微觀交通仿真中行人行為仿真方法

2023-05-01 09:00:01

專利名稱：微觀交通仿真中行人行為仿真方法
技術領域：
本發明涉及的是一種計算機應用技術領域的方法，具體是一種微觀交通仿真中行人行為仿真方法。
背景技術：
隨著城市交通複雜程度急劇增大，解決現實交通問題往往需要投入大量資金，同時在實際環境中操作存在許多不安全因素，這使得尋求優化方案的難度加大，甚至不可行。 此時，應用計算機技術進行交通仿真成為解決交通問題的有效技術手段。它不僅可以復現交通流時空變化的技術、為交通道路設計規劃提供技術依據，而且可以對各種參數進行比較和評價，為交通規劃、交通指揮及交通警急狀況的應急處理方案提供重要的決策依據。在交通仿真環境中一個非常重要的仿真實體則是交通環境中的行人，行人的行為仿真方法是否有效是影響仿真準確性及仿真效率的一個重要因素。由於當前智能體技術能夠很好的對行人的行為進行很好的仿真描述，並且在各種對自主計算，自治能力需求強的領域已經取得了很好的效果，因此，利用智能體技術對大規模複雜交通環境以及發生災難情況下行人緊急疏散時行人行為進行仿真能夠很好的滿足仿真的需求，並能為道路規劃及交通疏散方案的決策提供有效的依據。經對現有技術的文獻檢索發現，魏明等在《系統仿真學報》(JOURNAL OF SYS。 TEMS IMULAT ΙΟΝ) 2003年第8期1179到1187頁上發表的「交通仿真的發展及研究現狀」中提到，國內外各種典型的仿真方法中基本上屬於從宏觀或微觀方面對交通環境的某一個側面、某一個局部進行仿真，如CORS IM(美國聯邦公路局開發的微觀仿真系統)和 PARAMICS (蘇格蘭開發的道路網方面的仿真系統)，其不足在於不能很好地為緊急情況疏散及大型集會中交通指揮調度提供有效的行人行為預測依據。因此，為了從根本上解決複雜交通環境中行人的適應性、靈活性、交互性，對複雜交通環境中行人的行為進行仿真，對各種行為及特徵進行參數化，是行人行為仿真研究的一個重要方向，也是交通仿真發展的一個重要方面。

發明內容
本發明針對上述現有技術的不足，提供了一種微觀交通仿真中行人行為仿真方法，使其能夠在仿真環境中提供行人精確的行為仿真，對大規模的交通災難人員疏散指揮及新型複雜交通集散中心的規劃設計，提出有效的輔助決策依據，避免交通災難中的人員傷亡及降低規劃設計的成本。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明首先用Agent (智能體)及高層仿真體系結構/運行環境(HLA/RTI)建立交通環境模型及各種行為原子模型集合；其次，建立各交通實體Agent與所屬路段(link)及路段交叉口(node)之間的管理與被管理的邏輯關係； 然後，通過交通實體Agent與交通環境的通信，獲取交通環境信息，對該信息進行知識過濾並重組為內部概念表示，通過信念、期望及目標技術(BDI技術)對環境信息及自身願望信息，對進行推理得到行人需要執行的進一步行為計劃；最後執行該行為計劃，形成一個仿真步長，從而實現行人行為的有效仿真。所述建立交通環境模型，是指每個交通實體通過把自身的位置及狀態信息匯報給相應的路段或路段交叉口，然後在路段及路段交叉口收集完整了本區域的所有交通實體信息後，再向高層仿真體系結構/運行環境請求時間推進，在高層仿真體系結構/運行環境得到所管轄的所有路段及路段交叉口推進請求後，把準許推進請求發送給各路段及路段交叉口，然後路段及路段交叉口再把環境信息發送給自己所管轄的交通實體，這個過程稱為仿真的一個步長，這裡所有的交通實體及路段、路段交叉口都採Agent進行仿真實現，這就完成了交通環境模型的建立。所述路段和路段交叉口，是從所選交通仿真場景中劃分出的，其中每兩個路段交叉口之間如果雙向通行的話，則在這兩個路段交叉口之間有兩個路段，它們方向恰好相反， 如果只有一個通行方向，則只有一個路段，方向與通行方向 致，每個路段和路段交叉口都是一個仿真子區域，通過把每個路段和路段交叉口設置成為一個聯邦成員的方式，並以 Agent進行實現，通過高層仿真體系結構/運行環境把各個路段和路段交叉口聯邦成員互聯在一起，同時設定好時間同步推進策略。所述交通實體Agent，由各種交通實體產生器產生出來，並且各個交通實體Agent 以Agent通信語言通信(ACL)的方式加入到所屬的路段或者路段交叉口中，建立起管理與被管理的邏輯關係。交通實體通過相應的路段及路段交叉口進行信息共享和交互，包括交通實體把自身的位置、前方方向、當前行進速度信息匯報給所屬的路段或路段交叉口，路段及路段交叉口再把收集到的環境信息發送給各個交通實體Agent。所述高層仿真體系結構/運行環境，負責各個路段與路段交叉口之間的時間同步，以及交通實體在路段和路段交叉口之間的轉移。所述行為原子模型，是指行人Agent在交通環境中所做的各種動作，比如左轉，右轉，前進，後退，快速前進，快速後退，隨機行走，緊急身體避讓等，針對人群的特徵，定義好各種行為的產生位移，速度等，該原子行為模型構成由後續信念、期望及目標技術產生的行為計劃。所述的通信，是指通過Agent通信語言(ACL)實現行人Agent與路段、路段交叉口及除行人Agent外的交通實體進行通信，通信數據包括從路段和路段交叉口接收交通仿真環境信息數據，以及獲取公交車能夠上客信息，這些數據通過打包成Agent通信語言的信息包進行發送。所述的信息過濾與重組，是指行人Agent通過內部概念表示來指示仿真環境信息，所有行人Agent都需要感知外界的鄰近信息，這些信息為行人Agent內部的概念表示。 信息過濾與重組負責對接收到的環境信息根據行人Agent的視野及感觀範圍進行過濾同時重新組織成為行人Agent內部能識別的概念知識，為後續的信念、期望及目標技術決策做準備。行人Agent內部概念表示模塊定義了統一的概念表示，存取、更新和訪問方式，本質上是一個信息加工器，並產生需要的知識，推動信念、期望及目標技術的決策。所述的信念、期望及目標技術，是指根據內部概念表示及自身願望信息按照行人 Agent內部已經存在的推理規則進行匹配，導出進一步要執行的動作，要執行的行為計劃由一系列的原子行為構成。如看到前面有車輛正面開來，則緊急避讓。信念、期望及目標技術在行人Agent內部充當引擎的作用，是行人Agent —切行為的依據及動力。所述的行為計劃執行，是指根據信念、期望及目標技術產生的行人Agent行為計劃，依次執行行人Agent行為計劃中的每個原子行為，這就完成了一個行人行為從獲取信息到行為動作的執行過程，最後匯報行人Agent位置及狀態數據，同時也可以在這時給其它交通實體發送數據，比如登上公交車等。與現有技術相比，本發明由於利用信息的過濾與重組，使得信息的數量及通信負載得到了降低，採用原子行為模型的預先建立，加速了行為計劃的快速產生，同時，通過信念、期望及目標技術對信息的推理，推理出的行為特徵對行人行為的仿真比較貼切。本發明結合了行人行為學及Agent在仿真具有高自主及自治能力對象優點，從而能夠獲得較高的準確率和非常快的速度。本發明能夠在有高性能計算資源的情況下，能夠在不到半小時的時間內對大規模的交通災難人員疏散指揮及新型複雜交通集散中心的規劃設計，根據行人行為的準確仿真提出有效的輔助決策依據，避免交通災難中的人員傷亡及降低規劃設計的成本。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。實施例採用的行人Agent (智能體)來源於所選交通仿真場景，整個發明實現過程如下1.建立仿真環境模型。每個交通實體Agent通過把自身的位置及狀態信息匯報給相應的路段(link)或路段交叉口(node)，然後在路段及路段交叉口收集完整了本區域的所有交通實體信息後， 再向高層仿真體系結構/運行環境(HLA/RTI)請求時間推進，在高層仿真體系結構/運行環境得到所管轄的所有路段及路段交叉口推進請求後，把準許推進請求發送給各路段及路段交叉口，然後路段及路段交叉口再把環境信息發送給自己所管轄的交通實體Agent，這個過程稱為仿真的一個步長，這裡所有的交通實體Agerlt及路段、路段交叉口都採用Agent 進行仿真實現，這就完成了交通環境模型的建立。 所述仿真環境為普通的區域網，區域網中的計算資源為普通PC機，各個計算節點平均負載路段及路段交叉口的個數。所述路段和路段交叉口，是從所選交通仿真場景中劃分出的，其中每兩個路段交叉口之間如果雙向通行的話，則在這兩個路段交叉口之間有兩個路段，它們方向恰好相反， 如果只有一個通行方向，則只有一個路段，方向與通行方向一致。每個路段和路段交叉口都是一個仿真子區域，通過把每個路段和路段交叉口設置成為一個聯邦成員的方式，並以 Agent進行實現，通過高層仿真體系結構/運行環境把各個路段和路段交叉口聯邦成員互聯在一起，同時設定好時間同步推進策略。所述交通實體Agent，由各種交通實體產生器產生出來，包括行人Agent和車輛 Agent，並且各個交通實體Agent以Agent通信語言通信(ACt。)的方式加入到所屬的路段或者路段交叉口中，建立起管理與被管理的邏輯關係。交通實體通過相應的路段及路段交
6叉口進行信息共享和交互，包括交通實體把自身的位置、前方方向、當前行進速度信息匯報給所屬的路段或路段交叉口，路段及路段交叉口再把收集到的環境信息發送給各個交通實體 Agent。所述Agent (智能體)，採用已公知Jade 3. 5版本實現，Jade版本向前兼容。所述高層仿真體系結構/運行環境，負責各個路段與路段交叉口之間的時間同步，以及交通實體在路段和路段交叉口之間的轉移。所述高層仿真體系結構/運行環境，採用HLA/RTI 1. 3版本實現。2.建立適合仿真環境中行人Agent的原子行為模型集合。對步驟1仿真環境中行人的通常行為及行走中表現出來的特徵的共性進行抽取， 建立所有行人的原子行為模型。如在交通災難或者化學品洩露場景下，行人的行進速度比普通場合速度要快，通過把這些特徵抽取出來，建立適合仿真環境中行人的行為規則，修改通用原子行為中的速度等各種參數，建立適合仿真場景中行人的行為規則，這些規則為後期的信念、期望及目標技術產生計劃時提供選擇。所述行為的原子模型，是指行人Agent在交通環境中所做的各種動作，包括左轉、 右轉、前進、後退、快速前進、快速後退、隨機行走、緊急身體避讓，針對人群的特徵，定義好各種行為的產生位移、速度。3.行人Agent獲取環境信息。 行人Agent接收來自路段、路段交叉口及除行人Agent外的交通實體的通信數據， 通信數據經過信息過濾與重組，行人Agent再通過內部概念表示來指示仿真環境信息，所有行人Agent都需要感知外界的鄰近信息，這些信息為行人Agent內部的概念表示。所述的通信，是指通過Agen t通信語言實現行人.Agent與路段、路段交叉口及除行人Agent外交通實體進行通信，通信數據包括從路段和路段交叉口接收交通仿真環境信息數據，以及獲取公交車能夠上客信息，這些數據通過打包成AGENt、通信語言的信息包進行發送。所述的信息過濾與重組，負責對接收到的環境信息根據行人Agent的視野及感觀範圍進行過濾同時重新組織成為行人Agent內部能識別的概念知識，概念知識定義了統一的概念表示，存取、更新和訪問方式，本質上是一個信息加工器，並產生需要的知識，為後續的信念、期望及目標技術推理決策做準備，推動信念、期望及目標技術推理的決策。4.行人Agent執行行為動作。首先信念、期望及目標技術通過分析內部概念表示及自身願望信息，推理行人 Agent進一步應做如何行動，制定行為計劃。然後行人Agent根據信念、期望及目標技術產生的行人Agent行為計劃，依次執行行為計劃中的每個原子行為，這就完成了一個行人行為從獲取信息到行為動作的執行過程。所述的信念、期望及目標技術，是指根據內部概念表示及自身願望信息按照行人船ent內部已經存在的推理規則進行匹配，導出進一步要執行的動作，要執行的行為計劃由一系列的原子行為構成。如看到前面有車輛正面開來，則緊急避讓。信念、期望及目標技術在行人Agent內部充當引擎的作用，是行人Agent —切行為的依據及動力。5.等待下一次環境信息的到來。行人Agent通過Agent通信語言向所屬的路段或路段交叉口匯報自身當前的位置和狀態信息，同時也可以在這時給其它交通實體發送數據，比如登上公交車等，並等待下一次環境信息的到來。 本實施例的實施效果表現為每經過一個步長，行人在仿真顯示界面上發生一次位移，具體位置由執行的行為計劃決定，仿真系統時間步長不斷推進，表現為行人Agent不斷發生位移，直到仿真結束或行人Agent到達目的地，從而對行人行為的仿真比較貼切。
權利要求
1.一種微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵在於，包括如下步驟首先，用智能體及高層仿真體系結構/運行環境建立交通環境模型及各種行為原子模型集合；其次，建立各交通實體智能體與所屬路段及路段交叉口之間的管理與被管理的邏輯關係；然後，通過行人智能體與交通環境的通信，獲取交通環境信息，並對信息進行知識過濾並重組為內部概念表示，通過信念、期望及目標技術對環境及自身願望進行推理，得到行人需要執行的進一步行為計劃；最後，執行該行為計劃，形成一個仿真步長，從而實現行人行為的有效仿真。
2.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述建立仿真環境模型，是指每個交通實體智能體通過把自身的位置及狀態信息匯報給相應的路段或路段交叉口，然後在路段及路段交叉口收集完整了本區域的所有交通實體信息後，再向高層仿真體系結構/運行環境請求時間推進，在高層仿真體系結構/運行環境得到所管轄的所有路段及路段交叉口推進請求後，把準許推進請求發送給各路段及路段交叉口，然後路段及路段交叉口再把環境信息發送給自己所管轄的交通實體智能體，這個過程稱為仿真的一個步長，這裡所有的交通實體智能體及路段、路段交叉口都採用智能體進行仿真實現， 這就完成了交通環境模型的建立。
3.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述路段和路段交叉口，是從所選交通仿真場景中劃分出的，其中每兩個路段交叉口之間如果雙向通行的話，則在這兩個路段交叉口之間有兩個路段，它們方向恰好相反，如果只有一個通行方向，則只有一個路段，方向與通行方向一致，每個路段和路段交叉口都是一個仿真子區域， 通過把每個路段和路段交叉口設置成為一個聯邦成員的方式，並以智能體進行實現，通過高層仿真體系結構/運行環境把各個路段和路段交叉口聯邦成員互聯在一起，同時設定好時間同步推進策略。
4.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述交通實體智能體，由各種交通實體產生器產生出來，並且各個交通實體智能體以智能體通信語言通信的方式加入到所屬的路段或者路段交叉口中，建立起管理與被管理的邏輯關係，交通實體智能體通過相應的路段及路段交叉口進行信息共享和交互，包括交通實體智能體把自身的位置、前方方向、當前行進速度信息匯報給所屬的路段或路段交叉口，路段及路段交叉口再把收集到的環境信息發送給各個交通實體智能體。
5.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述高層仿真體系結構/運行環境，負責各個路段與路段交叉口之間的時間同步，以及交通實體在路段和路段交叉口之間的轉移。
6.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述行為原子模型，是指行人智能體在交通環境中所做的各種動作，包括左轉、右轉、前進、後退、快速前進、快速後退、隨機行走、緊急身體避讓，針對人群的特徵，定義好各種行為的產生位移、 速度，該原子行為模型構成由後續信念、期望及目標技術產生的行為計劃。
7.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述的通信， 是指通過智能體通信語言實現行人智能體與路段、路段交叉口及除行人智能體外的交通實體進行通信，通信數據包括從路段和路段交叉口接收交通仿真環境信息數據，以及獲取公交車能夠上客信息，這些數據通過打包成智能體通信語言的信息包進行發送。
8.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述的信息過濾與重組，是指行人智能體通過內部概念表示來指示仿真環境信息，所有行人智能體都需要感知外界的鄰近信息，這些信息為行人智能體內部的概念表示，信息過濾與重組負責對接收到的環境信息根據行人智能體的視野及感觀範圍進行過濾同時重新組織成為行人智能體內部能識別的概念知識，為後續的信念、期望及目標技術推理決策做準備，裡面的概念表示模塊定義了統一的概念表示，存取、更新和訪問方式，本質上是一個信息加工器，並產生需要的知識，推動信念、期望及目標技術推理的決策。
9.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述的信念、 期望及目標技術，是指根據內部概念表示及自身願望信息按照行人智能體內部已經存在的推理規則進行匹配，導出進一步要執行的動作，要執行的行為計劃由一系列的原子行為構成，信念、期望及目標技術在行人智能體內部充當引擎的作用，是行人智能體一切行為的依據及動力。
10.根據權利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特徵是，所述的行為計劃執行，是指根據信念、期望及目標技術產生的行人智能體行為計劃，依次執行行人智能體行為計劃中的每個原子行為，這就完成了一個行人行為從獲取信息到行為動作的執行過程，最後匯報行人智能體位置及狀態數據，同時給除行人智能體外的發送數據。
全文摘要
一種計算機應用技術領域的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，首先，用智能體技術及高層仿真體系結構/運行環境建立交通環境模型及各種行為原子模型集合；其次，建立各交通實體智能體與所屬路段及路段交叉口之間的管理與被管理的邏輯關係；然後，通過行人智能體與交通環境的通信，獲取交通環境信息，並對信息進行知識過濾並重組為內部概念表示，通過信念、期望及目標技術對環境及自身願望進行推理，得到行人需要執行的進一步行為計劃；最後，執行該行為計劃，形成一個仿真步長，從而實現行人行為的有效仿真。本發明加速仿真系統行為計劃的產生，同時，推理出的行為特徵對行人行為的仿真比較貼切。
文檔編號G06F17/50GK102467588SQ20101053762
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月10日 優先權日2010年11月10日
發明者嚴峰 申請人:上海日浦信息技術有限公司