CN109754601B - 一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法 - Google Patents
一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种基于空间矢量计算可以在多路特勤保障任务同时进行时，检测其中冲突的方法，通过电子地图提前设定线路，到达时间，各阶段车速，途径点位置等基本信息，然后用计算机建立模型，利用空间矢量算法计算出所有实际运行时的交叉口，结合沿路各种设备的位置信息，计算出设备在线路中的投影点，最后进行模拟运行。本发明快速精准的计算出路口，设备，人员等存在冲突的位置和时间段和相应位置间距过近的情况，以便提前进行线路时间的规划，确保特勤车队的出行安全和畅通，从而更科学高效的协助交警部门完成特勤保障工作。
Description
技术领域
本发明属于智慧交通领域，尤其涉及一种基于空间矢量计算对同时多条特勤任务进行冲突检测的方法。
背景技术
特勤工作不同于一般的勤务工作，具有“任务急、责任大、要求高”的特点，在当前交通特勤保障工作中，对多条同时进行的警卫任务，特别是涉及车队线路交叉时，对可能出现的特勤车队冲突，抢占周边设备，如，监控摄像头，交通信号灯等，还可能出现执勤岗位冲突等情况，通过人工计算预案的方式方法复杂，计算量大，往往难以快速精准的计算出存在的冲突情况。
现有专利文献CN103500506A公开了一种多路特勤路线冲突的检测方法及其调控系统，通过查找附近交汇口，利用调整低优先级的特勤活动来避免冲突发生,采用上述技术方案，虽然可以在多路特勤线路中避免冲突的产生，但是还存在如下技术问题：
1、只能通过地图查找附近交汇路口，无法准确计算出多路特勤活动车辆实际运行时的交汇路口位置信息。
2、对沿途的设备，例如包括监控和摄像头，没有做设备抢占的冲突检测；并且也无法解决对靠近线路，但实际位置不在线路上的设备做冲突检测。
3、对警员的执勤岗位和执勤时间没有做冲突检测。
4、只做了附近交汇口的检测，没有建立模型进行全程模拟运行，容易遗漏掉一些冲突和间距过近的情况。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一中基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，包括以下步骤：
S1先在所有存在交叉的线路中计算出存在的冲突点和时间段；
S2建立模型，进行位置模拟，模拟所有的车队运行情况，获得车队之间所有存在的冲突。
进一步的，其中S1包括如下步骤：
S11获取设置时间段内每天的方案数据、任务数据；
S12先判断线路的执行时间是否有重叠部分，如果没有重叠就直接结束冲突检测，如果有重叠则继续检测；
S13整理执行线路数据生成线段数组并计算线段长度；
S14把执行线路两两组合进行冲突检测；
S15把两两线路冲突检测到的所有冲突信息进行整合，输出每天的所有执行线路中交叉点的冲突位置和冲突时间段；
进一步的，其中S2包括如下步骤：
S21通过当前所有线路中前导车的位置坐标，得出各前导车之间的距离，如果间距小于设定值时，输出间距冲突信息；
S22判断前导车间距接近设定值时，则输出提醒信息；
S23根据前导车模拟位置以及设备在线路上的投影点坐标确定需控制的监控设备及交通信号灯设备，如果控制的设备跟前一次是相同的设备，则直接进行后续的冲突校验；如果不一致则需要判断是否有其他线路对设备进行控制，如果存在被控制的情况，则说明发生设备抢占冲突，输出设备冲突的信息；
S24判断所有当前运行的线路中执勤警员是否存在共用，如果共用则根据执勤警员的执勤时间段来进行比较，如果执勤时间段重叠则说明发生执勤冲突并输出岗位冲突信息；
S25判断是否完成预演模拟，如果没有完成，则需要重新进入S21进行预演模拟。
进一步的，其中步骤S13还包括以下步骤：
S131把所有绘制于地图上的执行线路数据按转折点生成矢量对象的坐标线段数组，然后分别计算出线段的长度，因为地球近似一个球形，所以采用Haversine公式(半正矢公式)计算出两点间的长度，球面上任意两点之间的距离计算公式Haversine公式为：
其中，haversin(θ)＝sin2(θ/2)＝(1-cos(θ))/2；R为地球半径，可取平均值6371km；
表示两点的纬度；Δλ表示两点经度的差值。
S132获取执行线路的途径点列表数据，并计算出到该达途径点的花费时间；对于途径点不在执行线路上的点，先投影到线路上，并获取投影点坐标，然后再计算起点到该投影点的距离，按相应的区间速度计算出到达投影点的时间，并加上停留时间。
进一步的，所述途径点列表数据包括投影点坐标、投影点距起点长度、到达花费时间、途径点坐标、途径点距离投影点长度、区间速度、停留时间。
进一步的，所述获取投影点坐标的方法如下：
设点P为途径点坐标，过点P(x0,y0)的直线l2垂直于直线l1的交点M(x1,y1)，M即为投影点坐标，由于两条直线相互垂直，则有：k1k2＝-1，设过P点的直线l2为：y-y0＝-k-1(x-x0),两条直线的交点为M(x1,y1)，那么点P在直线l1的投影为：
进一步的，其中步骤S14还包括以下步骤：
S141再对两线段数组进行循环相互判断，判断是否有交叉点，若有则返回该交叉的交叉点坐标，并根据坐标以及线段数组计算出交叉点距起点的长度，再利用途径点列表数据判断出交叉点处于哪两个途径点的投影点之间，从而分别计算两线路中车队预计到达及离开该交叉点的时间区间，根据计算出的时间区间是否重叠，可以判断出是否存在交叉点冲突；
S142然后判断两线路的关联设备是否存在共用，如果存在共用设备的情况，则获取设备在对应线路上的投影点坐标及距起点长度，再利用途径点列表数据判断出投影点处于哪两个途径点之间，从而分别计算两线路中车队通过时预计控制及释放的时间区间；根据计算出的时间区间是否重叠，可以判断出是否存在设备冲突；
S143判断两线路是否存在共用，如果共用，根据所在的岗位的执勤时间段来进行比较，判断是否存在执勤冲突。
进一步的，S21中，使用球面上任意两点之间的距离计算公式Haversine公式进行计算，得出各前导车之间的距离。
采用本发明技术方案，本发明的有益效果为：本发明流程设置合理，能快速精准的计算出路口，设备，人员等存在冲突的位置和时间段和相应位置间距过近的情况，以便提前进行线路时间的规划，确保特勤车队的出行安全和畅通，从而更科学高效的协助交警部门完成特勤保障工作。
附图说明
图1为本发明投影点计算方法。
图2为本发明判断两条线段是否交叉的方法。
图3为本发明计算交叉线路中存在的冲突点和时间段的流程图。
图4为本发明模拟运行位置判断冲突的流程图。
具体实施方式
结合附图对本发明具体方案具体实施例作进一步的阐述。
参照附图，一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，包括如下步骤，
S1先在所有存在交叉的线路中计算出存在的冲突点和时间段；
S2建立模型，进行位置模拟，模拟所有的车队运行情况，获得车队之间所有存在的冲突，例如车队距离过近等。
S1具体流程如图3所示：
S11获取设置时间段内每天的方案数据、任务数据；
S12先判断线路的执行时间是否有重叠部分，如果没有重叠就直接结束冲突检测，如果有重叠则继续检测；
S13整理执行线路数据生成线段数组并计算线段长度；
其中步骤S13还包括以下步骤：
S131把所有绘制于地图上的执行线路数据按转折点生成矢量对象的坐标线段数组，然后分别计算出线段的长度，因为地球近似一个球形，所以采用Haversine公式(半正矢公式)计算出两点间的长度，球面上任意两点之间的距离计算公式Haversine公式为：
其中，haversin(θ)＝sin2(θ/2)＝(1-cos(θ))/2；R为地球半径，可取平均值6371km；
表示两点的纬度；Δλ表示两点经度的差值。
所述途径点列表数据包括投影点坐标、投影点距起点长度、到达花费时间、途径点坐标、途径点距离投影点长度、区间速度、停留时间，不局限于上述数据。
S132获取执行线路的途径点列表数据，并计算出到该达途径点的花费时间；对于途径点不在执行线路上的点，先投影到线路上，并获取投影点坐标，然后再计算起点到该投影点的距离，按相应的区间速度计算出到达投影点的时间，并加上停留时间。停留时间可根据预先设置、调整。
如图1所示，所述获取投影点坐标的方法如下：
设点P为途径点坐标，过点P(x0,y0)的直线l2垂直于直线l1的交点M(x1,y1)，M即为投影点坐标，由于两条直线相互垂直，则有：k1k2＝-1，设过P点的直线l2为：y-y0＝-k-1(x-x0),两条直线的交点为M(x1,y1)，那么点P在直线l1的投影为：
S14把执行线路两两组合进行冲突检测；
S14还包括以下步骤：
S141对两线段数组进行循环相互判断，判断是否有交叉点，若有则返回该交叉的交叉点坐标，并根据坐标以及线段数组计算出交叉点距起点的长度，再利用途径点列表数据判断出交叉点处于哪两个途径点的投影点之间，从而分别计算两线路中车队预计到达及离开该交叉点的时间区间，根据计算出的时间区间是否重叠，可以判断出是否存在交叉点冲突。即可以判断出两车队在对应的时间区间内有相遇的可能。
如图2所示，判断两线段是否交叉方法如下：
线段1(a,b)和线段2(c,d),其中a b c d为端点。判断每一条线段的两个端点是否都在另一条线段的两侧，是则求出两条线段所在直线的交点,否则不相交。判断两个点是否在某条线段的两侧，可先求出线段的法线向量，然后把点投影到法线上，最后根据投影的位置来判断点和线段的关系；
点a和点b在线段cd法线上的投影，线段cd在自己法线上的投影，如图2所示。图中点a投影和点b投影在点c投影的两侧，说明线段ab的端点在线段cd的两侧。同理，再判断一次cd是否在线段ab两侧即可。把图中点a投影(distA)，点b投影(distB)，点c投影(distC)都求出来之后，就可以很容易根据各自的大小判断出相对位置。
distA＝＝distB＝＝distC时，两条线段共线。
distA＝＝distB！＝distC时，两条线段平行。
distA和distB在distC同侧时，两条线段不相交。
distA和distB在distC异侧时，两条线段是否相交需运用同样的方法再判断点c点d与线段ab的关系。
当判断得出相交的时候，就可以通过以下公式求出交点了：
S142然后判断两线路的关联设备是否存在共用，如果存在共用设备的情况，则获取设备在对应线路上的投影点坐标及距起点长度，再利用途径点列表数据判断出投影点处于哪两个途径点之间，从而分别计算两线路中车队通过时预计控制及释放的时间区间；根据计算出的时间区间是否重叠，可以判断出是否存在设备冲突；
S143判断两线路是否存在共用，如果共用，根据所在的岗位的执勤时间段来进行比较，判断是否存在执勤冲突。
S15把两两线路冲突检测到的所有冲突信息进行整合，输出每天的所有执行线路中交叉点的冲突位置和冲突时间段。
S2具体流程如图4所示：
S21通过当前所有线路中前导车的位置坐标，使用球面上任意两点之间的距离计算公式Haversine公式进行计算，算法与S131中所提及的Haversine公式相同。得出各前导车之间的距离，如果间距小于设定值(例如200米)时，说明发生车队之间间距过小的冲突，输出间距冲突信息；
S22判断前导车间距接近设定值时，则输出提醒信息(例如，距离为200-300米)，则输出提醒信息，使其有一个可预警的空间距离；
S23根据前导车模拟位置以及设备在线路上的投影点坐标确定需控制的监控设备及交通信号灯设备，如果控制的设备跟前一次是相同的设备，则直接进行后续的冲突校验；如果不一致则需要判断是否有其他线路对设备进行控制，如果存在被控制的情况，则说明发生设备抢占冲突，输出设备冲突的信息；
S24判断所有当前运行的线路中执勤警员是否存在共用，如果共用则根据执勤警员的执勤时间段来进行比较，如果执勤时间段重叠则说明发生执勤冲突并输出岗位冲突信息；
S25判断是否完成预演模拟，如果没有完成，则需要重新进入S21进行预演模拟。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求。
Claims (7)
1.一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1先在所有存在交叉的线路中计算出存在的冲突点和时间段；
S2建立模型，进行位置模拟，模拟所有的车队运行情况，获得车队之间所有存在的冲突；
其中S2包括如下步骤：
S21通过当前所有线路中前导车的位置坐标，得出各前导车之间的距离，如果间距小于设定值时，输出间距冲突信息；
S22判断前导车间距接近设定值时，则输出提醒信息；
S23根据前导车模拟位置以及设备在线路上的投影点坐标确定需控制的监控设备及交通信号灯设备，如果控制的设备跟前一次是相同的设备，则直接进行后续的冲突校验；如果不一致则需要判断是否有其他线路对设备进行控制，如果存在被控制的情况，则说明发生设备抢占冲突，输出设备冲突的信息；
S24判断所有当前运行的线路中执勤警员是否存在共用，如果共用则根据执勤警员的执勤时间段来进行比较，如果执勤时间段重叠则说明发生执勤冲突并输出岗位冲突信息；
S25判断是否完成预演模拟，如果没有完成，则需要重新进入S21进行预演模拟。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，其特征在于，其中S1包括如下步骤：
S11获取设置时间段内每天的方案数据、任务数据；
S12先判断线路的执行时间是否有重叠部分，如果没有重叠就直接结束冲突检测，如果有重叠则继续检测；
S13整理执行线路数据生成线段数组并计算线段长度；
S14把执行线路两两组合进行冲突检测；
S15把两两线路冲突检测到的所有冲突信息进行整合，输出每天的所有执行线路中交叉点的冲突位置和冲突时间段。
3.根据权利要求2所述的一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，其特征在于，其中步骤S13还包括以下步骤：
S131把所有执行线路数据按转折点生成矢量对象的坐标线段数组，然后分别计算出线段的长度，采用Haversine公式计算出两点间的长度，任意两点之间的距离计算公式Haversine公式为：
其中，haversin(θ)＝sin2(θ/2)＝(1-cos(θ))/2；R为地球半径，可取平均值6371km；
表示两点的纬度；Δλ表示两点经度的差值；
S132获取执行线路的途径点列表数据，并计算出到达该途径点的花费时间；对于途径点不在执行线路上的点，先投影到线路上，并获取投影点坐标，然后再计算起点到该投影点坐标的距离，按相应的区间速度计算出到达投影点坐标的时间，并加上停留时间。
4.根据权利要求3所述的一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，其特征在于，所述途径点列表数据包括投影点坐标、投影点坐标距起点长度、到达花费时间、途径点坐标、途径点距离投影点坐标长度、区间速度、停留时间。
5.根据权利要求3所述的一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，其特征在于，所述获取投影点坐标的方法如下：
设点P为途径点坐标，过点P(x0,y0)的直线l2垂直于直线l1的交点M(x1,y1)，M即为投影点坐标，由于两条直线相互垂直，则有：k1k2＝-1，设过P点的直线l2为：
两条直线的交点为M(x1,y1)，那么点P在直线l1的投影为：
6.根据权利要求4所述的一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，其特征在于，其中步骤S14还包括以下步骤：
S141对两线段数组进行循环相互判断，判断是否交叉，若交叉则返回该交叉的交叉点坐标，并根据坐标以及线段数组计算出交叉点距起点的长度，再利用途径点列表数据判断出交叉点处于哪两个途径点的投影点坐标，之间，从而分别计算两线路中车队预计到达及离开该交叉点的时间区间，根据计算出的时间区间是否重叠，可以判断出是否存在交叉点冲突；
S142判断两线路的关联设备是否存在共用，如果存在共用设备的情况，则获取设备在对应线路上的投影点坐标及距起点长度，再利用途径点列表数据判断出投影点坐标处于哪两个途径点之间，从而分别计算两线路中车队通过时预计控制及释放的时间区间；根据计算出的时间区间是否重叠，可以判断出是否存在设备冲突；
S143判断两线路是否存在共用，如果共用，根据所在的岗位的执勤时间段来进行比较，判断是否存在执勤冲突。
7.根据权利要求1所述的一种基于空间矢量计算对同时多任务进行冲突检测的方法，其特征在于，S21中，使用球面上任意两点之间的距离计算公式Haversine公式进行计算，得出各前导车之间的距离。
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