基于蟻群算法的自動(dòng)化立體車庫監(jiān)控軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

◆萬 方

基于蟻群算法的自動(dòng)化立體車庫監(jiān)控軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)

◆萬 方

（廣東省貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)校 廣東 510507）

本文目的在于基于蟻群算法，研究關(guān)于現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。對于當(dāng)前立體車庫監(jiān)控中，亟待實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化自動(dòng)化的監(jiān)控管理，基于蟻群算法，分析優(yōu)化設(shè)計(jì)該監(jiān)控軟件的需求，并優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)蟻群算法支撐的立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件。結(jié)果證實(shí)，基于蟻群算法優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件平均響應(yīng)時(shí)間由49.9552s下降到22.5280s，降低系統(tǒng)能耗，實(shí)現(xiàn)對立體車庫的群控調(diào)度，發(fā)揮積極應(yīng)用效益。結(jié)束語表明，設(shè)計(jì)基于蟻群算法的現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，具有可行性，可發(fā)揮積極設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)價(jià)值。

自動(dòng)化立體車庫；設(shè)計(jì)；蟻群算法；監(jiān)控管理；計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件

0 前言

對于本篇研究中，基于現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫作為研究對象，優(yōu)化設(shè)計(jì)車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，能夠?qū)崟r(shí)自動(dòng)化監(jiān)控車庫的空間資源，從而可以充分發(fā)揮車庫功能，通過監(jiān)控就可使人獲知立體車庫是否有空余車位，最大限度解決車輛停放擁擠問題，發(fā)揮積極影響[1]?；谙伻核惴ㄖ卸喾N群且種群間互不干擾的特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件,構(gòu)建基于等待時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間、系統(tǒng)能耗為立體車庫優(yōu)化目標(biāo)的評價(jià)函數(shù),優(yōu)化進(jìn)行立體車庫的群控調(diào)度,發(fā)揮積極影響。以下本篇對此做具體分析。

1 蟻群算法

關(guān)于蟻群算法，最初是20世紀(jì)90初由意大利的多里戈（Dorigo M）、馬聶佐（Maniezzo V）等人，受到生物進(jìn)化機(jī)制的啟發(fā)，根據(jù)模擬大自然中螞蟻搜索路徑的行為，從而提出的模擬進(jìn)化算法[2],在蟻群算法中，核心就是根據(jù)在搜索食物源過程中蟻群表現(xiàn)的尋優(yōu)能力，以此來模仿蟻群的信息素依賴原則，在算法中通過信息素來正確引導(dǎo)搜索行動(dòng)。一只螞蟻搜索過的路徑在下次搜索時(shí)就不再被該螞蟻選擇，因此在蟻群算法中建立禁忌表進(jìn)行模擬。螞蟻會(huì)算出還有多久才會(huì)碰到攜帶食物回來的螞蟻，據(jù)此決定是否離開蟻穴。這是一種正反饋形式；螞蟻帶回食物的速度越快，離開蟻穴的螞蟻就越多。蟻群算法是一種隨機(jī)搜索的全局優(yōu)化算法,蟻群算法是群智能理論研究領(lǐng)域的一種主要算法。

2 分析軟件設(shè)計(jì)需求

立體車庫對于解決現(xiàn)代密集型城市的汽車停放問題具有重要的開發(fā)價(jià)值和廣泛的應(yīng)用前景。因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，發(fā)揮積極設(shè)計(jì)價(jià)值，能夠滿足人們的應(yīng)用需求。本文基于蟻群算法，設(shè)計(jì)現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，需要根據(jù)立體車庫的多層升降橫移式運(yùn)行原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從硬件組成、控制軟件設(shè)計(jì)方面結(jié)合蟻群算法，優(yōu)化設(shè)計(jì)該軟件，以確?？梢詢?yōu)化軟件監(jiān)控畫面[3]，實(shí)現(xiàn)對立體車庫運(yùn)行過程及立體車庫狀態(tài)的實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)控。現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，采取PLC、計(jì)算機(jī)組態(tài)構(gòu)成車庫的監(jiān)控畫面，通過軟件中的控制按鈕，可以自動(dòng)化監(jiān)控管理立體車庫對汽車的存取控制，滿足軟件用戶設(shè)計(jì)需求。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)蟻群算法現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件

3.1 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于蟻群算法設(shè)計(jì)的現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫監(jiān)控軟件中，主要是由“PLC控制部分、上位機(jī)及視頻監(jiān)控部分、手動(dòng)控制部分”組成。軟件的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下所示:

圖1 軟件總體結(jié)構(gòu)

3.2 軟件功能設(shè)計(jì)

自動(dòng)監(jiān)控控制的功能:對于本次設(shè)計(jì)現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件中，可以具備自動(dòng)控制的功能，對于車輛在車庫的出、進(jìn)，給予自動(dòng)化的控制，確保發(fā)揮立體車庫最大使用效益。

自動(dòng)保護(hù)的功能:在立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件中，可以對于發(fā)生的故障，進(jìn)行自動(dòng)化保護(hù)，可以切斷電流，或是斷開線路，保護(hù)車輛在立體車庫中的安全。

監(jiān)視的功能:應(yīng)用蟻群算法優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件中，可以根據(jù)車庫內(nèi)設(shè)備的電氣信號進(jìn)行檢測，從而可以將模擬的電信號轉(zhuǎn)化為模擬的圖像，監(jiān)控立體車庫車輛進(jìn)出變化，確保立體車庫能夠正常使用。

3.3 應(yīng)用蟻群算法

廣義蟻群算法如下:

其中:ηij(t)表示啟發(fā)函數(shù)，ηij(t)=1/dij，就是代表一種期望；其中α是信息素內(nèi)的重要程度因子，若是α的越大，則在轉(zhuǎn)移中表示信息素發(fā)揮了越大的作用；β則是表示啟發(fā)函數(shù)的重要程度因子。

信息素更新，

信息素?fù)]發(fā)（evaporation）過程是信息素痕跡的濃度自動(dòng)逐漸減弱的過程。揮發(fā)過程主要用于避免算法過快地向局部最優(yōu)區(qū)域集中，有助于搜索區(qū)域的擴(kuò)展。

設(shè)ρ(0＜ρ1)能夠表示信息素的揮發(fā)程度,則在螞蟻完成一次循環(huán)后,就需實(shí)時(shí)的更新搜索引擎中各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接路徑的信息濃度:

優(yōu)化軟件監(jiān)控算法，基于蟻群算法，搜索引擎系統(tǒng)，首先，初始化參數(shù)，需要對與搜索引擎算法相關(guān)的參數(shù)初始化。其次，可以將各個(gè)螞蟻隨機(jī)放置在不同的出發(fā)點(diǎn)，對每個(gè)螞蟻k（k=1，2，3，…m），計(jì)算出轉(zhuǎn)換概率，確定其下一個(gè)搜索引擎待訪問的節(jié)點(diǎn)。然后，根據(jù)新信息素，計(jì)算出在各螞蟻經(jīng)過后的路徑長度Lk，并記錄在當(dāng)前蟻群算法迭代中的最短路徑。最后，如果iter

3.4 硬件設(shè)計(jì)

基于蟻群算法設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件中，其核心控制元件是一種微型的可編程控制器（三菱FX2N-40MR），在工作中基本指令的執(zhí)行時(shí)間可以高達(dá)0.08us。同時(shí)，對于計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件中，應(yīng)用220V AC供電，確保軟件可以正確運(yùn)行，滿足對立體車庫的自動(dòng)化監(jiān)控。

3.5 軟件代碼實(shí)現(xiàn)

在蟻群算法下設(shè)計(jì)的自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件中，可以基于圖形顏色的改變及閃爍，進(jìn)行報(bào)警，通過軟件監(jiān)控車庫，可以實(shí)時(shí)顯示出車庫內(nèi)的具體情況，并且也可以動(dòng)態(tài)的顯示出車庫內(nèi)的車輛模擬圖，記錄車輛運(yùn)行參數(shù)，發(fā)揮車庫監(jiān)控效益。

構(gòu)建數(shù)據(jù)庫部分:在工程瀏覽器頁面進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，定義變量IO清單設(shè)計(jì)的IO點(diǎn)及畫面組態(tài)用中間點(diǎn)。

在變量定義中連接設(shè)備，選中端口設(shè)置好的PLC，根據(jù)數(shù)據(jù)類型設(shè)置好寄存器及數(shù)據(jù)類型、讀寫屬性等。

在界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫構(gòu)造、動(dòng)畫連接、命令語言編寫等完成后，進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試，在開發(fā)界面下切換到VIEW界面，可以觀察到動(dòng)態(tài)的效果，還可以進(jìn)行仿真控制調(diào)試。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)效益分析

基于蟻群算法優(yōu)化設(shè)計(jì)的現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，可以實(shí)現(xiàn)基于PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線技術(shù)以及MPI總線技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的突破，可以確保立體車庫在計(jì)算機(jī)監(jiān)控中PLC控制與PC計(jì)算機(jī)之間的通信，提高串口通訊的效率。在設(shè)計(jì)該監(jiān)控軟件中，應(yīng)用蟻群算法，可以使立體車庫監(jiān)控軟件更趨于全自動(dòng)化的監(jiān)控控制，提升軟件功能的可擴(kuò)展性。應(yīng)用本次設(shè)計(jì)的軟件，在實(shí)際監(jiān)控立體車庫過程中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件平均響應(yīng)時(shí)間由49.9552s下降到22.5280s，降低系統(tǒng)能耗，實(shí)現(xiàn)對立體車庫的群控調(diào)度，發(fā)揮積極應(yīng)用效益[4]。

5 結(jié)束語

綜上所述，設(shè)計(jì)基于蟻群算法的現(xiàn)代自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件，可以保持傳統(tǒng)蟻群算法的穩(wěn)定性，優(yōu)化系統(tǒng)監(jiān)控性能，具有可行性，可以在實(shí)際中應(yīng)用推廣該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

[1]孟建軍，楊澤青，蔣兆遠(yuǎn).基于蟻群算法的大型自動(dòng)化立體車庫計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2006.

[2]周建新，楊衛(wèi)東，李擎.改進(jìn)蟻群神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在滯后系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].控制工程，2010.

[3]林肖瑩.一種基于蟻群聚類的異常網(wǎng)絡(luò)入侵檢測算法[D].廈門大學(xué)，2013.