基于Agent的微观交通仿真的设计与实现

摘要

随着社会经济的快速发展和人民生活水平的大幅度提高，我国的机动车数量不断增长，道路网络的效率以及安全性越来越无法满足人们的出行需要，出现交通堵塞、交通事故频发等交通问题。计算机交通仿真技术应需求而生，能够采用计算机为复杂真实交通建立最佳的数学模型，成为解决交通难题的重要手段。
　　本文在前人理论的基础上，结合智能体 Agent技术具有的自主性、智能性等特点，完成的主要工作表现在以下五个方面：
　　1)搭建了基于Agent的微观交通仿真系统的体系结构。将交通系统中的各类交通元素以及交通参与者抽象为具有感知能力、决策能力以及行为能力的智能体，并在逻辑上使各智能体协作，从而在微观层面上展现各个交通智能体的实时状态，模拟出真实交通流随时间和空间变化的状况。
　　2)本文对出行需求模型进行了改进，使得仿真系统能够模拟出真实交通量随时间变化的现象；
　　3)并对基于非线性安全距离的车辆跟驰模型设置上下阈值，为每个区段的加速度使用不同的计算方法，以使得车辆在避免与邻车相撞的同时能以最快的速度行驶，更符合真实交通中驾驶员的特性；
　　4)在对样条曲线算法进行改进后，计算插值点时由于引入更多邻接点，插值误差减小，对仿真系统中交通路网和车辆行驶路线的曲线描述更加平滑。
　　5)运用3D可视化建模技术实现本文的交通仿真系统，不仅能够使用户便捷地绘制不同的道路基础设施，还能够非常直观地再现交通环境中车辆平滑地行驶过程,包括车辆跟驰与车辆换道的全程、交叉口信号灯的状态、某个位置交通是否拥堵、道路是否畅通、交叉口交通信号灯控制是否合理等，使用计算机可以经济有效且没有风险的呈现出来。
　　微观交通仿真模型运用定义的准则描述系统中单个车辆或车队的移动，是对现实交通系统运行状况的重现，并能在改变交通预案参数的前提下，分析和评价交通方案是否有利于解决现实交通系统所面临的问题，以期得到解决问题的最优解。随着智能交通系统与地理信息系统的高速发展，基于 Agent的微观交通仿真系统更加显示出其智能性、经济型、安全性、灵活性和准确性等优点，与其他系统进行整合是微观交通仿真软件的主要发展趋势。

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第一章 绪论

1 .1选题背景与意义

1 .2国内外交通仿真系统研究现状

1 .3微观交通仿真系统的应用

1 .4研究目标与思路

1 .5论文章节组织

第二章 交通仿真模型与技术基础

2 .1交通仿真的研究

2 .2交通仿真系统中的相关问题

2 .3交通仿真系统中的相关技术

2 .4交通仿真系统中的相关模型

2 .5本章小结

第三章 仿真系统需求分析和系统设计

3 .1交通仿真系统的需求分析

3 .2路网描述模块的设计

3 .3仿真核心模块设计

3.4 3D可视化建模

3 .5本章小结

第四章 仿真模型与算法研究

4 .1基于卡尔曼滤波算法改进的出行需求

4 .2基于Ca tmu ll-Rom的插值样条的改进

4 .3基于安全距离改进的车辆跟驰模型

4 .4信息的收集与获取

4 .5本章小结

第五章 仿真系统的实现

5 .1系统控制流程

5 .2道路网络模块实现

5 .3仿真核心模块实现

5 .4交通需求模块实现

5.5 3D可视化模块实现

5 .6仿真系统工作流程

5 .7本章小结

第六章 系统测试与评价指标分析

6 .1路网编辑模块功能分析

6 .2仿真核心模块功能分析

6 .3交通需求模块功能分析

6.4 3D可视化模块功能分析

6 .5本章小结

第七章 总结和展望

7 .1本文总结

7 .2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间的成果