本發(fā)明涉及領(lǐng)域，具體涉及一種面向虛擬區(qū)段的軌道交通路徑規(guī)劃方法、裝置及可讀介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、列車路由問題(train?routing?problem,trp)是一種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，旨在確定列車在鐵路網(wǎng)絡(luò)中的最佳路徑，以提高運(yùn)輸效率并減少成本。通過增加鐵路吞吐量，可以提高鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的效率。這通常意味著需要增加列車數(shù)量，但安全運(yùn)行的要求限制了同一時(shí)間內(nèi)只能有一列火車占用特定區(qū)段，以避免碰撞。

2、軌旁列車檢測(trackside?train?detection，ttd)技術(shù)用于監(jiān)控區(qū)段占用情況，確保區(qū)段在一列列車完全離開后才能被另一列列車進(jìn)入。盡管減小ttd區(qū)段的規(guī)?？梢蕴嵘\(yùn)輸能力，這卻需要安裝新的ttd設(shè)備，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)需求。

3、先前的研究已經(jīng)使用多智能體路徑規(guī)劃(multi-agent?pathfinding，mapf，mapf問題旨在找到一組智能體的路徑，以確保每個(gè)智能體都能達(dá)到其目標(biāo)位置，同時(shí)避免碰撞)來解決trp，但是其假設(shè)限制了在實(shí)際場景中的應(yīng)用，存在mapf中的離散時(shí)間步長問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本技術(shù)的目的在于針對上述提到的技術(shù)問題提出一種面向虛擬區(qū)段的軌道交通路徑規(guī)劃方法、裝置及可讀介質(zhì)。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種面向虛擬區(qū)段的軌道交通路徑規(guī)劃方法，包括以下步驟：

3、將軌道交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地圖建模，得到軌道交通網(wǎng)絡(luò)圖，軌道交通網(wǎng)絡(luò)圖包括若干個(gè)節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的邊，邊e表示ttd區(qū)段，將每個(gè)ttd區(qū)段分割為若干個(gè)vss虛擬區(qū)段，將行駛在軌道交通網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)列車分別建模為智能體，并定義智能體在當(dāng)前狀態(tài)的位置pos＝(e，a，b)，其中a和b分別表示智能體在ttd區(qū)段內(nèi)占據(jù)了a至b范圍的位置，并且0≤a≤b≤l(e)，其中l(wèi)(e)為ttd區(qū)段的長度；

4、獲取列車的行駛?cè)蝿?wù)，根據(jù)軌道交通網(wǎng)絡(luò)圖和列車的行駛?cè)蝿?wù)對每個(gè)智能體進(jìn)行獨(dú)立路徑規(guī)劃，得到每個(gè)智能體的規(guī)劃路徑，根據(jù)每個(gè)智能體的規(guī)劃路徑創(chuàng)建ct節(jié)點(diǎn)并添加到開放列表中，每個(gè)ct節(jié)點(diǎn)存儲一個(gè)智能體的規(guī)劃路徑、智能體的規(guī)劃路徑的成本和約束；

5、在開放列表中選取智能體的規(guī)劃路徑的成本最小的ct節(jié)點(diǎn)，判斷智能體的規(guī)劃路徑的成本最小的ct節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的規(guī)劃路徑是否存在沖突，沖突包括移動沖突和ttd沖突，移動沖突包括正面碰撞沖突、重疊碰撞沖突和追尾碰撞沖突，若是則選取一個(gè)沖突，對沖突中的每個(gè)智能體創(chuàng)建一個(gè)具有相應(yīng)約束的新的ct節(jié)點(diǎn)并添加到開放列表中，約束為(tri，si，ti)，表示為在時(shí)間步長ti時(shí)，智能體tri不允許擴(kuò)展至狀態(tài)si，當(dāng)沖突為追尾碰撞沖突或tdd沖突，si為拓展至發(fā)生列車發(fā)生追尾碰撞沖突或tdd沖突的vss虛擬區(qū)段，且重新進(jìn)行智能體tri的獨(dú)立路徑規(guī)劃并遵守約束，重復(fù)該步驟直至智能體的規(guī)劃路徑的成本最小的ct節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的規(guī)劃路徑不存在沖突，將該智能體的規(guī)劃路徑的成本最小且不存在沖突的ct節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的規(guī)劃路徑作為對應(yīng)列車的最優(yōu)規(guī)劃路徑。

6、作為優(yōu)選，正面碰撞沖突和重疊碰撞沖突的解決方式如下：

7、假設(shè)智能體trp在時(shí)間步長tp拓展至下一狀態(tài)sp，且智能體trq在時(shí)間步長tq拓展至下一狀態(tài)sq，若智能體trp與智能體trq在拓展過程中產(chǎn)生了正面碰撞沖突或重疊碰撞沖突，為智能體trp或智能體trq生成約束：

8、若為智能體trp生成約束(trp，sp，tp)，(trp，sp，tp)表示在時(shí)間步長tp時(shí)，trp不允許拓展至狀態(tài)sp，并重新進(jìn)行智能體trp的獨(dú)立路徑規(guī)劃并遵守約束；

9、若為智能體trq生成約束(trq，sq，tq)，(trq，sq，tq)表示在時(shí)間步長tq時(shí)，trq不允許拓展至狀態(tài)sq，并重新進(jìn)行智能體trq的獨(dú)立路徑規(guī)劃并遵守約束。

10、作為優(yōu)選，追尾碰撞沖突和tdd沖突的解決方式如下：

11、假設(shè)智能體trx在時(shí)間步長tx拓展至下一狀態(tài)sx，智能體try在時(shí)間步長ty拓展至下一狀態(tài)sy，且當(dāng)前狀態(tài)下智能體trx的位置在智能體try的位置前面，若智能體trx與智能體try在拓展過程中產(chǎn)生了追尾碰撞沖突和tdd沖突，為智能體trx或智能體try生成約束：

12、若為智能體try生成約束(try，sy，ty)，(try，sy，ty)表示在時(shí)間步長ty時(shí)，try不允許拓展至狀態(tài)sy，sy為拓展至發(fā)生列車發(fā)生追尾碰撞沖突或tdd沖突的vss虛擬區(qū)段，并重新進(jìn)行智能體try的獨(dú)立路徑規(guī)劃并遵守約束。

13、作為優(yōu)選，獨(dú)立路徑規(guī)劃的步驟如下：

14、使用a*搜索算法為每個(gè)智能體尋找一個(gè)單一的規(guī)劃路徑，忽略所有其他智能體；將起始狀態(tài)添加到開放列表中，start為列車的起始位置，將起始狀態(tài)的g值設(shè)為0；

15、從開放列表中選擇具有最小成本的狀態(tài)s進(jìn)行拓展，若狀態(tài)s為目標(biāo)狀態(tài)dest為列車的目的位置，ttr表示列車到達(dá)目的位置的時(shí)間步長，則搜索成功，將從起點(diǎn)狀態(tài)到目標(biāo)狀態(tài)的路徑作為智能體的規(guī)劃路徑，否則將狀態(tài)s從開放列表中移除，并將其加入到關(guān)閉列表中；

16、對于狀態(tài)s的每個(gè)后繼狀態(tài)snext，若后繼狀態(tài)snext在關(guān)閉列表中，則忽略；

17、若后繼狀態(tài)snext不在開放列表中，則將后繼狀態(tài)snext添加到開放列表中，并計(jì)算后繼狀態(tài)snext的路徑成本為g(snext)＝g(s)+t’，g(s)＝t是從起始狀態(tài)sinit到狀態(tài)s的路徑成本，t表示列車從起始狀態(tài)sinit運(yùn)行至狀態(tài)s的時(shí)間步長，t’表示列車從狀態(tài)s移動到后繼狀態(tài)snext的時(shí)間，計(jì)算后繼狀態(tài)snext的目標(biāo)成本h(snext)：z為列車從狀態(tài)s到目標(biāo)狀態(tài)移動的距離，str為列車的運(yùn)行速度，計(jì)算后繼狀態(tài)snext的成本f(snext)：f(snext)＝g(snext)+h(snext)；

18、若后繼狀態(tài)snext在開放列表中，則計(jì)算從狀態(tài)s運(yùn)行到后繼狀態(tài)snext的路徑成本g(snext)：g(snext)＝g(s)+t’；若從狀態(tài)s運(yùn)行到后繼狀態(tài)snext的路徑成本小于從除狀態(tài)s以外的其他狀態(tài)運(yùn)行到后繼狀態(tài)snext的路徑成本，則將后繼狀態(tài)snext的路徑成本更新為g(snext)＝g(s)+t’，更新計(jì)算后繼狀態(tài)snext的目標(biāo)成本h(snext)和成本f(snext)，并更新后繼狀態(tài)snext的父節(jié)點(diǎn)為狀態(tài)s，否則不更新；

19、重復(fù)以上步驟直至找到的最小成本的狀態(tài)為目標(biāo)狀態(tài)或者開放列表為空，若找到的最小成本的狀態(tài)為目標(biāo)狀態(tài)，則沿著每個(gè)狀態(tài)的父節(jié)點(diǎn)回溯，直至到達(dá)起始狀態(tài)，構(gòu)建得到每個(gè)智能體的規(guī)劃路徑。

20、作為優(yōu)選，vss虛擬區(qū)段的長度至少為列車程度與安全距離之和，所需的vss虛擬區(qū)段的最大數(shù)量r＝l(e)/(ltr+d)，ltr表示列車長度，d表示安全距離。

21、作為優(yōu)選，是否存在沖突通過以下方式進(jìn)行判斷：

22、假設(shè)智能體trp的狀態(tài)分別為：

23、假設(shè)智能體trq的狀態(tài)分別為：

24、通過循環(huán)遍歷時(shí)間判斷智能體trp和智能體trq的位置是否存在重疊，若存在重疊，則判斷為存在沖突，否則判斷為不存在沖突。

25、第二方面，本發(fā)明提供了一種面向虛擬區(qū)段的軌道交通路徑規(guī)劃裝置，包括：

26、建模模塊，被配置為將軌道交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地圖建模，得到軌道交通網(wǎng)絡(luò)圖，軌道交通網(wǎng)絡(luò)圖包括若干個(gè)節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的邊，邊e表示ttd區(qū)段，將每個(gè)ttd區(qū)段分割為若干個(gè)vss虛擬區(qū)段，將行駛在軌道交通網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)列車分別建模為智能體，并定義智能體在當(dāng)前狀態(tài)的位置pos＝(e，a，b)，其中a和b分別表示智能體在ttd區(qū)段內(nèi)占據(jù)了a至b范圍的位置，并且0≤a≤b≤l(e)，其中l(wèi)(e)為ttd區(qū)段的長度；

27、獨(dú)立路徑規(guī)劃模塊，被配置為獲取列車的行駛?cè)蝿?wù)，根據(jù)軌道交通網(wǎng)絡(luò)圖和列車的行駛?cè)蝿?wù)對每個(gè)智能體進(jìn)行獨(dú)立路徑規(guī)劃，得到每個(gè)智能體的規(guī)劃路徑，根據(jù)每個(gè)智能體的規(guī)劃路徑創(chuàng)建ct節(jié)點(diǎn)并添加到開放列表中，每個(gè)ct節(jié)點(diǎn)存儲一個(gè)智能體的規(guī)劃路徑、智能體的規(guī)劃路徑的成本和約束；

28、沖突解決模塊，被配置為在開放列表中選取智能體的規(guī)劃路徑的成本最小的ct節(jié)點(diǎn)，判斷智能體的規(guī)劃路徑的成本最小的ct節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的規(guī)劃路徑是否存在沖突，沖突包括移動沖突和ttd沖突，移動沖突包括正面碰撞沖突、重疊碰撞沖突和追尾碰撞沖突，若是則選取一個(gè)沖突，對沖突中的每個(gè)智能體創(chuàng)建一個(gè)具有相應(yīng)約束的新的ct節(jié)點(diǎn)并添加到開放列表中，約束為(tri，si，ti)，表示為在時(shí)間步長ti時(shí)，智能體tri不允許擴(kuò)展至狀態(tài)si，

29、當(dāng)沖突為追尾碰撞沖突或tdd沖突，si為拓展至發(fā)生列車發(fā)生追尾碰撞沖突或tdd沖突的vss虛擬區(qū)段，且重新進(jìn)行智能體tri的獨(dú)立路徑規(guī)劃并遵守約束，重復(fù)該步驟直至智能體的規(guī)劃路徑的成本最小的ct節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的規(guī)劃路徑不存在沖突，將該智能體的規(guī)劃路徑的成本最小且不存在沖突的ct節(jié)點(diǎn)所對應(yīng)的規(guī)劃路徑作為對應(yīng)列車的最優(yōu)規(guī)劃路徑。

30、第三方面，本發(fā)明提供了一種電子設(shè)備，包括一個(gè)或多個(gè)處理器；存儲裝置，用于存儲一個(gè)或多個(gè)程序，當(dāng)一個(gè)或多個(gè)程序被一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行，使得一個(gè)或多個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)如第一方面中任一實(shí)現(xiàn)方式描述的方法。

31、第四方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面中任一實(shí)現(xiàn)方式描述的方法。

32、第五方面，本發(fā)明提供了一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如第一方面中任一實(shí)現(xiàn)方式描述的方法。

33、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

34、(1)本發(fā)明提出的面向虛擬區(qū)段的軌道交通路徑規(guī)劃方法通過將軌道網(wǎng)絡(luò)中的列車路由問題建模為多智能體路徑規(guī)劃問題的一個(gè)實(shí)例，通過智能體建模將每輛列車抽象成一個(gè)智能體，通過基于沖突的搜索算法有效地確定最優(yōu)路徑，并且產(chǎn)生高精度的解決方案，能夠滿足安全性要求和效率性要求，也就是，路徑規(guī)劃算法必須確保列車之間的安全間隔，避免碰撞、追尾和其他危險(xiǎn)情況，并且應(yīng)該能夠計(jì)算出最短的路徑，以便乘客能夠盡快到達(dá)目的地，從而提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

35、(2)本發(fā)明提出的面向虛擬區(qū)段的軌道交通路徑規(guī)劃方法引入了vss虛擬區(qū)段，它無需硬件即可劃分軌道系統(tǒng)，易于調(diào)整布局，同時(shí)可以解決mapf中的離散時(shí)間步長問題，具有更強(qiáng)的沖突解決能力，在路徑規(guī)劃中能夠更加有效地解決車輛之間的沖突問題。通過連續(xù)沖突檢測和路徑優(yōu)化，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地避免和解決潛在沖突，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

36、(3)本發(fā)明提出的面向虛擬區(qū)段的軌道交通路徑規(guī)劃方法采用基于沖突的搜索算法通過全局規(guī)劃層和局部規(guī)劃層兩級結(jié)構(gòu)，高效地生成無沖突的路徑。使用vss虛擬區(qū)段劃分方法，將ttd區(qū)段細(xì)分為更小的片段，減小了計(jì)算量，從而提高了路徑規(guī)劃的效率。在路徑規(guī)劃過程中考慮到安全間隔和路徑連續(xù)性等因素，可靠地保障軌道交通的安全運(yùn)行。通過路徑的實(shí)時(shí)調(diào)整和評估，能夠有效地避免潛在危險(xiǎn)，確保車輛運(yùn)行的安全性。

37、(3)本發(fā)明提出的面向虛擬區(qū)段的軌道交通路徑規(guī)劃方法結(jié)合了不同算法的優(yōu)勢，更加貼近實(shí)際應(yīng)用場景。由于靈活性高、可調(diào)節(jié)性強(qiáng)，適用范圍更廣，能夠應(yīng)對不同復(fù)雜場景下的路徑規(guī)劃需求，因此具有更廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景。