《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (10): 3180-3190.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2025091132
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张睿1(
), 郑至诚1, 潘理虎1, 郭桓渊1, 张林梁2, 闫慧敏3
收稿日期:2025-09-26
修回日期:2025-12-09
接受日期:2025-12-10
发布日期:2025-12-22
出版日期:2026-10-10
通讯作者:
张睿
作者简介:郑至诚(2002—),男,安徽阜阳人,硕士研究生,主要研究方向:多智能体仿真基金资助:
Rui ZHANG1(
), Zhicheng ZHENG1, Lihu PAN1, Huanyuan GUO1, Linliang ZHANG2, Huimin YAN3
Received:2025-09-26
Revised:2025-12-09
Accepted:2025-12-10
Online:2025-12-22
Published:2026-10-10
Contact:
Rui ZHANG
About author:ZHENG Zhicheng, born in 2002, M. S. candidate. His research interests include multi-agent simulation.Supported by:摘要:
针对交通仿真系统中多尺度协同建模困难与交互连续性不足的问题,设计一种融合微观、介观与宏观的多尺度交通仿真方法。该方法以数据驱动?尺度分类?策略执行?轨迹控制?仿真反馈为核心逻辑,构建模块化建模体系,实现多源信息融合与行为策略解耦。通过建立介观桥梁层,打通微观行为与宏观趋势之间的双向信息通路,并融入基于社会价值导向(SVO)的群体蒙特卡洛树搜索(MCTS)协同决策机制;同时,在宏观层构建动态OD(Origin-Destination)矩阵生成系统,赋予仿真系统对交通流时序演变的自适应调控能力。实验结果表明,本文方法在保证仿真效率的同时,显著提升系统行为合理性与场景适应力,与传统的单一尺度模型和无协同策略的单车决策模型相比,冲突率平均降低了19.8%、通行率(TR)综合提升了34.6%,为复杂交通场景下的智能协同与资源优化提供了有效的技术路径。
中图分类号:
张睿, 郑至诚, 潘理虎, 郭桓渊, 张林梁, 闫慧敏. 基于介尺度建模的动态交通多智能体仿真方法[J]. 计算机应用, 2026, 46(10): 3180-3190.
Rui ZHANG, Zhicheng ZHENG, Lihu PAN, Huanyuan GUO, Linliang ZHANG, Huimin YAN. Mesoscale modeling-based multi-agent simulation method for dynamic traffic[J]. Journal of Computer Applications, 2026, 46(10): 3180-3190.
| 项目 | 设置 |
|---|---|
| 硬件环境 | Intel i7-9700k ×8线程,16 GB RAM,Windows 11 |
| 软件依赖 | Python 3.10,SUMO 1.16,LimSim |
| 地图数据 | 太原市主城区主干路提取子路(约12 km×12 km) |
| 车辆规模 | 峰值控制车辆数800~1 000 |
| 仿真时长 | 全天24 h(加速模式下运行5 min) |
表1 实验环境与配置
Tab. 1 Experimental environment and configuration
| 项目 | 设置 |
|---|---|
| 硬件环境 | Intel i7-9700k ×8线程,16 GB RAM,Windows 11 |
| 软件依赖 | Python 3.10,SUMO 1.16,LimSim |
| 地图数据 | 太原市主城区主干路提取子路(约12 km×12 km) |
| 车辆规模 | 峰值控制车辆数800~1 000 |
| 仿真时长 | 全天24 h(加速模式下运行5 min) |
| 指标 | 含义 |
|---|---|
| 轨迹平滑度 | 单车轨迹变化的标准差,反映运动物理合理性 |
| 平均通行时间 | 从起点到终点的时间(单位:s),反映系统交通效率 |
| 冲突率 | 同一交通区域内轨迹重叠或过近次数,反映局部 决策协同性 |
| 系统帧率 | 每秒仿真帧数,表示系统运行速度与稳定性 |
| 内存占用 | 峰值RAM占用,表示大规模仿真资源开销 |
表2 交通表现指标
Tab. 2 Traffic performance indicators
| 指标 | 含义 |
|---|---|
| 轨迹平滑度 | 单车轨迹变化的标准差,反映运动物理合理性 |
| 平均通行时间 | 从起点到终点的时间(单位:s),反映系统交通效率 |
| 冲突率 | 同一交通区域内轨迹重叠或过近次数,反映局部 决策协同性 |
| 系统帧率 | 每秒仿真帧数,表示系统运行速度与稳定性 |
| 内存占用 | 峰值RAM占用,表示大规模仿真资源开销 |
| 方案 | 控制策略 | 特点 |
|---|---|---|
| A | 所有车辆使用微观独立规划 | 无协同+轨迹重叠严重,控制稳定性差(交通时段不为动态) |
| B | 引入介尺度协同规划机制 | 中心区域轨迹连续,交互车辆冲突减少(交通时段不为动态) |
| C | 引入介尺度+时段OD调度机制 | 模拟全天流量波动,仿真更贴近实际(交通时段为动态) |
表3 不同方案的详情对比
Tab. 3 Detailed comparison of different schemes
| 方案 | 控制策略 | 特点 |
|---|---|---|
| A | 所有车辆使用微观独立规划 | 无协同+轨迹重叠严重,控制稳定性差(交通时段不为动态) |
| B | 引入介尺度协同规划机制 | 中心区域轨迹连续,交互车辆冲突减少(交通时段不为动态) |
| C | 引入介尺度+时段OD调度机制 | 模拟全天流量波动,仿真更贴近实际(交通时段为动态) |
| 方案 | 轨迹偏差/m | 交互冲突率/% | 控制稳定性得分 | 仿真误差/% |
|---|---|---|---|---|
| A | 4.8 | 23 | 60 | 21.0 |
| B | 2.8 | 13 | 78 | 12.0 |
| C | 1.5 | 6 | 89 | 5.0 |
表4 不同方案的数据对比
Tab. 4 Data comparison of different schemes
| 方案 | 轨迹偏差/m | 交互冲突率/% | 控制稳定性得分 | 仿真误差/% |
|---|---|---|---|---|
| A | 4.8 | 23 | 60 | 21.0 |
| B | 2.8 | 13 | 78 | 12.0 |
| C | 1.5 | 6 | 89 | 5.0 |
| 平台 | 仿真精度 | 系统效率 | 场景响应能力 |
|---|---|---|---|
| 本文平台 | 0.95 | 0.89 | 0.92 |
| SUMO | 0.84 | 0.65 | 0.58 |
| PTV VISSIM | 0.81 | 0.58 | 0.52 |
| CityFlow | 0.87 | 0.71 | 0.61 |
表5 不同仿真平台在3类性能指标上的对比
Tab. 5 Comparison of different simulation platforms on three performance indicators
| 平台 | 仿真精度 | 系统效率 | 场景响应能力 |
|---|---|---|---|
| 本文平台 | 0.95 | 0.89 | 0.92 |
| SUMO | 0.84 | 0.65 | 0.58 |
| PTV VISSIM | 0.81 | 0.58 | 0.52 |
| CityFlow | 0.87 | 0.71 | 0.61 |
| 平台 | 恢复时间步数 | 平均队列长度/m | 通行率下降率% |
|---|---|---|---|
| 本文平台 | 350.0 | 42.1 | 7.8 |
| SUMO | 610.0 | 75.4 | 18.5 |
| PTV VISSIM | 500.0 | 64.7 | 13.3 |
| CityFlow | 580.0 | 70.8 | 15.2 |
表6 突发扰动场景下不同平台的鲁棒性对比
Tab. 6 Robustness comparison of different platforms under emergency disturbance condition
| 平台 | 恢复时间步数 | 平均队列长度/m | 通行率下降率% |
|---|---|---|---|
| 本文平台 | 350.0 | 42.1 | 7.8 |
| SUMO | 610.0 | 75.4 | 18.5 |
| PTV VISSIM | 500.0 | 64.7 | 13.3 |
| CityFlow | 580.0 | 70.8 | 15.2 |
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