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交通组织方式车辆边界规则 - 改进的合作方法
交通质量和交通安全
MatthiasHuml;ubner，Eckehard Schnieder
摘要
这种贡献提出了一种通过方式改善交通质量的方法使用car2car通信的车辆自动化。 正式推导的方法在考虑通信限制和环境边界时的决策呈现条件。 在这里，Petrinets用于行为建模和控制结构的正式派生，而在实施中，决策与确保延迟和变化的通信拓扑中的形成趋同的共识算法。
关键词： 交通管理;多代理系统;智能交通;合作控制
1简介
控制流量达到优化的全球行为有必要确定系统的组成部分“交通”。 如图1所示，任何系统可以分为如Schnieder（2007）中所述的组成部分“状态”，“结构”，“行为”和“功能”。 所有成分同意，使被考察的属性系统结果。 结构受到限制系统的界限，所有组件及其动态产生观测行为的联轴器。 后者其特征在于静止和准稳态取决于系统的输入。 根据系统的行为，由状态转换表示从工程角度来看某些系统功能可能被分配。 关于这些预定义的功能系统的行为或状态应受到操纵。
图1 系统的组成部分
系统结构的识别意味着其边界的定义，输入和输出变量以及它们的数学表示和耦合是数学建模的基本任务。一般来说后者应确保观察到的行为现实系统及其状态得到充分表现。通过模型，取决于预期的应用。一个对此目的的实质性要求是足够的用系统结构表示适当的数学描述和形式。关于道路交通，其结构可分为：许多使用同样界限的司机单位基础设施。这些驾驶员单位往往有所不同驾驶行为，而他们能够沟通，但只有视觉上直到现在。从系统理论的角度出发，问题出在哪里，这个结构如何，可以充分建模。可以找到关于多代理系统的形式主义的答案。多代理系统由作用于或的交互实体定义使用共同资源。代理人具有以下内在特征Weiss（2000）中给出的属性：
1.代理人自主行事
2.代理人有一定的规则基础，面向目标
3.代理人与其他代理人互动
4.代理人是移动的
由于作用于共同资源，道路交通的相互作用的动力实体的结构系统性质可以被解释为多代理系统。 基本上道路交通现在的代理人 - 指驾驶员车辆单位 - 也有一个共同的目标：旅行到一个目的地尽可能安全，尽可能快目前这些标准 - 安全和行驶速度 - 是经常被认为是司机矛盾的。这可能追溯到个人优先次序导致的事实相当进步或防守驾驶。 因为这些和驱动程序与驱动程序不同的其他属性，目前的道路交通可能被认为是异质的多代理的系统。
确定了模型的类型下一个问题是如何影响系统的。 由于模型结构影响系统只能影响规则库的手段。驾驶员单位的决策过程。一方面，我们可以解释驾驶学校作为建立和影响未来司机规则的机构。 另一方面，现在的道路交通受交通工具的影响，影响司机的行为离散。 这可以被识别为影响通信决策是协调驱动单元间相互作用的手段。 从这些协调的互动，哪些表示系统行为，生成某些状态，可以从a解释和建模本地观点（驾驶员单位）和来自全球的透视（关于整体的行为行为路段）。 这种关系如图2所示。
图2交通措施在微观和宏观视图
在这里，显而易见的是，由某些宏观交通变量表示的宏观行为被诱导。通过微观层面的某些相互作用。对此，目前的交通模式是依赖于设计的层次关系代表的目标。因此存在仅用于表示的流量模型微观交通变量的动力学Gipps（1981）。其他交通模型代表了宏观交通变量的动态，如密度并像流体动力学中的模型类似地流动Helbing（1997）。不过最近的道路交通模型呢?它不是以某种方式表示微观行为可能从这些微观状态派生出现实宏观交通变量（参见Detering and Schnieder（2009））。一般来说，从微观行为到其宏观后果的数学映射仍然是研究事项一个可能的方法来解决这个问题可能将道路交通作为多代理系统的解释。那么模拟道路交通的基本问题就是如何制定正确的规则基础实现。观察到微观行为。这里我们必须考虑参数的随机变化（例如反应时间），这意味着实现不同的驱动程序行为它们在决策过程中的影响。以下这些要求是一种数学手段的描述被找到能够建模系统行为,以及环境给出的边界条件。此外，应该使用这种建模技术设计先进的驾驶员辅助系统（ADAS）除了微观以外还有全球交通行为，例如避免交通堵塞。
在这项贡献中，应提供一种方法论这个目标。 所以介绍一种方法为同质的多代理系统生成规则库基于预定义的系统规范。 因此,要实现基本问题：车辆交流不足，地方决策和控制程序差异较大的结果应用所提出的方法将是一个理想化的道路交通均匀，实现实现的普通车辆的规则库。 技术先决条件是车辆的全面自动化稳健的控制。 为了改善沟通使用car2car通信协议是合理的。如在IEEE 802.11p或ETSI标准中开发的TCI ITS。 从建模和规格的所需行为发现哪些信息变量是在车辆之间交换。
2方法
从有界环境拓扑结构上由通信和交互代理组成的系统的期望全局行为的数学形式化规范，本地决策程序（规则库）将被设计并且由此产生的行为是验证。 环境拓扑提供可利用的资源给代理，也定义了约束界定代理的动作。在给定的约束关于空间目标信息和代理之间的交互的时间，调度和数量的资源问题。另一个目标是地层稳定，不引起瞬变违反约束。 同时网络必须考虑诱导的限制。
这些目标的方法是基于这样的想法:环境直接定义了一组可能的交互。 遵循这个想法，期望的全局行为可能。因此被认为是这些互动的一个子集。通过设计的本地决策恰恰是这个子集实现互动。 据此，中央问题是这个决策的分析设计。为此目的是一种数学的描述手段是必要的，这本质上使同质的环境拓扑的建模和影响的网络约束。 所以说明手段必须为建模和规范提供语义的所需全球行为。 另外应该提供正式推导控制结构的可能性。从后者来看，地方统一的规则基础应该是合成。
作为描述完成这些要求的手段可以使用Petrinets（见Murata（1989））到他们的具体语义。 它们提供了一个综合的面向问题的建模，包括由环境和通信网络给出的时变约束的映射。 此外，可以得出系统行为的预定义规范中的控制结构（参见Chouika（1999））。 另外，融合网络上要保证地层的稳定性约束作为延迟和数据丢失。 以此目的决策结合分布式一致性算法。 以下效果是这种方法的目标：更高的交通密度，更高的平均速度，同时避免交通拥堵和关键或危险的情况意味着实现高交通安全。
2.1行为建模
行为被认为是一组可能的相互作用由于环境和通信网络的限制。 环境的建模和通信行为应当通过Petri网。 基本原理如图3所示。
图3 Petrinets建模原理
正式地，一条道路在空间分段中离散化被分解为路段。 形成模型，作为一个Petrinet，它作为一个“元令牌”移动，作为网内网。 在这个形成网之内，模仿为令牌。 地方代表可能的分配的车辆。 地方之间的过渡模型可能的相互作用，意味着车道改变或适应相对纵向位置。 然而空间里有一个车辆可能被分配也取决于速度，因为他们整合了安全的距离汽车。 在控制中，综合碰撞被避免将所有地方的容量设为一个。 图4澄清通过描绘一个Petrinet的形式的建模追赶机动作为路径时间图。 这里成了明显的是，形成模型是准静止的Petrinet，用于表示约束和互动。
图4 追赶机动的路线图
图5全球控制结构的原则
2.2控制合成
通过行为模型，集成了一个语义描述道路交通，现在是可能指定协调的所需行为的形成到所需的。 由于形式化，因为Petrinet的行为是由目标或避免在地层网中发生某些过渡。因此，所考虑的地层的可达性图被计算，其中包括所有可能的系统状态。这里可以识别目标状态（形成）选择所需的状态转换预定的射击过渡。取决于设定并且对这些触发转移的调度是全局控制可以导出如图5所示的结构（如Chouika等 （1998），其实现了指定的行为在网络上。
2.3 实施概念
为了实现全局控制结构以Petrinet表示方式给出，应转换为a车身规则库。 为此目的还不够单独决策。 而且在它的应产生对应的基本轨迹到期望的行为。 规则库也指定了车辆之间必要的信息交换。 至执行车辆之间的“协议”，达成共识算法可以在Ren和Beard中使用（2008）。 他们提供交换信息变量的收敛。即使在改变通信拓扑和延迟。图6显示了车身侧面实施的概念，与仁和的相似胡子（2008），但在决策中是不同的基于Petrinets，因此分散实施。
通过通信网络，在车辆之间交换决策所需的某些信息变量。共识算法
从这些本地信息变量生成哪些广播回网络。由于这种从车辆到车辆的反馈通过网络达成协议交换的信息变量被实现所有车辆都有同样的“解读”的现状情况。据此，我们可以用这个表征决策的分散情况控制结构。在局部控制变量的融合之后，决策定义了相互作用相应的车辆。取决于现状生成一组预定的交互。在下面这个集合将映射到某些所需的输入底层控制算法的变量。这个可以以不同的方式实现。一个简单的方法可能是通过多项式生成轨迹。后者可以在线参数化通过交互的时间表，所以它们可以用于前馈控制。
3 集群概念
以前制定的通用方法一直是详细阐述如下：
1.条件事件网络行为建模沟通约束
2.目标形成的定义
3.形成算法概念
4.共识算法
使用地层建设来道路均匀化交通车辆的通用概念已经集聚制定，这是目标定义的基础。
3.1 理论初步和定义
car2car通信网络被建模为a图形。
定义3.1。 曲线G是一对（V，E），其中V ={1，...，p}是一组非空的车辆。 顶点集E是Cartasian产品Vtimes;V的有序子集。 一个对（i，j）isin;E表示车辆i之间的连接与车辆j。
双向图的基本属性的定义由于双向通信拓扑是假定。
定义3.2。 图G =（V，E）被称为双向或非方向iffforall;（i，j）isin;E也（j，i）isin;E。
定义3.3。 令G =（V，E）为图。 一个无向的路径是顶点序列（i1，i2），（i2，i3），....
两个节点i和j连接，当存在a从i到j的路径，因此k1，...，knisin;E存在于其中
（i，k1），...，（kn，j）。
定义3.4。 如果存在每对（i，j）isin;Ean之间，则双向图G被认为是连接的无向路径。
定义3.5。 a的图Gs =（Vs，Es）ist子图。如果Vssube;V和Essube;E！（Vstimes;Vs），则图G =（V，E）。
定义3.6。 令G =（V，E）为无向图。那么A =（aij）i，jisin;{1，...，p}isin;Rptimes;p表示邻接矩阵，其中
该矩阵是对称的，因为G是无向的。定义3.7。 令G =（V，E）为无向图。
那么D =（j）i，jisin;{1，...，p}表示度矩阵由...定义
然后由拉普拉斯矩阵定义
通过图论理论基础和概念相似性（定义3.8）可以塑造这个概念的集群。 大体上说一个群集是一个空间集合具有相似属性的车辆。 在群集中a应达成某些车辆目标形成。这种形式应具有交通流量的目标优化。
定义3.8。 令V = {1，...，p}是一组p车辆。每辆车都有相同数量的n属性Ai1，...，Aintilde;。 令Delta;1，...，Delta;ngt; 0被称为相似的属性或被称为一类。如果每1le;kappa;le;n，所有车辆i，jisin;V，则车辆成立。
定义3.9。 调用具有相似属性的集合V集群如果相关联的无向通信图G =（V，E）连接，不存在图G。G是G的子图。
3.2建模行为
如前所述，行为条件的建模用于表示道路基础设施和车辆的相互作用。 所以，电容和弧的多重性等于1。基于Petrinet的鸡群算法的任务是如下：
1同一车辆类的车辆空间分配通过一组交互（集群分离）
2.将集群车辆分配到车道和适应他们的纵向相对位置，这样做实现每区域最大车辆密度
3.尽可能少地进行交互操作
4.控制（机会）遇到的集群：管理通过互动来回避机动
在下文中，我们假设对于发展和扩展了基本概念（道路速度离散化）的描述，车辆已经根据点1空间分配。这意味着一个集群已经存在（参考3.9中的定义）。 使用此作为进一步扩大概念的起点，存在各路段没有其他车辆类。该车辆从无序地层的空间分配由不同的类组成分离的集群。
图6 实施概念图
一个地方对应于R2中与ql（v）的区域，其中q表示车道的宽度，l（v）表示车道宽度速度依赖纵向细胞长度。 这是由特定车辆类别中最大车辆长度与速度依赖安全距离之和的定义的非线性函数。 所有车辆的速度必须相等，使细胞长度（对于Petrinet位置）是所有车辆都不变。 那么以Petrinet为基础的离散化道路可能被模拟为准静止对车辆和所有协调发生在这个准固定网内。 车道数量对于这些分析是不变的。
形成步骤如下：
- 建立一个自组织通信网络
- 通过共同的算法来平衡车辆的速度
3.创建参考文献并代表它拓扑作为Petrinet在每个车辆（通过交换
的信息
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