supresión de atascos
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 13 / 25
62. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO
(10+2)-EA
Cálculo de fitness utilizando el simulador de
tráfico SUMO
El cambio de ruta que realizan los spots se
encuentra implementado por la API TraCI
El resultado del algoritmo evolutivo es la
configuración para todos los spots Red
Swarm ubicados en la ciudad
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 14 / 25
63. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO
(10+2)-EA
Cálculo de fitness utilizando el simulador de
tráfico SUMO
El cambio de ruta que realizan los spots se
encuentra implementado por la API TraCI
El resultado del algoritmo evolutivo es la
configuración para todos los spots Red
Swarm ubicados en la ciudad
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 14 / 25
64. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO
(10+2)-EA
Cálculo de fitness utilizando el simulador de
tráfico SUMO
El cambio de ruta que realizan los spots se
encuentra implementado por la API TraCI
El resultado del algoritmo evolutivo es la
configuración para todos los spots Red
Swarm ubicados en la ciudad
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 14 / 25
65. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO
(10+2)-EA
Cálculo de fitness utilizando el simulador de
tráfico SUMO
El cambio de ruta que realizan los spots se
encuentra implementado por la API TraCI
El resultado del algoritmo evolutivo es la
configuración para todos los spots Red
Swarm ubicados en la ciudad
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 14 / 25
66. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO
(10+2)-EA
Cálculo de fitness utilizando el simulador de
tráfico SUMO
El cambio de ruta que realizan los spots se
encuentra implementado por la API TraCI
El resultado del algoritmo evolutivo es la
configuración para todos los spots Red
Swarm ubicados en la ciudad
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 14 / 25
67. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: REPRESENTACIÓN
Si un vehículo que se dirige hacia el Destino 2 es detectado por el Sensor 1
se le sugerirá como punto de paso en su ruta, uno de los posibles sensores
alcanzables desde el Sensor 1, el cual se seleccionará según los valores de
probabilidad almacenados en el vector solución
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 15 / 25
68. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: REPRESENTACIÓN
Al tener 28 sensores en nuestro escenario y 8 destinos diferentes el vector de
probabilidades está compuesto de 1119 floats lo que nos da una idea de la
complejidad de este problema.
Daniel H. Stolfi & Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 16 / 25
69. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: FUNCIÓN DE FITNESS
FUNCIÓN DE FITNESS
F = !1(N ntrips) + !2
P
COtrip
N
N: Número total de vehículos (800)
ntrips : Número de vehículos que finalizan su itinerario
COtrip : Total CO emitido por el vehículo durante su desplazamiento
!1 y !2: Pesos relativos de cada término
Nuestro objetivo es minimizar el valor de la función de fitness
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 17 / 25
70. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: FUNCIÓN DE FITNESS
FUNCIÓN DE FITNESS
F = !1(N ntrips) + !2
P
COtrip
N
N: Número total de vehículos (800)
ntrips : Número de vehículos que finalizan su itinerario
COtrip : Total CO emitido por el vehículo durante su desplazamiento
!1 y !2: Pesos relativos de cada término
Nuestro objetivo es minimizar el valor de la función de fitness
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 17 / 25
71. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: FUNCIÓN DE FITNESS
FUNCIÓN DE FITNESS
F = !1(N ntrips) + !2
P
COtrip
N
N: Número total de vehículos (800)
ntrips : Número de vehículos que finalizan su itinerario
COtrip : Total CO emitido por el vehículo durante su desplazamiento
!1 y !2: Pesos relativos de cada término
Nuestro objetivo es minimizar el valor de la función de fitness
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 17 / 25
72. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: RECOMBINACIÓN
Operador de Recombinación: SDPX
Hemos utilizado el operador de cruce de dos puntos estándar
Los descendientes se obtienen intercambiando entre los padres los
bloques de configuración de los sensores en los puntos de cruce
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 18 / 25
73. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: RECOMBINACIÓN
Operador de Recombinación: SDPX
Hemos utilizado el operador de cruce de dos puntos estándar
Los descendientes se obtienen intercambiando entre los padres los
bloques de configuración de los sensores en los puntos de cruce
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 18 / 25
74. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: RECOMBINACIÓN
Operador de Recombinación: SDPX
Hemos utilizado el operador de cruce de dos puntos estándar
Los descendientes se obtienen intercambiando entre los padres los
bloques de configuración de los sensores en los puntos de cruce
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 18 / 25
75. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: MUTACIÓN
Dos Operadores de Mutación:
1 ADOS: Todos los bloques destino de un sensor (exploración)
2 ODOS: Un bloque destino de un sensor (explotación)
Modifican las probabilidades en los bloques de configuración
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 19 / 25
76. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: MUTACIÓN
Dos Operadores de Mutación:
1 ADOS: Todos los bloques destino de un sensor (exploración)
2 ODOS: Un bloque destino de un sensor (explotación)
Modifican las probabilidades en los bloques de configuración
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 19 / 25
77. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: MUTACIÓN
Dos Operadores de Mutación:
1 ADOS: Todos los bloques destino de un sensor (exploración)
2 ODOS: Un bloque destino de un sensor (explotación)
Modifican las probabilidades en los bloques de configuración
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 19 / 25
78. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Red Swarm
Arquitectura
Escenario
Algoritmo Evolutivo
ALGORITMO EVOLUTIVO: MUTACIÓN
Dos Operadores de Mutación:
1 ADOS: Todos los bloques destino de un sensor (exploración)
2 ODOS: Un bloque destino de un sensor (explotación)
Modifican las probabilidades en los bloques de configuración
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 19 / 25
79. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
RESULTADOS
Utilizando Red Swarm, los vehículos han reducido no sólo las
emisiones de CO, si no también las de CO2, NOx, Hc, Pm
Además ha disminuido el tiempo medio de viaje y el consumo de
carburante con un mínimo aumento de las distancias recorridas
Por lo tanto en esta zona se emitirán 145 Kg. menos de CO2 al año
Y se ahorrarán 96000 e anuales en combustible
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 20 / 25
80. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
RESULTADOS
Utilizando Red Swarm, los vehículos han reducido no sólo las
emisiones de CO, si no también las de CO2, NOx, Hc, Pm
Además ha disminuido el tiempo medio de viaje y el consumo de
carburante con un mínimo aumento de las distancias recorridas
Por lo tanto en esta zona se emitirán 145 Kg. menos de CO2 al año
Y se ahorrarán 96000 e anuales en combustible
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 20 / 25
81. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
RESULTADOS
Utilizando Red Swarm, los vehículos han reducido no sólo las
emisiones de CO, si no también las de CO2, NOx, Hc, Pm
Además ha disminuido el tiempo medio de viaje y el consumo de
carburante con un mínimo aumento de las distancias recorridas
Por lo tanto en esta zona se emitirán 145 Kg. menos de CO2 al año
Y se ahorrarán 96000 e anuales en combustible
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 20 / 25
82. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
RESULTADOS
Utilizando Red Swarm, los vehículos han reducido no sólo las
emisiones de CO, si no también las de CO2, NOx, Hc, Pm
Además ha disminuido el tiempo medio de viaje y el consumo de
carburante con un mínimo aumento de las distancias recorridas
Por lo tanto en esta zona se emitirán 145 Kg. menos de CO2 al año
Y se ahorrarán 96000 e anuales en combustible
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 20 / 25
83. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
RESULTADOS: GRÁFICAS
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 21 / 25
84. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
RESULTADOS: GRÁFICAS
CO
Hc
CO2
Tiempo de Viaje
NOx
Longitud de Ruta
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 21 / 25
85. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
RESULTADOS PARA 50 INSTANCIAS
Esta figura presenta los valores de fitness de la ejecución de Red
Swarm en 50 instancias diferentes
Red Swarm no sólo ha funcionado correctamente en todas ellas, si no
que también ha obtenido mejores resultados en 34 de ellas (68 %)
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 22 / 25
86. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
RESULTADOS PARA 50 INSTANCIAS
Esta figura presenta los valores de fitness de la ejecución de Red
Swarm en 50 instancias diferentes
Red Swarm no sólo ha funcionado correctamente en todas ellas, si no
que también ha obtenido mejores resultados en 34 de ellas (68 %)
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 22 / 25
87. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
Resultados
Gráficas
50 instancias
Reducción de los atascos
VÍDEO: REDUCCIÓN DE LOS ATASCOS (SUMO)
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 23 / 25
88. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
En este trabajo hemos aplicado nuestra arquitectura Red Swarm al
problema de la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero
Los resultados presentan una reducción de hasta el 10.1% en las
emisiones de CO, 4.0% en CO2, etc.
Además se mantiene la principal característica de Red Swarm que es
la reducción de los tiempos de viaje (hasta 9.1 %)
Como trabajo futuro nos planteamos:
I La extensión del área analizada
I El empleo de otras técnicas bioinspiradas en el proceso de
optimización
I Abordar la optimización multiobjetivo de nuestros escenarios
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 24 / 25
89. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
En este trabajo hemos aplicado nuestra arquitectura Red Swarm al
problema de la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero
Los resultados presentan una reducción de hasta el 10.1% en las
emisiones de CO, 4.0% en CO2, etc.
Además se mantiene la principal característica de Red Swarm que es
la reducción de los tiempos de viaje (hasta 9.1 %)
Como trabajo futuro nos planteamos:
I La extensión del área analizada
I El empleo de otras técnicas bioinspiradas en el proceso de
optimización
I Abordar la optimización multiobjetivo de nuestros escenarios
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 24 / 25
90. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
En este trabajo hemos aplicado nuestra arquitectura Red Swarm al
problema de la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero
Los resultados presentan una reducción de hasta el 10.1% en las
emisiones de CO, 4.0% en CO2, etc.
Además se mantiene la principal característica de Red Swarm que es
la reducción de los tiempos de viaje (hasta 9.1 %)
Como trabajo futuro nos planteamos:
I La extensión del área analizada
I El empleo de otras técnicas bioinspiradas en el proceso de
optimización
I Abordar la optimización multiobjetivo de nuestros escenarios
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 24 / 25
91. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
En este trabajo hemos aplicado nuestra arquitectura Red Swarm al
problema de la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero
Los resultados presentan una reducción de hasta el 10.1% en las
emisiones de CO, 4.0% en CO2, etc.
Además se mantiene la principal característica de Red Swarm que es
la reducción de los tiempos de viaje (hasta 9.1 %)
Como trabajo futuro nos planteamos:
I La extensión del área analizada
I El empleo de otras técnicas bioinspiradas en el proceso de
optimización
I Abordar la optimización multiobjetivo de nuestros escenarios
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 24 / 25
92. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO
En este trabajo hemos aplicado nuestra arquitectura Red Swarm al
problema de la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero
Los resultados presentan una reducción de hasta el 10.1% en las
emisiones de CO, 4.0% en CO2, etc.
Además se mantiene la principal característica de Red Swarm que es
la reducción de los tiempos de viaje (hasta 9.1 %)
Como trabajo futuro nos planteamos:
I La extensión del área analizada
I El empleo de otras técnicas bioinspiradas en el proceso de
optimización
I Abordar la optimización multiobjetivo de nuestros escenarios
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 24 / 25
93. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
http://neo.lcc.uma.es
http://danielstolfi.com/redswarm/
dhstolfi@lcc.uma.es
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 25 / 25
94. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
http://neo.lcc.uma.es
http://danielstolfi.com/redswarm/
dhstolfi@lcc.uma.es
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 25 / 25
95. Introducción
Propuesta
Experimentos
Conclusiones
http://neo.lcc.uma.es
http://danielstolfi.com/redswarm/
dhstolfi@lcc.uma.es
¿Preguntas?
Daniel H. Stolfi Enrique Alba Reducing Gas Emissions by Using Red Swarm 25 / 25