協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的可信分析研究.pdf

1、隨著V2X技術(shù)的發(fā)展，信息種類不斷增多，感知范圍不斷擴(kuò)大；同時(shí)車流密度的增大增進(jìn)了車輛間的相互作用關(guān)系，使得車輛間通過(guò)信息進(jìn)行交互進(jìn)而實(shí)現(xiàn)協(xié)同駕駛成為可能。然而協(xié)同駕駛的效果仍會(huì)受到各種繁雜因素的影響。因此，分析和評(píng)估這些繁雜因素的影響是提高協(xié)同性能的基礎(chǔ)性工作，值得深入研究。
　　協(xié)同駕駛是在離散信息因素影響下的連續(xù)物理過(guò)程，具有信息物理系統(tǒng)（CPS）的典型特征。一般情況下，協(xié)同過(guò)程達(dá)不到預(yù)期的效果，會(huì)受諸多因素的影響，如基于V

2、2X技術(shù)獲取的多源異構(gòu)的協(xié)同駕駛時(shí)空信息在采集、傳輸和處理過(guò)程中存在數(shù)據(jù)不同步、離群點(diǎn)、傳輸時(shí)延、錯(cuò)誤和冗余等不可靠因素，導(dǎo)致協(xié)同信息不可靠；車與車之間的交互過(guò)程因各種不可信行為，如欺騙、拒絕服務(wù)等，導(dǎo)致交互失敗。這些不可靠因素和交互不可信行為會(huì)嚴(yán)重影響協(xié)同駕駛系統(tǒng)的安全和效率?，F(xiàn)有對(duì)這些不可靠因素和不可信行為分析和評(píng)估的研究中，或側(cè)重于從物理系統(tǒng)的角度分析，或側(cè)重于從信息系統(tǒng)的角度分析，亦或?qū)我挥绊懸蛩剡M(jìn)行分析，研究的整體性差，缺乏

3、綜合性的分析指標(biāo)。
　　基于上述背景，本文以可信分析作為研究上述繁雜不可靠因素和交互不可信行為的一個(gè)綜合性屬性，圍繞協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的可信問(wèn)題，建立了CPS的體系架構(gòu)，構(gòu)建了交通信息物理系統(tǒng)（T-CPS）的刻畫方法，為分析協(xié)同駕駛信息物理融合機(jī)理和研究協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的可信問(wèn)題提供了一種新的視角。在此基礎(chǔ)上，以信息物理深度融合為切入點(diǎn)，在協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的信息可靠性分析中，重點(diǎn)研究了信息源、信息傳輸以及信息處理中的一些

4、可靠性提升方法和優(yōu)化機(jī)制；在協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的交互可信性分析中，重點(diǎn)研究了車與車之間信任關(guān)系刻畫、車與車交互可信度評(píng)估以及整個(gè)系統(tǒng)的可信傳遞機(jī)制。本文旨在通過(guò)提高協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的信息可靠性和交互的可信性來(lái)提升協(xié)同駕駛物理系統(tǒng)的安全和效率。具體而言，論文研究工作主要包括以下幾個(gè)方面：
　?、贋槊枋鯟PS中離散信息系統(tǒng)和連續(xù)物理系統(tǒng)交互融合的混成特性，建立了一種離散連續(xù)混成的時(shí)空事件驅(qū)動(dòng)的CPS體系架構(gòu)。
　　建立的C

5、PS體系架構(gòu)用改進(jìn)的混成自動(dòng)機(jī)理論刻畫了離散空間和連續(xù)狀態(tài)混成的CPS體系架構(gòu)的主體，同時(shí)定義了基于時(shí)空事件的CPS事件，設(shè)計(jì)了基于多智能體系統(tǒng)（MAS）的CPS端，并運(yùn)用定義的不同功能CPS端和CPS事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制解析了CPS內(nèi)部信息物理融合過(guò)程。最后對(duì)協(xié)同駕駛系統(tǒng)中單一車輛速度控制信息物理系統(tǒng)進(jìn)行了形式化描述。
　?、跒榻鉀QT-CPS本質(zhì)特征難以刻畫以及在刻畫過(guò)程中極易產(chǎn)生的狀態(tài)空間爆炸等問(wèn)題，構(gòu)建了一種基于著色時(shí)空Petri網(wǎng)

6、（CSTPN）的T-CPS刻畫方法。
　　構(gòu)建的T-CPS刻畫方法通過(guò)著色令牌集抽象和標(biāo)記交通物理實(shí)體以解決狀態(tài)空間爆炸問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種CSTPN來(lái)刻畫和分析T-CPS并基于CSTPN刻畫的T-CPS對(duì)交叉口協(xié)同控制系統(tǒng)進(jìn)行了形式化描述。在此基礎(chǔ)上，給出了協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的可信分析的整體框架及本文在其中要解決的關(guān)鍵技術(shù)和問(wèn)題。
　?、蹫樘岣邊f(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的信息可靠性，提出了一種改進(jìn)的車輛安全距離狀態(tài)信息計(jì)算方法，建

7、立了一種信息傳輸可靠性增強(qiáng)機(jī)制，并分別設(shè)計(jì)了一種改進(jìn) SVM的協(xié)同駕駛信息分類方法和一種基于改進(jìn)螢火蟲算法的交通時(shí)空離群點(diǎn)檢測(cè)算法。
　　基于信息物理融深度融合的視角，設(shè)計(jì)了一種提高協(xié)同駕駛信息源可靠性的安全距離狀態(tài)信息計(jì)算方法；針對(duì)協(xié)同駕駛信息傳輸過(guò)程中的時(shí)延、錯(cuò)誤和冗余等問(wèn)題，構(gòu)建了一種信息傳輸可靠性增強(qiáng)機(jī)制；針對(duì)協(xié)同駕駛信息處理過(guò)程中信息分類、數(shù)據(jù)不同步以及離群點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)一種改進(jìn)SVM的信息分類方法對(duì)信息融合過(guò)程中的協(xié)

8、同駕駛信息進(jìn)行分類，提高了協(xié)同駕駛?cè)诤闲畔⒌目煽啃?；通過(guò)改進(jìn)數(shù)據(jù)同步算子對(duì)協(xié)同信息進(jìn)行了數(shù)據(jù)同步。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)設(shè)計(jì)一種基于改進(jìn)螢火蟲算法的交通時(shí)空離群點(diǎn)檢測(cè)算法對(duì)同步后的協(xié)同時(shí)空數(shù)據(jù)進(jìn)行離群點(diǎn)檢測(cè)并分析了離群點(diǎn)檢測(cè)對(duì)協(xié)同駕駛系統(tǒng)中交通參數(shù)預(yù)測(cè)的影響。
　　④為提高協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的交互可信性，針對(duì)協(xié)同駕駛車輛之間動(dòng)態(tài)交互的可信關(guān)系刻畫、可信度評(píng)估以及信任傳遞問(wèn)題，建立了一種信任模型和信任評(píng)估模型并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種基于可

9、信計(jì)算理論的信任傳遞機(jī)制。
　　針對(duì)協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的車輛間交互的信任關(guān)系及本質(zhì)特征難以刻畫的問(wèn)題，建立了一種基于隸屬云模型的信任模型；在此基礎(chǔ)上，為評(píng)估協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的車輛間的可信度并抵御不可信行為，通過(guò)引入若干相關(guān)因子，構(gòu)建了一種信任評(píng)估模型并基于可信計(jì)算理論構(gòu)建了整個(gè)協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的信任傳遞機(jī)制，進(jìn)而為驗(yàn)證整個(gè)協(xié)同駕駛系統(tǒng)的可信提供了有效途徑。
　　綜上所述，本文對(duì)協(xié)同駕駛信息物理系統(tǒng)的可信分析整體框架