一种基于Petri网的急救车优先行驶建模方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Petri网的急救车优先行驶建模方法，该方法包括如下步骤：(1)将时间Petri网、同步Petri网和禁止弧的概念相结合，提出时间同步Petri网的定义；(2)基于Petri网建立二相位交叉口正常状态模型，用于模拟交叉口红绿灯的变换；(3)通过HPSim软件和可达图分析法验证正常状态模型的正确性；(4)在正常状态模型的基础上基于Petri网建立二相位交叉口急救车优先通行模型，该模型直观地描述了急救车到达交叉口时红绿灯的变化情况，利于分析和验证，并且易于实现。(5)通过HPSim软件和可达图分析法验证急救车优先通行模型的正确性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Petri网的急救车优先行驶建模方法
本专利技术涉及一种Petri网建模方法，尤其涉及一种基于Petri解决急救车优先行驶的建模方法。
技术介绍
对于急救车而言，正常状态下的交叉口的信号控制会延误其行程，无法保证其优先通行的权利。而在国内外的研究中，关于交叉口的优先通行策略，大多针对公交车，针对急救车的研究较少。但是，急救车与公交车有着本质的不同：急救车有着比公交车更高级的优先权力。因此，公交车辆的交叉口信号控制策略不适用于急救车，公交车辆的优先属于信号优先的范畴，而急救车辆的优先属于强制优先的范畴。另外，国内外对交叉口急救车优先通行的研究主要针对急救车到达时刻，应该采取什么样的策略以保证其优先通行。现有的急救车优先通行交通灯系统的缺点是若信号灯转换控制不当，可能导致横向车流反应不及，进而衍生碰撞危险。同时，其没有考虑到交叉口处车辆拥堵的情况，若在急救车到达时刻才实施相应的优先权措施，可能会因为急救车前面拥堵车辆的阻碍而造成一定的延误。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于Petri网的急救车优先行驶建模方法。本专利技术所采用的技术方案是：(1)将时间Petri网和同步Petri网以及禁止弧的概念结合，提出时间同步Petri网的定义。定义：时间同步Petri网是一个七元组：TSPN＝(P，T，F，M，I，H，E)，其中：1)P＝{p1，p2，...，pm}，为有限库所集；2)T＝{t1，t2，...，tn}，为有限变迁集，可以分为三个子集Ti、Te和Td，分别代表瞬时变迁集、事件变迁集和确定变迁集，3)为输入弧和输出弧的集合；4)M：P→N为标识函数(初始标识记为M0)；5)为P指向T的禁止弧，即禁止弧用一端有空心圆点的线段表示。6)H：Td→R+，为时间函数，规定定时变迁的触发延迟时间，R+是非负实数集；7)E＝{E1，E2，...，Ei}，为事件集合，规定一旦事件发生，与其关联的事件变迁在满足使能的条件下就会同步触发。(2)基于时间Petri网建立二相位交叉口正常状态模型(图1)。该模型能正确地模拟二相位交叉口每个相位红绿灯的变化和持续时间。其中，东西红灯南北绿灯占30秒，东西红灯南北黄灯占3秒，东西南北都是红灯共占4秒，东西绿灯南北红灯占30秒，东西黄灯南北红灯占3秒，一个信号灯转换周期为70秒。(3)通过可达图对正常状态模型性能进行分析(图2)。由可达图可以看出该模型是无死锁的、可逆的。(4)通过HPSim软件验证正常状态模型的正确性(图3)。由软件仿真过程可知，该模型是安全的、正确的，能完整的呈现正常状态下信号灯的变换过程。(5)在正常状态模型的基础上基于时间同步Petri网建立二相位交叉口急救车优先通行模型(图4)。该模型对急救车到来分两种情况进行考虑：情况一，若急救车司机判断当前道路拥堵，会按下按钮请求优先通行，信号控制器接收到司机的请求信号会将急救车通行方向变为绿灯，其余方向变为红灯。等传感器(图5)检测到急救车到达交叉口时，信号控制器将交叉口四个方向变为红灯，禁止其余车辆通行，只允许急救车通过。等传感器检测到急救车离开交叉口，则信号控制器会恢复原来正常状态下的信号控制。情况二，若急救车司机判断当前道路畅通，则等急救车到达交叉口时，交叉口四个方向变为红灯，急救车离开后恢复正常状态。(6)通过可达图对急救车优先通行模型性能进行分析(图6)。由可达图可以看出该模型是无死锁的、可逆的。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：采用时间同步Petri对交叉口信号灯进行控制，保证急救车的优先通行。由于Petri网自身的优越性，使得该模型能通过图形化的方式直观形象的反映信号灯的变换过程，简单易懂，且易于执行。同时，该模型能够在急救车到来前，及时疏散拥堵车辆，节省时间，减少延误。为解决急救车优先通行问题，提供新的思路。本专利技术的有益效果是：基于时间同步Petri网通过图形化的方式对交叉口信号控制进行建模，有效地客服了一般方法复杂、抽象、难懂的缺点，直观形象的描述了交叉口信号灯的运行过程。该模型及时调整交叉口信号灯，疏散拥堵车辆，确保急救车到达交叉口前道路是畅通的，减少了急救车在交叉口的延误时间，实现急救车的优先通行。附图说明图1为正常状态二相位TPN模型示意图图2为急救车优先通行模型示意图图3为传感器分布图。图4为基于Petri网建立的二相位交叉口急救车优先通行模型示意图。图5为急救车到达交叉口时的通行示意图。图6为基于可达图对急救车优先通行模型性能分析的示意图。具体实施方式下面根据附图详细描述本专利技术，本专利技术的目的和效果将变得更加明显。图1中的模型描述了二相位交叉口处于正常状态下，其信号灯的变换过程，初始状态为东西南北都是红灯(即只有p3、p6，p8包含托肯)；5秒后t1触发，p1获得托肯，南北绿灯亮，允许车辆向南、向北通行；在绿灯亮了30秒后，t2触发；绿灯灭，p2和p7分别获得一个托肯，南北黄灯亮；3秒后t3触发，托肯进入p3，南北红灯亮；保持2秒红灯重叠后t4触发(到此东西方向一直是红灯，并保持了40秒)，p6和p7中的托肯转移到p4中，东西绿灯亮；东西绿灯亮30秒后，t5触发，p5获得托肯，黄灯亮；黄灯维持3秒后，托肯回到p6中，又变回初始东西南北都是红灯状态，接着按照上述过程循环变换。图2的模型中，若交叉口此时是东西红灯、南北绿灯，即只有库所p1和p6中有托肯时，可以分为三种情况考虑：(a)若南北方向车辆很多，且急救车从南北方向驶来，并发射优先通行信号，表明事件Ens发生。按照此时的标识状态下，与其关联的变迁只有变迁t7可以触发(与事件关联的另外一个变迁t11由于其输入库所p4中没有托肯，不符合变迁触发规则，因此t11不满足触发条件)，p11获得托肯。根据禁止弧规则，当库所p11中存在托肯时，禁止变迁t2触发，则交叉口信号灯会一直保持东西红灯，南北绿灯，允许急救车前面排队车辆通过交叉口，达到疏散拥堵车辆的目的。等传感器Na或Sa检测到急救车到达交叉口时，表示事件Ei发生。变迁t8触发，p1中的托肯转移到p2和p9中，过了3秒变迁t3触发，库所p3获得托肯，此时东西南北红灯，只允许急救车通行。接着，传感器So检测到急救车离开交叉口，即事件Eo发生，与其关联的变迁只有t10满足触发条件(t9、t15以及t16都不符合变迁触发规则)，p9、p11和p6中的托肯都转移到库所p4中，此时信号灯为东西绿灯、南北红灯，即回到原来状态。(b)若东西方向车辆很多，且急救车从东西方向驶来，并发射优先通行信号，表明事件Ewe发生。按照此时标识状态，与其关联的两个变迁t13和t14都满足触发条件，变迁t13触发，使得库所p12获得托肯，变迁t14触发，使得托肯从库所p1中转移到库所p2和p7中。过三秒后，变迁t3触发，托肯从p2转移到p3中。再过两秒，变迁t4触发，库所p6和p7中的托肯转移p4到中，此时东西绿灯，南北红灯，允许急救车前面排队的车辆通过交叉口，疏散拥堵。等传感器Wa或Ea检测到急救车到达交叉口时，意味着事件Ei发生，此时与其关联的变迁t12触发(而另外一个相关联的变迁t8，由于其输入库所p1中不包含库所，因此不能触发)，p4中的托肯转移到p5和p10中。过3秒t6触发，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Petri网的急救车优先行驶建模方法，其特征在于：包括如下部分：(1)将Petri网、同步Petri网以及禁止弧的概念结合，提出时间同步Petri网的定义：时间同步Petri网是一个七元组：TSPN＝(P，T，F，MI，H，E)，其中1)P＝{p1，p2，...，pm}，为有限库所集；2)T＝{t1，t2，...，tn}，为有限变迁集，可以分为三个子集Ti、Te和Td，分别代表瞬时变迁集、事件变迁集和确定变迁集，

【技术特征摘要】
1.一种基于Petri网的急救车优先行驶建模方法，其特征在于：包括如下部分：(1)将Petri网、同步Petri网以及禁止弧的概念结合，提出时间同步Petri网的定义：时间同步Petri网是一个七元组：TSPN＝(P，T，F，MI，H，E)，其中1)P＝{p1，p2，...，pm}，为有限库所集；2)T＝{t1，t2，...，tn}，为有限变迁集，可以分为三个子集Ti、Te和Td，分别代表瞬时变迁集、事件变迁集和确定变迁集，3)为输入弧和输出弧的集合；4)M：P...

【专利技术属性】
技术研发人员：游彬，吴文慧，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33