一Multi-Agent仿真系统设计

1仿真系统的需求分析和功能设计

本文所涉及的仿真评价系统，是在无信号交叉口的环境中，引导次路车辆穿越主路的仿真系统。该引导系统是为无信号交叉口次路驾驶员设计的，协助其高效地完成穿越主路的车辆间隙，安全度过交叉口冲突区。系统依托于智能车路环境，应用临界间隙理论，完成了包括引导方案制定、图像仿真界面、可扩展程序设计等，使程序可以满足后续开发等功能需求。研究所涉及的仿真系统满足以下要求:1)实现引导方案的决策功能。主要应用于特定的交通环境、信号规则、人车信息的条件下，引导策略和引导方案的制定。2)实现引导系统的评价功能。针对引导系统提出的引导策略和引导方案，仿真系统根据次路交叉口通行能力、排队延误、排队长度等指标对引导系统进行评价，证明其优越性。3)实现算法参数的标定功能。针对模型算法中参数，如调速区长度、虚拟停车线的位置等进行标定。以次路通行能力、延误为指标进行衡量，标定出最为合理的设置方案。4)实现可视化的仿真效果。仿真系统的输入在后台完成，输出的引导方案和车辆行驶状况在前台展示。仿真系统要实现路段、交叉口、车辆的可视化仿真效果，直观精确地表达引导系统的工作原理。

2仿真系统总体结构

根据仿真系统的需求分析和功能设计，得到仿真系统的总体结构。该结构中各主体之间的具体关系为:1)仿真者与仿真主体。仿真者与仿真主体为开发与被开发的关系，仿真者通过人机交互界面设定、开发仿真主体。反过来，仿真主体的运行效果影响仿真者的设计，达到反馈调节。2)仿真主体与仿真界面。仿真主体的活动和运行效果通过仿真界面呈现给仿真者。3)仿真主体与结果输出。仿真主体的活动经过程序的记录、分析，并通过具体指标(通行能力、排队延误、排队长度等)形成仿4)仿真主体与交叉口、路段、引导策略。交叉口、路段、引导策略为仿真主体的三个对象，它们的成员变量与成员函数预先定义好存储在仿真系统中，无返回值调用。5)仿真主体与交叉口仿真模型、路段跟驰模型。交叉口仿真模型即系统模型算法，路段跟驰模型采用非线性模型。二者是仿真主体的预存储过程，在仿真过程中直接由仿真主体调用。6)仿真主体与交叉口车辆、路段车辆。交叉口车辆和路段车辆为仿真主体的两个主要对象，它们的成员变量与成员函数预先定义好存储在仿真系统中，有返回值调用。

3仿真系统中各Agent类的设计

作为仿真对象的无信号交叉口次路车辆穿越引导系统中的Agent类，由车辆、路段、交叉口、引导策略等组成，

4仿真环境及语言的选取仿真系统选择

NetLogo语言作为无信号交叉口车辆穿越引导系统的仿真环境。如图3所示，横向黑线代表交叉口冲突区的时间轴，从车辆到达交叉口到驶离交叉口所占用的时间以两个数组形式嵌入该时间轴，前车的驶离时间和后车的进入时间差在交叉口冲突区的时间轴上显示为不连续的时间段。竖向黑线同样代表交叉口冲突区的时间轴，但显示的是被次路来车的预计抵达交叉口和预计驶离交叉口的时间占用情况，引导系统通过判断次路来车的情况从横向时间轴被割裂剩余的不连续时间段中分配给次路来车，横竖时间轴中对应情况如图中虚线所示。NetLogo具有出色的图形输出能力，可通过语言编程输出大量数据，并可导出csv格式数据，便于使用Matlab等计算工具对仿真数据进行分析，包括交通量、延误、单车位置速度关系图等。

二仿真结果对比通过以上系统的仿真试验

可以看出，当使用无信号交叉口车辆穿越引导系统后，在主、次交通量较低的情况下，能够很大程度上减少交叉口的平均延误和停车次数。而决定延误的主要因素由主路交通量转移到次路交通量。另外，向两个系统同时输入同一股车流，通过对比发现:在交通状况完全相同的状况下，引导系统的车辆采取了引导系统给予的不同的行车策略，提高了效率。

三结语

传统的交通流仿真软件，如vissim等，都是通过对交通流设定不同的参数来实现系统的评价。因此，就无法实现对驾驶员的个性化引导，以及评定系统的优越性。而通过应用Multi-Agent理论，可以实现车辆Agent，路段Agent和引导策略Agent的仿真，并有效地提高了无信号交叉口的行车效率，减少交通延误。综上所述，Agent技术的出现为进行交通问题研究提供了理想的解决途径，基于Agent的智能交通的研究方法正在兴起，我国目前对采用Agent技术进行交通问题研究也是刚刚开始，许多问题有待于进一步深入地研究。

作者：于海熊军单位：天津市市政工程设计研究院道桥分院