一种特种车辆信息物理融合系统择向方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于避免拥挤预测算法的特种车辆信息物理融合系统择向方法， 主要用于解决智能交通系统中警车、出租车等特种车辆在既有道路约束下均匀分布的问 题，W及满足面向特种车辆的信息物理融合系统在调度过程中实时性的要求，属于信息物 理融合系统和智能交通系统的交叉技术应用领域。
【背景技术】
[0002] 信息物理融合系统被认为是继计算机、互联网之后世界信息技术的第=次浪 潮。信息物理融合系统可W理解为基于嵌入式设备的高效网络化智能信息系统，是具有 高度自主感知、自主判断、自主调节和自治能力，能够实现虚拟世界和现实物理世界互联 与协同的下一代智能系统。信息物理融合系统在功能上主要考虑性能优化，是集计算 (Computation)、通信（Communication)与控制（Control) 3C于一体的智能技术。现在，信 息物理融合系统技术已经得到了国际工商业界和许多大型国际公司的高度关注，发展速度 极为迅速，已被应用于交通、医疗、能源等多个重要发展领域，具有广阔的应用前景。
[0003]智能交通系统是一种典型的信息物理融合系统，它将先进的信息技术、数据通讯 传输技术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理 系统而建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理 系统。；[TS(IntelligentTransportationSystem)可W有效地利用现有交通设施、减少交 通负荷和环境污染、保证交通安全、提高运输效率，因而，日益受到各国的重视。21世纪将是 公路交通智能化的世纪，人们将要采用的智能交通系统，是一种先进的一体化交通综合管 理系统。在该方法中，车辆靠自己的智能在道路上自由行驶，公路靠自身的智能将交通流量 调整至最佳状态，借助于该个系统，管理人员可W掌握对道路、车辆行踪等情况。
[0004] 特种车辆调度系统是智能交通系统的一种典型应用，该系统综合利用传感技术、 通信技术、计算技术和控制技术，使人、车、路交互协同，针对特种车辆拥挤产生的场景设计 避免拥挤的策略，确保W警车、出租车为代表的特种车辆能在既有道路的约束下动态均匀 分布，形成了集计算、通信、控制于一体的"全局化、智能化、动态化、自动化"的调度系统，从 而提高特种车辆的择向效率。
[0005] 避免拥挤预测算法针对特种车辆在择向过程中产生拥挤的原因；（1)两车相向而 行；（2)两车相随而行；（3)两车朝同一路口运行，设计了五个避免拥挤的策略，分别是；（1) 避免多车相向行驶策略；（2)避免多车朝同一路口行驶的策略；（3)最小择路因子诱导策 略；(4)不掉头+随机择路策略；(5)最短路段优先策略。特种车辆行驶到路口择向时，根据 实时的场景触发相应的避免拥挤策略，提前规避拥挤的产生，W此达到多车协同，使各特种 车辆均匀分布的目的。
[0006] 择路因子是在特种车辆巡逻调度过程中为了提高其在市区内的各个路段出现的 频率（可见性）而引入的一个参数。择路因子是一个整型数组，市区内的每条路段对应一 个数组元素。各条路段上每当有特种车辆经过时，对应该路段的择路因子就加1。择路因子 的引入能够保证在特种车辆均匀分布的基础上有着较高的可见性，使警车在巡逻过程中能 更广泛地震慑到犯罪分子，使出租车在各路段上都能够出现并及时响应人们便捷出行的需 求。
[0007] 随着信息物理融合系统的提出和智能交通技术的迅速发展，W警车、出租车为代 表的特种车辆调度系统引起了多领域专家的关注，提出了很多新颖的方法。总的来看，有两 类基本思想；第一种思想就是W蚁群算法为代表的调度思想，该类调度方法通过"气味"来 体现对应路段上经过的特种车辆数，根据"气味"的大小来规划调度方案；另一种思想是W 引力场方法为代表的调度思想，首先定义引力与斥力，然后根据各特种车辆间引力、斥力的 合力来为特种车辆择向，从而实现车辆间的交互，达到使特种车辆动态均匀分布的目的。
【发明内容】
[000引技术问题；本发明给出一种面向特种车辆的基于避免拥挤预测算法的信息物理融 合系统择向方法，该方法综合利用传感技术、通信技术、计算技术和控制技术，使人、车、路 交互协同，针对特种车辆拥挤产生的场景设计了五个避免拥挤的策略，确保W警车、出租车 为代表的特种车辆能在既有道路的约束下动态均匀分布，形成了集计算、通信、控制于一体 的"全局化、智能化、动态化、自动化"的择向方法，从而提高了特种车辆的调度效率。同时， 由于在避免拥挤策略中引入了择路因子，使得特种车辆在所有路段可见。另外，避免拥挤预 测算法的时间复杂度低，能够满足面向特种车辆的信息物理融合系统在调度过程中的实时 性要求。
[0009] 技术方案；本发明所述的基于避免拥挤预测算法的特种车辆信息物理融合系统择 向方法应用在面向W警车、出租车为代表的特种车辆择向的信息物理融合系统中，择向策 略基于避免拥挤预测算法。特种车辆在实时择向过程中引入信息物理融合系统，整合智能 交通系统，综合利用传感技术、通信技术、计算技术和控制技术，使人、车、路交互协同，在特 种车辆行驶到路口择向时，根据实时的场景触发相应的避免拥挤策略，提前规避拥挤的产 生，W此达到使各特种车辆在既有道路的约束下动态均匀分布的目的。
[0010] 本发明所述的信息物理融合系统由若干物理单元（特种车辆、路况信息采集设备 及用户终端）和一个信息处理单元（基础数据和调度模块）组成，物理单元与信息处理单 元均设有通信接口，通过通信模块进行交互。物理单元向信息处理单元发送车辆位置、车 速、车辆所在路段、车辆朝向、路况及呼叫信息，接收来自信息处理单元的控制指令；信息处 理单元根据接收到的车辆信息、路况信息及呼叫信息结合基础数据，构建特种车辆运行场 景，对各场景进行抽象并制定相应的策略，进而向特种车辆实时发送调度控制信息。
[0011] 本发明所述的基于避免拥挤预测算法的特种车辆信息物理融合系统择向方法包 括W下步骤：
[0012] 步骤1)读取用户提供的包括路口坐标、路口邻接关系的地图数据，生成邻接路 口表数组adjacency,创建择路因子数组selectionFactor;将地图中所有路口从0开始 依次编号，每个路口对应一维数组adjacency中的一个邻接路口表元素，邻接路口表中 存储与该路口邻接的所有路口编号及邻接路口个数；所述selectionFactor是无符号长 整型二维数组，该数组记录在一个用户指定的执勤周期内，地图中各条路段上经过的特 种车辆的次数为各条路段对应的择路因子值，所有元素值初始为0,每条路段的择路因子 对应一个selectionFactor元素，择路因子值通过对应路段的两个端点路口编号在数组selectionFactor中检索，每当一条路段上有特种车辆经过，该条路段的择路因子数值就加 1，一个执勤周期结束后，数组selectionFactor中所有元素值清零，该数组中元素值是0到 264中的一个整数。读取用户提供的配置信息，包括执勤周期T、特种车辆移动的步长STEP、 特种车辆移动一个步长所需的时间t，设立系统计时器timer并将其初始为0,所述所有特 种车辆每向前移动一个步长STEP,timer便增加t，当timer等于T时，即到达一个执勤周 期时，timer置零；
[0013] 步骤2)获取所有特种车辆的位置信息、所处路段信息包括始末路口编号及朝向 信息，存入列表specialVehicle;遍历列表specialVehical，记行驶到路口的特种车辆为 待择向特种车辆，设置其中的第一辆待择向特种车辆为当前择向车辆；
[0014] 步骤3)读取当前择向车辆所处位置对应的路口编号；
[0015] 步骤4)为当前择向车辆选择要驶往的目标路口的编号，具体选择的策略包括：避 免多车相向行驶策略、避免多车朝同一路口行驶的策略、择路因子最