Bio-inspired Computing and Smart Mobility

Por último, se aborda la predicción de plazas libres de aparcamiento utilizando técnicas de aprendizaje automático, tales como series temporales, agrupamiento, etc., incluyendo un prototipo de aplicación web. La tercera parte de esta tesis doctoral se enfoca en el diseño y evaluación de un nuevo algoritmo inspirado en la epigénesis, el Algoritmo Epigenético. Luego de la descripción del modelo en el que se basa y de sus partes, se utiliza este nuevo algoritmo para la resolución del problema de la mochila multidimensional y se comparan sus resultados con los de otros algoritmos del estado de arte. Por último se emplea también el Algoritmo Epigenético para la optimización de la arquitectura Yellow Swarm, un problema de movilidad inteligente resuelto por un nuevo algoritmo bioinspirado. A lo largo de esta tesis doctoral se han descrito los problemas de movilidad inteligente y propuesto nuevas herramientas para su optimización. A partir de los experimentos realizados se concluye que estas herramientas, basadas en algoritmos bioinspirados, son eficientes para abordar estos problemas, obteniendo resultados competitivos comparados con los del estado del arte, los cuales han sido validados estadísticamente. Esto representa un aporte científico pero también una serie de mejoras para la sociedad toda, tanto en su salud como en el aprovechamiento de su tiempo libre. Fecha de lectura de Tesis: 01 octubre 2018.Esta tesis doctoral propone soluciones a problemas de movilidad inteligente, concretamente la reducción de los tiempos de viajes en las vías urbanas, las emisiones de gases de efecto invernadero y el consumo de combustible, mediante el diseño y uso de nuevos algoritmos bioinspirados. Estos algoritmos se utilizan para la optimización de escenarios realistas, cuyo trazado urbano se obtiene desde OpenStreetMap, y que son luego evaluados en el microsimulador SUMO. Primero se describen las bases científicas y tecnológicas, incluyendo la definición y estado del arte de los problemas a abordar, las metaheurísticas que se utilizarán durante el desarrollo de los experimentos, así como las correspondientes validaciones estadísticas. A continuación se describen los simuladores de movilidad como principal herramienta para construir y evaluar los escenarios urbanos. Por último se presenta una propuesta para generar tráfico vehicular realista a partir de datos de sensores que cuentan el número de vehículos en la ciudad, utilizando herramientas incluidas en SUMO combinadas con algoritmos evolutivos. En la segunda parte se modelan y resuelven problemas de movilidad inteligente utilizando las nuevas arquitecturas Red Swarm y Green Swarm para sugerir nuevas rutas a los vehículos utilizando nodos con conectividad Wi-Fi. Red Swarm se centra en la reducción de tiempos de viajes evitando la congestión de las calles, mientras que Green Swarm está enfocado en la reducción de emisiones y consumo de combustible. Luego se propone la arquitectura Yellow Swarm que utiliza una serie de paneles LED para indicar desvíos que los vehículos pueden seguir en lugar de nodos Wi-Fi haciendo esta propuesta más accesible. Además se propone un método para genera rutas alternativas para los navegadores GPS de modo que se aprovechen mejor las calles secundarias de las ciudades, reduciendo los atascos

A biologically inspired network design model

A network design problem is to select a subset of links in a transport network that satisfy passengers or cargo transportation demands while minimizing the overall costs of the transportation. We propose a mathematical model of the foraging behaviour of slime mould P. polycephalum to solve the network design problem and construct optimal transport networks. In our algorithm, a traffic flow between any two cities is estimated using a gravity model. The flow is imitated by the model of the slime mould. The algorithm model converges to a steady state, which represents a solution of the problem. We validate our approach on examples of major transport networks in Mexico and China. By comparing networks developed in our approach with the man-made highways, networks developed by the slime mould, and a cellular automata model inspired by slime mould, we demonstrate the flexibility and efficiency of our approach

A physarum-inspired approach to supply chain network design

A supply chain is a system which moves products from a supplier to customers, which plays a very important role in all economic activities. This paper proposes a novel algorithm for a supply chain network design inspired by biological principles of nutrients’ distribution in protoplasmic networks of slime mould Physarum polycephalum. The algorithm handles supply networks where capacity investments and product flows are decision variables, and the networks are required to satisfy product demands. Two features of the slime mould are adopted in our algorithm. The first is the continuity of flux during the iterative process, which is used in real-time updating of the costs associated with the supply links. The second feature is adaptivity. The supply chain can converge to an equilibrium state when costs are changed. Numerical examples are provided to illustrate the practicality and flexibility of the proposed method algorithm