Smart cities are revolutionizing the transportation infrastructure by the integration of technology. However, ensuring that various transportation system components are operating as expected and in a safe manner is a great challenge. In this work, we propose the use of formal methods as a means to specify and reason about the traffic network's complex properties. Formal methods provide a flexible tool to define the safe operation of the traffic network by capturing non-conforming behavior, exploring various possible states of the traffic scene, and detecting any inconsistencies within it. Hence, we develop specification-based monitoring for the analysis of traffic networks using the formal language, Signal Temporal Logic. We develop monitors that identify safety-related behavior such as conforming to speed limits and maintaining appropriate headway. The framework is tested using a calibrated micro-simulated highway scenario and offline specification-based monitoring is applied to individual vehicle trajectories to understand whether they violate or satisfy the defined safety specifications. Statistical analysis of the outputs show that our approach can differentiate violating from conforming vehicle trajectories based on the defined specifications. This work can be utilized by traffic management centers to study the traffic stream properties, identify possible hazards, and provide valuable feedback for automating the traffic monitoring systems.


翻译:智能城市正在通过整合技术使交通基础设施发生革命性变化。然而,确保各种运输系统组成部分按预期和安全的方式运作是一项巨大的挑战。在这项工作中,我们提议使用正式方法,说明和说明交通网络的复杂特性。正式方法提供了一个灵活的工具,通过捕捉不符合要求的行为、探索交通现场的各种可能状态并发现其中的任何不一致之处,来确定交通网络的安全运作。因此,我们制定了基于规格的监测方法,以便利用正式语言 " 信号时空逻辑 " 分析交通网络。我们开发了监测器,查明与安全有关的行为,例如符合速度限制并保持适当的进度。框架是使用经过校准的微模拟高速公路情景和基于离线的规格的监测方法进行测试的,以了解车辆轨迹是否违反或符合规定的安全规格。对产出的统计分析表明,我们的方法可以区分违反与按照规定的规格符合车辆轨迹的行为。交通管理中心可以利用这项工作来研究交通流特性,查明可能的危害性,并为自动化监测系统提供宝贵的反馈。

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