基于GIS的城市交通網(wǎng)絡(luò)仿真研究.pdf

1、交通網(wǎng)絡(luò)微觀仿真采用微觀模型對(duì)大范圍交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真。利用GIS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和共享已經(jīng)成為仿真系統(tǒng)的基本要求。論文結(jié)合GIS技術(shù)和多智能體技術(shù)研究大范圍城市交通網(wǎng)絡(luò)微觀仿真，構(gòu)建宏觀網(wǎng)絡(luò)與微觀仿真相結(jié)合的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)。
　　 按照多智能體仿真系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)順序，論文主要研究內(nèi)容分為三部分：交通仿真環(huán)境建模、交通智能體設(shè)計(jì)、交通多智能體交互。交通仿真環(huán)境建模將實(shí)際的交通環(huán)境抽象為變量和參數(shù)的集合，是進(jìn)行仿真的前提。交通智能

2、體是對(duì)交通系統(tǒng)各種角色的抽象，是仿真系統(tǒng)的基本成員。多智能體交互研究智能體之間如何通過通信進(jìn)行交互，以構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)。
　　 論文選取了交通系統(tǒng)中常見的交通要素，從標(biāo)識(shí)信息、屬性信息、定位信息、幾何信息四個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的GIS數(shù)據(jù)建模。為了解決路段沿線設(shè)施及車輛位置定位問題，提出了通過GIS幾何路網(wǎng)和路段線性參考系實(shí)現(xiàn)路段縱向定位，通過車道編號(hào)實(shí)現(xiàn)車輛位置橫向定位，通過轉(zhuǎn)向線編號(hào)和轉(zhuǎn)向線線性參考系實(shí)現(xiàn)交叉口內(nèi)部定位。

3、>　　 論文第二部分采用多智能體建模的Gaia方法對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行建模，抽象出了車輛智能體、路網(wǎng)智能體、路段智能體、交叉口智能體、路徑智能體。車輛智能體采用由路徑?jīng)Q策層和反應(yīng)層構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)，其它智能體采用純反應(yīng)式結(jié)構(gòu)。車輛智能體的反應(yīng)層由信息層、模型層、綜合層、狀態(tài)層構(gòu)成。信息層為模型層提供輸入和模型參數(shù)，模型層將各種輸入信息轉(zhuǎn)換成加速度和換道決策，綜合層對(duì)模型產(chǎn)生的加速度和換道需求進(jìn)行綜合，得到車輛最終的加速度和換道需求，狀態(tài)層負(fù)責(zé)

4、每個(gè)仿真周期車輛狀態(tài)更新。路段智能體通過車輛表管理其上行駛的所有車輛，并為車輛提供服務(wù)和對(duì)路段交通流指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。交叉口智能體結(jié)構(gòu)以交叉口車輛表和車輛隊(duì)列為核心，分別用于管理交叉口內(nèi)部行駛的車輛及將要進(jìn)入交叉口但尚未通過停止線的車輛。交叉口智能體為車輛通過交叉口提供服務(wù)，并負(fù)責(zé)交叉口排隊(duì)時(shí)間、轉(zhuǎn)向通行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)。路網(wǎng)智能體負(fù)責(zé)維護(hù)整個(gè)路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、延誤表、路徑限制條件表以及最短路算法求解。路徑智能體從路網(wǎng)智能體處獲取路徑，并為車輛提供

5、路徑服務(wù)。
　　 車輛智能體決策包括路徑?jīng)Q策、車輛運(yùn)動(dòng)決策、路段交通設(shè)施響應(yīng)、沖突協(xié)調(diào)。車輛選擇出發(fā)時(shí)刻的最短路徑作為決策路徑，在行駛的過程中可以通過與路網(wǎng)智能體交互重新規(guī)劃路徑。車輛運(yùn)動(dòng)決策包括加速度和換道決策，分別對(duì)應(yīng)車輛縱向運(yùn)動(dòng)與橫向運(yùn)動(dòng)。論文根據(jù)車間距將車輛縱向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為自由行駛、跟馳行駛。又進(jìn)一步將跟馳過程分為6個(gè)連續(xù)的階段：跟馳適應(yīng)、連續(xù)跟馳、減速停車、靜止等待、加速跟馳、脫離跟馳。論文給出了以期望間距為基礎(chǔ)的各種

6、狀態(tài)下加速度計(jì)算方法。對(duì)于車輛橫向運(yùn)動(dòng)，論文給出了安全換道條件，區(qū)分了車輛選擇性換道和強(qiáng)制換道，并提出了合作換道模式。強(qiáng)制換道時(shí)，車輛以強(qiáng)制換道點(diǎn)為目的減速停車，并不斷檢查安全換道條件，若到達(dá)強(qiáng)制換道點(diǎn)仍然沒有成功換道，則與目標(biāo)車道后車進(jìn)行直接交互，開始進(jìn)行合作換道。
　　 為了模擬不同類型設(shè)施對(duì)行車的影響，論文提出了監(jiān)聽-響應(yīng)機(jī)制，并為所有監(jiān)聽器設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的接口。監(jiān)聽器安裝在路段智能體上，提前將設(shè)施信息通知車輛，模擬駕駛員眼睛

7、對(duì)環(huán)境的感知；響應(yīng)器安裝在車輛智能體上，與監(jiān)聽器類型一一對(duì)應(yīng)，將各種設(shè)施信息映射為車輛的加速度和換道需求，模擬駕駛員對(duì)設(shè)施的響應(yīng)。
　　 由于各個(gè)車輛智能體的目標(biāo)不一致，必然存在對(duì)有限道路資源的競(jìng)爭(zhēng)，特別是在交叉口，沖突尤為明顯。論文將沖突類型分為車輛行人沖突、交叉口合流沖突、直角沖突、左轉(zhuǎn)穿越對(duì)向直行沖突、右轉(zhuǎn)直行沖突，并給出了沖突點(diǎn)、沖突車輛的檢測(cè)方法。車輛遇到?jīng)_突點(diǎn)時(shí)與沖突車輛競(jìng)爭(zhēng)通行權(quán)，若成功則通過，若不成功則減速避讓并

8、繼續(xù)與沖突車輛的后續(xù)車輛競(jìng)爭(zhēng)通行權(quán)。論文給出了各種沖突下安全通過沖突點(diǎn)的條件以及通行權(quán)競(jìng)爭(zhēng)失敗后減速度的計(jì)算方法，并將交叉口通行權(quán)分兩級(jí)控制，分別對(duì)應(yīng)通過停止線的權(quán)限和通過沖突點(diǎn)的權(quán)限，模擬車輛通過交叉口的過程。
　　 論文第三部分重點(diǎn)討論智能體之間如何通過通信進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)車輛智能體在路網(wǎng)的移動(dòng)。所有智能體構(gòu)成一個(gè)三層的交互體系：車輛智能體位于最底層；中間層包含路段、交叉口、路徑智能體，為車輛智能體提供服務(wù)；最上層為路網(wǎng)智能體

9、，負(fù)責(zé)從路段、交叉口智能體中獲取路段和轉(zhuǎn)向線的通行時(shí)間，并為路徑智能體提供路徑查詢服務(wù)。智能體之間采用FIPA-SL語言進(jìn)行通信。車輛進(jìn)入路段(交叉口)之前向?qū)?yīng)的智能體注冊(cè)，在行駛過程中不斷地通過交互從路段(交叉口)智能體處獲取環(huán)境信息，更新車輛狀態(tài)，并通知路段(交叉口)更新相應(yīng)的車輛表或車輛隊(duì)列。車輛離開時(shí)需要向路段(交叉口)智能體注銷。路徑智能體將多個(gè)查詢條件相同的車輛路徑請(qǐng)求綜合成單個(gè)針對(duì)路網(wǎng)智能體的路徑請(qǐng)求，獲取路徑后回復(fù)車輛