Step3: 动态的道路损耗度模拟
路网权值
接下来我们来为道路族添加损耗度属性，来模拟道路在使用中的磨损情况。在此之前我们先了解一下道路权值，在未设定道路权值之前，代理人会寻找最短路径从A点出发前往B点，过程中的道路对其路径的选择并无影响，而在设定道路权值之后，代理人会优先选择权值较高的道路。 简单来说，道路权值越高，会有越多人选择经过这条路。
现在我们为道路添加几个属性：
损耗度（destruction_coeff）：我们设定损耗度最小为1，最大为2，初始值为1-2之间的随机值。
道路颜色（color)：取决于道路损耗度，损耗度越高，颜色越红，，损耗度越低，颜色越绿。
species road {
//添加属性损耗度，初始值为1-2之间的随机值，最大值为2
float destruction_coeff <- rnd(1.0,2.0) max: 2.0;
//设定一个中间变量colorValue,destruction_coeff越大，colorValue越接近255
int colorValue <- int(255*(destruction_coeff - 1)) update: int(255*(destruction_coeff - 1));
//设定道路颜色,colorValue越大,颜色越接近红色，反之，越接近绿色
rgb color <- rgb(min([255, colorValue]),max ([0, 255 - colorValue]),0) update: rgb(min([255, colorValue]),max ([0, 255 - colorValue]),0) ;
...
}然后在全局定义中为路网添加权值：
道路权值（weight）：在道路系统中，道路损耗度越大，说明越多人经过了这条道路，我们将道路权值设定为 “道路长度x损耗度”。
init {
...
create road from: shape_file_roads ;
//创建一个字典，字典内为每条道路::对应道路的损耗度x长度
map<road,float> weights_map <- road as_map (each:: (each.destruction_coeff * each.shape.perimeter));
//通过创建的字典为路网权重赋值
the_graph <- as_edge_graph(road) with_weights weights_map;
...
}路网权值的动态更新
在初始化路网权值之后，我们希望在模拟过程中，路网权值也能得到动态更新，即实现“走的人越多——路网权值越高——越多人选择走这条路”这样一个动态过程。
首先，我们定义当一个人走过一条路时，这条路的道路磨损度增加0.02，这个变量用destroy表示。
global{
...
//设定一个人经过一条路是道路磨损度的增加值
float destroy <- 0.02;
...
}接下在人群族的移动行为中，为其每次移动经过的道路更新磨损度。
species people skills: [moving]{
...
reflex move when: the_target != nil {
//使用return_path返回goto行为所经过的路径
path path_followed <- goto(target: the_target, on:the_graph, return_path: true);
//将路径中的元素存储到segments列表
list<geometry> segments <- path_followed.segments;
//遍历列表中的每个元素
loop line over: segments {
//dist等于此元素的长度
float dist <- line.perimeter;
//找到道路族中与此元素符合的代理
ask road(path_followed agent_from_geometry line) {
//更新道路磨损度
destruction_coeff <- destruction_coeff + (destroy * dist / shape.perimeter);
}
}
if the_target = location {
the_target <- nil ;
}
}
...
} TIPS：这里更新道路磨损度是使用的destruction_coeff + (destroy * dist / shape.perimeter)，而不是直接使用destruction_coeff + destroy * dist，这是因为GAMA是根据设定的step更新的，因此一步更新的路径长度dist=step x speed，并不会等于道路长度（shape.perimeter），所以这里取路径长度（dist)和道路长度（shape.perimeter)的比值乘以每次损耗量作为一步之内更新的道路损耗度。这样当路径长度之和等于道路长度时，即代理人走过这条道路之后，道路损耗量更新量为destroy。
实现道路损耗度的动态更新之后，我们再实现路网权值的动态更新。
global {
...
//创建更新路网的函数,此函数每个step运行一次
reflex update_graph{
//创建一个字典，字典内为每条道路::对应道路的损耗度x长度
map<road,float> weights_map <- road as_map (each:: (each.destruction_coeff * each.shape.perimeter));
//通过创建的字典为路网权重赋值
the_graph <- the_graph with_weights weights_map;
}
}本节完整代码如下：
//模型名称
model tutorial_gis_city_traffic
//全局定义
global {
//定义模型时间
float step <- 10 #mn;
//读取GIS文件
file shape_file_buildings <- file("../includes/building.shp");
file shape_file_roads <- file("../includes/road.shp");
file shape_file_bounds <- file("../includes/bounds.shp");
//为全局代理的shape变量定义一个图形
geometry shape <- envelope(shape_file_bounds);
//初始人群数量
int nb_people <- 100;
//最小上班时间
int min_work_start <- 6;
//最大上班时间
int max_work_start <- 8;
//最小下班时间
int min_work_end <- 16;
//最大下班时间
int max_work_end <- 20;
//最小速度
float min_speed <- 1.0 #km / #h;
//最大速度
float max_speed <- 5.0 #km / #h;
//路网图形
graph the_graph;
//设定一个人经过一条路是道路磨损度的增加值
float destroy <- 0.02;
//初始化
init {
//通过读取的建筑GIS文件创建建筑族，建筑族的type属性，读取自GIS文件的"NATURE"字段
create building from: shape_file_buildings with: [type::read ("NATURE")] {
//若建筑类型为工业建筑，显示为蓝色
if type="Industrial" {
color <- #blue ;
}
}
//通过读取的道路GIS文件创建道路族
create road from: shape_file_roads ;
//创建一个字典，字典内为每条道路::对应道路的损耗度x长度
map<road,float> weights_map <- road as_map (each:: (each.destruction_coeff * each.shape.perimeter));
//通过创建的字典为路网权重赋值
the_graph <- as_edge_graph(road) with_weights weights_map;
//将建筑族中类型为居住建筑的代理放入列表residential_buildings
list<building> residential_buildings <- building where (each.type="Residential");
//将建筑族中类型为工业建筑的代理放入列表residential_buildings
list<building> industrial_buildings <- building where (each.type="Industrial") ;
//创建人群族
create people number: nb_people {
//每个代理的速度是最小速度和最大速度之间的随机数
speed <- rnd(min_speed, max_speed);
//每个代理的上班时间是最小上班时间和最大上班时间之间的随机数
start_work <- rnd (min_work_start, max_work_start);
//每个代理的下班时间是最小下班时间和最大下班时间之间的随机数
end_work <- rnd(min_work_end, max_work_end);
//每个代理的生活场所是居住建筑列表中的随机一个
living_place <- one_of(residential_buildings) ;
//每个代理的工作场所是工业建筑列表中的随机一个
working_place <- one_of(industrial_buildings) ;
//初始化活动状态为休息
objective <- "resting";
//初始位置为生活场所的任意位置
location <- any_location_in (living_place);
}
}
//创建更新路网的函数,此函数每个step运行一次
reflex update_graph{
//创建一个字典，字典内为每条道路::对应道路的损耗度x长度
map<road,float> weights_map <- road as_map (each:: (each.destruction_coeff * each.shape.perimeter));
//通过创建的字典为路网权重赋值
the_graph <- the_graph with_weights weights_map;
}
}
//创建建筑族
species building {
//类型属性
string type;
//颜色
rgb color <- #gray ;
//定义显示方式
aspect base {
draw shape color: color ;
}
}
//创建道路族
species road {
//添加属性损耗度，初始值为1-2之间的随机值，最大值为2
float destruction_coeff <- rnd(1.0,2.0) max: 2.0;
//设定一个中间变量colorValue,destruction_coeff越大，colorValue越接近255
int colorValue <- int(255*(destruction_coeff - 1)) update: int(255*(destruction_coeff - 1));
//设定道路颜色,colorValue越大,颜色越接近红色，反之，越接近绿色
rgb color <- rgb(min([255, colorValue]),max ([0, 255 - colorValue]),0) update: rgb(min([255, colorValue]),max ([0, 255 - colorValue]),0) ;
//显示方式
aspect base {
draw shape color: color ;
}
}
//创建人群组，技能：moving
species people skills: [moving]{
//显示颜色
rgb color <- #yellow ;
//居住地点为建筑族的一员
building living_place <- nil ;
//生活地点为建筑族的一员
building working_place <- nil ;
//上班时间
int start_work ;
//下班时间
int end_work ;
//活动状态
string objective ;
//移动的目的地
point the_target <- nil ;
//当目前时间为上班时间并且活动状态为休息时
reflex time_to_work when: current_date.hour = start_work and objective = "resting" {
//将移动目的地设置为工作场所的任意位置
the_target <- any_location_in (working_place);
//将活动状态改为工作
objective <- "working" ;
}
//当目前时间为下班时间并且活动状态为工作时
reflex time_to_go_home when: current_date.hour = end_work and objective = "working" {
//将移动目的地设置为生活场所的任意位置
the_target <- any_location_in (living_place);
//将活动状态改为休息
objective <- "resting" ;
}
//当移动目的地不为空值时
reflex move when: the_target != nil {
//使用return_path返回goto行为所经过的路径
path path_followed <- goto(target: the_target, on:the_graph, return_path: true);
//将路径中的元素存储到segments列表
list<geometry> segments <- path_followed.segments;
//遍历列表中的每个元素
loop line over: segments {
//dist等于此元素的长度
float dist <- line.perimeter;
//找到道路族中与此元素符合的代理
ask road(path_followed agent_from_geometry line) {
//更新道路磨损度
destruction_coeff <- destruction_coeff + (destroy * dist / shape.perimeter);
}
}
//到达目的地时将移动目标设置为空值
if the_target = location {
the_target <- nil ;
}
}
//显示方式
aspect base {
draw circle(10) color: color border: #black;
}
}
//实验设置
experiment road_traffic type: gui {
//将GIS文件位置设置为参数
parameter "Shapefile for the buildings:" var: shape_file_buildings category: "GIS" ;
parameter "Shapefile for the roads:" var: shape_file_roads category: "GIS" ;
parameter "Shapefile for the bounds:" var: shape_file_bounds category: "GIS" ;
//与人群有关的参数
parameter "Earliest hour to start work" var: min_work_start category: "People" min: 2 max: 8;
parameter "Latest hour to start work" var: max_work_start category: "People" min: 8 max: 12;
parameter "Earliest hour to end work" var: min_work_end category: "People" min: 12 max: 16;
parameter "Latest hour to end work" var: max_work_end category: "People" min: 16 max: 23;
parameter "minimal speed" var: min_speed category: "People" min: 0.1 #km/#h ;
parameter "maximal speed" var: max_speed category: "People" max: 10 #km/#h;
//与道路有关的参数
parameter "Value of destruction when a people agent takes a road" var: destroy category: "Road" ;
//定义输出
output {
display city_display type:opengl {
species building aspect: base ;
species road aspect: base ;
species people aspect: base ;
}
}
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