CN115114805B

CN115114805B - 自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法

Info

Publication number: CN115114805B
Application number: CN202211031126.6A
Authority: CN
Inventors: 张晓春; 陈振武; 梁晨; 张稷; 吴若乾; 杨良; 刘星; 刘祥; 林芷萱
Original assignee: Shenzhen Urban Transport Planning Center Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Urban Transport Planning Center Co Ltd
Priority date: 2022-08-26
Filing date: 2022-08-26
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2042-08-26
Also published as: CN115114805A

Abstract

本发明提出自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法，属于信息交互对离散仿真技术领域。包括以下步骤：S1.解析信息发生方与信息接收方的信息交互对，建立流程活动模型；S2.构建流程活动模型的仿真模型；S3.定义仿真参数，包括仿真整体定义参数和流程定义参数；仿真整体定义参数包括，仿真步长、仿真时长和流程实体表达信息量；流程定义参数根据实际情况定义；S4.进行仿真，根据仿真结果表征用户需求的影响效果。解决现有技术中存在的适用性低，不能满足自主式交通系统架构研究领域信息交互对的研究需求的技术问题。本发明适用于自主式交通系统架构研究领域和其他各行业领域的研究，用户根据研究目标的性质定制专属的仿真模型。

Description

自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法

技术领域

本申请涉及信息交互对离散仿真方法，尤其涉及自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法，属于信息交互对离散仿真技术领域。

背景技术

随着交通体系信息量剧增、系统增多、迭代加快，当前靠人指挥交通系统难以满足需求，新一代自主式交通系统（ATS）的体系框架，借助人工智能、大数据、移动通信、卫星定位等新兴技术，推动交通系统从“弱自主”向“全自主”的体系化转变。自主式交通系统代表了面向未来的交通发展趋势，与其他系统相比，呈现出自主感知、自主学习、自主决策、自主响应等特征。这些特征决定ATS不是一个静态的系统，而是一个动态的能够演进演化的系统。因此，ATS架构设计要求构建一个完整的架构体系，依托系统内在需求与外在技术共同驱动的运作机制划分系统代际，并基于演化机理解析各代基功能、逻辑、物理架构及其映射关系与平行演进机制，建立ATS架构体系。基于ATS体系架构，最终实现标准化架构设计实现技术，并能够针对典型交通场景提供系统架构设计参考方案。

信息交互的概念最早来自于设计领域，用来描述设计行为。后逐渐定义为通讯双方的信息传输过程，现在大多数应用于计算机、互联网技术中。ATS架构中的物理对象或者具象化的功能模块之间也同样拥有这样类似的行为，一次来表征逻辑控制关系。为了专属表明ATS架构中的这种控制关系，研究者引入了信息交互对的概念。

信息交互对区别于往常所说信息交互行为，信息交互行为是专指两个具体发生信息交互行为的个体，是针对具体的颗粒度较为细致的对象。在ATS架构中需要表征这种关系对象的物理颗粒度不仅局限于微观，也可以指代颗粒度很大的一类群体，而且这里所提的对象也不仅仅指含有实际意义的物理实体。信息交互行为通常仅是表征被描述双方的逻辑关系，信息交互对除了能描述逻辑关系外，还需要描述两者具体影响关系两者传递信息由信息交互对中包含的信息流表示。

信息交互对是专指自主式交通系统中两个物理对象之间的控制关系，自主式交通系统是新提出的一种未来交通系统，因此尚未有成熟应用于信息交互对的研究方法。

通过现有技术背景调研，发现研发人员对信息交互有相关研究如下：

尹慧子,张海涛,马婷婷,等.智慧医疗情境下信息交互行为及拓扑结构研究[J].现代情报,2020,40(3):11.理论研究法：通过研究该信息交互行为所在行业的专有领域知识，研究此信息交互行为。

王晰巍,韦雅楠,邢云菲,王铎.新媒体环境下企业与用户信息交互行为模型及特征研究[J].图书情报工作,2018,62(18):6-15.结果分析法：通过此信息交互行为所产生的效果，反推研究此信息交互行为。

冒羽卉.弹幕视频网站用户信息交互行为影响因素及服务模式研究[D].吉林大学,2021.DOI:10.27162/d.cnki.gjlin.2021.001531.经验分析法：根据研究者自己的经验去分析研究。

经研究现有技术中存在以下技术缺陷：

1、自主式交通系统涉及的领域较多，导致信息交互对所指代对象的物理含义不仅仅局限于单一的行业领域中，仅靠单独的领域内的知识进行研究，难度较高，实现的工作量较大；且还需考虑信息交互对可能存在尚未实现的情况，因此也无法直接从现有的工程或者案例结果分析。

2、研究结果无法量化，很多仅是研究了其中所包含因素的逻辑对应关系，无法得出一个客观量化的结论。

3、经验参考因素较多，无论从文献调研还是从自己所接触的案例分析，人的参与度过高，会给研究过程带来较多的主观因素，使得结果不再客观，无法得到很好的量化结论。

因此，亟待一种能够满足研究需求的自主式交通系统架构信息交互对离散仿真方法。

发明内容

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，为解决现有技术中存在的适用性低，不能满足自主式交通系统架构领域的信息交互对的研究需求的技术问题，本发明提供自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法，信息交互对是专指自主式交通系统架构中两个物理对象之间的控制关系，本发明用于自主式交通系统架构的研究领域。

方案一、自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法，包括以下步骤：

S1.解析信息发生方与信息接收方的信息交互对，建立流程活动模型；

S2.构建流程活动模型的仿真模型；

S3.定义仿真参数，包括仿真整体定义参数和流程定义参数；仿真整体定义参数包括，仿真步长、仿真时长和流程实体表达信息量；

S4.进行仿真。

优选的，S1所述解析信息发生方与信息接收方的信息交互对，建立流程活动模型的方法包括两种，第一种方法是：通过信息交互对的信息发送方与信息接收方直接获取相关流程活动，根据流程活动构建流程活动模型。

优选的，S1所述解析信息发生方与信息接收方的信息交互对，建立流程活动模型的方法包括两种，第二种方法是：用户根据流程包括的离散活动事件，再根据“或”、“并”、“与”和“串行”逻辑关系对离散活动事件排布组合得到与信息交互对契合的流程活动，根据流程活动构建流程活动模型。

优选的，构建流程活动模型的仿真模型方法是：创建Source模块、Sink模块、Delay模块、Split模块、Combine模块、Select模块和Hold模块；根据流程活动的前后逻辑关系，用带有方向的有向线段将Source模块、Sink模块、Delay模块、Split模块、Combine模块、Select模块和Hold模块连接，构成流程网络，而成生成流程活动模型的仿真模型；

所述Source模块生成信息实体和所有信息实体的起点；

所述Sink模块获取所有信息实体到达流程的终点；

所述Delay模块对滞留信息实体，赋予实际含义；

所述Split模块对需要同时进行的两个流程，分离若干信息实体；

所述Combine模块将若干信息实体合成新的信息实体；

所述Select模块为多个信息实体提供多条流程走向；

所述Hold模块阻挡信息实体的进入下一模块。

方案二、一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现方案一所述的自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法的步骤。

方案三、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现方案一所述的自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法。

本发明的有益效果如下：

1、本发明能充分表达自主式交通系统架构的信息交互对的属性：解析信息交互对构建流程仿真的方法能充分表达自主式交通系统中两个物理对象之间的逻辑控制关系、清晰地描述信息交互对传递信息的属性以及明确地获知信息交互对之间传递信息量；

2、本发明灵活性高：能直接用于信息交互对的研究，也能将其嵌套在自主式交通系统的架构仿真中作为系统仿真的一部分，方便使用者灵活使用；

3、本发明直观：用户可以通过仿真直观地看到信息交互对的组成模块以及明确仿真过程中各模块之间相互作用关系，有利于用户直观明了地掌握信息交互对的工作机制原理；

4、本发明适用性强：自主式交通系统涉及的元素不止交通一个行业，因此本发明不仅局限于交通领域；

5、本发明适用于各行业的研究，用户能根据研究目标的性质的定制专属的仿真模型。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为交通系统架构自主演进仿真方法示意图；

图2为流程活动模型的仿真模型中模块串行结构示意图；

图3为流程活动模型的仿真模型中模块循环结构示意图；

图4为流程活动模型的仿真模型中模块“与分支”和“与汇合”结构示意图；

图5为流程活动模型的仿真模型中模块“或分支”和“或汇合”结构示意图；

图6为实施例S4所述活动事件仿真流程示意图；

图7为仿真结果中每个仿真步长下sink接收的信息实体个数示意图；

图8为ATS架构结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1、参照图1-图8说明本实施方式，自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法，具体包括以下步骤：

建立流程活动模型的方法是：取ATS架构（参照图8）中的“载运工具”→“路侧感知设备”，信息发生方是“载运工具”，信息接收方是“路侧感知设备”，传递的信息是关于车辆异常表现；解析信息交互对中的流程活动，根据流程活动的逻辑关系构建流程活动模型。

针对“载运工具”→“路侧感知设备”过程，载运工具生产的数据包括：位置数据、运动数据以及具体车况信息等。位置数据、运动数据以及具体车况信息数据会被传感器采集；采集之后的数据需要根据各自类型对数据进行区分，并将其根据各自的类型进行格式的转换，变为能够统一处理的规定格式（比如，位置数据，车辆采集数据对应的坐标系为拉格朗日局部坐标系，但最终会转换为全局的欧拉坐标）；转化后的数据便能进行存储备份，之后将其传递至路测感知设备。

上述过程可以分成几个单独的离散活动事件（离散活动事件包括“数据收集”、“数据格式划分”、“数据分离”、“转为规定格式”、“数据存储”和“数据传递”），分析他们的关系，发现可以根据时间的先后发展顺序进行串接。将这些单独的离散活动事件串接后，便能得到与信息交互对契合的流程活动模型。

S2.构建流程活动模型的仿真模型，方法是：创建Source模块、Sink模块、Delay模块、Split模块、Combine模块、Select模块和Hold模块；根据流程活动的前后逻辑关系，用带有方向的有向线段将Source模块、Sink模块、Delay模块、Split模块、Combine模块、Select模块和Hold模块连接，构成流程网络，而成生成流程活动模型的仿真模型；

通过Source模块、Sink模块、Delay模块、Split模块、Combine模块、Select模块和Hold模块的组合表达逻辑的“或”、“并”、“与”和“串行”等关系；

逻辑结构包括“串行”、“循环”、“与分支”、“或分支”、“与汇合”和“或汇合”；

所述Source模块生成信息实体和所有信息实体的起点，一连串的流程活动第一个为产生信息流，所以第一个对应的组件为source模块，且所有流程活动中没有上游的流程活动对应的组件均为source模块；

所述Sink模块获取所有信息实体到达流程的终点，最后一个流程活动为收集信息流，所以最后一个对应的组件为sink模块，且所有流程活动中没有下游的流程活动对应的模块均为sink模块；

所述Delay模块对滞留信息实体，赋予实际含义，Delay模块是组件的基础模块，若模块没有其他流程事件发生时，则为Delay模块，信息实体经过该模块时会滞留，能够赋予其实际含义，可以用来表征信息实体经过该模块时正在进行某项活动；

若某流程活动上下游均只有一个流程活动，且分析该活动，信息传递到此处时仅会因对应的活动在此处滞留一段时间，则该组件使用delay模块；

所述Split模块对需要同时进行的两个流程，分离若干信息实体，Split模块对应的流程活动下游会有多个流程活动但上游仅有一个流程活动，此时需要判断两个流程是否同时进行，若同时进行，则使用split模块；

所述Combine模块将若干信息实体合成新的信息实体，Combine模块对应的流程活动上游会皆有多个流程活动但下游仅有一个流程活动，且在此流程活动之前发现有split组件的活动，此时使用Combine模块；

所述Select模块为多个信息实体提供多条流程走向，Select模块对应的流程活动与split组件类似，下游均有多个流程活动，但是只能选择其中一个分支继续接下来的流程活动；

所述Hold模块阻挡信息实体的进入下一模块，Hold模块对应的流程活动有着明显的条件限制情况。

S3.定义仿真参数，包括仿真整体定义参数和流程定义参数；仿真整体定义参数包括，仿真步长、仿真时长和流程实体表达信息量；流程定义参数与流程活动模块对应的现实物理意义相关，需要根据实际情况去定义；实例解释以上概念：

本实施例中参数定义：仿真时长为1s，仿真步长为10ms，单个流程实体表示10kb的信息量，信息发生者共有40.5Mb的数据产生；

S4.进行仿真，根据仿真结果表征用户需求的影响效果，参照图6仿真流程，将活动流程“数据收集、数据分类分离、转为规定格式、数据存储和数据传递”由载运工具传输至路侧感知设备。

数据存储：数据存储使用机械硬盘或者固态硬盘，其中机械硬盘速度约为120M/s，固态硬盘速度约为500M/s到3500M/s,在此取1000M/s。所以当流程进行到结果存储时，会停留0.01ms。

数据传递：常用的通信方式，5G的传输速度设定为1Gb/s，数据传递过程所需时间为0.01ms。

算法处理针对不同数据情况不同进行不同处理：

1）视频数据：

常见的算法基于深度学习：卷积神经网络、基于two stage方法的车辆目标检测R-CNN、Fast R-CNN、SPP-Net或R-FCN等（检测结果参照表1双阶段目标检测算法对比表和表2单阶段目标检测算法对比表），检测速度的范围0.03帧/秒---11帧/秒。

假设视频数据为25帧，则视频数据需要至少超过两秒处理。

基于one stage方法的车辆目标检测YOLO SSD

表1 双阶段目标检测算法对比表

表2 单阶段目标检测算法对比表

检测速度的范围为5.4帧/秒---65.8帧/秒，此处采取最快的检测算法，该活动的delay时间设置为0.5秒

2）图片数据处理结果参照表3不同图像处理算法处理速度表：

表3 不同图像处理算法处理速度表

图像处理算法/像素

1920*1080

1440*900

1208*800

1024*768

500*544

200*169

直接提取像素法

1705ms

1051ms

1710ms

1340ms

450ms

32ms

内存拷贝法

54ms

33ms

26ms

20ms

7ms

0ms

指针法

28ms

17ms

14ms

10ms

3ms

0ms

数据处理（delay）不同算法会存在影响，速度如上表所示，采取内存拷贝法，每张图片的处理时间为0.026秒，直接作为数据处理所耗费的delay时间。

3）文本数据：数据处理（delay）不同算法会存在影响，处理速度范围约为2000字符/秒---4000字符/秒（汉语），具体时间根据传输的数据流大小决定。4Kb-10Kb大小范围内的数据速度为0.004M/s—0.01M/s，所以此处文本数据处理的时间为1s。

仿真能够设定不同的输出参数，表征用户需求的影响效果。例如：我们想获得最终信息接收方对信息传递的响应状况，能够直接统计每个仿真步长下sink接收的信息实体个数，参照图7，在第0.07s 时，数据接收者开始接收信息，之后随着时间信息量不断增加，在1s内共接收63.7Mb的数据（1个令牌表示10kb）。

本实施例中的英文释义：

Source：起源； Sink：汇集； Delay：延滞； Split：分离； Select：选择； Hold：阻挡； Combine：组合。

实施例2、本实施例与实施例1不同的是，所述建立流程活动模型的方法是：用户根据流程包含的离散活动事件，再根据“或”、“并”、“与”和“串行”等逻辑关系对这些活动事件排布组合得到与信息交互对契合的流程活动，根据流程活动构建流程活动模型。其它与实施例1相同。

离散活动事件有，“数据收集”、“数据格式划分”、“数据分离”、“转为规定格式”、“数据存储”和“数据传递”。通过“串行”的逻辑关系，将以上活动串接得到与“载运工具”→“路侧感知设备契合的流程活动。

实施例3、本发明的计算机装置可以是包括有处理器以及存储器等装置，例如包含中央处理器的单片机等。并且，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述的基于CREO软件的可修改由关系驱动的推荐数据的推荐方法的步骤。

所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序（比如声音播放功能、图像播放功能等）等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据（比如音频数据、电话本等）等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（SmartMediaCard,SMC），安全数字（SecureDigital,SD）卡，闪存卡（FlashCard）、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

实施例4、计算机可读存储介质实施例

本发明的计算机可读存储介质可以是被计算机装置的处理器所读取的任何形式的存储介质，包括但不限于非易失性存储器、易失性存储器、铁电存储器等，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当计算机装置的处理器读取并执行存储器中所存储的计算机程序时，可以实现上述的基于CREO软件的可修改由关系驱动的建模数据的建模方法的步骤。

所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述Source模块生成信息实体和所有信息实体的起点；

所述Sink模块获取所有信息实体到达流程的终点；

所述Delay模块对滞留信息实体，赋予实际含义；

所述Combine模块将若干信息实体合成新的信息实体；

所述Select模块为多个信息实体提供多条流程走向；

所述Hold模块阻挡信息实体的进入下一模块；

S4.进行仿真，根据仿真结果表征用户需求的影响效果。

2.根据权利要求1所述的一种自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法，其特征在于，S1所述解析信息发生方与信息接收方的信息交互对，建立流程活动模型的方法包括两种，第一种方法是：通过信息交互对的信息发送方与信息接收方直接获取相关流程活动，根据流程活动构建流程活动模型。

3.根据权利要求2所述的一种自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法，其特征在于，S1所述解析信息发生方与信息接收方的信息交互对，建立流程活动模型的方法包括两种，第二种方法是：用户根据流程包括的离散活动事件，再根据“或”、“并”、“与”和“串行”逻辑关系对离散活动事件排布组合得到与信息交互对契合的流程活动，根据流程活动构建流程活动模型。

4.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-3任一项所述的一种自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法的步骤。

5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一项所述的一种自主式交通系统架构的信息交互对离散仿真方法。