道路交通系統包括許多相關(guān)實(shí)體

來(lái)源:投稿網(wǎng) 時(shí)間:2024-02-02 10:00:08

3仿真模型

3.1整體結構。

道路交通系統包括許多相關(guān)實(shí)體，主要包括道路（分為路段和交叉口）、信號控制設施、車(chē)輛、駕駛員、行人等。其中一些實(shí)體具有一定程度的自制性和智能性，如駕駛員、行人等，一些實(shí)體受到其他實(shí)體的被動(dòng)影響，如路段等。多主體技術(shù)可以建模交通系統中的[4]元素，如交叉口、信號燈、交通控制中心等，簡(jiǎn)化這些元素，建立多主體概念模型。主要Agent包括交通網(wǎng)絡(luò )Agent、車(chē)輛Agent和信號燈Agent。其中，交通網(wǎng)絡(luò )Agent參照1979年Herman等[5]提出的二流模型（Two-fluidModel）。該模型認為交通流由運行車(chē)輛和停車(chē)車(chē)輛組成。

路網(wǎng)描述：交通路網(wǎng)是道路交通系統的基礎設施，承載著(zhù)車(chē)輛的運行。交通路網(wǎng)具有復雜的拓撲結構和集合特性。如果過(guò)于復雜，則計算負載過(guò)重。因此，它分為路段、路網(wǎng)和交叉口三層管理。路網(wǎng)Agent負責存儲和維護整個(gè)交通路網(wǎng)的拓撲關(guān)系，并為交通實(shí)體提供路網(wǎng)信息。路段Agent負責本路段的描述。交叉口A(yíng)gent包括信號燈對象，以實(shí)現每個(gè)入口車(chē)道的時(shí)間分離，一個(gè)路段和一個(gè)車(chē)道。

信號燈結構：信號燈是一種重要的交通控制設施。它實(shí)現了交叉口不同流動(dòng)方向的車(chē)輛的時(shí)間分離，減少了車(chē)輛之間可能的沖突，提高了交通安全，提高了交叉口的流通效率。從本質(zhì)上講，信號燈控制是一種典型的復雜適應系統。國內外相關(guān)學(xué)者對信號燈控制進(jìn)行了大量研究，制定了許多控制方案，但存在相應的局限性。一般來(lái)說(shuō)，魯棒性差、不易擴展、計算復雜等缺點(diǎn)[5]。該模型從簡(jiǎn)單的計算出發(fā)，統一管理信號燈，初始化時(shí)間間隔。

3.2參數設置。

設置部分如圖1所示。

每個(gè)控件的物理意義如表1所示。

3.3初始化環(huán)境。

環(huán)境由37×37的網(wǎng)格組成。通過(guò)設置sliders:grid-size-x=3，grid-size-y=4初始化一條4行3列的道路，其中兩條道路交叉口有紅綠瓦，分別代表紅綠燈，其中汽車(chē)數量設置slider:num-cars=54。

圖2三行四列道路圖。

3.4相關(guān)規則。

3.4.1環(huán)境規則。

起初，車(chē)輛數量(num-cars)必須小于道路數量(如圖2所示的白色道路)。如果超過(guò)，請提示警告信息。

如果沒(méi)有人參與這個(gè)系統，將設置current-auto為off，如果有，則設置on，并通過(guò)curent-phase選擇一個(gè)由交通燈控制的交通燈。

如果系統沒(méi)有交通燈的參與，則設置power為off，否則設置為on。

3.4.2操作規則。

每一步，汽車(chē)都會(huì )按照目前的速度向前行駛。如果目前的速度小于限速(sped-limit)，前面沒(méi)有汽車(chē)，那么它們就會(huì )加速(sped-up)。如果前面的車(chē)速小于自己的車(chē)速，那么目前的車(chē)速應該和前面的車(chē)速調整一致(slow-down)。

4.案例分析及結果。

4.1案例1。

目前，在城市交通的背景下，研究了道路網(wǎng)絡(luò )中交通流量的優(yōu)化分布、車(chē)輛動(dòng)態(tài)路徑的選擇、特殊車(chē)輛控制等問(wèn)題，無(wú)信號燈交叉口車(chē)輛交通的準確性是不可或缺的一部分[6]。根據上述模型，當沒(méi)有信號燈或參與時(shí)（power設置為off），道路為4行3列，車(chē)輛數量為140時(shí)，如圖3所示。

當沒(méi)有人參與信號燈(power設置為on)時(shí)，道路為4行3列，車(chē)輛數量為140時(shí)，如圖4所示。

4.2案例2。

根據上述模型，當道路為4行3列，車(chē)輛數量為54時(shí)，我們得出停車(chē)車(chē)輛數量柱圖5，車(chē)輛平均速度柱圖6，平均等待時(shí)間柱圖7：

圖5停車(chē)車(chē)輛數量。

4.3分析及結果。

從案例一中可以看出，在信號燈參與交通管理的情況下，交通很快崩潰(圖3ticks=3164，圖4ticks=665，ticks是時(shí)間步驟，隨著(zhù)時(shí)間的推移而增加)。導致這一結果的因素很多，比如信號燈控制不合理，車(chē)輛數量過(guò)多，超過(guò)了道路的承載能力。

案例2顯示，車(chē)輛車(chē)輛的平均速度與停車(chē)車(chē)輛的數量有一定的關(guān)系，就像二流模型中認為的路網(wǎng)宏觀(guān)平均速度與路網(wǎng)車(chē)輛比例的冪運算線(xiàn)性關(guān)系[7]一樣

由于篇幅有限，本文給出了兩個(gè)案例，參數設置可以看到高效的交通模擬數據需要大量的實(shí)驗和各種組合，我們還可以得出交叉口流通效率的人參與交通管理將提高，當流動(dòng)車(chē)輛進(jìn)入交通道路或離開(kāi)交通道路將對上述結論產(chǎn)生什么影響和許多指導結論的實(shí)踐。

本文從多Agent建模的角度出發(fā)，借助Netlogo軟件平臺，采用了Trafficgrid模型，模擬了不同組合的參數對交通系統的不同影響，獲得了車(chē)輛平均等待時(shí)間、停車(chē)等隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)。但由于模型簡(jiǎn)單，模擬范圍小，沒(méi)有實(shí)際路網(wǎng)等因素。

多主體模型以平行的方式模擬非線(xiàn)性因果關(guān)系的社會(huì )系統，使人們能夠更好地理解社會(huì )現象，發(fā)現現象背后的機制，從而做出預測和輔助決策。目前，多主體建模還沒(méi)有形成一個(gè)成熟的體系，因此沒(méi)有一套完整而成形的理論。然而，可以預測，隨著(zhù)多主體思想理論方法的普及，基于多主體建模和模擬，它將越來(lái)越多地應用于社會(huì )生活研究。