Имитационная модель агента для низкоуровневого исследования транспортных систем

• Автор: Малыханов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Введение

Актуальность исследования

Научная новизна

Цель и задачи работы.

Методы исследования

Основные положения, выносимые на защиту

Достоверность результатов

Практическая значимость

Апробация работы.

Личный вклад автора

Публикации.
Глава 1. Обзор подходов к моделированию малых и средних
транспортных систем.
1.1. Понятие имитационного моделирования
1.2. Имитационное моделирование транспортных систем.
1.3. Существующие подходы к мелкомасштабному моделированию транспортных систем.
1.3.1. Моделирование трафика с помощью клеточных автоматов
1.3.2. Непрерывное моделирование трафика.
1 А. Агентный подход к построению имитационных моделей
1.5. Области применения агентного моделирования.
1.6. Алгоритмы агентного мелкомасштабного моделирования транспортных систем.
1.6.1. Алгоритмы следования
1.6.2. Алгоритмы смены полос.
1.7. Выделение проблем, не имеющих удовлетворительного решения
1.8. Выводы и постановка задач исследования.
Глава 2. Модель поведения участника дорожного движения
2.1. Допущения и принципы построения модели.
2.2. Структура модели агентаучастн и ка движения.
2.3. Модель поведения агента на стратегическом уровне.
2.3.1. Граф транспортной системы.
2.3.2. Типы поведения агентов при планировании маршрута поездки.
2.3.3. Алгоритм планирования маршрута поездки
2.4. Модель поведения агента на тактическом уровне
2.4.1. Выбор предпочтительной полосы движения
2.4.2. Принятие решения о перестроении. Смена полосы движения
2.4.3. Следование за впереди идущим агентом
2.4.4. Построение траектории движении агента при возникновении препятствия на его пути
2.5. Модель поведения.агента на оперативном уровне.
2.5.1. Принципы выбора ускорения на оперативном уровне
2.5.2. Выбор ускорения для избежания столкновений с ближайшими агентами.
2.6. Выводы
Глава 3. Программная реализация модели агснтаучастника движения
3.1. Поддержка агентного моделирования в i
3.1.1. Среда функционирования агентов.
3.1.2. Программный интерфейс класса .
3.1.3. Синхронизация агентов
3.1.4. Расширение функциональности класса агента
3.1.5. Вычисление пространственных характеристик агента.
3.1.6. Оптимизация вычисления геометрических параметров агента
3.1.7. Определение точного момента попадания агента в заданную область
3.2. Универсальная среда обитания агентов
3.2.1. Реализация среды.
3.2.2. Получение информации о структуре дорожной сети.
3.3. Библиотека вспомогательных геометрических вычислений.
3.3.1. Классы библиотеки
3.3.2. Алгоритмы геометрических расчетов, реализованные в библиотеке .
3.3.3. Оптимизация геометрических вычислений.
3.3.4. Интеграция библиотеки со средой i.
3.4. Библиотека вычислений на графах.
3.4.1. Существующие аналоги. Необходимость разработки библиотеки
3.4.2. Основные классы библиотеки. Абстрактное хранение графов
3.4.3. Алгоритмы вычислений на графах.
3.4.4. Обобщенная реализация взвешенных графов
3.5. Оценка сложности и производительности алгоритмов предложенной модели агента
3.6. Выводы
Глава 4. Методика исследования возможности повышения эффективности светофорного регулирования.
4.1. Постановка задачи исследования
4.2. Преимущества агентного подхода
4.3. Методика
4.3.1. Общая структура предлагаемой методики
4.3.2. Сбор данных для моделирования.
4.3.3. Разработка модели исследуемого участка.
4.3.4. Использование оптимизатора
4.3.5. Идентификация параметров агента
4.3.6. Нахождение оптимизированной схемы светофорного регулирования.
4.4. Выводы
Основные результаты работы.
Список литературы


Средства моделирования, разработанные на их основе, являются узкоспециальными инструментами, сопряжение которых с другими моделями крайне затруднительно. Таким образом, представляется целесообразной разработка и реализация модели агентаучастника движения, которая может быть положена в основу системы поддержки принятия решений, основанной на низкоуровневом имитационном моделировании. В частности, модель позволит создать метод оценки эффективности изменения светофорного регулирования на перекрестках, что актуально для улиц крупных городов. Объектом исследования в данной работе является имитационная модель агеитаучастника дорожного движения. Предметом исследования являются структура, алгоритмы функционирования и способы программной реализации модели агентаучастника движения. Все результаты, полученные в диссертационной работе, являются новыми и актуальными. В частности, предложена модель агентаучастника дорожного движения, отражающая основные аспекты поведения водителей. Также выполнена программная реализация модели агента, пригодная для низкоуровневого исследования транспортных систем. Целью работы является создание средств и методик, обеспечивающих применение агентного имитационного моделирования для исследования схем организации дорожного движения. Создана расширяемая имитационная модель агентаучастника дорожного движения. Предложен метод, позволяющий моделировать поведение участников дорожного движения при возникновении препятствий па их пути. Разработан программный комплекс, реализующий модель агента, используемую при низкоуровневом имитационном моделировании транспортных систем. Предложена методика исследования и повышения эффективности светофорного регулирования на участках городских автотранспортных систем. В диссертационной работе применялись методы системного анализа, имитационного моделирования, теории графов и вычислительной геометрии. При программной реализации модели агента использовались методы структурного и объектноориентированного программирования. Расширяемая имитационная модель агента, отражающая поведение участника дорожного движения, предназначенная для низкоуровневого исследования транспортных систем. Метод построения траектории движения агентаучастника движения при возникновении на его пути множества препятствий, учитывающий исходную траекторию движения агента. Программный комплекс, реализующий предложенную модель агента на платформе АпуГдс и учитывающий существующие модели аспектов поведения участников дорожного движения. Методика, позволяющая исследовать возможность повышения пропускной способности регулируемых перекрестков с применением созданного программного комплекса и оптимизатора Ор1С2ие. Достоверность результатов, полученных в данной работе, обеспечивается корректностью применения математического аппарата и строгостью постановки задачи. Результаты работы положены в основу системы мелкомасштабного имитационного моделирования транспортных потоков, позволяющей анализировать свойства существующих и проектируемых транспортных узлов. Система реализована в виде программного комплекса, который может быть использован в учреждениях муниципального управления, проектных организациях и консалтинговых компаниях, занимающихся проектированием и реорганизацией схем дорожного движения. Предложенная модель агента может быть использована в составе болсс сложных имитационных моделей организационнотехнических систем. Разработанные программные библиотеки могут быть использованы независимо от системы в целом для разработки агентных моделей i с пространственными взаимоотношениями агентов. Модуль геометрических вычислений может быть использован при реализации алгоритмов вычислительной геометрии на языке v. Информатика, моделирование, автоматизация проектирования. ИМАП, Ульяновск, УлГТУ, . Задача исследования поставлена совместно с научным руководителем. Основные теоретические и практические результаты получены автором самостоятельно. Разработка алгоритмов, программного комплекса анализ и тестирование системы также выполнены автором самостоятельно. Материалы диссертации опубликованы в работах, из них 3 в изданиях, рекомендуемых ВАК.