專利名稱：微觀交通仿真中行人行為仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
隨著城市交通復(fù)雜程度急劇增大，解決現(xiàn)實交通問題往往需要投入大量資金，同時在實際環(huán)境中操作存在許多不安全因素，這使得尋求優(yōu)化方案的難度加大，甚至不可行。此時，應(yīng)用計算機技術(shù)進行交通仿真成為解決交通問題的有效技術(shù)手段。它不僅可以復(fù)現(xiàn)交通流時空變化的技術(shù)、為交通道路設(shè)計規(guī)劃提供技術(shù)依據(jù)，而且可以對各種參數(shù)進行比較和評價，為交通規(guī)劃、交通指揮及交通警急狀況的應(yīng)急處理方案提供重要的決策依據(jù)。
在交通仿真環(huán)境中一個非常重要的仿真實體則是交通環(huán)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。由于當前智能體技術(shù)能夠很好的對行人的行為進行很好的仿真描述，并且在各種對自主計算，自治能力需求強的領(lǐng)域已經(jīng)取得了很好的效果，因此，利用智能體技術(shù)對大規(guī)模復(fù)雜交通環(huán)境以及發(fā)生災(zāi)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，并能為道路規(guī)劃及交通疏散方案的決策提供有效的依據(jù)。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，魏明等在《系統(tǒng)仿真學報》(JOURNAL OF SYSTEMSIMULATION)2003年第8期1179到1187頁上發(fā)表的“交通仿真的發(fā)展及研究現(xiàn)狀”中提到，國內(nèi)外各種典型的仿真方法中基本上屬于從宏觀或微觀方面對交通環(huán)境的某一個側(cè)面、某一個局部進行仿真，如CORSIM(美國聯(lián)邦公路局開發(fā)的微觀仿真系統(tǒng))和PARAMICS(蘇格蘭開發(fā)的道路網(wǎng)方面的仿真系統(tǒng))，其不足在于不能很好地為緊急情況疏散及大型集會中交通指揮調(diào)度提供有效的行人行為預(yù)測依據(jù)。因此，為了從根本上解決復(fù)雜交通環(huán)境中行人的適應(yīng)性、靈活性、交互性，對復(fù)雜交通環(huán)境中行人的行為進行仿真，對各種行為及特征進行參數(shù)化，是行人行為仿真研究的一個重要方向，也是交通仿真發(fā)展的一個重要方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)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(huán)境中提供行人精確的行為仿真，對大規(guī)模的交通災(zāi)難人員疏散指揮及新型復(fù)雜交通集散中心的規(guī)劃設(shè)計，提出有效的輔助決策依據(jù)，避免交通災(zāi)難中的人員傷亡及降低規(guī)劃設(shè)計的成本。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明首先用Agent(智能體)及高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境(HLA/RTI)建立交通環(huán)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(guān)系；然后，通過交通實體Agent與交通環(huán)境的通信，獲取交通環(huán)境信息，對該信息進行知識過濾并重組為內(nèi)部概念表示，通過信念、期望及目標技術(shù)(BDI技術(shù))對環(huán)境信息及自身愿望信息進行推理，得到行人需要執(zhí)行的進一步行為計劃；最后執(zhí)行該行為計劃，形成一個仿真步長，從而實現(xiàn)行人行為的有效仿真。
所述建立交通環(huán)境模型，是指每個交通實體通過把自身的位置及狀態(tài)信息匯報給相應(yīng)的路段或路段交叉口，然后在路段及路段交叉口收集完整了本區(qū)域的所有交通實體信息后，再向高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境請求時間推進，在高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境得到所管轄的所有路段及路段交叉口推進請求后，把準許推進請求發(fā)送給各路段及路段交叉口，然后路段及路段交叉口再把環(huán)境信息發(fā)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，這里所有的交通實體及路段、路段交叉口都采用Agent進行仿真實現(xiàn)，這就完成了交通環(huán)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，方向與通行方向一致，每個路段和路段交叉口都是一個仿真子區(qū)域，通過把每個路段和路段交叉口設(shè)置成為一個聯(lián)邦成員的方式，并以Agent進行實現(xiàn)，通過高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境把各個路段和路段交叉口聯(lián)邦成員互聯(lián)在一起，同時設(shè)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(chǎn)生器產(chǎn)生出來，并且各個交通實體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(guān)系。交通實體通過相應(yīng)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(huán)境信息發(fā)送給各個交通實體Agent。
所述高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)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(zhuǎn)移。
所述行為原子模型，是指行人Agent在交通環(huán)境中所做的各種動作，比如左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，前進，后退，快速前進，快速后退，隨機行走，緊急身體避讓等，針對人群的特征，定義好各種行為的產(chǎn)生位移，速度等，該原子行為模型構(gòu)成由后續(xù)信念、期望及目標技術(shù)產(chǎn)生的行為計劃。
所述的通信，是指通過Agent通信語言(ACL)實現(xiàn)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(shù)據(jù)包括從路段和路段交叉口接收交通仿真環(huán)境信息數(shù)據(jù)，以及獲取公交車能夠上客信息，這些數(shù)據(jù)通過打包成Agent通信語言的信息包進行發(fā)送。
所述的信息過濾與重組，是指行人Agent通過內(nèi)部概念表示來指示仿真環(huán)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(nèi)部的概念表示。信息過濾與重組負責對接收到的環(huán)境信息根據(jù)行人Agent的視野及感觀范圍進行過濾同時重新組織成為行人Agent內(nèi)部能識別的概念知識，為后續(xù)的信念、期望及目標技術(shù)決策做準備。行人Agent內(nèi)部概念表示模塊定義了統(tǒng)一的概念表示，存取、更新和訪問方式，本質(zhì)上是一個信息加工器，并產(chǎn)生需要的知識，推動信念、期望及目標技術(shù)的決策。
所述的信念、期望及目標技術(shù)，是指根據(jù)內(nèi)部概念表示及自身愿望信息按照行人Agent內(nèi)部已經(jīng)存在的推理規(guī)則進行匹配，導(dǎo)出進一步要執(zhí)行的動作，要執(zhí)行的行為計劃由一系列的原子行為構(gòu)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(shù)在行人Agent內(nèi)部充當引擎的作用，是行人Agent一切行為的依據(jù)及動力。
所述的行為計劃執(zhí)行，是指根據(jù)信念、期望及目標技術(shù)產(chǎn)生的行人Agent行為計劃，依次執(zhí)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(zhí)行過程，最后匯報行人Agent位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時也可以在這時給其它交通實體發(fā)送數(shù)據(jù)，比如登上公交車等。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明由于利用信息的過濾與重組，使得信息的數(shù)量及通信負載得到了降低，采用原子行為模型的預(yù)先建立，加速了行為計劃的快速產(chǎn)生，同時，通過信念、期望及目標技術(shù)對信息的推理，推理出的行為特征對行人行為的仿真比較貼切。本發(fā)明結(jié)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(yōu)點，從而能夠獲得較高的準確率和非?？斓乃俣?。本發(fā)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(nèi)對大規(guī)模的交通災(zāi)難人員疏散指揮及新型復(fù)雜交通集散中心的規(guī)劃設(shè)計，根據(jù)行人行為的準確仿真提出有效的輔助決策依據(jù)，避免交通災(zāi)難中的人員傷亡及降低規(guī)劃設(shè)計的成本。
具體實施例方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)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(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例采用的行人Agent(智能體)來源于所選交通仿真場景，整個發(fā)明實現(xiàn)過程如下1.建立仿真環(huán)境模型。
每個交通實體Agent通過把自身的位置及狀態(tài)信息匯報給相應(yīng)的路段(link)或路段交叉口(node)，然后在路段及路段交叉口收集完整了本區(qū)域的所有交通實體信息后，再向高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境(HLA/RTI)請求時間推進，在高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境得到所管轄的所有路段及路段交叉口推進請求后，把準許推進請求發(fā)送給各路段及路段交叉口，然后路段及路段交叉口再把環(huán)境信息發(fā)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，這里所有的交通實體Agent及路段、路段交叉口都采用Agent進行仿真實現(xiàn)，這就完成了交通環(huán)境模型的建立。
所述仿真環(huán)境為普通的局域網(wǎng)，局域網(wǎng)中的計算資源為普通PC機，各個計算節(jié)點平均負載路段及路段交叉口的個數(shù)。
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(qū)域，通過把每個路段和路段交叉口設(shè)置成為一個聯(lián)邦成員的方式，并以Agent進行實現(xiàn)，通過高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境把各個路段和路段交叉口聯(lián)邦成員互聯(lián)在一起，同時設(shè)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(chǎn)生器產(chǎn)生出來，包括行人Agent和車輛Agent，并且各個交通實體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(guān)系。交通實體通過相應(yīng)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(huán)境信息發(fā)送給各個交通實體Agent。
所述Agent(智能體)，采用已公知Jade 3.5版本實現(xiàn)，該軟件可以從http://jade.cselt.it免費下載，Jade版本向前兼容。
所述高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)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(zhuǎn)移。
所述高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境，采用HLA/RTI 1.3版本實現(xiàn)，該軟件可從http://sdc.dmso.mil注冊下載。
2.建立適合仿真環(huán)境中行人Agent的原子行為模型集合。
對步驟1仿真環(huán)境中行人的通常行為及行走中表現(xiàn)出來的特征的共性進行抽取，建立所有行人的原子行為模型。如在交通災(zāi)難或者化學品泄露場景下，行人的行進速度比普通場合速度要快，通過把這些特征抽取出來，建立適合仿真環(huán)境中行人的行為規(guī)則，修改通用原子行為中的速度等各種參數(shù)，建立適合仿真場景中行人的行為規(guī)則，這些規(guī)則為后期的信念、期望及目標技術(shù)產(chǎn)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(huán)境中所做的各種動作，包括左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進、后退、快速前進、快速后退、隨機行走、緊急身體避讓，針對人群的特征，定義好各種行為的產(chǎn)生位移、速度。
3.行人Agent獲取環(huán)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(shù)據(jù)，通信數(shù)據(jù)經(jīng)過信息過濾與重組，行人Agent再通過內(nèi)部概念表示來指示仿真環(huán)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(nèi)部的概念表示。
所述的通信，是指通過Agent通信語言實現(xiàn)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(shù)據(jù)包括從路段和路段交叉口接收交通仿真環(huán)境信息數(shù)據(jù)，以及獲取公交車能夠上客信息，這些數(shù)據(jù)通過打包成AGENT通信語言的信息包進行發(fā)送。
所述的信息過濾與重組，負責對接收到的環(huán)境信息根據(jù)行人Agent的視野及感觀范圍進行過濾同時重新組織成為行人Agent內(nèi)部能識別的概念知識，概念知識定義了統(tǒng)一的概念表示，存取、更新和訪問方式，本質(zhì)上是一個信息加工器，并產(chǎn)生需要的知識，為后續(xù)的信念、期望及目標技術(shù)推理決策做準備，推動信念、期望及目標技術(shù)推理的決策。
4.行人Agent執(zhí)行行為動作。
首先信念、期望及目標技術(shù)通過分析內(nèi)部概念表示及自身愿望信息，推理行人Agent進一步應(yīng)做如何行動，制定行為計劃。然后行人Agent根據(jù)信念、期望及目標技術(shù)產(chǎn)生的行人Agent行為計劃，依次執(zhí)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(zhí)行過程。
所述的信念、期望及目標技術(shù)，是指根據(jù)內(nèi)部概念表示及自身愿望信息按照行人Agent內(nèi)部已經(jīng)存在的推理規(guī)則進行匹配，導(dǎo)出進一步要執(zhí)行的動作，要執(zhí)行的行為計劃由一系列的原子行為構(gòu)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(shù)在行人Agent內(nèi)部充當引擎的作用，是行人Agent一切行為的依據(jù)及動力。
5.等待下一次環(huán)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(tài)信息，同時也可以在這時給其它交通實體發(fā)送數(shù)據(jù)，比如登上公交車等，并等待下一次環(huán)境信息的到來。
本實施例的實施效果表現(xiàn)為每經(jīng)過一個步長，行人在仿真顯示界面上發(fā)生一次位移，具體位置由執(zhí)行的行為計劃決定，仿真系統(tǒng)時間步長不斷推進，表現(xiàn)為行人Agent不斷發(fā)生位移，直到仿真結(jié)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(quán)利要求
1.一種微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征在于，包括如下步驟首先，用智能體及高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境建立交通環(huán)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(guān)系；然后，通過行人智能體與交通環(huán)境的通信，獲取交通環(huán)境信息，并對信息進行知識過濾并重組為內(nèi)部概念表示，通過信念、期望及目標技術(shù)對環(huán)境及自身愿望進行推理，得到行人需要執(zhí)行的進一步行為計劃；最后，執(zhí)行該行為計劃，形成一個仿真步長，從而實現(xiàn)行人行為的有效仿真。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，所述建立仿真環(huán)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(tài)信息匯報給相應(yīng)的路段或路段交叉口，然后在路段及路段交叉口收集完整了本區(qū)域的所有交通實體信息后，再向高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境請求時間推進，在高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境得到所管轄的所有路段及路段交叉口推進請求后，把準許推進請求發(fā)送給各路段及路段交叉口，然后路段及路段交叉口再把環(huán)境信息發(fā)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，這里所有的交通實體智能體及路段、路段交叉口都采用智能體進行仿真實現(xiàn)，這就完成了交通環(huán)境模型的建立。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，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(qū)域，通過把每個路段和路段交叉口設(shè)置成為一個聯(lián)邦成員的方式，并以智能體進行實現(xiàn)，通過高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境把各個路段和路段交叉口聯(lián)邦成員互聯(lián)在一起，同時設(shè)定好時間同步推進策略。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，所述交通實體智能體，由各種交通實體產(chǎn)生器產(chǎn)生出來，并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(guān)系，交通實體智能體通過相應(yīng)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(huán)境信息發(fā)送給各個交通實體智能體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，所述高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)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(zhuǎn)移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，所述行為原子模型，是指行人智能體在交通環(huán)境中所做的各種動作，包括左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、前進、后退、快速前進、快速后退、隨機行走、緊急身體避讓，針對人群的特征，定義好各種行為的產(chǎn)生位移、速度，該原子行為模型構(gòu)成由后續(xù)信念、期望及目標技術(shù)產(chǎn)生的行為計劃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，所述的通信，是指通過智能體通信語言實現(xiàn)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(shù)據(jù)包括從路段和路段交叉口接收交通仿真環(huán)境信息數(shù)據(jù)，以及獲取公交車能夠上客信息，這些數(shù)據(jù)通過打包成智能體通信語言的信息包進行發(fā)送。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，所述的信息過濾與重組，是指行人智能體通過內(nèi)部概念表示來指示仿真環(huán)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(nèi)部的概念表示，信息過濾與重組負責對接收到的環(huán)境信息根據(jù)行人智能體的視野及感觀范圍進行過濾同時重新組織成為行人智能體內(nèi)部能識別的概念知識，為后續(xù)的信念、期望及目標技術(shù)推理決策做準備，里面的概念表示模塊定義了統(tǒng)一的概念表示，存取、更新和訪問方式，本質(zhì)上是一個信息加工器，并產(chǎn)生需要的知識，推動信念、期望及目標技術(shù)推理的決策。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，所述的信念、期望及目標技術(shù)，是指根據(jù)內(nèi)部概念表示及自身愿望信息按照行人智能體內(nèi)部已經(jīng)存在的推理規(guī)則進行匹配，導(dǎo)出進一步要執(zhí)行的動作，要執(zhí)行的行為計劃由一系列的原子行為構(gòu)成，信念、期望及目標技術(shù)在行人智能體內(nèi)部充當引擎的作用，是行人智能體一切行為的依據(jù)及動力。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微觀交通仿真中行人行為仿真方法，其特征是，所述的行為計劃執(zhí)行，是指根據(jù)信念、期望及目標技術(shù)產(chǎn)生的行人智能體行為計劃，依次執(zhí)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(zhí)行過程，最后匯報行人智能體位置及狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時給除行人智能體外的發(fā)送數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)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(shù)及高層仿真體系結(jié)構(gòu)/運行環(huán)境建立交通環(huán)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(guān)系；然后，通過行人智能體與交通環(huán)境的通信，獲取交通環(huán)境信息，并對信息進行知識過濾并重組為內(nèi)部概念表示，通過信念、期望及目標技術(shù)對環(huán)境及自身愿望進行推理，得到行人需要執(zhí)行的進一步行為計劃；最后，執(zhí)行該行為計劃，形成一個仿真步長，從而實現(xiàn)行人行為的有效仿真。本發(fā)明加速仿真系統(tǒng)行為計劃的產(chǎn)生，同時，推理出的行為特征對行人行為的仿真比較貼切。
文檔編號G06Q50/00GK101079127SQ20071004343
公開日2007年11月28日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者伍建焜, 黃林鵬, 曹健, 李明祿 申請人:上海交通大學