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原文传递基于智能体的信控环形交叉口机动车交通仿真模型研究

论文题名：	基于智能体的信控环形交叉口机动车交通仿真模型研究
关键词：	机动车;信控环形交叉口;博弈换道;仿真模型;智能体
摘要：	城市交通问题是全球普遍关注的重要问题，交通仿真技术是基于微观角度研究交通问题的重要手段。我国交通状况与国外相比有许多不同，尤其是针对城市路网的关键节点——环形交叉口的布设与研究，国外城市路网中的环形交叉口通常面积较小，多采用无信号控制方式。但国内的环形交叉口通常规模较大，随着中国人民生活水平的提高，城市机动车保有量快速增加，部分无控环行交叉口时常发生拥堵现象，因此越来越多的环形交叉口开始采用信号控制的方式，这在一定程度上能够缓解机动车的拥堵问题，但其独特的运行方式产生了不同于常规交叉口的驾驶行为。为了能有效的仿真研究这一特殊交通场景，本文拟对信控环形交叉口构建基于智能体的仿真研究系统，以实现对信控环形交叉口机动车交通的微观仿真研究。通过对信控环形交叉口内部交通流特性的分析，设计智能体的模型结构及多智能体的信控环形交叉口仿真系统的模型框架，重点设计机动车智能体的内部决策机制，并对 SUMO 软件进行二次拓展开发以实现所构建的信控环形交叉口仿真系统。论文的主要工作内容如下：　　（1）通过对信控环形交叉口区域的细致划分，研究环内交通流运行特征和换道行为。引入多智能体理论和技术研究信控环形交叉口的交通仿真建模，以机动车智能体、车道智能体、信号灯智能体和交叉口智能体为核心，基于各智能体的模型结构特点和智能体之间的信息传递过程，构建信控环形交叉口微观仿真系统的系统模型。　　（2）对仿真系统中数量最多、智能化程度最高的机动车智能体展开研究，具体设计其内部决策机制，详细论述了机动车智能体的自由行驶、跟驰行驶、行驶轨迹选择、换道行驶的控制模型及具体决策过程。研究内容主要包括：①使用基于遗传算法的参数标定模型对机动车智能体所采用的 IDM 跟驰模型进行标定；②将机动车智能体通过整个交叉口的行驶轨迹进行多段式划分，基于贝塞尔曲线理论提出一种多段式行驶轨迹生成方案；③基于博弈论的方法提出博弈换道模型，选取不同的收益指标建立自由换道模型和强制换道模型，通过求解模型的纳什均衡获取机动车智能体的最优换道决策方案。　　（3）以 SUMO 软件作为开发工具，基于其 TraCI 接口设计了包含 SUMO 软件和Python模块两个部分的信控环形交叉口仿真系统。基于成熟的仿真平台，所开发的仿真系统能够根据信控环形交叉口不同的交通设施布设和信号控制方案生成具体仿真场景，完成环内机动车智能体各种交通行为的仿真，以及各种交通信息的自动统计。最后利用所开发的信控环形交叉口仿真系统对实际交通场景进行仿真模拟，并利用VISSIM仿真平台设计多组仿真实验进行对比，实验结果表明：所提出的基于智能体的信控环形交叉口仿真系统能够较好地提高机动车的换道和通行效率，能够对信控环形交叉口的微观场景及环内交通流特征进行有效刻画。
作者：	贾淳媛
专业：	交通运输工程
导师：	王昊;郜俊成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2022