谈多智能体下的城市交通仿真(2)

信号灯结构：信号灯是重要的交通控制设施，它实现对交叉口不同流向的车辆进行时间分离，减少车辆之间可能的冲突，改善交通安全，提高交叉口流通效率。信号灯控制从本质上看，是一个典型的复杂适应系统，国内外相关学者对信号灯控制已做出大量研究，也产生许多控制方案，但都有相应的局限性，也普遍存在着鲁棒性差、不易扩展、计算复杂等缺点[5]，本模型从计算简单出发统一管理信号灯，一次初始化好时间间隔。

3.2参数设置

设置部分如图1。

各个控件表示的物理意义如表1

3.3初始化环境

环境是由37×37的网格组成的，通过设置sliders ：grid-size-x=3，grid-size-y=4初始化一个4行3列的道路，其中两条道路交叉处有红色和绿色的瓦片分别代表红灯和绿灯，其中汽车数目通过设置slider：num-cars=54，点击Setup按钮即形成道路图，如图2。

图2 三行四列的道路图

3.4相关规则

3.4.1环境规则

初始时车辆数目( num-cars )一定要小于路(如图2中白色的表示道路)的数量，如果超出则提示警告信息。

如果无人参与此系统则设置 current-auto? 为 off ，有则设置 on ，并且通过 current-phase 选择一个交通灯为控制的交通灯。

此系统如果没有交通灯的参与则设置 power? 为 off ，反之则设置为 on 。

3.4.2运行规则

每一个时间步，车子按照当前速度向前行驶，如果当前速度小于限制速度( speed-limit )并且它们前方没有车子，那么它们加速( speed-up )行驶，如果前面的车辆速度小于自己的车速，那么当前车子要调整自己车速和前面的车速一致( slow-down )，遇到红灯或者停着的车辆，当前车辆要停止。

4案例分析及结果

4.1 案例一

目前，以城市交通为背景，研究诸如拥堵的形式、传播、消散、交通流在路网中的优化分布、车辆动态路径选择、特殊车辆控制等问题时，无信号灯交叉口车辆通行情况的准确性表征都是不可缺少的重要一环[6]。按照上述模型运行，当在没有信号灯也没有人参与的情况下(power?设置为off)，道路为4行3列，车辆数目为140时的运行结果如图3

当在有信号灯没有人参与的情况下(power?设置为on)，道路为4行3列，车辆数目为140时的运行结果如图4

4.2 案例二

按照上述模型运行，当在道路为4行3列，车辆数目为54时我们得出停着的车辆数量柱状图如图5，车辆平均速度柱状图如图6，平均等待时间柱状图如图7：

图5 停着的车辆数量

4.3 分析及结果

由案例一可知，在有信号灯参与交通管理下交通却快速崩溃了(图3 ticks=3164，图4 ticks=665，ticks是时间步，随着时间延续而增长)，导致这种结果有多个因素，如信号灯控制不合理、车辆数目过大超过了道路的承载能力等。

有案例二可知，车辆平均速度与停着的车辆数量有一定的关系，正如二流模型中认为的路网宏观层面的平均行驶速度与路网上车辆的比重的幂运算成线性关系[7].

限于篇幅，文中只给了两个案例，有参数设置可以看出要得到高效的交通模拟数据需要大量的实验和多种组合，我们还可以得出有人参与交通管理的情况下交叉口的流通效率会提高，当有流动车辆进入交通道路或者离开交通道路会对上述结论产生何种影响等许多对实践有指导意义的结论。

结论

文中从基于多Agent建模的角度出发，借助Netlogo软件平台，利用了“Traffic Grid模型”，模拟了不同组合的参数对交通系统产生不同的影响，获取了车辆平均等待时间、停止的车辆等随时间变化的曲线，但是由于此模型比较简单，模拟的范围小、没有采用实际路网等因素，有待更好的改善。

多主体模型以并行的方式模拟非线性因果的社会系统，使人们更好地理解社会现象，发现现象背后的机制，从而做出预测和辅助决策。多主体建模目前还未形成成熟的体系，因而也没有一套完整而成形的理论，但可以预言，随着多主体思想的普及理论方法的完善，基于多主体建模和仿真会越来越多地应用于社会生活研究中。

参考文献

[1]张江，李学伟.人工社会——基于Agent的社会学仿真[J].系统工程，2005(1)：23-26.

[2]宜慧玉，张发.复杂系统仿真及应用[M].北京：清华大学出版社，2008.4.

[3]Minsky M The Society of mind [M].New York:Simon and Schuster Company,Inc.1986.

[4]Cetin N,Nagel K,Raney B et al.Large-scale multi-agent transportation simulations[J].Computer Physice communications,2002,147:559-564.

[5]方良松，余春艳.基于数字荷尔蒙模型的信号灯控制算法[D].福州大学(数学与计算机学院)硕士论文，2008.11.05.

[6]袁绍欣，赵祥模，安疑生.无信号交叉口车流通行状况的混杂Petri网模型[D].长安大学，陕西，西安，710064.

[7] HERMAN R,PRIGOGINE I .A. Two-fluid Approach to Town Traffic[J].Science,1979,204(4389):148151.

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