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基于元胞自动机和复杂网络理论的双向行人流建模

任刚 陆丽丽 王炜

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基于元胞自动机和复杂网络理论的双向行人流建模

任刚, 陆丽丽, 王炜

Modeling bi-direction pedestrian flow by cellular automata and complex network theories

Ren Gang, Lu Li-Li, Wang Wei
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  • 通过设计行人行走倾向性调查实验,分析了行人的行走倾向性特征. 引入前进系数、右倾系数、超越系数以及影响修正系数等对元胞自动机(CA) 基本模型中的转移概率进行修正,建立了考虑行人行走倾向性特征的CA行人仿真模型. 针对该模型中的行人群体,依据k-近邻作用原理,构建行人复杂网络. 通过计算机仿真,揭示了行人流密度、速度和流量的关系以及仿真过程中出现的自组织现象.进一步分析仿真输出的行人流基本参数和行人复杂网络主要特征参数,发现对同一行人流,其平均速度和网络平均路径长度均随着行人流状态的改变而变化.最后, 通过平均路径长度和平均速度的数据拟合,得出两者之间存在着线性负相关关系的结论, 即具有较小网络平均路径长度的行人流具有较高的平均速度.
    In this paper the experiment to study the features of pedestrians' walking preference is designed. Then the cellular automata model which considering pedestrians' walking preference features is built, in which the forward-parameter, right-parameter, surpass-parameter and the correction-parameters are included to mend the probability of the pedestrian getting to each neighboring cell. Based on this model and k-nearest-neighbor interaction pattern, the complex network of pedestrians is modeled. The simulation results obtained from the model well illustrate the density-speed curve and density-volume curve. Meanwhile the self-organization phenomena of the bi-direction pedestrian flow can be observed from the model simulation. In the further analysis of the pedestrian flow's basic parameter and the main feature parameters of pedestrians' complex network, it is found out that the average speed and the average path length are changed with the state of the flow. Finally it can be concluded that there is a linear negative correlation between these two parameters by fitting the data; in other words, pedestrian flow with shorter average-path length has a higher average speed.
    • 基金项目: 国家科技支撑计划(批准号: 2009BAG13A05)和国家自然科学基金(批准号: 51078086 )资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China (Grant No. 2009BAG13A05), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51078086).
    [1]

    Helbing D, Molnár P 1995 Phys. Rev. E 51 4282

    [2]

    Dijkstra J, Timmermans H 2002 Automat. Constr. 11 135

    [3]

    Burstedde C, Klauck K, Schadschneider A, Zittartz J 2001 Physica A 295 507

    [4]

    Blue V J, Adler J L 2001 Trans. Res. Part B 35 293

    [5]

    Tajima Y, Takimoto K, Nagatani T 2002 Physica A 313 709

    [6]

    Blue V, Embrechts M, Adler J 1997 IEEE 3 2320

    [7]

    Yue H, Shao C F, Chen X M, Hao H R 2008 Acta Phys. Sin. 57 6901 (in Chinese) [岳昊, 邵春福, 陈晓明, 郝合瑞 2008 物理学报 57 6901]

    [8]

    Yue H, Guan H, Zhang J, Shao C F 2010 Physica A 389 527

    [9]

    Yang L Z, Zhao D L, Li J, Fang T Y 2005 Build. Environ. 40 411

    [10]

    Sarmady S, Haron F, Talib A Z 2011 Simul. Model. Pract. Theory 19 969

    [11]

    Weng W G, Shen S F, Yuan H Y, Fan W C 2007 Physica A 375 668

    [12]

    Fang W F, Yang L Z, Fan W C 2003 Physica A 321 633

    [13]

    Ma J, Song W G, Zhang J, Lo S M, Liao G X 2010 Physica A 389 2101

    [14]

    Yue H, Hao H, Chen X M, Shao C F 2007 Physica A 384 567

    [15]

    Helbing D 1996 Theory and Decision 40 149

    [16]

    Jia B, Gao Z Y, Li K P 2007 Models and Simulations of Traffic System Based on the Theory of Cellar Automaton (1st Ed.) (Beijing: Science Press) p270 (in Chinese) [贾斌, 高自友, 李克平 2007 基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(第一版)(北京:科学出版社) 第270页]

    [17]

    Li S B, Wu J J, Gao Z Y, Li Y, Fu B B 2011 Acta Phys. Sin. 60 050701 (in Chinese) [李树彬, 吴建军, 高自友, 林勇, 傅白白 2011 物理学报 60 050701]

    [18]

    Gao Z Y, Zhao X M, Huang H J, Mao B H 2006 J. Trans. Syst. Eng. Inform. Technol. 6 41 (in Chinese) [高自友, 赵小梅, 黄海军, 毛保华 2006 交通运输系统工程与信息 6 41]

    [19]

    Wu J J, Gao Z Y, Sun H J 2008 J. Trans. Syst. Eng. Inform. Technol. 7 69 (in Chinese) [吴建军, 高自友, 孙海军 2008 交通运输系统工程与信息 7 69]

    [20]

    Helbing D, Molnár P, Farkas I J, Bolay K 2001 Environ. Plan. B 28 361

    [21]

    Ballerini M, Cabibbo N, Candelier R, Cavagna A, Cisbani E, Giardina I, Lecomte V, Orlandi A, Parisi G, Procaccini A, Viale M, Zdravkovic V 2008 Proc. Nat. Acad. Sci. 105 1232

    [22]

    Helbling D, Johansson A, Al-Abideen H Z 2007 Phys. Rev. E 75 046109

    [23]

    Tregenza P R 1976 The Design of Interior Circulation (1st Ed.) (New York: Van Nostrand Reinhold Company) p135

    [24]

    Albert R, Barabási A L 2002 Rev. Modern Phys. 74 47

  • [1]

    Helbing D, Molnár P 1995 Phys. Rev. E 51 4282

    [2]

    Dijkstra J, Timmermans H 2002 Automat. Constr. 11 135

    [3]

    Burstedde C, Klauck K, Schadschneider A, Zittartz J 2001 Physica A 295 507

    [4]

    Blue V J, Adler J L 2001 Trans. Res. Part B 35 293

    [5]

    Tajima Y, Takimoto K, Nagatani T 2002 Physica A 313 709

    [6]

    Blue V, Embrechts M, Adler J 1997 IEEE 3 2320

    [7]

    Yue H, Shao C F, Chen X M, Hao H R 2008 Acta Phys. Sin. 57 6901 (in Chinese) [岳昊, 邵春福, 陈晓明, 郝合瑞 2008 物理学报 57 6901]

    [8]

    Yue H, Guan H, Zhang J, Shao C F 2010 Physica A 389 527

    [9]

    Yang L Z, Zhao D L, Li J, Fang T Y 2005 Build. Environ. 40 411

    [10]

    Sarmady S, Haron F, Talib A Z 2011 Simul. Model. Pract. Theory 19 969

    [11]

    Weng W G, Shen S F, Yuan H Y, Fan W C 2007 Physica A 375 668

    [12]

    Fang W F, Yang L Z, Fan W C 2003 Physica A 321 633

    [13]

    Ma J, Song W G, Zhang J, Lo S M, Liao G X 2010 Physica A 389 2101

    [14]

    Yue H, Hao H, Chen X M, Shao C F 2007 Physica A 384 567

    [15]

    Helbing D 1996 Theory and Decision 40 149

    [16]

    Jia B, Gao Z Y, Li K P 2007 Models and Simulations of Traffic System Based on the Theory of Cellar Automaton (1st Ed.) (Beijing: Science Press) p270 (in Chinese) [贾斌, 高自友, 李克平 2007 基于元胞自动机的交通系统建模与模拟(第一版)(北京:科学出版社) 第270页]

    [17]

    Li S B, Wu J J, Gao Z Y, Li Y, Fu B B 2011 Acta Phys. Sin. 60 050701 (in Chinese) [李树彬, 吴建军, 高自友, 林勇, 傅白白 2011 物理学报 60 050701]

    [18]

    Gao Z Y, Zhao X M, Huang H J, Mao B H 2006 J. Trans. Syst. Eng. Inform. Technol. 6 41 (in Chinese) [高自友, 赵小梅, 黄海军, 毛保华 2006 交通运输系统工程与信息 6 41]

    [19]

    Wu J J, Gao Z Y, Sun H J 2008 J. Trans. Syst. Eng. Inform. Technol. 7 69 (in Chinese) [吴建军, 高自友, 孙海军 2008 交通运输系统工程与信息 7 69]

    [20]

    Helbing D, Molnár P, Farkas I J, Bolay K 2001 Environ. Plan. B 28 361

    [21]

    Ballerini M, Cabibbo N, Candelier R, Cavagna A, Cisbani E, Giardina I, Lecomte V, Orlandi A, Parisi G, Procaccini A, Viale M, Zdravkovic V 2008 Proc. Nat. Acad. Sci. 105 1232

    [22]

    Helbling D, Johansson A, Al-Abideen H Z 2007 Phys. Rev. E 75 046109

    [23]

    Tregenza P R 1976 The Design of Interior Circulation (1st Ed.) (New York: Van Nostrand Reinhold Company) p135

    [24]

    Albert R, Barabási A L 2002 Rev. Modern Phys. 74 47

  • [1] 张琦, 渠静. 基于前摄效应的不耐烦行为建模与双向行人流动态. 物理学报, 2022, 71(7): 070502. doi: 10.7498/aps.71.20211537
    [2] 梁经韵, 张莉莉, 栾悉道, 郭金林, 老松杨, 谢毓湘. 多路段元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2017, 66(19): 194501. doi: 10.7498/aps.66.194501
    [3] 胡耀光, 王圣军, 金涛, 屈世显. 度关联无标度网络上的有倾向随机行走. 物理学报, 2015, 64(2): 028901. doi: 10.7498/aps.64.028901
    [4] 永贵, 黄海军, 许岩. 菱形网格的行人疏散元胞自动机模型. 物理学报, 2013, 62(1): 010506. doi: 10.7498/aps.62.010506
    [5] 李钊, 徐国爱, 班晓芳, 张毅, 胡正名. 基于元胞自动机的复杂信息系统安全风险传播研究. 物理学报, 2013, 62(20): 200203. doi: 10.7498/aps.62.200203
    [6] 孙泽, 贾斌, 李新刚. 基于元胞自动机的行人和机动车相互干扰机理研究. 物理学报, 2012, 61(10): 100508. doi: 10.7498/aps.61.100508
    [7] 杨凌霄, 赵小梅, 高自友, 郑建风. 考虑交通出行惯例的双向行人流模型研究. 物理学报, 2011, 60(10): 100501. doi: 10.7498/aps.60.100501
    [8] 田昌海, 邓敏艺, 孔令江, 刘慕仁. 螺旋波动力学性质的元胞自动机有向小世界网络研究. 物理学报, 2011, 60(8): 080505. doi: 10.7498/aps.60.080505
    [9] 宋玉蓉, 蒋国平, 徐加刚. 一种基于元胞自动机的自适应网络病毒传播模型. 物理学报, 2011, 60(12): 120509. doi: 10.7498/aps.60.120509
    [10] 王亚奇, 蒋国平. 基于元胞自动机考虑传播延迟的复杂网络病毒传播研究. 物理学报, 2011, 60(8): 080510. doi: 10.7498/aps.60.080510
    [11] 岳昊, 邵春福, 关宏志, 段龙梅. 基于元胞自动机的行人视线受影响的疏散流仿真研究. 物理学报, 2010, 59(7): 4499-4507. doi: 10.7498/aps.59.4499
    [12] 岳昊, 邵春福, 姚智胜. 基于元胞自动机的行人疏散流仿真研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4523-4530. doi: 10.7498/aps.58.4523
    [13] 宋玉蓉, 蒋国平. 基于一维元胞自动机的复杂网络恶意软件传播研究. 物理学报, 2009, 58(9): 5911-5918. doi: 10.7498/aps.58.5911
    [14] 周金旺, 陈秀丽, 孔令江, 刘慕仁, 谭惠丽, 周建槐. 一种改进的多速双向行人流元胞自动机模型. 物理学报, 2009, 58(4): 2281-2285. doi: 10.7498/aps.58.2281
    [15] 张文铸, 袁 坚, 俞 哲, 徐赞新, 山秀明. 基于元胞自动机的无线传感网络整体行为研究. 物理学报, 2008, 57(11): 6896-6900. doi: 10.7498/aps.57.6896
    [16] 岳 昊, 邵春福, 陈晓明, 郝合瑞. 基于元胞自动机的对向行人交通流仿真研究. 物理学报, 2008, 57(11): 6901-6908. doi: 10.7498/aps.57.6901
    [17] 吴可非, 孔令江, 刘慕仁. 双车道元胞自动机NS和WWH交通流混合模型的研究. 物理学报, 2006, 55(12): 6275-6280. doi: 10.7498/aps.55.6275
    [18] 花 伟, 林柏梁. 考虑行车状态的一维元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2005, 54(6): 2595-2599. doi: 10.7498/aps.54.2595
    [19] 牟勇飚, 钟诚文. 基于安全驾驶的元胞自动机交通流模型. 物理学报, 2005, 54(12): 5597-5601. doi: 10.7498/aps.54.5597
    [20] 刘锋, 任勇, 山秀明. 互联网络数据包传输的一种简单元胞自动机模型. 物理学报, 2002, 51(6): 1175-1180. doi: 10.7498/aps.51.1175
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-09-09
  • 修回日期:  2011-12-12
  • 刊出日期:  2012-07-05

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