CIN 计算智能和神经科学 1687 - 5273 1687 - 5265 Hindawi出版公司 10.1155 / 2014/756235 756235年 研究文章 博弈论模型,在路口十字路口交通参与者琥珀时间内 胖子 1 翁ydF4y2Ba Huiying 1 Chuanyun 2 首歌 3 Yongjun 1 土木工程学院和交通 华南理工大学 广州510641 中国 scut.edu.cn 2 交通科学与工程学院 哈尔滨工业大学 哈尔滨150090 中国 hit.edu.cn 3 汽车服务工程 浙江交通技师学院 金华321000 中国 2014年 14 12 2014年 2014年 10 10 2014年 26 11 2014年 15 12 2014年 2014年 版权©2014胖子Qi et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

红绿灯方案由红色,绿色和琥珀色的灯光,它显然被定义为交通红绿灯的访问;然而,琥珀色的光的定义是模糊,导致不确定性因素和严重的交通冲突的出现在黄灯。目前,交通管理部门面临的决定是否禁止通过黄灯在中国的城市。一方面,这将违背的目的设置黄灯如果禁止通过;另一方面,它可能导致混乱的交通流运行如果不是。同时司机面临决定通过十字路口黄灯期间或停止。交通管理部门的决策行为,司机可以转化为一个双重博弈模型。并通过量化的收益在不同的选择条件下,最优决策方案在特定条件下可以得到解决,通过纳什均衡解决方案的概念。因此结果将提供一个基础制定交通管理策略。

1。介绍

研究城市道路交叉口通常是与信号控制,例如,自适应信号控制( 1和在路口路口公交到达时间 2]。道路运行安全收到许多学者的关注 3, 4]。此外,施特劳斯等人证明机动车交通路口十字路口的主要风险因素( 5]。金等人认为行人的交叉口对交通安全行为的负面影响( 6]。谢等人表明的意义corridor-specific随机效应和汽车效应发现强有力的证据存在的异质性在走廊和十字路口之间的空间相关性 7, 8]。车辆冲突涉及右转车辆信号交叉路口的运行安全的一个重要组成部分( 9]。

1960年年年,Gazis,赫尔曼,Maradudin一起提出困境区域的概念。的存在困境区域通常会导致红运行和交通事故,尤其是在高速交通状况( 10]。在其他的研究中,许多文献都记载了对司机的行为模式的影响由于司机预警指标的实现,比如研究绿色信号倒计时设备( 11]。琥珀光中扮演着重要的角色在十字路口的安全性和效率;然而,由于缺乏明确的定义功能和黄灯的设置标准,很多问题出现在十字路口的运动( 12, 13]。

等因素接近时间停止线和平均延迟率相关司机的行为在国外研究的统计方法,奠定基础的驾驶行为特性研究和信号控制策略在黄灯( 14, 15]。例如,定量分析司机的行为特征时黄灯放飞如反应时间、制动时间,和拦截过往的决策是由Rakha et al。 16]。除此之外,许多著名的学者在交通工程和系统工程贡献了很多优化的琥珀色的光,和他们的研究成果广泛应用于城市交通控制和管理的面积( 17- - - - - - 19]。

伴随着在博弈论的研究热潮,游戏模型用于经济学应用于交通工程通过大量的国内学者和优秀的结果得到了在不同的领域,如交通拥堵收费,司机的决策行为,乱穿马路的现象 20.]。它可以得出结论,博弈论是一种有效的方法解决交通参与者的相互矛盾。

本文针对缺乏指南琥珀光信号目前在中国,游戏理论,指的是国内和国外的经验,采用构造之间的静态和动态博弈模型驱动和琥珀光信号交叉口交通管理。动机的决定取消黄灯在某些城市透露,和决定基于琥珀光照明的安装;因此理论基础的建立相应的规则提供的琥珀色的光。

<年代ec id="sec2"> 2。黄灯期间交通参与者的决策

作为一个复杂的城市道路交通系统的一部分,十字路口要复杂得多比其他正常车道道路交通系统。存在许多交通冲突的交叉点。根据相关研究,32点冲突(包括16交叉冲突,8融合冲突,冲突和8分流)存在于一个典型的十字路口。所以司机面临决定在每一个冲突,和任何粗心司机可能会导致事故。

司机面对决策在开车的过程中,和一个失败的决定可能导致交通冲突,甚至交通事故。适当的决定可以是至关重要的车辆接近时的信号交叉口交通信号是由红、绿、黄灯。决定在红色和绿色的光很简单:那就是红是停止的信号,而绿色是吧。然而,在黄灯,司机应该做决定慢下来停止或通过没有减速,和司机的正常决策过程如图 1

司机的决策过程在琥珀色的光路的十字路口。

根据司机的决策过程图 1、车辆的信号路口黄灯时减轻,和司机将决定依照他们的个人因素,车辆因素和环境因素。因为不同的司机上述三个因素有着不同的理解,不同的是他们的决定。此外,通过规则和相关管理措施琥珀光之间的不同城市,另一个在中国,从而导致对司机的决策行为极其复杂的定量分析在黄灯。

司机的个人感受和体验的因素被忽略本文简化博弈模型。所以司机和交通管理之间的博弈模型构建基于假设他们两人(司机、交通管理)是完全理性的,黄灯和一个新的战略管理进行了探讨。

<年代ec id="sec3"> 3所示。司机之间的静态博弈模型和交通管理

司机之间的混合策略博弈模型的构建和交通政府无视他们的决策序列琥珀光。司机和交通管理认为是完全理性的,和他们的收入函数(<我nline-formula> Ω )是由时间效率因子(<我nline-formula> e ,<我nline-formula> e > 0 )和安全有效性因子(<我nline-formula> 年代 ,<我nline-formula> 年代 > 0 )。进一步假设交通管理,允许车辆通过的概率在琥珀色的光<我nline-formula> p 的概率,而交通管理局禁止车辆在琥珀色的光通过<我nline-formula> ( 1 - - - - - - p ) 。然后假设概率司机选择通过十字路口遵守规则在琥珀色的光<我nline-formula> ,而司机选择的概率穿过十字路口违反规则(意味着司机违反了规则,不落入两难区,选择通过十字路口强行和认真与其他车辆的冲突在琥珀时间)在琥珀色的光<我nline-formula> 1 - - - - - - 。因此,收入矩阵之间的混合策略博弈模型驱动和交通管理表所示 1基于上述假设,逻辑解释收入的值如表所示 2。司机和交通管理的收益函数,分别在公式( 1)和公式( 2)。

收益矩阵之间的混合策略博弈模型驱动和交通管理。

收益矩阵1 司机
遵守规则而传递 违反规则而传递
1 - - - - - -
交通管理 通过允许 p e - - - - - - 年代 / 2 ,<我nline-formula> 年代 - - - - - - e / 2 2 e - - - - - - 2 年代 ,<我nline-formula> - - - - - - 2 年代 + 2 e
通过禁止 1 - - - - - - p - - - - - - 2 e + 2 年代 ,<我nline-formula> 2 年代 - - - - - - 2 e - - - - - - e / 2 + 年代 ,<我nline-formula> - - - - - - 年代 / 2 + e

逻辑解释的价值收益。

战略概要 收入 逻辑的解释
通过允许,遵守规则 (<我nline-formula> e - - - - - - 年代 / 2 ,<我nline-formula> 年代 - - - - - - e / 2 ) 当交通行政许可传球和司机遵守规定而通过十字路口黄灯期间,可以改善绿色光的利用率,获得时间效率和交通管理<我talic> e,而与“通过禁止”的情况相比,他们失去了一半的安全有效性<我talic> 年代/ 2;另一方面,司机获得安全有效性<我talic> 年代,而与“违反规则”的情况相比,他们失去了一半的时间效率<我talic> e/ 2。

通过允许,违反了规则 (<我nline-formula> 2 e - - - - - - 2 年代 ,<我nline-formula> - - - - - - 2 年代 + 2 e ) 当交通行政许可通过但司机违反规则而通过十字路口黄灯期间,交通管理获得更高的时间效率2<我talic> e但失去了更多的安全有效性2<我talic> 年代。司机获得更高的时间效率2<我talic> e但失去更多的安全有效性2<我talic> 年代

通过禁止,遵守规则 (<我nline-formula> - - - - - - 2 e + 2 年代 ,<我nline-formula> 2 年代 - - - - - - 2 e ) 当交通政府禁止传球和司机遵守规定而通过十字路口黄灯期间,减少绿色光的利用效率,交通管理失去了时间效率高2<我talic> e但是获得更多的安全有效性2<我talic> 年代。司机2获得更多的安全效果<我talic> 年代但失去提高时间效率2<我talic> e,而当司机违反了规则。

通过禁止违反规则 (<我nline-formula> - - - - - - e / 2 + 年代 ,<我nline-formula> - - - - - - 年代 / 2 + e ) 当交通政府禁止通过,但司机违反规则而通过十字路口黄灯期间,交通管理获得安全有效性<我talic> 年代但失去了一半的时间效率<我talic> e/ 2,而司机获得时间效率<我talic> e但是失去一半的安全有效性<我talic> 年代/ 2。

时间效率因素意味着司机或交通管理的好处在旅行时间后他们做了一个组合决定针对黄灯。

安全有效性因素意味着安全利益后,司机或交通管理做了一个组合决定针对黄灯。考虑 (1) Ω 经理 p , = p e - - - - - - 年代 2 + p 1 - - - - - - 2 e - - - - - - 2 年代 + ( 1 - - - - - - p ) ( 2 年代 - - - - - - 2 e ) + 1 - - - - - - p 1 - - - - - - 年代 - - - - - - e 2 , (2) Ω 司机 p , = p ( 年代 - - - - - - e 2 ) + p ( 1 - - - - - - ) ( 2 e - - - - - - 2 年代 ) + ( 1 - - - - - - p ) ( 2 年代 - - - - - - 2 e ) + 1 - - - - - - p 1 - - - - - - e - - - - - - 年代 2

一阶条件公式( 1)和公式( 2)如下: (3) Ω 经理 p = ( 1 2 e + 1 2 年代 ) - - - - - - ( 3 年代 - - - - - - 5 2 e ) = 0 , Ω 司机 = ( 1 2 e + 1 2 年代 ) p - - - - - - ( 3 e - - - - - - 5 2 年代 ) = 0

根据公式( 3),混合策略的纳什均衡博弈模型可以解决如下: (4) p * = 6 e - - - - - - 5 年代 e + 年代 , * = 6 年代 - - - - - - 5 e e + 年代

从公式可以得出结论( 4),混合策略的纳什均衡博弈模型是时间效率密切相关<我nline-formula> e 和安全有效性<我nline-formula> 年代 然后游戏现象之间的司机和交通管理在不同条件下可以根据讨论的价值<我nline-formula> e 和<我nline-formula> 年代 。根据概率的基本定义,范围的值<我nline-formula> p * 和<我nline-formula> * 从0到1(即,<我nline-formula> 0 p * 1 和<我nline-formula> 0 * 1 )。和不平等可以推导出如下结合公式( 4): (5) 0 6 e - - - - - - 5 年代 e + 年代 1 , 0 6 年代 - - - - - - 5 e e + 年代 1

公式( 5)可以推导出公式( 6): (6) 5 6 年代 e 6 5 年代 , 5 6 e 年代 6 5 e

因此,可以讨论的结果如下:

如果<我nline-formula> e = 5 / 6 年代 ,然后<我nline-formula> p * = 0 和<我nline-formula> * = 1 ;

如果<我nline-formula> 年代 = 5 / 6 e ,然后<我nline-formula> p * = 1 和<我nline-formula> * = 0

双方的利益博弈模型讨论了在一些特殊条件下如下:因为有两个因素在时间效率和安全有效性的收入函数,很难判断哪些因素更重要;因此,可以认为<我nline-formula> e = 年代 = c (<我nline-formula> c 是恒定的,<我nline-formula> c > 0 ),因此可以建立一个新的收益矩阵如表 3。据纳什均衡的方法,矩阵的最佳解决方案<我nline-formula> p * = 0.5 和<我nline-formula> * = 0.5

简化的收入之间的混合策略博弈模型矩阵司机和交通管理。

收益矩阵2 司机
通过 停止并等待
1 - - - - - -
交通管理 通过允许 p c / 2 ,<我nline-formula> c / 2 0 ,<我nline-formula> 0
通过禁止 1 - - - - - - p 0 ,<我nline-formula> 0 c / 2 ,<我nline-formula> c / 2

时间效率的前提<我nline-formula> e 和安全有效性<我nline-formula> 年代 是同样重要的是,结果表明,司机和交通管理的概率选择自己的两种策略是相同的。也就是说,战略(禁止车辆通过路口),交通管理提出的,在理论上是合理的但不是最优的。从概率的四个策略是相同的收入是最优的,它不能被证明的战略是通过这个静态博弈模型更合理;因此需要构建一个动态博弈模型,寻求最佳策略配置文件下一部分。

<年代ec id="sec4"> 4所示。司机之间的动态博弈模型和交通管理

交通信号的具体实现过程管理政策是交通管理使一个计划,然后司机按照计划作出相应的决策。交通管理和司机按顺序使他们的决定;因此有必要建立一个完全信息的动态博弈模型。

假设双方(驾驶员和交通管理)的游戏能够充分理解他们的收入和比赛过程;因此,扩展司机之间的动态博弈模型和交通管理可以建立如图 2。收入表所示 4(<我nline-formula> e 显示时间效率和<我nline-formula> 年代 表示安全功效,而<我nline-formula> f (<我nline-formula> f > 0 )表明非法惩罚)。收入的价值的逻辑解释如表所示 5。指以上,收入可以简化如表所示 6假设<我nline-formula> e = 年代 = c (<我nline-formula> c > 0 )。

收入之间的动态博弈司机和交通管理。

序列号 游戏策略 收入
交通管理 司机 交通管理 司机
1 通过禁止 - - - - - - 0 0
2 通过允许 遵守规则 e+<我talic> 年代 e+<我talic> 年代
3 通过允许,惩罚 违反了规则 e+<我talic> f 3<我talic> e−<我talic> f
4 通过允许,免费的惩罚 违反了规则 e 3<我talic> e

逻辑解释的价值收益。

序列号 游戏策略 逻辑的解释
交通管理 司机 交通管理 司机
1 通过禁止 - - - - - - 车辆被禁止通过黄灯期间,因此没有产生收入。 车辆被禁止通过黄灯期间,因此没有产生收入。

2 通过允许 遵守规则 车辆被允许通过黄灯期间,每个司机的安全保护,和绿色的光的利用效率是保证;提高十字路口的通行能力。安全有效性和时间效率都可以被交通管理。 车辆被允许通过黄灯期间,每个司机都可以充分利用绿色时间和获得足够的决策和操作时间在琥珀色的光,因此司机获得安全有效性和时间效率。

3 通过允许,惩罚 违反了规则 车辆被允许通过黄灯期间,绿色光的利用效率是保证,和提高十字路口的通行能力。乱穿马路的现象出现由交通管理和惩罚措施,这对交通管理提供时间效率和处罚。 车辆被允许通过在琥珀色的光,每个司机都可以充分利用绿色;然而,司机提交乱穿马路追求更高的效率,因此司机获得更高的时间效率和负惩罚值。

4 通过允许,免费的惩罚 违反了规则 车辆被允许通过黄灯期间,绿色光的利用效率是保证,和提高十字路口的通行能力。乱穿马路的现象出现,但没有惩罚措施;因此,交通管理获得时间效率。 车辆被允许通过在琥珀色的光,每个司机都可以充分利用绿色;然而,司机提交乱穿马路去追求更高的时间效率,因此司机获得更高的时间效率和避免惩罚。

简化的收入。

序列号 游戏策略 收入
交通管理 司机 交通管理 司机
1 通过禁止 - - - - - - 0 0
2 通过允许 遵守规则 2<我talic> c 2<我talic> c
3 通过允许,惩罚 违反了规则 c+<我talic> f 3<我talic> c−<我talic> f
3 通过允许,免费的惩罚 违反了规则 c 3<我talic> c

扩展的驱动程序之间的动态博弈模型和交通管理。

“逆向归纳”是一个方法来解决纳什均衡博弈模型的完整和完美的信息。游戏的操作结束时被认为是起初,和最优操作的参与者在每种情况下在这个方法决定的。然后这些操作被视为给定的未来业务和继续向前反向依照时间;因此每个参与者的最优操作再次确认直到游戏过程的开始,如图 2

<我nline-formula> ( 1 ) 第三阶段是交通管理决策阶段。在这个阶段,交通管理部门做出的比较不同的收入:<我nline-formula> c + f > c 总是站起来,交通管理部门必须选择惩罚策略的第三阶段,然后反向到司机的决策阶段。

<我nline-formula> ( 2 ) 第二阶段是司机的决策阶段。在这个阶段,司机做出决定,使不同收入的比较:如果<我nline-formula> 3 c - - - - - - f > 2 c (即,<我nline-formula> f <<我nline-formula> c ),司机会选择违反规则,通过十字路口不规则,而如果<我nline-formula> 3 c - - - - - - f < 2 c (即,<我nline-formula> f ><我nline-formula> c ),司机会选择遵守规定定期通过十字路口然后扭转到交通管理决策阶段。

<我nline-formula> ( 3 ) 第一阶段是交通管理决策阶段。在这个阶段,交通管理使决定,使不同收入比较:如果<我nline-formula> f <<我nline-formula> c ,交通管理部门将比较(<我nline-formula> c +<我nline-formula> f )为0;如果<我nline-formula> f ><我nline-formula> c ,交通管理部门将比较2<我nline-formula> c 为0,这意味着理性的交通管理应该选择的策略允许车辆通过路口黄灯期间的价值无关<我nline-formula> f

动态博弈的计算结果表明,该策略(禁止车辆通过路口)在琥珀光对经济学的原则,也不利于交通管理和司机之间的最优收入。理想的战略概要,交通管理部门允许车辆通过路口黄灯期间定期和司机通过十字路口。

<年代ec id="sec5"> 5。结论

司机和交通管理之间的模型是博弈论建立了基于benefit-tending司机和交通管理的特点,不正确的诱因为交通管理策略,禁止车辆穿过十字路口黄灯期间,和司机的原因往往交叉十字路口不规则。具体结论如下。

<我nline-formula> ( 1 ) 司机和交通管理的收益函数组成的时间效率和安全有效性和他们选择特定行为的概率是由时间效率和安全有效性。静态和动态博弈模型可以单独建立考虑是否有他们的订单做出决定。

<我nline-formula> ( 2 ) 交通管理策略总是提前设置司机的行为,和交通管理和司机通常在序列做出决定。因此可以从动态博弈模型得出结论,最好的策略是交通管理部门允许车辆在黄灯穿过十字路口。当司机的最优策略与惩罚<我nline-formula> f 基于动态博弈模型,价值越高<我nline-formula> f ,恰当的交叉十字路口的司机遵守规则。也就是说,交通管理部门可以降低司机的非法活动的风险通过策略(车辆被允许穿过十字路口黄灯期间通过增加惩罚乱穿马路的现象)的值。

<我nline-formula> ( 3 ) 交通管理和司机之间的博弈模型建立的基础上,他们都是完全理性的假设,和司机的收益函数和交通管理被认为是由时间效率和安全有效性;因此,理论分析结果与实际情况可能不同。它可以得出的结论是,未来研究的重点是如何降低阈值的假设和引入多种因素代表收益函数,以便更接近实际情况。

<我nline-formula> ( 4 ) 两难区一直被视为路口交叉的问题,特别是对于农村公路高速路口。然而,这可能不是大容量城市十字路口的速度通常是低,停车距离通常可以提供。因此,博弈论模型建立了城市道路交叉口不考虑条件,司机可能陷入两难区琥珀期间。也就是说,本文中的博弈理论模型适用于十字路口的城市,但不是高速路口农村公路。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项研究是由中国国家自然科学基金(51378222和51378222),广东省科技计划项目(2013 b010401009),云南省科技计划(2013 ca025)。

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