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[1]无__交叉路口混合交通流的脏脸博弈分析王璐谢能刚(安徽工业大学机械工程学院,安徽马鞍山243002)摘要混合交通流是城市交通的基本特征,在无__人行横道处,过街行人与通行车辆之间产生大量的交通冲突,严重影响通行能力和增加安全隐患通过对行人与车辆穿越人行横道时的行为模式分析,提出采用脏脸博弈模型去研究行人与车辆的路__通行为特性,从而完善平面交叉口通行能力分析方法及混合交通流理论关键词脏脸博弈;共同知识;路__通行为Dirty-fa__game____ysisonmixedtrafficflowj__ascript:showjdswjd_tj_atunsignalizedintersectionWangLuXieNeng-gangSchoolofMechanicalEngineering,AnhuiUniversityofTechnology,__anshan243002,ChinaAbstract:Mixedtrafficflowisthebasiccharacteristicofurbantraffic.Inpedestriancrosswalkwithoutsignalstherearelargeamountsoftrafficconflictsbetweenpedestrianscrossingthestreetandvehicleshttp://dj.iciba.com/vehicles/\t_blankpassingwhichbadlyaffectsthetrafficcapacitiesandincreasessecurityrisks.Throughan____ysisonthebeh__iorpatternamongpedestriansandvehiclescrossingthroughthecrosswalkthepaperproposesamodelbasedondirty-fa__gametostudythebeh__iorcharacteristicsofjunctiontraffic.Hen______ytichttp://dj.iciba.com/____ytic/\t_blankapproachesonthetrafficcapacitiesofroadcrossingandthemixedtrafficflowj__ascript:showjdswjd_tj_theorybothareimproved.Keywords:dirty-fa__game;commonknowledge;trafficbeh__iorofcrossing1引言“人行横道”是保障行人横穿道路时的安全通道但在城市中众多“斑马线”上看到的情景却不尽如此,发生在人行横道及周边地域的交通事故不胜枚举
[1]针对路__通中的人、车冲突问题,AndrasVarhelyi
[2]指出司机给行人让路的概率是5%,有3/4的的司机会保持车速或是加速通过斑马线,而只有1/4的司机会减速或停车从而让路给行人;GlennLyons等
[3]基于前反馈神经网络模型获得了一个可以接受的人车间隙距离值,行人可以依据此值穿越交叉路口,从而降低人和车辆产生通行冲突的概率;Tarawneh
[4]研究了不同类型的行人穿越道路的速度,得出行人穿越道路的平均速度和设计速度;Hamed
[5]通过研究行人的性别、年龄、汽车数量和目的地等因素,分析了行人穿越人行横道时的行为特性;Simpson等
[6]通过计算机模拟环境对行人穿越道路的拒绝空挡和接受空挡进行了研究,得出不同车速、不同年龄对行人接受空挡的影响;Niibrahim
[7]通过对马来西亚大学校园斑马线的交通调查后,指出绝大多数机动车司机不会给行人让路,行人过斑马线的等待时间范围是5秒-23秒,男性的过街速度要高于女性;MengLK
[8]通过对新加坡无__斑马线交通情况的研究发现,行人对斑马线有优先使用权,并得到机动车司机的认可;AntovD
[9]指出在没有__灯的交叉路口上,城市机动车交通量最能影响到司机是否让路给行人,根据对司机在斑马线附近时速度选择的研究,提出限制其车速为70公里/小时的建议;Muham__dMI
[10]等基于vissim微观仿真模型,研究了__灯循环时间对车辆和行人的过街延误;GeetamTiwari
[11]等通过对印度七个交叉路口的观测与分析得出,女性在交叉口的平均等待时间比男性多27%,随着等待时间的增加,行人会变得不耐烦而违法穿越交叉口,降低等待时间可以减小行人被机动车伤害的概率;Jan-DirkSchmocker等
[12]考虑到机动车司机与过街行人的双方利益,基于模糊决策理论对城市交叉枢纽进行了多目标__控制优化,取得了帕累托最优解,使得交通更加流畅由于国外行人过街方式、车辆遇到行人时的避险方式以及路权的法律保障和我国存在一些区别,所以这些研究成果很难在我国直接得到应用黄文忠等
[13]分析了无__人行横道处行人和机动车的运行规律,对国外研究中的有关假定进行修正,提出了计算无__人行横道处行人和机动车的延误模型,确定了过街行人的到达规律及有关参数的标定;陈白磊等
[14]建立了基于车间安全间隙的无__控制下行人过街延误模型,对行人穿越的群体性、对向行人的干扰、以及机动车流量对行人过街方式的影响进行了研究张力为等
[15]在对行人过街定性分析的基础上总结出反映行人过街效率的6个具体指标,并通过对指标值的分析,找出了观测路段交通秩序混乱的原因杨晓光等
[16]建立了无__控制下行人过街延误计算模型,定量分析了不同道路宽度和不同流量条件下,一次过街方式和两次过街方式的行人延误裴玉龙等
[17]运用交通冲突技术理论对行人过街过程进行分析,选择车辆制动时间距离作为判别冲突严重程度的标准,对行人自由过街、无控制人行横道、__控制无干扰人行横道、__控制有干扰人行横道等条件下行人过街的危险度进行了计算刘光新等
[18]对行人过街过程的心理特征进行了分析,总结了行人过街等待时间、穿行速度特征、可接受间隙、违章行为及道路交通环境对行人心理和行为的影响王俊骅等
[19]-
[20]通过录像观测试验和视频测速技术,定量分析了路口冲突过程中的车速变化过程、车辆运行轨迹变化过程和行人的避险行为以及它们之间的__,建立了行人—车辆冲突严重程度的辨别指标姚荣涵等
[21]通过韦布尔分布函数描述了机动车车头时距分布,推导了行人一次穿越一条车道,一次穿越多条车道和一次穿越一个方向的平均等待间隔数、平均等待时间和平均延误对于交叉路口车辆与行人冲突问题,国内外的研究者通过数据采集与统计、建模与计算机仿真等方法对人、车的运动特性、环境特性和心理特性进行了研究,取得了重要的研究成果,为交通规划提供了决策依据但目前研究主要集中于行人或车辆某一单方的行为特性,对车辆与行人二者间各种特性内在耦合关系的深入分析不多,通过对行人与车辆穿越人行横道时的行为模式分析,我们发现如果采用脏脸博弈模型去研究行人与车辆的路__通行为特性,找到造成路__通混乱的深层原因,对于优化交通管理,科学设置交通设施,减少交通事故,保证人、车安全具有重要意义2脏脸博弈在行人与车辆过街行为分析中的应用
2.1共同知识与脏脸博弈在我们的日常生活中,有许多常识不仅仅自己知道、别人知道,而且,我们还知道别人也知道,甚至更重要的是我们知道(别人知道我们知道)我们称这样的知识为共同知识
[22]为了更好的理解共同知识的作用,Delvin举了一个著名的称为“脏脸博弈”的例子
[23]某一个夏日午后,三个逻辑学的研究生,汤姆、迪克、以及亨利来到教授家里帮忙清理花园由于天气很热,三位学生不时伸出手背抹着额头的汗水,忙了整个下午,每位学生的脸上都沾到了泥巴变成了脏脸,虽然,他们每个人都可以看见另外两个的脸脏,但由于礼貌,他们都没有说出口所以,他们没有一个人知道自己脸脏最后,工作终于完成了,三位学生走进教授家里面喝点饮料,这时,教授看见他们每一个人的脸都脏了,于是他说“呵呵,在你们三个之中,至少有一个人的脸是脏的,脏脸的人去洗一洗”这句话的措词方式是很奇怪的,但既然出自逻辑学教授的口中,显然这是对学生逻辑推理能力的一个测试,所以,学生们相互对视了一眼,但却没有人去洗脸,随后过了一会儿,三个人不约而同的都站了起来去洗脸,他们都各自推理出自己的脸是脏的这个例子的推理过程如下第一步三个学生对视后,基于“至少一个脏脸”的信息,那么看见两个白脸的人就会去洗脸,因为无人去洗脸,所以没有两个白脸,可以推断“至少有两个人是脏脸”第二步三个学生中,基于“至少有两个人是脏脸”判断,那么看见一脏一白脸的人就会去洗脸,因为也没有去洗脸,所以大家看到的都是两个脏脸,因此,可以推断出“三个人是脏脸”,这就是“过了一会儿,三个人不约而同的去洗脸”的原因这个故事的重点在于,教授的话让这三个学生增加了一些共同知识,他们知道了“他们中的每个人都知道其他两人知道至少一个脏脸”,而原本这是他们不知道的,教授的这个信息使“至少一个脏脸”成为他们的共同知识沿着这个共同知识进行推理,“至少有两个人是脏脸”也成为了共同知识上面这个例子显示出我们可以透过共同知识,也就是“我们知道大家都知道的事物”来对某些行为进行思考推理
2.2行人与车辆过街行为的脏脸博弈分析从脏脸博弈的例子可以发现,我们心中有个用来思考别人怎么想的思考架构,依据这样的思考架构,我们可以共同缔造一个不依赖语句字面意义的沟通人行横道是行人过街与路段通行车辆的冲突区域,行人与车辆的互动博弈关系造成行人过街和车辆通行行为的变化行人和机动车(代表司机)同时具有避免冲突和连续通行的意愿,我们将行人和机动车视为两个博弈方,每个博弈方都有两个可供判断选择的知识一个是“车让人”,另一个是“人让车”两个博弈方在潜在的冲突区域前选用哪一个知识将直接导致路口通行情况的改变经过分析,存在以下4种情况
(1)两者都采用知识一(车让人),则行人会实现连续通行的意愿(图1);
(2)两者都采用知识二(人让车),则车辆会实现连续通行的意愿(图2);
(3)行人采用知识一(车让人)而车辆采用知识二(人让车)(图3),则行人和车辆将发生危险的冲突;
(4)行人采用知识二(人让车)而车辆采用知识一(车让人),则行人和车辆都无法实现连续通行的意愿(图4),这种情形是低效的图1车让人图2人让车图3人车冲突图4人车互让通过上述的分析不难发现,行人和车辆都同时采用知识一或知识二是我们愿意看到的情形而如何能让行人和车辆同时采用知识一或是知识二呢?最好的方法是使知识一或知识二成为双方的共同知识由于双方在过路口时无法直接用语言沟通,因此都不清楚对方会选择哪个知识,此时的“车让人”或“人让车”并不是双方的共同知识所以,必须存在类似“教授的话”这种驱动共同知识形成的因素,而在平面交叉口常采用的__灯正是这种驱动因素当人行横道的绿灯亮起时,行人知道采用知识一(车让人),车辆也知道采用知识一(车让人),并且行人知道车辆会采用知识
一、车辆也知道行人会采用知识
一、行人知道“车辆知道行人会采用知识一”、车辆也知道“行人知道车辆会采用知识一”,这时“车让人”就成为双方的共同知识而当人行横道红灯亮起时,分析的过程与上述一样,只是此时“人让车”成为双方的共同知识由于__灯的设置影响交通效率,因此,城市中存在大量的无__灯的交叉路口,而对于没有__灯的交叉路口,正是由于缺少这么一种明显的形成共同知识的驱动因素,使得行人和车辆在通过路口时会根据一些隐性的驱动因素去形成共同知识例如在对实际的交通现象进行观察时,上游来车不主动减速甚至增速的行为、摁喇叭的行为,都是车辆方采取的提示行人方形成“人让车”这一共同知识的驱动因素行人的跑步过街、以及过街时故意不左顾右盼、不与司机进行视线交流(因为犹豫和视线交流会使司机认为存在双方形成“人让车”这一共同知识的驱动力),都是行人方采取的提示车辆方形成“车让人”这一共同知识的驱动因素另外,还有与车流密度、人流密度有关的跟随行为,也同样是促使双方形成共同知识的驱动因素
2.3构建行人与车辆过街行为的脏脸博弈分析模型行人与车辆过街行为的脏脸博弈分析模型就是要从微观角度对无__灯环境下路口行人与车辆的冲突规律进行研究,找到这一冲突中形成共同知识的驱动因子,以及驱动因子对形成共同知识的定量影响
2.
3.1建立人、车两个博弈方的博弈策略空间不论是行人,还是机动车,每个博弈方都有两个可供判断决策的行为知识一个是车让人,另一个是人让车模型将行人采取“车让人”这一知识的概率作为博弈策略,机动车采取“车让人”这一知识的概率作为博弈策略,所有可能的概率组成双方的博弈策略空间和,即,由于对任一博弈方而言,选择“车让人”知识的概率和选择“人让车”知识的概率加起来等于1,因此,当时,即行人采取“车让人”这一知识的概率为零,则肯定采取“人让车”知识(概率为1);同理,当时,即机动车采取“车让人”这一知识的概率为零,则肯定采取“人让车”知识(概率为1)
2.
3.2构建博弈得益函数当两个博弈方采取确定性知识(即博弈策略为0或1)时,可将博弈得益矩阵设置如下表1博弈得益矩阵博弈得益行人的策略机动车的策略,,,,表1中a表示获得通行的收益;b表示未获得通行的收益;c表示发生冲突的代价当两个博弈方采取“车让人”知识的可能性用概率表达时(即博弈策略为和),可根据表1,进行函数拟合构造博弈得益和例如,如图5所示的线性拟合方式a行人得益的第一种拟合方式b行人得益的第二种拟合方式a机动车得益的第一种拟合方式b机动车得益的第二种拟合方式图5线性拟合方式
2.
3.3分析人、车博弈策略的影响因素及定量关系选取合适的路口,采用基于视频的数据采集方法,综合考虑路口处的人、车、路及周围环境,对路口的几何特征、机动车与行人的到达分布、速度分布以及结构比例、机动车与行人在路口的运行参数等数据进行视频采集然后将采集到的视频数据进行析取,获得系统建模所需要的数据通过数据挖掘技术,获得上述运行参数之间的关联性,定性分析出哪些行为特性对人、车两个博弈方策略存在影响并利用BP神经网络,将采集到的行人过街与车辆通过的运动特性、心理特性和环境特性作为输入样本数据,将对应输入数据下的行人与车辆的到达分布作为输出样本数据(行人的到达分布可视为行人的策略,车辆的到达分布可视为)
2.
3.4博弈模型算法的基本框架a)两个博弈方在各自的策略空间中生成初始策略组合;b)各博弈方以自身得益函数为优化目标,在各自的策略空间中进行优化,获得本博弈方对另一博弈方的最佳策略,;所有博弈方的最佳对策形成新的策略组合;c)检验收敛条件是否满足,若不满足,以代替,转步骤b若满足,博弈结束,获得最终的博弈均衡解和对应的博弈得益和3结论本文提出通过脏脸博弈模型来诠释人行横道处的交通流冲突问题,对完善平面交叉路口通行能力分析方法及混合交通流理论具有重要意义,同时在工程实际中,通过对无__交叉路口混合交通流干扰及其相互关系进行脏脸博弈分析,获得形成共同知识的驱动因子及相应数值,也将为交叉路口规划、管理和设计提供更为可靠的理论依据目前,笔者正在对实际路口的交通流数据进行采集与挖掘,模型的计算仿真将另撰文介绍
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1997.^1基金项目教育部新世纪优秀人才计划070003作者简介王璐(1976-)男汉族北京人实验师硕士主要从事现代设计方法及车辆工程研究E-mail wanglu@ahut.edu.cn。