一种基于地理元胞自动机的行人流仿真方法

摘要

本发明涉及一种基于地理元胞自动机的行人流仿真方法，将区域道路组织结构与区域行走适宜性引入行人仿真模型，根据步行适宜性将研究区划分为黑色路段、灰色路段和白色路段，使得仿真模型能够对复杂步行环境做出相应反应，而不仅仅是区域行人和障碍物；模型同时将区域道路交通系统从功能结构角度划分为区域出入口、路段以及交叉路口，使其能够仿真宏观行人流区域化运动，模拟区域行人流演化过程中呈现的会流和分流现象；从而大大扩展了仿真模型的实际适用范围，有效提高了模型仿真效果，特别适宜于仿真分析室外开阔区域行人流运动演化。

主权项

一种基于地理元胞自动机的行人流仿真方法，包括如下步骤：第一步、对研究区域做格网化处理，构成元胞空间；第二步、对格网化后的研究区域进行行走适宜性分析，并根据行走适宜性分析结果将研究区域分为白色路段、灰色路段、黑色路段：适宜行走区域作为白色路段，其对应元胞的行走适应性程度值等于1，不可行走区作为黑色路段，其对应元胞的行走适应性程度值等于0；可行走但属非行走区作为灰色路段，其对应元胞的行走适应性程度值取值范围为(0,1)；第三步、对研究区域的道路组织结构建模，将研究区域的道路划分为区域出入口、路段、交叉路口三类，对交叉路口处元胞设置转向概率，设置方法如下：针对行人来向，行人向右转、向左转、直行的概率分别为P_r、P_l、P_s，其中，P_r+P_l+P_s＝1；第四步、初始化步行交通环境，行人开始在区域出入口进出研究区域，并在研究区域内部演化，直到仿真过程结束，其中，每个行人遵循如下规则移动：a.在每个时间步长t内，行人移动一个元胞的长度，行人每次在其移动邻域内九个可选位置中选择自己下一步的目标位置；b.行人移动邻域内的九个元胞都拥有自己的综合移动收益，综合移动收益最大的元胞作为行人下一步的目标位置，元胞的综合移动收益计算方法如下：Ⅰ、移动收益计算：计算行人移动邻域内九个元胞的移动收益，行人移动邻域内第i个元胞的移动收益为P_i,i＝0,1,...,8；Ⅱ、移动收益标准化：行人移动邻域内第i个元胞的标准化移动收益其中P_min为移动邻域所有元胞移动收益中的最小值，P_max为移动邻域所有元胞移动收益中的最大值；Ⅲ、计算综合移动收益：行人移动邻域内第i个元胞的综合移动收益其中L_i为第i个元胞的行走适应性程度值；c.行人在选择下一目标位置时，若移动邻域内存在多个综合移动效益最大值，则从中随机选择一个综合移动效益最大的元胞作为行人下一步目标位置；d.当行人之间产生位置冲突时，随机选择其中一个行人占据目标位置，没有被选中的其余行人则留在原来的位置保持位置不变；e.行人在前进中每遇到一个交叉路口时，根据交叉路口处的转向概率做出一次行走方向决策，行人在走出交叉路口时，根据前方路段延伸方向调整自身前进目标方向与之一致；规则e中，在交叉路口处行人的转向方向T通过以下公式获得：$T=T\left(\xi \right)=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{Right}& 0<\xi \le P_r\\ \mathrm{Straight}& P_r<\xi \le P_r+P_s\\ \mathrm{Left}& P_r+P_s<\xi \le 1\end{array}\right.$式中，ξ为0‑1的随机数，Right代表“右”，Straight代表“直行”，Left代表“左”。