文摘
与交通需求的快速增长和智能技术的发展,自动运输系统(ATS)已经被认为是未来的交通系统。ATS的物理架构设计的评估是必要的理解是否和美国胸科协会如何运作和发展自动没有手工作品,和建筑模拟方法求解这类研究的问题。因此,在这项研究中,架构基于系统动力学仿真模型已用于物理体系结构研究。在这种方法下,一个模拟案例场景“自主车辆在一个自治穿越交通系统”研究为理解在ATS评估和优化信息流ATS的物理体系结构。总之,系统动态模型可以帮助研究人员了解和评估ATS的物理架构的操作场景分析。
1。介绍
进一步增加的交通需求和智能技术的发展,很明显,智能交通系统(ITS)已经逐渐发生近年来传统的运输系统。然而,随着交通需求的进一步增加和智能技术的发展,自动运输系统(ATS)将带头。汽车的发明,跑在车厢时,传统的交通系统已经建立起来。然而,这个系统很简单与ATS相比,和由于向后计算技术在1850年代,有一些研究在建筑设计通过仿真或其他设计理论。
近年来,随着它的快速发展,交通管理技术(包括信息、计算、通信、人工智能)正越来越多地用于提高运输服务的效率。与传统运输系统相比,有更少的手工作品的;虽然手工工作仍然是必要的交通管理领域,服务,等等。以下活动的名称和优化运输系统的一些发展趋势:(1)交通流仿真的结果证明交通状况的信息,交通拥堵预测,汽车指导计划,等等;(2)四步模型和基于活动的模型显示了宏观交通需求协助管理员设计交通基础设施,优化公共交通计划,等等;和(3)系统动态模型被应用于公共政策分析,交通资源供需博弈分析等的系统体系结构和资源配置的优化。此外,这些趋势将在ATS升级,因为交通系统在ATS自动操作和供应服务没有手工工作。这个系统会自动进化改变的运输服务的要求。因此,ATS的物理架构将更复杂,但是仍然可以研究对于理解操作状态,这使得它起点的研究来理解这个状态和评估ATS体系结构研究人员设计的。
ATS的研究目前在初始阶段的勘探和早期的研究主要集中在理论或ATS的定性分析。例如,Crayton和迈耶(1]研究了自治的公共卫生影响运输和改革提出了一个相应的研究议程。汉考克et al。2]分析了自治的影响交通系统的技术和伦理观点,偏爱的缺点。其他的研究集中在自主服务,依靠运营商和基础设施来支持特定的场景,包括紧急医疗援助3),互联网工具(4),公共交通(5,6]。一般来说,ATS的发展仍然需要一个稳定的基础理论和技术的一般的和个性化的建筑是非常必要的7]。
ATS体系结构的建设涉及到两个关键的过程,即设计和仿真。然而,ATS体系结构上的大多数当前的工作主要侧重于理论水平。例如,徐et al。8)利用复杂网络理论研究和评估的可靠性ATS的逻辑架构,以及识别的关键节点。模糊理论的帮助下,唐et al。9]分析了建筑信息,建立了基于复杂系统的特征映射关联。Zhang et al。10]构造演化模型和详细演化过程,揭示了ATS的进化机制,显示ATS体系结构的发展规律。此外,当指的是它的建筑,大多数现有的设计方法有场景或规模限制11- - - - - -13]。
此外,在当代工程验证的主要技术之一,微观分析广泛用于运输行业分析和解决动态问题。尽管它在特定应用场景表现良好,为相关研究提供了巨大的支持,例如,公共交通工具(14)和城市货物运输(15它尚未一套完整的仿真和评估工具在运输体系结构(12,16,17]。简而言之,ATS体系结构设计,如其他系统架构,有各种要求的可靠性、适应性和通用性8,18,19],它还需要建立一个关系模拟工具,以更好地满足仿真的可能性和系统需求(20.]。根据这些评论,一些研究在物理架构分析和评价目前at揭示显著差距ATS物理体系结构仿真模型。
经过全面的调查,确定建模和仿真基于系统动力学(SD)是一种可行的综合方法,因为它提供了一个系统化的方法,可以说明的价值实体的反馈和延迟反应(21]。在SD模拟,“股票和流程图”用于建模(见图1)。发射机的股票的定义是容器,而发射器可以运送到另一个通过流动股票。水平变量描述发射机股票保存的体积,和速度变量描述发射机的体积流传输每个时间单位(例如,第二,小时,,等等。)。图2显示了系统动力学仿真的机制。
温家宝et al。(22)建模的需求和供给公共自动运输系统分析服务而设计的。Sayyadi和Awasthi23)综合SD模拟和网络分析法来评估政策的运输系统和分析他们的可持续性。瞿et al。24)利用SD分析物流运输系统设计具有成本效益的物联网解决方案。交通系统是相当复杂的,因为它是由许多不同的实体,在ATS尤为明显。此外,目前还没有有效的或适当的设计方法和模拟使用SD ATS体系结构,但它非常有前途的复杂和动态ATS体系结构与定制的要求。
在ATS体系结构中,信息传输通过物理实体,关键要理解这个过程的状态评估设计的体系结构。SD造型的工具模拟这个过程,并利用SD的方法论at物理架构已经建立解决这样一个问题。在这种方法中,仿真模型中引入了基于SD理解和评估一个ATS物理架构的操作场景“自主车辆在一个自治穿越交通系统,“这表明,设计的系统动态模型可以利用at物理架构,以便研究人员和设计师可以设计测试和评估的体系结构。
2。ATS体系结构
根据先前的研究,ATS包括组件、功能、服务、物理实体,和时序逻辑。体系结构研究,这些模块应该服务的物理架构,它包含一个逻辑网络建立的物理实体由组件及其功能,以及顺序逻辑由互操作性的物理实体之间的关系。
2.1。组件
组件是指构成了交通系统的各个部分,运输系统的物理表征和作为其连续操作和维护的基础。有两种类型的组件,一个是运输服务请求者,如乘客和货物,导致交通系统的形成;另一个是供应商,如交通基础设施(即。,roads and traffic lights) and vehicles, which guarantees the operation of the transportation system. Demanders and suppliers construct the transportation system, and they could not work standalone because according to the definitions, suppliers should work and adjust automatically for matching the demanders in ATS.
2.2。函数
函数是ATS体系结构的基本要素之一,它是由技术和利用实现众多与运输相关的服务,保证整个系统的系统和自主操作,例如,获取车辆的位置,获取障碍物的位置,和识别交通信号。
2.3。物理实体
物理实体是抽象实际物品的容器的组件和功能与动态和可度量的属性信息。的规则构成一个物理实体,一个组件只能为一个实体,但是一个函数可以意识到由多个实体。物理实体应该按照实体的类型归类他们传输,包括发展交通系统的类型和类型,使其操作。从交通流的理论,它应该分为两类,即。和个人信息。水平变量和能力也有不同的表情。虽然仍是可行的划分人与信息,由于类似的功能属性,进一步细分从程序的角度来看是不可能的。
物理实体的安排遵循的原则“sensing-learning-deciding-reacting”和“每个模块系统。“流连接物理产品生成的信息架构。物理实体可以分为多个层次,而应避免孤独的物理实体。物理实体的结构是分层的根据其水平。的基本原则是,只有一个包含关系和可以选择的顺序逻辑连接关系。与此同时,而不是直接模拟,上层的物理实体的操作结果依赖于下层物理实体,这是下层的反应物理实体的仿真结果。仿真评估相应的功能域可以通过模拟函数执行各种物理实体。
2.4。服务
每个函数提供其服务。完成一个服务,不同功能的合作是必要的,和一个函数将建的结构。功能体系结构是构建物理架构的基础。
2.5。时序逻辑
流组件对应的系统动力学模型,顺序逻辑密切相关的数据和信息需要通过某些特定的功能,这是由信息交换对。一对信息交换由“源”的物理实体,信息流和“下沉”的物理实体。它表明,一双物理实体通过信息流和形式完成交互流程模型通过协作机制。流对应的信息互操作的关系,反映了物理实体之间的交互关系,包括两个物理实体的信息交换体系结构。
时序逻辑是指容器的物理实体所在地的互连,形成的内在逻辑序列。信息传递容器参数和信息接收容器参数的输入和输出是时序逻辑。有几个限制时序逻辑。例如,时序逻辑不得直接连接的物理实体不同层次与直接下属的关系,即。,the lower-level physical entities shall not directly output data to the upper-level physical entities, while the upper-level physical entities shall not directly release data to the lower-level physical entities. Sequential logic, however, can be rationally explained even if there are no physical entities going in or coming out. Meanwhile, the process simulation simulates the sequential logic of the system dynamics architecture, and all simulation results are calculated from the bottom-level physical entities and sequential logic sets.
2.6。物理架构
研究的一个重要组件的系统架构at内涵分析和交互的功能体系结构模式,逻辑架构、物理架构。物理架构主要定义了大量的物理元素包含在系统和支持逻辑架构和功能架构的实现通过这些元素。对于特定的场景,物理架构定义了物理实体和信息来源。它分析了ATS的元素和构建系统基础设施基于物理实体和顺序关系。
建立物理架构的过程始于一个subservice。必须首先确定一个数量的子函数,对应于该服务,然后提供的物理实体,由子函数确定按照这些子功能的逻辑顺序。源物理实体和subservice确定两个物理实体之间的信息流和数据。然后生成一个物理架构通过连接这些物理实体和信息流。物理架构分析的主要焦点是ATS的结构应该从物理的角度来看系统,包括多个组件等关键内容,场景中,信息交换对,和互操作性的关系。图3显示了这些概念之间的关系。
3所示。概念模型的场景
这是一个典型的场景,一个自治车辆驱动在一个典型的交叉的交通网络,包括“司机”等许多物理实体“沃克”和“路边设备。“那些物理实体与互操作性信息传输的关系。不同于其和传统的交通系统、信息和信号自动服务应提供。因此,物理结构应该构建服务包括通行权分配、碰撞预警,让位给行人,将模拟这些函数之间的信息流动。模型建立了造型这个场景:当一个自治车辆驱动,应该收到来自其他车辆的信息。这个过程包括以下步骤:(1)数据记录其他车辆的不寻常的行为从车辆转移到路边设备(2)路边设备将信息传输状态和转移到操作中心和交通信息中心(3)交通信息中心发布运输作为广播信息通过信息的发布部门车载单元(酸),在操作中心显示了监管信息通过分析这个OBU运输信息(4)OBU接收广播和监管信息驱动方案和身体连接到控制模块(BCM)要求避免反馈(5)OBU发送碰撞信息交互模块向车辆碰撞预警控制器(6)车辆控制器运行车辆通过使用碰撞警报信息
根据场景中,有9物理实体和10顺序逻辑(信息消费的另一个流)(见表1和2)。
图4显示了该经验模型的存量和流量图。
在前面的研究中,模型构造了实证方法和流已经建成。然而,这项研究显示了一个定量评价通过系统动力学建模的新方法。首先,参数设置曾设置每个物理实体的信息的数量和每一个时序逻辑的流动速度;第二,这些参数被作为股票的初始水平变量和流动速度变量。然后,这个系统运行动态模型,最后所有物理实体的水平变量在每个仿真步骤收集。
4所示。结果与讨论
4.1。仿真结果
根据节3,建立了系统动力学模型。水平变量的设置的物理实体和最大流量的速度顺序逻辑表所示3- - - - - -4。在这次的研究中,水平变量显示的体积信息,这是一个相对量(信息。单位,IU)和时间单位速度变量设置为“步骤”。
结果仿真模型在不同参数设置如下图所示。
4.2。讨论
结果显示五个参数设置部分所示4所示。1,有一个模型来分析信息传播的场景当自动车辆行驶在ATS的跨越。
数据显示5(一个)和5 (b)(参数集1),当没有足够的空间来保存信息操作中心和出版部门的OBU和BCM的信息,信息将被困在操作中心和信息发布部门作为OBU信息是完整的,和信息解决BCM不能转回的OBU,(即转移到下一个步骤。交互模块)。同时,信息在BCM节省空间已满,无法接受进一步从OBU undersolving信息。因此,信息留在这个区域,整个系统失败。
(一)
(b)
当信息空间的BCM(数字6(一)和6 (b)、参数设置2),这个系统性能更好。然而,花费许多步骤响应从其他车辆异常行为的信息。当信息从其他车辆发生时,水平变量BCM的大府市拥有信息发布部门,操作中心提高到一定水平(超过900 IU)。这是一个提高的结果空间BCM因为BCM可以节省几乎所有的“异常行为”信息,这些信息可以得到解决,在很长一段时间。与此同时,由于BCM的大空间,BCM的OBU可以发送更多信息。然而,这个系统可能会失败如果OBU接收到越来越多的信息,这将最终填补BCM。
(一)
(b)
另一种方法可能会更快(参数设置3和4)。在这两组中,最大信息节省空间的OBU提出,BCM 1000国际单位或10000 IU。当酸的空间是足够高,没有影响是否BCM的空间大。间隙时间缩短为400步。这些组优于组2中,但是根据图7和表6,尽管许多物理实体是良好的运行状态,变量的OBU级别提高到最大(1000 IU)信息价值。因此,这两组无法解决问题参数组2中“更多信息”。
根据图8和表8,最后一个参数集的结果表明,在模拟的运行,信息消耗的“异常行为”,而所有其他物理实体运行稳定(级别0 IU和1之间的变量是国际单位)。最后一个问题发现在这种情况下造成的信息消费速度。时提高的信息消费速度顺序逻辑命名为“开车计划,”“避免反馈,”“碰撞信息,”和“碰撞警报,”这意味着增加自主车辆的性能时,系统会自动运行和顺利。
根据前面分析,物理架构只能测试并通过实证分析来验证。然而,在这个研究中,定量分析方法“系统动力学仿真”一直在利用场景“自主车辆在一个自治穿越交通系统,“我们可以操作状态的物理架构的SD模型的结果并验证和优化它方便。
5。结论
在这个研究中,已利用系统动力学建模分析ATS的物理体系结构。估计所需的体积信息保存和信息传输的最小速度在ATS设计重大挑战。本研究利用系统动力学建模和优化参数集来评估这个设计架构。结果,这一研究解决的问题物理架构是如何工作的美国胸科协会的一代。然而,ATS的角色,它可以自动进化,其中包括几代。在未来的研究中,可能会有一代又一代的美国胸科协会之间的体系结构仿真研究。
数据可用性
ATS物理架构数据用于支持本研究的结果中包括这篇文章。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究受到了中国国家重点研发项目(2020 yfb1600400)。