一种基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种交通仿真技术领域中行人交通行为仿真的方法，具体是一种基于 元胞自动机的行人跟随行为仿真方法。
【背景技术】
[0002] 行人交通是交通系统中的重要组成部分，跟随行为是行人交通中的一种典型运动 特征。在实际行人交通中，行人为了减少不必要的冲突，往往倾向于跟随同方向的前方行 人，以获得安全、舒适的行走空间。不同的局域环境会导致行人不同的跟随行为。行人不仅 受其正前方行人的影响，行人整个视域范围内的其他行人都会对其产生影响，在这些影响 下，行人会产生正向跟随、错位跟随、偏向跟随等行为。
[0003] 目前，一些研究人员对行人的跟随行为进行了研究，并采用元胞自动机对行人的 跟随行为进行了仿真分析，通过引入等待概率来表现行人的跟随行为。行人与前方的其他 行人行走方向相同，而前方行人的速度较大时，行人的等待概率较大;行人与前方的其他行 人行走方向相同，而前方行人的速度较小时，行人的等待概率较小。通过等待概率的变化， 可以在一定程度上实现对行人跟随行为的仿真，但这种仅仅引入等待概率的方式不能很好 的反应行人的灵活性和适应性。
[0004] 上述在基于元胞自动机的行人仿真中引入等待概率的方法，只能表征行人的前后 正向跟随行为，而行人跟随行为不只表现为正向跟随，还有错位跟随、偏向跟随等。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中只能表征行人前后正向跟随行为的不足，提供 一种基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法，每个行人占据九个元胞，并加入产生跟随 行为的行人受到的总吸引概率，能够更好的仿真行人正向、错位、偏向等跟随行为。
[0006] -种基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤一:建立基于元胞自动机的行人仿真模型；
[0008] 步骤二:判断行人是否产生跟随行为；
[0009] 如果行人主运动方向上的元胞为空闲元胞，不产生跟随行为；如果行人主运动方 向上的元胞被占据，行人行走遇到困境，产生跟随行为。
[0010] 步骤三:计算产生跟随行为的行人受到其他行人的吸引概率；
[0011] 产生跟随行为的行人i受到行人j的吸引概率：
[0012] pij = a . fn . fi2 . fi3 * fi4 · Piz
[0013] 式中：为产生跟随行为的行人i受到行人j的吸引概率，方向由产生跟随行为的 行人i指向行人hPf为产生跟随行为的行人i主运动方向的行走概率;a为调节系数，ae(〇， 1 ] ; f il为视角系数;f i2为方向系数;f i3为距离系数;f i4为速度系数。
[0014] 步骤四：计算产生跟随行为的行人受到的总吸引概率；
[0015] 所述产生跟随行为的行人受到的总吸引概率等于其他所有行人对产生跟随行为 的行人的吸引概率按矢量求和；
[0016] 步骤五:将产生跟随行为的行人受到的总吸引概率加入基于元胞自动机的行人仿 真丰吴型；
[0017] 技术方案中步骤一所述基于元胞自动机的行人仿真模型，采用每个行人占据九个 元胞的方式，实现对行人行为的细致描述，每个元胞都是边长为〇. 4/3m的正方形。
[0018] 技术方案中步骤五所述将产生跟随行为的行人受到的总吸引概率加入基于元胞 自动机的行人仿真模型是指：
[0019] 将产生跟随行为的行人受到的总吸引概率与基于元胞自动机的行人仿真模型中 的行人行走概率融合，得到产生跟随行为的行人在各个方向上的实际行走概率或等待概 率；
[0020] 在产生跟随行为的行人的五个可能运动方向上，如果某个方向不能行走，则该方 向上的行走概率为零，此时由总吸引概率分解到该方向上的概率变为等待概率；
[0021] 如果产生跟随行为的行人受到的总吸引概率方向与五个可能运动方向中的一个 重合，将总吸引概率与该方向上的行走概率相加，之后进行归一化处理，得到产生跟随行为 的行人在各个方向上的实际行走概率或等待概率；
[0022] 如果产生跟随行为的行人受到的总吸引概率方向在相邻的两个可能运动方向之 间，根据平行四边形法则，将总吸引概率分解到这两个方向上，并将产生跟随行为的行人在 这两个方向上的行走概率和由总吸引概率分解到各自方向上的概率分别相加，之后进行归 一化处理，得到产生跟随行为的行人在各个方向上的实际行走概率或等待概率。
[0023] 技术方案中所述视角系数计算公式：
[0024]
[0025] 式中：Θ为产生跟随行为的行人i与行人j的连线方向和行人i主运动方向的夹角； [0026]所述方向系数计算公式：
[0027]
[0028] 式中：P为产生跟随行为的行人i与行人j主运动方向的夹角；
[0029]所述距离系数计算公式：
[0030]
[0031] 式中：(1υ为产生跟随行为的行人i与行人j之间的距离;r为行人视距；
[0032]所述速度系数计算公式：
[0033] fi4 = Vj/vi,q
[0034] 式中：Vl,qS产生跟随行为的行人i的期望速度;为行人j的速度。
[0035] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0036] 本发明在基于元胞自动机的行人仿真模型中，每个行人占据九个元胞，并考虑行 人实际跟随行为中的行人视角、方向、距离和速度因素，加入产生跟随行为的行人受到的总 吸引概率，能够较好的仿真行人的错位、偏向跟随行为，打破了元胞自动机只能表征行人正 向跟随的局限。
【附图说明】：
[0037]图1是本发明所述基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法中的基于元胞自动机 的行人跟随行为仿真框架；
[0038]图2是本发明所述基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法中的元胞自动机中一 个行人占据九个元胞的示意图；
[0039]图3是本发明所述基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法中的元胞自动机中行 人的五个可能运动方向的示意图；
[0040] 图4是本发明所述基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法中的产生跟随行为的 行人受到的总吸引概率方向与其中一个可能运动方向重合的示意图；
[0041] 图5是本发明所述基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法中的产生跟随行为的 行人受到的总吸引概率方向在两个相邻可能运动方向之间的分解示意图；
[0042] 图中
[0043] 1、被行人占据的元胞;2、空闲元胞。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图对本发明做详细的描述：
[0045] -种基于元胞自动机的行人跟随行为仿真方法，参照图1，包括以下步骤：
[0046] 步骤一:建立基于元胞自动机的行人仿真模型；
[0047] 所述建立基于元胞自动机的行人仿真模型，包括行人占据元胞情况、行人主运动 方向的确定和行人运动规则的设置。
[0048] 技术方案中所述行人占据元胞情况，参照图2,采用每个行人占据九个元胞的方 式，实现对行人行为的细致描述，每个元胞都是边长为〇. 4/3m的正方形。
[0049] 技术方案中所述行人主运动方向采用静态背景场来确定。采用行人位置到目标点 的最短距离来确定静态背景场的强度，并将行人位置的所有方向中静态背景场强度最大的 方向设为行人的主运动方向。
[0050] 技术方案中所述行人运动规则的设置，参照图3,行人可能的运动方向有五个，分 别为正左方向、左前方向、正前方向、右前方向、正右方向，正前方向为主运动方向，各个可 能运动方向的行走概率分别记做Pi 1、、Pi2、P、iz Pi3 Pi4,如果行人所有方向都不能行走，则 PikpJ+PiZ+PiS+Pib 0，否则 ρΡ+ρΛρ^+ρΛρ/ζ 1。在ρΛρΛρ^+ρΛρ/= 1 的情况下，如果 行人主运动方向不能行走，贝1JPiz = 〇,其余可以行走方向的行走概率都等于Ι/m，其中，m(m矣 0)是除了主运动方向以外的可以行走方向的个数;如果行人主运动方向可以行走，则Pi z=D + (l-D)/m，其余可以行走方向的行走概率都等于（l-D)/m，其中，D(0<D<1)是主运动方向 的偏向强度。
[0051 ]步骤二:判断行人是否产生跟随行为；
[0052]所述判断行人是否产生跟随行为，是根据行人的行走环