(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110703399.X (22)申请日 2021.06.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113515892 A (43)申请公布日 2021.10.19 (73)专利权人 东南大学 地址 210096 江苏省南京市玄武区四牌楼 2 号 (72)发明人 王昊　陈全　 (74)专利代理 机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 专利代理师 朱桢荣 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 3/00(2006.01)G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/30(2012.01) G08G 1/01(2006.01) (56)对比文件 CN 106652444 A,2017.0 5.10 CN 1084170 31 A,2018.08.17 CN 111754769 A,2020.10.09 CN 109670 620 A,2019.04.23 审查员 毕淑影 (54)发明名称 一种多智能体交通仿真并行计算方法及装 置 (57)摘要 本发明公开了一种多智能体交通仿真并行 计算方法， 使用多线程并行计算的方式对智能体 车辆进行路径寻优、 状态更新、 仿真数据存储及 显示， 可根据实时路况计算道路阻抗， 结合车辆 属性计算和更新车辆最优路径， 并可根据实际计 算时耗调整线程分配， 均衡线程负荷。 本发明还 公开了一种多智能体交通仿真并行计算装置， 本 发明充分考虑不同仿真车辆的个体差异， 支持仿 真普通车辆和可进行信息交互的智能车辆， 使用 多线程并行计算方式， 能充分发挥设备CPU计算 能力， 提高仿真效率， 并可 实现动态路径规划， 使 仿真结果更贴合实际情况。 本发 明可用于研究车 辆行为、 预测车流状态、 测试管控措施， 为缓解交 通拥堵、 减少交通隐患、 降低资源浪费提供帮助。 权利要求书3页 说明书5页 附图2页 CN 113515892 B 2022.12.13 CN 113515892 B 1.一种多智能体交通仿真并行计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1、 获取路网数据和车辆数据； 其中， 路网数据包括各路段的起点、 终点、 里程和通行费、 以及各交叉口的几何构型、 信号控 制方案和通行费； 车辆数据包括车辆的物理属 性、 起讫属 性、 偏好属性、 行为属性和交互属 性； 物理属性包括车长、 车宽、 车型和加减速性能， 起讫属性包括初始位置、 初始速度、 进入 路网时刻和目的地， 偏好属性包括对里程、 费用、 时耗的偏好、 是否存在禁行区域， 行为属性 包括跟驰模型和换道模型， 交 互属性包括能否与周边车辆交 互信息、 能否 接收路况信息； 步骤2、 根据步骤1所述路网数据计算路段和交叉口的阻抗， 阻抗包括路段和交叉口的 通行里程、 费用和时耗； 步骤3、 分配并行线程： 将所有仿真车辆分配给仿真 设备CPU的多个线程并行计算； 步骤4、 并行线程的计算具体如下： 根据步骤2中路段和交叉口的 阻抗和步骤1中车辆的偏好属性， 按检索最短路方法检索 车辆到达目的地所经过的路段和交叉口的阻抗总和最低的路径作为最优路径， 车辆将按最 优路径行驶； 根据车辆行为属性和交 互属性， 结合跟驰模型、 换道模型决策 车辆运动行为； 根据车辆运动行为， 计算更新后的车辆位置、 车道和速度； 步骤5、 统计并行线程的负荷， 负荷包括运算时间和累计仿真车辆数， 并根据负荷计算 并行线程均衡分配方案， 调整分配给 各并行线程的仿真车辆数； 步骤6、 保存步骤4的车辆位置、 车道和速度； 步骤7、 更新路网数据、 新增仿真车辆， 返回步骤2； 更新路网数据、 新增仿真车辆具体如 下： 根据步骤4的车辆位置、 车道和速度， 计算各路段和交叉口车辆平均通行时耗； 更新步骤1的路网数据中路段的通行费、 交叉口 的信号控制方案、 交叉口 的通行费； 根据步骤1车辆的起讫属性添加新进入路网范围的车辆， 并将新进入路网范围的车辆 分配给步骤5中并行线程均衡分配方案中仿真车辆数最少的并行线程。 2.根据权利要求1所述的一种多智能体交通仿真并行计算方法， 其特 征在于， 步骤1中路网数据与仿真的路网范围一 致， 路网数据在仿真过程中允许变化； 步骤1中车辆数据作为个体属性进行保存， 不同车辆的数据互不干扰； 如果车辆在仿真 开始时就已在路 网范围内， 则对其进 行仿真直到其到达目的地后， 移除该车辆； 如果车辆在 仿真开始 时不在仿真范围内， 根据车辆进入路网时刻开始对该车辆的仿真， 直到其到达目 的地后， 移除该 车辆。 3.根据权利要求1所述的一种多智能体交通仿真并行计算方法， 其特征在于， 步骤2中 路段和交叉口 的阻抗， 是指： 路段指允许车辆从起点行驶到终点的单向路段， 如果A点与B点间为双 向通行道路， 则 应当视为从起点A至终点B、 从起点B至终点A两条不同单向路段， 如果某单向路段不允许车 辆通行， 则该路段的阻抗视为 正无穷； 交叉口的 阻抗按车辆入口路段、 出口路段的不同分别计算， 如果存在禁止转向， 对应方 向的阻抗视为 正无穷； 路段和交叉口的阻抗包括里程、 费用和时耗三方面， 里程为路段的物理长度或连接交权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113515892 B 2叉口进出口的车辆路径长度， 费用指车辆通过路段或交叉 口需要缴纳的费用， 时耗指车辆 通过路段或交叉口需要的时间； 里程和费用从步骤1所述路网数据中获取； 初始仿真时， 路段时耗根据 计算， 其中下标r代表路段， tr为车辆经 过路段r所需 时间， sr为路段r里程， μr为路段r中车辆速度的均值， n为路段中的 车辆数， 为路段中第i个车辆的速度， σr为路段中车辆速度的标准差， k1为路段车速均值 参数， k2为路段车速标准差参数； 初始仿真时， 交叉口时耗根据 计算， 其中下标c代表交 叉口， tc为车辆经过交叉口所需 时间， sc为连接交叉口进出口的车辆路径长度， d为交叉口信 号灯周期，g为交叉口对应行驶方向的绿灯时长， μc为交叉中对应行驶方向的车辆速度的均 值， m为交叉口对应行驶方向的车辆数， 为交叉口中第j个车辆的速度， σc为 交叉中对应行驶方向的车辆速度的标准差， k3为交叉口信控参数， k4 为交叉口车速均值 参数， k5为交叉口车速标准差参数。 4.根据权利要求3所述的一种 多智能体交通仿真并行计算方法， 其特征在于， 仿真过程 中， 路段和交叉口时耗使用步骤7所述路段和交叉口车辆平均通行时耗， k1、 k2、 k3、 k4、 k5取值 0.8‑1.2。 5.根据权利要求1所述的一种多智能体交通仿真并行计算方法， 其特征在于， 步骤3具 体方式为： 初始仿真时， 将仿真车辆按数量平均分配给所有用于仿真的CPU线程并行计算； 仿真过程中， 根据上一次循环中步骤5所述的并行线程均衡分配方案来分配并行线程。 6.根据权利要求1所述的一种多智能体交通仿真并行计算方法， 其特 征在于， 步骤4中， 最优路径指将路网视为图， 路段起终点视为节点， 连接节点的路段或交叉口视为边， 路 段或交叉口的阻抗视为权； 其中， 权的值根据Q＝p1sq+p2fq+p3tq计算， 其中Q为权值， sq为里 程， fq为费用， tq为时耗， p1为里程偏好参数， p2为费用偏好参数、 p3为时耗偏好参数， p1、 p2、 p3 根据车辆数据中的车辆的偏好属性确定； 根据检索最短路算法检索连接车辆起终点总权值 最小的路径作为车辆最优路径， 仿 真中车辆将按最优路径行驶； 如果根据步骤1车辆数据中 车辆的交互属性允许某车辆与路网交互信息， 则该车辆会在仿真过程中接收新的最优路 径， 调整行驶路径； 否则将始终按最初的最优路径行驶。 7.根据权利要求6所述的一种多智能体交通仿真并行计算方法， 其特征在于， p1、 p2、 p3 取值0‑1。 8.根据权利要求1所述的一种多智能体交通仿真并行计算方法， 其特征在于， 步骤5所 述统计并行线程的负荷， 指统计一段时间内步骤4的并行线程的运算时间和累计仿真车辆权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113515892 B 3