本發(fā)明涉及交通控制，具體地，涉及一種基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，私家車擁有量持續(xù)增加，交通擁堵已經(jīng)成為大城市的嚴(yán)重社會問題。為了緩解交通擁堵，一方面是要完善交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，另一方面則是要構(gòu)建合理的交通控制系統(tǒng)，其核心內(nèi)容是對信號燈進(jìn)行有效控制，確保在不同車流量下都能順暢同行。然而城市交通路網(wǎng)是一個規(guī)模龐大的復(fù)雜系統(tǒng)，針對某一路口控制交通信號燈的方法不可行，通常需要將整個路網(wǎng)劃分為多個子區(qū)域，再去對每個子區(qū)域進(jìn)行信號燈控制。在以往的方法中，往往采用的是集中式的交通控制方案，即收集整個路網(wǎng)的交通數(shù)據(jù)，集中式地計算并且劃分子區(qū)域，然后再去控制每個子區(qū)域的交通燈。該方案計算復(fù)雜度高、魯棒性差，不夠靈活。因此有必要對大規(guī)模交通控制系統(tǒng)采用分布式方法，故引入多智能體。

2、智能體可以進(jìn)行獨立思考并與環(huán)境進(jìn)行交互，具體表現(xiàn)為每個智能體都會擁有和鄰居智能體通訊的能力，同時也具有自我決策能力，能滿足大規(guī)模路網(wǎng)下對交通控制實時性的要求。

3、綜上所述，市場上需要一種能夠?qū)Υ笠?guī)模交通控制系統(tǒng)采用分布式方法的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法及系統(tǒng)。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，包括：

3、初始化步驟：根據(jù)獲取的路網(wǎng)數(shù)據(jù)將路網(wǎng)的每個路口的交通燈控制器初始化為一個智能體；

4、交互步驟：所述智能體與鄰居智能體之間交換信息；

5、計算步驟：智能體根據(jù)自身獲得的路況信息獨立進(jìn)行計算，得到與每個鄰居智能體的關(guān)聯(lián)程度值；

6、決策步驟：智能體根據(jù)所述關(guān)聯(lián)程度值進(jìn)行決策得到對應(yīng)的決策結(jié)果；

7、重構(gòu)步驟：執(zhí)行所述決策結(jié)果，重新分配智能體對路口的控制權(quán)。

8、優(yōu)選地，所述智能體所述智能體中均包括車流數(shù)據(jù)、工作模式、計算模塊、通信模塊和決策模塊；

9、所述工作模式包括主動模式和被動模式；

10、所述主動模式代表智能體正在控制一個或多個路口；

11、所述被動模式則代表智能體失去對當(dāng)前路口的控制。

12、優(yōu)選地，智能體與鄰居智能體之間的影響所述關(guān)聯(lián)程度的要素包括路段長度l、車道數(shù)n、車流量f，計算公式分別如下：

13、

14、其中，n表示兩智能體邊界相連接的路段數(shù)，la→b、na→b、fa→b分別表示智能體a到b之間路段長度l、車道數(shù)n、車流量f；

15、智能體間關(guān)聯(lián)程度計算公式如下：

16、

17、其中，α表示智能體間關(guān)聯(lián)程度。

18、優(yōu)選地，所述智能體與鄰居智能體之間的路段長度、車道數(shù)、車流量分別為所述智能體與鄰居智能體邊界相連接的多個路段的路段長度、車道數(shù)、車流量平均值。

19、優(yōu)選地，所述決策步驟包括：

20、步驟s4.1：選取兩智能體a和b之間的關(guān)聯(lián)閾值t；

21、步驟s4.2：根據(jù)所述關(guān)聯(lián)閾值t，判斷兩智能體a和b是否同時滿足如下公式：

22、αa→b>t

23、αb→a>t

24、若是，則執(zhí)行步驟s4.3；若否，則決策結(jié)果為拆分，其中，αa→b、αb→a分別表示智能體a到智能體b間的關(guān)聯(lián)程度、智能體b到智能體a間的關(guān)聯(lián)程度；

25、步驟s4.3：進(jìn)一步判斷兩智能體a和b是否滿足如下公式：

26、

27、若是，則決策結(jié)果為合并；若否，則決策結(jié)果為無操作。其中，fa→b是從智能體a去往b的車流量，fb→a是從智能體b去往a的車流量。

28、優(yōu)選地，所述關(guān)聯(lián)閾值t的選取與決策的間隔時間有關(guān)聯(lián)，決策的時間根據(jù)現(xiàn)實需求調(diào)整，不同的決策時間下，對應(yīng)的關(guān)聯(lián)閾值t不同。

29、優(yōu)選地，需要合并的智能體放入合并候選，需要拆分的智能體放入拆分候選。

30、優(yōu)選地，所述智能體合并是一個雙向過程，需要合并雙方溝通后共同決定；

31、所述智能體拆分則是一個單向過程，若鄰居智能體處于拆分候選中，將會直接拆分。

32、優(yōu)選地，所述智能體合并是把多個路口的控制權(quán)都集中在某一個路口的智能體上，所述某一個路口的智能體為核心智能體，所述核心智能體設(shè)為主動工作模式，其余智能體設(shè)為被動工作模式，服從核心智能體的控制，從而實現(xiàn)整個子區(qū)域的協(xié)調(diào)控制；

33、所述核心智能體的選取采用先到先得的方式。

34、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制系統(tǒng)，包括：

35、初始化模塊：根據(jù)獲取的路網(wǎng)數(shù)據(jù)將路網(wǎng)的每個路口的交通燈控制器初始化為一個智能體；

36、交互模塊：所述智能體與鄰居智能體之間交換信息；

37、計算模塊：智能體根據(jù)自身獲得的路況信息獨立進(jìn)行計算，得到與每個鄰居智能體的關(guān)聯(lián)程度值；

38、決策模塊：智能體根據(jù)所述關(guān)聯(lián)程度值進(jìn)行決策得到對應(yīng)的決策結(jié)果；

39、重構(gòu)模塊：執(zhí)行所述決策結(jié)果，重新分配智能體對路口的控制權(quán)。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

41、1、本發(fā)明將多智能體引入交通控制系統(tǒng)中，能夠解決集中式交通控制系統(tǒng)導(dǎo)致的維度爆炸問題，有效地緩解交通路口的擁堵狀況。

42、2、本發(fā)明提出了相應(yīng)的智能體合并與拆分算法能夠?qū)Υ笠?guī)模交通控制系統(tǒng)實現(xiàn)分布式控制管理，效率更高。

技術(shù)特征：

1.一種基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，所述智能體所述智能體中均包括車流數(shù)據(jù)、工作模式、計算模塊、通信模塊和決策模塊；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，智能體與鄰居智能體之間的影響所述關(guān)聯(lián)程度的要素包括路段長度l、車道數(shù)n、車流量f，計算公式分別如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，所述智能體與鄰居智能體之間的路段長度、車道數(shù)、車流量分別為所述智能體與鄰居智能體邊界相連接的多個路段的路段長度、車道數(shù)、車流量平均值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，所述決策步驟包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，所述關(guān)聯(lián)閾值t的選取與決策的間隔時間有關(guān)聯(lián)，決策的時間根據(jù)現(xiàn)實需求調(diào)整，不同的決策時間下，對應(yīng)的關(guān)聯(lián)閾值t不同。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，需要合并的智能體放入合并候選，需要拆分的智能體放入拆分候選。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，所述智能體合并是一個雙向過程，需要合并雙方溝通后共同決定；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法，其特征在于，所述智能體合并是把多個路口的控制權(quán)都集中在某一個路口的智能體上，所述某一個路口的智能體為核心智能體，所述核心智能體設(shè)為主動工作模式，其余智能體設(shè)為被動工作模式，服從核心智能體的控制，從而實現(xiàn)整個子區(qū)域的協(xié)調(diào)控制；

10.一種基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種基于多智能體動態(tài)結(jié)構(gòu)重組的分布式交通控制方法及系統(tǒng)，包括：根據(jù)獲取的路網(wǎng)數(shù)據(jù)將路網(wǎng)的每個路口的交通燈控制器初始化為一個智能體；所述智能體與鄰居智能體之間交換信息；智能體根據(jù)自身獲得的路況信息獨立進(jìn)行計算，得到與每個鄰居智能體的關(guān)聯(lián)程度值；智能體根據(jù)所述關(guān)聯(lián)程度值進(jìn)行決策得到對應(yīng)的決策結(jié)果；執(zhí)行所述決策結(jié)果，重新分配智能體對路口的控制權(quán)。本發(fā)明將多智能體引入交通控制系統(tǒng)中，能夠解決集中式交通控制系統(tǒng)導(dǎo)致的維度爆炸問題，有效地緩解交通路口的擁堵狀況。

技術(shù)研發(fā)人員：曹健,楊舟,錢詩友,蔡琪琦
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23