一種基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種交通仿真技術領域中行人交通行為仿真的方法，具體是一種基于 元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法。
【背景技術】
[0002] 行人交通是交通系統(tǒng)中的重要組成部分，跟隨行為是行人交通中的一種典型運動 特征。在實際行人交通中，行人為了減少不必要的沖突，往往傾向于跟隨同方向的前方行 人，以獲得安全、舒適的行走空間。不同的局域環(huán)境會導致行人不同的跟隨行為。行人不僅 受其正前方行人的影響，行人整個視域范圍內(nèi)的其他行人都會對其產(chǎn)生影響，在這些影響 下，行人會產(chǎn)生正向跟隨、錯位跟隨、偏向跟隨等行為。
[0003] 目前，一些研究人員對行人的跟隨行為進行了研究，并采用元胞自動機對行人的 跟隨行為進行了仿真分析，通過引入等待概率來表現(xiàn)行人的跟隨行為。行人與前方的其他 行人行走方向相同，而前方行人的速度較大時，行人的等待概率較大;行人與前方的其他行 人行走方向相同，而前方行人的速度較小時，行人的等待概率較小。通過等待概率的變化， 可以在一定程度上實現(xiàn)對行人跟隨行為的仿真，但這種僅僅引入等待概率的方式不能很好 的反應行人的靈活性和適應性。
[0004] 上述在基于元胞自動機的行人仿真中引入等待概率的方法，只能表征行人的前后 正向跟隨行為，而行人跟隨行為不只表現(xiàn)為正向跟隨，還有錯位跟隨、偏向跟隨等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中只能表征行人前后正向跟隨行為的不足，提供 一種基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法，每個行人占據(jù)九個元胞，并加入產(chǎn)生跟隨 行為的行人受到的總吸引概率，能夠更好的仿真行人正向、錯位、偏向等跟隨行為。
[0006] -種基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟一:建立基于元胞自動機的行人仿真模型；
[0008] 步驟二:判斷行人是否產(chǎn)生跟隨行為；
[0009] 如果行人主運動方向上的元胞為空閑元胞，不產(chǎn)生跟隨行為；如果行人主運動方 向上的元胞被占據(jù)，行人行走遇到困境，產(chǎn)生跟隨行為。
[0010] 步驟三:計算產(chǎn)生跟隨行為的行人受到其他行人的吸引概率；
[0011] 產(chǎn)生跟隨行為的行人i受到行人j的吸引概率：
[0012] pij = a . fn . fi2 . fi3 * fi4 · Piz
[0013] 式中：為產(chǎn)生跟隨行為的行人i受到行人j的吸引概率，方向由產(chǎn)生跟隨行為的 行人i指向行人hPf為產(chǎn)生跟隨行為的行人i主運動方向的行走概率;a為調節(jié)系數(shù)，ae(〇， 1 ] ; f il為視角系數(shù);f i2為方向系數(shù);f i3為距離系數(shù);f i4為速度系數(shù)。
[0014] 步驟四：計算產(chǎn)生跟隨行為的行人受到的總吸引概率；
[0015] 所述產(chǎn)生跟隨行為的行人受到的總吸引概率等于其他所有行人對產(chǎn)生跟隨行為 的行人的吸引概率按矢量求和；
[0016] 步驟五:將產(chǎn)生跟隨行為的行人受到的總吸引概率加入基于元胞自動機的行人仿 真豐吳型；
[0017] 技術方案中步驟一所述基于元胞自動機的行人仿真模型，采用每個行人占據(jù)九個 元胞的方式，實現(xiàn)對行人行為的細致描述，每個元胞都是邊長為〇. 4/3m的正方形。
[0018] 技術方案中步驟五所述將產(chǎn)生跟隨行為的行人受到的總吸引概率加入基于元胞 自動機的行人仿真模型是指：
[0019] 將產(chǎn)生跟隨行為的行人受到的總吸引概率與基于元胞自動機的行人仿真模型中 的行人行走概率融合，得到產(chǎn)生跟隨行為的行人在各個方向上的實際行走概率或等待概 率；
[0020] 在產(chǎn)生跟隨行為的行人的五個可能運動方向上，如果某個方向不能行走，則該方 向上的行走概率為零，此時由總吸引概率分解到該方向上的概率變?yōu)榈却怕剩?br>[0021] 如果產(chǎn)生跟隨行為的行人受到的總吸引概率方向與五個可能運動方向中的一個 重合，將總吸引概率與該方向上的行走概率相加，之后進行歸一化處理，得到產(chǎn)生跟隨行為 的行人在各個方向上的實際行走概率或等待概率；
[0022] 如果產(chǎn)生跟隨行為的行人受到的總吸引概率方向在相鄰的兩個可能運動方向之 間，根據(jù)平行四邊形法則，將總吸引概率分解到這兩個方向上，并將產(chǎn)生跟隨行為的行人在 這兩個方向上的行走概率和由總吸引概率分解到各自方向上的概率分別相加，之后進行歸 一化處理，得到產(chǎn)生跟隨行為的行人在各個方向上的實際行走概率或等待概率。
[0023] 技術方案中所述視角系數(shù)計算公式：
[0024]
[0025] 式中：Θ為產(chǎn)生跟隨行為的行人i與行人j的連線方向和行人i主運動方向的夾角； [0026]所述方向系數(shù)計算公式：
[0027]
[0028] 式中：P為產(chǎn)生跟隨行為的行人i與行人j主運動方向的夾角；
[0029]所述距離系數(shù)計算公式：
[0030]
[0031] 式中：(1υ為產(chǎn)生跟隨行為的行人i與行人j之間的距離;r為行人視距；
[0032]所述速度系數(shù)計算公式：
[0033] fi4 = Vj/vi,q
[0034] 式中：Vl,qS產(chǎn)生跟隨行為的行人i的期望速度;為行人j的速度。
[0035] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的有益效果是：
[0036] 本發(fā)明在基于元胞自動機的行人仿真模型中，每個行人占據(jù)九個元胞，并考慮行 人實際跟隨行為中的行人視角、方向、距離和速度因素，加入產(chǎn)生跟隨行為的行人受到的總 吸引概率，能夠較好的仿真行人的錯位、偏向跟隨行為，打破了元胞自動機只能表征行人正 向跟隨的局限。
【附圖說明】：
[0037]圖1是本發(fā)明所述基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法中的基于元胞自動機 的行人跟隨行為仿真框架；
[0038]圖2是本發(fā)明所述基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法中的元胞自動機中一 個行人占據(jù)九個元胞的示意圖；
[0039]圖3是本發(fā)明所述基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法中的元胞自動機中行 人的五個可能運動方向的示意圖；
[0040] 圖4是本發(fā)明所述基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法中的產(chǎn)生跟隨行為的 行人受到的總吸引概率方向與其中一個可能運動方向重合的示意圖；
[0041] 圖5是本發(fā)明所述基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法中的產(chǎn)生跟隨行為的 行人受到的總吸引概率方向在兩個相鄰可能運動方向之間的分解示意圖；
[0042] 圖中
[0043] 1、被行人占據(jù)的元胞;2、空閑元胞。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖對本發(fā)明做詳細的描述：
[0045] -種基于元胞自動機的行人跟隨行為仿真方法，參照圖1，包括以下步驟：
[0046] 步驟一:建立基于元胞自動機的行人仿真模型；
[0047] 所述建立基于元胞自動機的行人仿真模型，包括行人占據(jù)元胞情況、行人主運動 方向的確定和行人運動規(guī)則的設置。
[0048] 技術方案中所述行人占據(jù)元胞情況，參照圖2,采用每個行人占據(jù)九個元胞的方 式，實現(xiàn)對行人行為的細致描述，每個元胞都是邊長為〇. 4/3m的正方形。
[0049] 技術方案中所述行人主運動方向采用靜態(tài)背景場來確定。采用行人位置到目標點 的最短距離來確定靜態(tài)背景場的強度，并將行人位置的所有方向中靜態(tài)背景場強度最大的 方向設為行人的主運動方向。
[0050] 技術方案中所述行人運動規(guī)則的設置，參照圖3,行人可能的運動方向有五個，分 別為正左方向、左前方向、正前方向、右前方向、正右方向，正前方向為主運動方向，各個可 能運動方向的行走概率分別記做Pi 1、、Pi2、P、iz Pi3 Pi4,如果行人所有方向都不能行走，則 PikpJ+PiZ+PiS+Pib 0，否則 ρΡ+ρΛρ^+ρΛρ/ζ 1。在ρΛρΛρ^+ρΛρ/= 1 的情況下，如果 行人主運動方向不能行走，貝1JPiz = 〇,其余可以行走方向的行走概率都等于Ι/m，其中，m(m矣 0)是除了主運動方向以外的可以行走方向的個數(shù);如果行人主運動方向可以行走，則Pi z=D + (l-D)/m，其余可以行走方向的行走概率都等于（l-D)/m，其中，D(0<D<1)是主運動方向 的偏向強度。
[0051 ]步驟二:判斷行人是否產(chǎn)生跟隨行為；
[0052]所述判斷行人是否產(chǎn)生跟隨行為，是根據(jù)行人的行走環(huán)