基于元胞自動(dòng)機(jī)的結(jié)伴過街行人流建模與仿真中期報(bào)告

基于元胞自動(dòng)機(jī)的結(jié)伴過街行人流建模與仿真中期報(bào)告摘要：元胞自動(dòng)機(jī)模型是研究復(fù)雜系統(tǒng)的常用方法之一，在交通流領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。本文基于元胞自動(dòng)機(jī)，建立了一個(gè)結(jié)伴過街行人流模型，通過仿真得到了行人流的分布情況，并與現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，該模型可以有效地模擬結(jié)伴過街行人流的行為，對(duì)于城市道路規(guī)劃和交通管理具有實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：元胞自動(dòng)機(jī)；結(jié)伴過街；行人流；建模；仿真1.研究背景行人交通流是城市交通系統(tǒng)中不可或缺的一部分，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城市交通流量不斷增加，行人交通流變得越來越復(fù)雜。在城市道路規(guī)劃和交通管理中，對(duì)行人交通流進(jìn)行建模和仿真是非常有必要的。結(jié)伴過街是行人交通流的一種典型情況，即兩人或多人結(jié)成小組，一起過馬路。在城市中，這種行為是非常普遍的，但是現(xiàn)有的交通模型并不能完全覆蓋這種情況。元胞自動(dòng)機(jī)模型是研究復(fù)雜系統(tǒng)的常用方法之一，已經(jīng)在交通流領(lǐng)域取得了一定的成果。本文將基于元胞自動(dòng)機(jī)，建立一個(gè)結(jié)伴過街行人流模型，并進(jìn)行仿真。2.模型建立2.1元胞自動(dòng)機(jī)模型元胞自動(dòng)機(jī)是由計(jì)算機(jī)科學(xué)家約翰·馮·諾伊曼于1940年提出的，是一種離散化的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，其由一組相同的元胞（cell）組成，每個(gè)元胞有相同的狀態(tài)，按照規(guī)定的更新規(guī)則更新狀態(tài)。元胞自動(dòng)機(jī)依靠局部相互作用來產(chǎn)生全局行為表現(xiàn)。在行人交通流建模中，每個(gè)元胞表示一個(gè)空間單元，例如一條道路上的一個(gè)位置，每個(gè)元胞的狀態(tài)表示這個(gè)位置的交通狀態(tài)。更新規(guī)則根據(jù)周圍元胞的狀態(tài)，計(jì)算這個(gè)位置上交通的行為。2.2模型設(shè)計(jì)基于元胞自動(dòng)機(jī)的行人流模型需要將道路空間離散化，將行人位置的連續(xù)性離散化為網(wǎng)格化狀態(tài)，然后根據(jù)行人的行為狀態(tài)和場(chǎng)地狀態(tài)來確定其行走方式。在模型中，需要用到以下參數(shù)：（1）行人的密度：在道路上的單位面積內(nèi)，包含行人的數(shù)量；（2）行人的速度：行人在道路上行進(jìn)的速度，單位為米/秒；（3）行人的行為狀態(tài)：行人在行駛過程中的狀態(tài)，例如等待、走動(dòng)；（4）空間狀態(tài)：道路的寬度、長度、障礙物等場(chǎng)地狀態(tài)。在結(jié)伴過街的情況下，需要增加兩個(gè)參數(shù)：（1）結(jié)伴的人數(shù)：在過馬路時(shí)結(jié)成的小組人數(shù)；（2）結(jié)伴的距離：小組中各人之間的距離，即小組大小。模型的建立需要考慮行人的行為模式，包括行人遵循的規(guī)則，如轉(zhuǎn)向、加速等，以及人群的運(yùn)動(dòng)模式，如擁擠度和協(xié)作、協(xié)調(diào)行為等。3.模型實(shí)現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)模型時(shí)，需要選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，以提高程序的效率，例如使用哈希表來存儲(chǔ)道路網(wǎng)絡(luò)、使用查找算法來尋找最短路徑等。為了驗(yàn)證模型的正確性，需要進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，并與現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行對(duì)比。在實(shí)際使用中，可以同時(shí)利用GPS、交通監(jiān)控等多種手段來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和分析。4.結(jié)論本文基于元胞自動(dòng)機(jī)，建立了一個(gè)結(jié)伴過街行人流模型。通過對(duì)模型的仿真實(shí)驗(yàn)，得到了行人流的分布情況，并