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基于多智能体的城市交通仿真研究 摘要：多智能体模型是一个研究社会、经济、生态等复杂系统的动态研究方法，交通系统是一个含有随机性、动态性和自适应性等特征的开放的复杂系统所以以多Agent技术为手段结合交通系统的组成和复杂性特征，利用基于Agent的计算机仿真经过模拟交通系统中个体的行为，能够让一群这么的个体在计算机所营造的虚拟环境下进行相互作用并演化，自下而上的“涌现”出整体系统的复杂性行为借助Netlogo软件平台，利用Traffic Grid模型仿真研究了有些人参加的交通仿真试验，获取了伴随时间改变的车辆平均速度、平均等候时间等数据，依据其改变曲线为建设低碳交通和智能交通系统（ITS）提供决议 　　关键词：多Agent;交通仿真;Traffic Grid模型;Netlogo　　1 引言　　交通仿真是20世纪60年代以来,伴随计算机技术的进步而发展起来的采取计算机数字模型来反应复杂道路交通现象的交通分析技术和方法从试验角度看,道路交通仿真是再现交通流时间和空间改变的模拟技术，交通仿真是智能交通运输系统的一个主要组成部分，是计算机技术在交通工程领域的一个主要应用利用基于Agent的计算机仿真经过模拟交通系统中个体的行为，让一群这么的个体在计算机所营造的虚拟环境下进行相互作用并演化，自下而上的“涌现”出整体系统的复杂性行为。

多主体模型基础思绪是：因为人类社会是由大量的个体组成的复杂系统，因此在计算机中建立每个经济实体的个体模型，这么的计算机中模型被称为Agent；然后让这些Agent遵照一定的简单规则相互作用；然后经过观察这群Agent整体作用的涌现性找到人工社会的规律，并用这些规律解释和了解人类社会中的宏观现象[1]　　文中以Traffic Grid模型为基础，仿真研究了交通系统从而得出停着的车辆数量，平均等候时间等曲线，为城市计划和决议者提供了数据　　2多主体建模　　主体（Agent，也有些人译为智能体、代理）和多主体系统（MultiAgent System,MAS）是伴随分布式人工智能的研究而兴起的主体（Agent）”一词通常用来描述自包含的（selfcontained）、能感知环境并能在一定程度上控制本身行为的计算实体[2]人工智能学者Minsky在1986年出版的著作《思维的社会》（The Society of Mind）[3]中提出了Agent，认为社会中的一些个体经过协商以后能够求得问题的解，这些个体就是AgentAgent最少应具有以下几方面的关键属性：①自主性：Agent含有属于其本身的计算和局部于本身行为控制的机制，能在无外界直接操纵的情况下，依据其内部状态和感知到的（外部）环境信息，决定和控制本身的行为。

②交互性：能和其它Agent进行多个形式的交互，能有效地和其它Agent协同工作③反应性：能感知所处的环境，并对相关事件做出适时反应④主动性：能遵照承诺采取主动行动，表现出面向目标的行为⑤推理和计划能力：Agent含有学习知识和经验及进行相关的推理和智能计算的能力　　多Agent系统（MAS）由多个自主或半自主的智能体组成，每个Agent或推行自己的职责，或和其它Agent通信获取信息相互协作完成整个问题的求解和单Agent相比，MAS有以下特点：①社会性：Agent处于由多个Agent组成的社会环境中，经过某种Agent语言和其它Agent实施灵活多样的交互和通讯，实现和其它Agent的合作、协同、协商、竞争等②自制性：在多Agent系统中一个Agent发出请求后，其它Agent只有同时具有提供此服务的能力和爱好时才能接收动作委托，即一个Agent不能强制另一个Agent提供某种服务③协作性：在多Agent系统中，含有不一样目标的各个Agent必需相互协作、协同、协商对未完成问题的求解　　3仿真模型　　3.1 总体结构　　道路交通系统包含很多相互关联的实体，关键有道路（分为路段和交叉口）、信号控制设施、车辆、驾驶员、行人等。

这些实体有的含有一定程度的自制性和智能性，如驾驶员、行人等，有的是被动的受其它实体的影响，如路段等多主体技术能够对交通系统中的各要素进行建模[4]，如交叉口、信号灯、交通控制中心等，对这些要素进行简化，建立多主体概念模型关键Agent有交通路Agent、车辆Agent、信号灯Agent，其中交通路Agent参考1979年Herman等[5]提出的二流模型（Twofluid Model）,该模型认为交通流有运行车辆和停止的车辆组成　　路描述：交通路是道路交通系统的基础设施，承载着车辆的运行交通路含有复杂的拓扑结构和集合特征，假如过于复杂则计算负载过重，故分为路段、路、交叉口三次层管理，路Agent负责存放维护整个交通路的拓扑关系，为交通实体提供路信息路段Agent负责本路段的描述，交叉口Agent包含信号灯对象实现各入口车道交通流的时间分离，一个路段一个车道　　信号灯结构：信号灯是主要的交通控制设施，它实现对交叉口不一样流向的车辆进行时间分离，降低车辆之间可能的冲突，改进交通安全，提升交叉口流通效率信号灯控制从本质上看，是一个经典的复杂适应系统，我国外相关学者对信号灯控制已做出大量研究，也产生很多控制方案，但全部有对应的不足，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的格组成的，经过设置sliders ：gridsizex=3，gridsizey=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，其中汽车数目经过设置slider：numcars=54，点击Setup按钮即形成道路图，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（ numcars ）一定要小于路（图2中白色的表示道路）的数量，假如超出则提醒警告信息　　假如无人参加此系统则设置 currentauto? 为 off ，有则设置 on ，而且经过 currentphase 选择一个交通灯为控制的交通灯　　此系统假如没有交通灯的参加则设置 power? 为 off ，反之则设置为 on 　　3.4.2运行规则　　每一个时间步，车子根据目前速度向前行驶，假如目前速度小于限制速度（ speedlimit ）而且它们前方没有车子，那么它们加速（ speedup ）行驶，假如前面的车辆速度小于自己的车速，那么目前车子要调整自己车速和前面的车速一致（ slowdown ），碰到红灯或停着的车辆，目前车辆要停止。

　　4案例分析及结果　　4.1 案例一　　现在，以城市交通为背景，研究诸如拥堵的形式、传输、消散、交通流在路中的优化分布、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正确性表征全部是不可缺乏的主要一环[6]根据上述模型运行，当在没有信号灯也没有些人参加的情况下（power?设置为off），道路为4行3列，车辆数目为140时的运行结果图3　　当在有信号灯没有些人参加的情况下（power?设置为on），道路为4行3列，车辆数目为140时的运行结果图4　　4.2 案例二　　根据上述模型运行，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图5，车辆平均速度柱状图图6，平均等候时间柱状图图7：　　图5 停着的车辆数量　　4.3 分析及结果　　由案例一可知，在有信号灯参加交通管理下交通却快速瓦解了（图3 ticks=3164，图4 ticks=665，ticks是时间步，伴随时间延续而增加），造成这种结果有多个原因，如信号灯控制不合理、车辆数目过大超出了道路的承载能力等　　有案例二可知，车辆平均速度和停着的车辆数量有一定的关系，正如二流模型中认为的路宏观层面的平均行驶速度和路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，有参数设置能够看出要得到高效的交通模拟数据需要大量的试验和多个组合，我们还能够得出有些人参加交通管理的情况下交叉口的流通效率会提升，当有流动车辆进入交通道路或离开交通道路会对上述结论产生何种影响等很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”，模拟了不一样组合的参数对交通系统产生不一样的影响，获取了车辆平均等候时间、停止的车辆等随时间改变的曲线，不过因为此模型比较简单，模拟的范围小、没有采取实际路等原因，有待更加好的改进　　多主体模型以并行的方法模拟非线性因果的社会系统，使大家更加好地了解社会现象，发觉现象背后的机制，从而做出预计和辅助决议多主体建模现在还未形成成熟的体系，因此也没有一套完整而成形的理论，但能够预言，伴随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　　参考文件　　[1]张江，李学伟.人工社会——基于Agent的社会学仿真[J]．系统工程，2021(1)：2326.　　[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，2021.4.　　[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.Largescale multiagent transportation simulations[J].Computer Physice communications,2021,147:559564.　　[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（数学和计算机学院）硕士论文，2021.11.05.　　[6]袁绍欣，赵祥模，安疑生.无信号交叉口车流通行情况的混杂Petri模型[D].长安大学，陕西，西安，710064.　　[7] HERMAN R,PRIGOGINE I .A. Twofluid Approach to Town Traffic[J].Science,1979,204(4389):148151.　　。