[發明專利]基于多智能體仿真的城市公共交通政策分析平臺

有效

• 申請號: 201510325510.0
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104881992B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發明（設計）人: 凌帥;馬壽峰;賈寧;李庚;謝沁木;吳學新
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G08G1/00
• 分類號: G08G1/00;G06Q10/06
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 劉國威

1.一種基于多智能體仿真的城市公共交通政策分析平臺，其特征是，由大規模自治Agent松散藕合所構成，形成多Agent系統，通勤者Agent代表在早高峰有出勤需求的居民，其基本行為模式為在每個仿真天內乘坐公交車至工作區上班，結束通勤后衡量此次通勤的成本，更新經驗庫和知識；系統包括如下幾個主要模塊：

環境感知模塊：用于感知環境中的擁擠、早到或遲到的延誤懲罰因素；

記憶存儲模塊：用于保存和提取歷史通勤信息；

成本衡量模塊：結合環境感知模塊計算通勤成本；

經驗庫：隨著系統的演化Agent會不斷更新自己的經驗，其內容體現了Agent對記憶中整個高峰通勤狀況的感受和評價；

學習機制：采用基于Agent的Bush-Mosteller算法；

決策控制模塊：結合經驗庫和通勤者記憶的信息，對下一個仿真天選乘的班次進行決策；其中，基于Bush-Mosteller的通勤者學習機制包括：

1)采用Bush-Mosteller強化學習模型；

2)策略學習機制

將BM模型應用到早高峰通勤情境下，通勤者的可選策略集即為早高峰所有班車集合，記為T，每一輛公交車代表一個選擇策略，每個策略對應一個選擇概率從而整個策略集對應了一個概率向量，由隨機決策準則決定每仿真天內通勤者所選策略，通勤者單次通勤效用由成本衡量模塊計算；

3)刺激計算規則

在BM標準模型中，刺激s_a的計算方式公式如下：

其中

c_a—策略a相對應的平均通勤

A—通勤者對此次通勤成本的期望

c_max—該通勤者的歷史最高通勤成本

c_min—該通勤者的歷史最低通勤成本

式(1)的分母表示該通勤者歷史任意一次成本與期望之差的絕對值的上確界；

4)概率更新過程

把A取為該通勤者的歷史平均通勤成本，在一次通勤中采用策略a之后，其對應概率p_a更新規則如下：

在式(2)中，p_a,t代表t時刻策略a對應的選擇概率，l表示學習率0＜l＜1，其體現了通勤者學習的速度，s_a,t是在t時刻選擇策略a后計算得到的刺激；

對于未被選擇的策略，其對應的概率更新規則如下：

2.如權利要求1所述的基于多智能體仿真的城市公共交通政策分析平臺，其特征是，采用在參數一致的情況下對比經典解析結果的方法，檢驗多Agent系統模型的正確性：采用Tian模型作為驗證多Agent方法適用性的基準模型，在Tian的模型中，通勤者被假定為是同質的，并且對整個早高峰通勤狀況具有完備信息，首先采用與其一致的假定條件和參數設置進行實驗，從H_i站出發，選擇乘坐班車j的通勤者的總成本用如下公式計算：

其中，αTⁱ代表車內旅行時間所帶來的成本，p_i表示從H_i站出發到工作地W的票價，假定p_i是恒定的并不隨時間變化，表示通勤者從H_i出發乘坐班車j到達W過程中的總擁擠成本，擁擠成本的計算用一個包含車內擁擠水平和站間行駛時間的函數表示，如式(5)：

其中，是從站H_m上車乘坐班車j的通勤者數量，顯然有τ_s表示從站H_s到站H_s+1的行駛時間，擁擠函數g(n)代表通勤者對擁擠水平的感知，當車廂內沒有人的時候，擁擠成本為0，即g(0)＝0；g(n)取線性函數；

式(4)中的第四項δ(j)表示通勤者乘坐班車j所獲得的延誤懲罰成本，這里延誤懲罰成本的定義與Vickrey的瓶頸模型一致，模型中用T＝{ξ,...,2,1,0,-1,-2,...,-ζ}表示所有公交車的集合，ξ和ζ取足夠大以確保所有通勤者均能在整個交通高峰階段完成通勤，假定只有一輛公交車是在上班時間時刻準時到達工作區W的，用0表示，由此，j＞0表示在上班時間之前就到達W的公交班次，早到的時間即j×t，其中t為公交車發車間隔，j＜0表示在上班時間點之后到達W的公交班次，遲到時間為-j×t，δ(j)的計算如式(6)：

其中，β和γ均為正數，分別代表早到、遲到情況下每單位時間所帶來的延誤懲罰成本；

在計算等價問題時假定p_i+αTⁱ＝0，最終通過求解凸函數最小化問題得到通勤者出發時間的均衡狀態分布：

達到均衡時通勤者出發時間分布滿足四點性質：

(1)對于非起始站點H_i，如果某班車j上在該站載客人數則上游站臺中一定也有人乘坐該車；

(2)對于非起始站點H_i，如果某班車j上在該站載客人數則上一站臺H_i-1一定有人乘坐該車；

(3)對于非起始站點H_i，如果某班車j上在該站載客人數則該車所搭載的上游所有站臺的總人數是一個獨立于j的常量；更進一步說，上游每一站的上車人數均是獨立于j的常量nⁱ；

除了最后一個上車站即非H_k的H_i，對于所有班車j屬于T，所有在H_i站上j車的人數均小于等于nⁱ。