基于多智能体的分布式交通信号协调控制研究

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1、北京交通大学博士学位论文基于多智能体的分布式交通信号协调控制研究姓名：承向军申请学位级别：博士专业：交通运输规划与管理指导教师：杨肇夏20050501北京交通大学博十论文摘要城市交通系统是一个具有随机性的大规模动态系统。现有的集中式信号控制方式不仅在处理海量数据、控制的可靠性和整体优化方面存在不足，而且实时控制的效果不能令人满意。目前，包括模糊控制、神经网络控制、分层递阶控制、集成控制和基于知识的控制等多个研究分支的智能化信号控制的研究已经引起了有关专家、学者的广泛关注。特别是基于智能体的信号控制方法已经成为研究热点之一，这方面的概念模型、单路口控制模型、干线控制方法和路网控制方法都有相

2、应的研究进展，但是，基于多智能体的分布式路网信号控制目前处于研究的起步阶段，许多相关问题有待解决。本文从单路口交通信号控制入手，将具有感知和反应特点的信号控制智能体作为路口信号控制器，通过对到达车辆的模糊聚类处理形成对路口交通状态的定量描述，根据交通控制规律和经验建立面向各种交通状态的信号控制规则集，以总停车延迟时间作为交通控制的优化指标，采用遗传算法对信号控制规则进行编码，在整个信号过程中使用不同的规则组合进行信号控制，淘汰控制指标较差的控制方案，对信号控制规则集进行持续的改进。建立了一种具有学习能力的单路口交通信号控制模型。为验证该模型的有效性，采用8个不同的交通量对一个双向4车遭的

3、信号控制十字路口进行了仿真实验。仿真结果表明，在相同条件下，这种交通信号自学习控制方法的总停车延迟时间比定时控制方式平均减少28．O％，比感应式控制方式平均减少15．1％。在自学习效果方面，随着时间的推移，使用该方法产生的总停车延迟时间呈下降的趋势，经过不到100代方案，控制效果就基本趋于稳定，此时，总停车延迟时间比初始方案平均减少6．2％。针对城市交通路网的实际情况，文中借鉴多智能体系统的概念和方法，建立了基于多智能体的分布式交通信号协调控制系统(DTcMAs)。整个控制系统不设控制中心，每个路口的信号控制由本地智能体相对独立地完成。同时，通过相邻智能体间的信息交流及协作配合，提高相邻

4、路口信号控制的整体效果。由于智能体都包古知识库和推理机制，使用这种具有自主性、主动性、交互性的智能体控制路口信号，不仅充分考虑了相关车队信息和周边路口的交通状况，兼顾到路网交通控制整体优化的实现，而且大大降低了控制算法的复杂度。因此，对于大城市、特大城市的大规模城市交通网，这种基于多智能体的分布式交通信号协调控制系统，在实时控制效果方面具有相当的优势。她豪交避大学辩圭论文为了验诞基于多错能体的分布式交通信号协调控制系统的辩』程性莘鞋有效性，编制了捐虚瓣多黠霜交逶控涮擞鼹傍囊软{孛，蜜褒了对车辆的跟骢、分流、食’瀛、避路交叉鞋的避让、转弯、挨遴等行为麴模攘，劳果熠二维动蕊按本，全程动态器示

5、交遥控测串翡车辆行驶遵程。采掰该较徉，对一个由8个瘸翻缀成靛交道两分爨矧8中不潮的交避爨进孪亍交递控制翡仿真寞验，跑较了嫠予多餐熊体静分布式交通信号协调控翻与其袍控涮方法的控制效巢。钫真结采表鞠，在栩同的条件下，这释分布式交通傣譬协灞羧籀方法豹慈停车延遴时间眈定时控辎方式平均减少37．8％，比感应式控锗l方式平均减少17．8％。专门构造了糟于形式纯擒述多智能俸系统的M+语富，糟予建立鍪于多智髓体的交通控制模型。该符号系统以集合论作为袭述框架，将z语言的格式作为形式仡摘遮的鏊奉形式，使用BDI模型作为描述橱能体内部缭梅的参考模型，剥用“演算的描述对蒙作为描述糟能体之间交互作用的组成部分，储

6、鉴dMARs系统中对甥懿钵内部推理过攘鲍攒述方式，在提蠛秘整台这揍形式化模趔的基础上，增加对多智能体系统组织结构和环境特矩的描述，使之成为一种描述基于多锷能体豹交邋信号控剁系绞缌织缀构、智魃髂之阙交互据鹰、警蕤髂内部缭援嚣琢辘主要特征的通用化符母系统。M·符号豢统簏洼、系统、抽象蟪描述了DTe淞s模裂，势霹li圭终菇该攘型遴一莎深扰帮扩展弱建摸王其。_

7、迦癸，它还为萁褪学者建立分瘫式交邋售嚣控制模型提供了可数倦鉴的撰述工舆。关键调：城枣交遥控糕，多智熊蒋系统，努毒式控粼，遴镥簿法，变j蓬整麴镞臻傍粪U北京交通大学博士论文第1章概论1．1选题背景当今，我国经济高速发展，城市化进程加快，车辆

8、保有量迅速增加，城市交通问题日益引起人们的关注。特别是在大中城市，交通堵塞现象时常发生，返不仅影响城市的正常运转，也明显降低了人们口常的工作效率。寻找更有效地疏导城市车辆、减少堵塞的交通控制方法是一项具有巨大现实意义的工作。1．1．1城市交通控制的特点城市交通系统拥有大量车辆、路段、路口，车辆的产生地点、数景和行驶路线具有随机性。对这样一个规模庞大、动态和具有高度不确定性的系统进行有效的控制是一件十分复杂的工作。城市交通控制的特点是