一种基于路径占用法的井下单行道会车调度算法

一种基于路径占用法的井下单行道会车调度算法

杨春

东商用车技术中心，430070

摘要：井下单行道会车调度是矿井等场景中的重要问题，涉及到车辆的安全和生产效率。本文提出了一种基于路径占用法的井下单行道会车调度算法，旨在通过合理安排车辆的行驶路径和时间，最大程度地减少会车冲突，提高会车效率。该算法将车辆调度问题转化为路径规划问题，并引入路径占用的概念，以避免会车冲突的发生。通过实验验证，该算法在减少会车冲突次数和提高会车效率方面表现出良好的性能。

关键词：井下单行道；会车调度；路径占用；会车冲突；会车效率

在矿井等井下场景中，由于道路限制和安全要求，车辆通常只能在单行道上行驶。然而，井下车辆的数量众多，会车调度成为一个重要而复杂的问题。传统的会车调度方法往往基于时间片段划分或间隔调度，存在调度效果不佳的问题。因此，本文提出了一种基于路径占用法的井下单行道会车调度算法，以解决这一问题。
1.输入数据

1.1 井下单行道网络拓扑结构

井下单行道网络拓扑结构是指描述井下道路布局和连接关系的模型。它由节点和边组成，节点代表交叉口或道路的起止点，边则表示道路的段落。每个节点和边都具有唯一的标识符和属性信息，例如道路的长度、限速等。这种拓扑结构在井下环境中非常重要，因为井下道路通常是狭窄且单行的，所以合理规划车辆的行驶路径至关重要。通过构建井下单行道网络拓扑结构，可以清晰地了解道路之间的关系，并为路径规划和会车调度提供基础。节点代表交叉口或道路起止点，它们之间的边表示道路段。每个节点和边都可以附加属性信息，例如道路的长度、限速、通行能力等。这些属性可以被路径规划和会车调度算法使用，以确定最佳路径和调度策略。井下单行道网络拓扑结构的建立可以通过地图数据、测量和实地调研等方式进行。这种结构的维护和更新也是一个动态的过程，随着道路状况的变化和新车辆的加入，拓扑结构可能需要进行相应的调整和更新。

1.2 车辆信息和出发时间

车辆信息和出发时间是进行路径规划和会车调度的重要输入数据。车辆信息包括车辆的标识符、类型、速度等属性。这些信息可以用于确定车辆的行驶顺序和路径选择。

车辆的标识符是唯一的标识符，用于在系统中区分不同的车辆。车辆的类型可以包括普通车辆、紧急救援车辆等，不同类型的车辆可能有不同的优先级规则。车辆的速度信息用于计算行驶时间和路径选择。出发时间指示车辆计划离开起点的时间。考虑到井下道路的狭窄性和单行性，合理安排车辆的出发时间可以减少会车冲突和交通堵塞的可能性。出发时间也可以与车辆的优先级相关联，例如紧急救援车辆可以优先出发。这些车辆信息和出发时间将作为输入供路径规划和会车调度算法使用。算法根据车辆的属性和出发时间，结合井下单行道网络拓扑结构，确定车辆的行驶顺序和最佳路径，以确保高效、安全地完成井下道路的行驶。

1.3 路径占用信息

路径占用信息记录了井下道路上已经被占用的道路段。它可以是一个路径占用表，记录每个道路段的占用状态和时间段。路径占用信息的目的是避免车辆在同一时间段占用相同的道路段，以避免会车冲突和交通堵塞。路径占用表可以记录每个道路段的占用状态，例如空闲、占用或预留等。当车辆经过某个道路段时，对应的路径占用表条目将被更新。通过查询路径占用表，可以检测车辆的路径是否与其他车辆的路径存在冲突。路径占用信息的维护和更新是一个动态的过程。随着车辆的行驶和离开，路径占用表需要及时更新，以反映道路段的实际占用状态。这样可以帮助路径规划和会车调度算法在制定路径和调度策略时避免潜在的冲突和堵塞情况。路径占用信息的来源可以包括车辆的实时位置数据、交通管理系统的监测数据等。通过实时更新路径占用信息，可以提供准确的道路状况和可用性信息，从而帮助路径规划和会车调度算法做出更可靠的决策。

2.算法步骤

2.1 初始化

在初始化步骤中，首先建立井下单行道网络的拓扑结构。这可以通过收集地图数据、测量和实地调研等方式进行。节点表示交叉口或道路的起止点，边表示道路的段落。每个节点和边都具有唯一的标识符和属性信息，例如道路的长度、限速等。同时，加载车辆信息和出发时间，包括车辆的标识符、类型、速度以及计划离开起点的时间。此外，还需要初始化路径占用表，将所有道路段的占用状态设置为空闲。路径占用表可以是一个数据结构，记录每个道路段的占用状态和时间段。初始状态下，所有道路段都被标记为空闲，表示没有车辆占用。

2.2 路径占用检测

路径占用检测的目的是检查车辆所选择的路径是否与其他车辆的路径发生冲突。在这一步骤中，通过查询路径占用表，判断车辆所选择的路径上是否存在已经被占用的道路段。如果存在冲突，需要采取相应的调整措施。当车辆需要选择路径时，算法会查询路径占用表，检查所选路径上的道路段是否为空闲。如果存在已经被占用的道路段，车辆可能需要重新选择可行的路径或等待一段时间，直到道路段空闲。优先级规则可以基于车辆类型、出发时间等因素确定。调度决策算法根据优先级规则，选择下一个要行驶的车辆，并为其分配可行的路径。调度算法可以考虑车辆的类型和出发时间，优先安排紧急救援车辆或其他特殊车辆的行驶。同时，为了避免会车冲突，算法会尽量选择不与其他车辆相冲突的路径。

2.3 调度执行与更新

在调度执行阶段，车辆按照分配的路径行驶。同时，更新路径占用表，将车辆所经过的道路段标记为占用状态。当车辆经过某个道路段时，对应的路径占用表条目将被更新，表示该道路段已被占用。调度执行和路径占用表的更新是一个迭代过程。在每个时间步骤中，根据会车调度策略选择下一个要行驶的车辆，并更新其所经过的道路段的占用状态。这个过程持续进行，直到所有车辆都到达其目的地。通过以上步骤，可以实现井下单行道网络中车辆的合理调度和路径规划，以保证交通的高效、安全运行，并避免会车冲突和交通堵塞的发生。

3.路径占用检测

3.1 路径占用表的维护和更新

路径占用表是一个关键的数据结构，用于记录道路段的占用状态和时间段信息。维护和更新路径占用表是确保车辆调度和路径规划的有效性和准确性的重要步骤。路径占用表需要实时更新，以反映车辆的实际位置和占用情况。当车辆通过道路段时，对应的路径占用表条目将被更新。具体而言，当车辆进入某个道路段时，该道路段的占用状态将被标记为“占用”，同时记录下车辆的标识符和占用的时间段。当车辆离开道路段时，该道路段将被标记为空闲。路径占用表的维护和更新需要高效的数据结构和算法支持。常见的实现方式是采用哈希表或数组结构，其中道路段作为键，占用状态和时间段作为值。在每个时间步骤中，根据车辆的行驶情况，更新路径占用表的相应条目。

3.2 检测路径占用冲突

路径占用冲突指的是车辆的路径与其他车辆的路径发生冲突，即存在重叠的道路段被同时占用的情况。为了避免会车冲突和交通拥堵，需要及时检测路径占用冲突并采取相应的调整措施。检测路径占用冲突一般通过查询路径占用表来实现。当车辆需要选择路径时，算法会查询路径占用表，检查所选路径上的道路段是否已被其他车辆占用。如果存在已被占用的道路段，意味着路径存在冲突，需要进行调整。针对路径占用冲突的处理方法可以有多种。一种常见的策略是重新规划车辆的路径，通过选择其他可行的路径来避免冲突。另一种策略是让车辆等待，直到占用道路段的车辆离开，解除冲突。
4.算法评估和优化

评估调度结果的指标可以包括车辆平均等待时间、道路利用率、交通流量等。这些指标可以衡量算法的效率和效果。通过模拟或实际数据测试，评估算法在不同场景下的性能表现。可以比较不同算法的效果，找到最优的调度策略。根据评估结果，对算法进行优化。可以考虑改进路径规划算法、优化路径占用表的更新策略、调整优先级规则等，以提高算法的效率和性能。

5. 结语
   综上所述，在维护和更新路径占用表方面，合理的数据结构和算法能够提高更新效率和准确性，从而实现实时的路径占用信息记录。路径占用冲突的检测和处理是确保车辆安全行驶的关键步骤，需要有效的调度策略和路径规划策略的配合。优化方法包括改进路径规划算法、优化路径占用表更新策略、调整优先级规则等。这些方法可以提高调度算法的效率和性能，并优化整体的交通运输系统。未来的研究可以进一步探索井下单行道网络中的调度和路径规划问题。结合机器学习、智能优化等技术，可以进一步提高算法的自适应性和智能性，实现更加高效和可持续的交通运输。

参考文献

1张明，李华，王刚. 井下单行道网络中基于遗传算法的车辆调度策略[J]. 交通运输研究，2021，9(2): 34-36.

2陈晓阳，王丽，刘宇. 基于模拟退火算法的井下单行道网络车辆路径规划方法研究[J]. 交通科学与工程，2021，15(2): 16-18.

3刘伟，王小红，杨斌. 考虑车辆类型和出发时间的井下单行道网络车辆优先级规则研究[J]. 交通与运输，2020，11(2): 35-36.