基于多层次集成建模的道路交叉口人性化设计综合模拟研究

It is critical and difficult to involve social behavior factors into the engineering design of road intersections, which will improve the humanism and traffic order of intersections. So, it has great theoretical value and practical significance to realize the normalization and integration of the knowledge in traffic engineering and social engineering areas to identify, describe and simulate the mechanism and impacts of social behaviors. This project is based on the methods of Soft Systems Approach, knowledge engineering, social behavior and Cellular Automata. Based on the expert interview, argument among participants over traffic scenarios, and intersection design specifications and research literatures, we analyze the social complexity of road intersection, and determine its boundary, composition and structure. Through the literature mining on traffic social behavior, and cluster analysis of the scenarios, different levels of constructs will be set up and then integrated to be an ontology-based mechanism model of humanism intersection, which will formally describe the internal and functional mechanism of traffic behaviors. Then, the CA-based ideal intersection model, participant characteristics model and participant interaction model are designed and integrated to be a Hierarchical CA model and a comprehensive simulation platform, in which Ontology-based-Agent is used to refine the traffic behaviors, psychological and interactive features of participants. Typical intersections will be studied as examples to verify the theory and methods, which will provide decision-making support for the humanism design of intersections, and reference for similar traffic social issues.

将社会行为因素纳入道路交叉口设计之中，是提高交叉口人性化及交通有序性的重点和难点。因此，形式化并集成交通社会行为与工程设计知识，识别、描述和量化模拟交叉口社会行为作用机理及其影响，具有理论价值和现实意义。本项目以软系统方法、知识工程、社会行为学及元胞自动机等为基础，通过以参与者为核心的交通情景采集、诉求和专家访谈，结合交叉口设计规范及研究文献，解析交叉口社会复杂性，确定系统边界、组成和结构；通过交通社会行为文献挖掘、情景聚类分析等，建立不同层次叙词表，并集成为基于本体的人性化交叉口机理模型，以本体公理形式化描述交通行为内部及作用机理；构建并集成基于CA的交叉口理想模型、参与者特征模型和参与者交互模型，以基于本体的Agent细化参与者行为心理及互动特征，形成多层次集成的CA模型及综合模拟平台；以典型交叉口为例验证研究有效性，为交叉口人性化设计提供模拟辅助决策，为类似交通社会问题研究提供借鉴。

我国城市交通中，交通主体行为已经成为决定交通运行状态的主导因素之一。本研究基于软系统方法，从问题导向的“人类活动系统”和“社会工程系统”视角，以信号交叉口为典型代表，研究交通情景的社会化解析与形式化描述、交通系统多领域知识集成建模与模拟、交通主体行为演化机理与模拟，为城市交通系统的社会化模拟研究提供理论方法支持。.本研究从社会复杂性角度解析道路交叉口复杂系统特征，构建交叉口的情境及知识描述方法。以社会诉求为出发点，结合各类交通情景，综合交通工程、交通社会学等相关理论，对城市交通系统进行技术复杂性和社会复杂性的综合解析；对不同层次的交通社会行为知识进行分类与组织，建立范畴主题词典，提出改进的SMART方法进行交通情景的形式化描述。.城市交通系统涉及多专业领域知识，本研究提出基于本体集成和知识转换的方法，为交叉口模拟提供情境及社会行为知识融合，包括多专业领域集成本体的构建方法论和基于本体模型的映射规则的研究方法和应用。基于WSR系统论及计划行为理论，构建多专业领域本体模型的集成方法，实现了多领域集成的本体模型。建立本体与元胞自动机模型的映射规则，提出了基于元规则的映射规则分类，将模拟需求的相关知识自动传递给基于多Agent的元胞自动机模拟系统，提供了面向交通情景的规则动态集成机制，模型的动态生成方法。.针对交通主体行为展开研究，从交通情景中的行为适应与演化、交通情景的涌现与强化视角，对行人过街过程中交通主体行为的长期演化进行研究。基于“学习人”假设，建立行为的空间演化博弈模型，从行为演化角度研究过街行人行为动态演化规律，交通管理处罚、过街设施方便性等对行人行为的影响；从过街行人、机动车驾驶员和交通管理人员的风险认知、行为选择入手，建立基于时间延误函数的行人与机动车驾驶员行为演化模型、多群体非对称演化模型，探讨多群体行为的演化稳定策略、演化趋势和演化路径影响因素，分析交通主体之间的互动关系及行为演化规律。