本發(fā)明涉及交通控制，具體地，涉及一種基于多智能體動(dòng)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(huì)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(huì)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(gè)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(gè)路網(wǎng)劃分為多個(gè)子區(qū)域，再去對每個(gè)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(gè)路網(wǎng)的交通數(shù)據(jù)，集中式地計(jì)算并且劃分子區(qū)域，然后再去控制每個(gè)子區(qū)域的交通燈。該方案計(jì)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(dú)立思考并與環(huán)境進(jìn)行交互，具體表現(xiàn)為每個(gè)智能體都會(huì)擁有和鄰居智能體通訊的能力，同時(shí)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(shí)時(shí)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(gè)路口的交通燈控制器初始化為一個(gè)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(jì)算步驟：智能體根據(jù)自身獲得的路況信息獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算，得到與每個(gè)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(jì)算模塊、通信模塊和決策模塊；

9、所述工作模式包括主動(dòng)模式和被動(dòng)模式；

10、所述主動(dòng)模式代表智能體正在控制一個(gè)或多個(gè)路口；

11、所述被動(dòng)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(jì)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(jì)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(gè)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(shí)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(shí)間有關(guān)聯(lián)，決策的時(shí)間根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求調(diào)整，不同的決策時(shí)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(gè)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(gè)單向過程，若鄰居智能體處于拆分候選中，將會(huì)直接拆分。

32、優(yōu)選地，所述智能體合并是把多個(gè)路口的控制權(quán)都集中在某一個(gè)路口的智能體上，所述某一個(gè)路口的智能體為核心智能體，所述核心智能體設(shè)為主動(dòng)工作模式，其余智能體設(shè)為被動(dòng)工作模式，服從核心智能體的控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)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(dòng)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(gè)路口的交通燈控制器初始化為一個(gè)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(jì)算模塊：智能體根據(jù)自身獲得的路況信息獨(dú)立進(jìn)行計(jì)算，得到與每個(gè)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(jì)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(dòng)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(jì)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(shí)間有關(guān)聯(lián)，決策的時(shí)間根據(jù)現(xiàn)實(shí)需求調(diào)整，不同的決策時(shí)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(gè)路口的控制權(quán)都集中在某一個(gè)路口的智能體上，所述某一個(gè)路口的智能體為核心智能體，所述核心智能體設(shè)為主動(dòng)工作模式，其余智能體設(shè)為被動(dòng)工作模式，服從核心智能體的控制，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)子區(qū)域的協(xié)調(diào)控制；

10.一種基于多智能體動(dòng)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(dòng)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(gè)路口的交通燈控制器初始化為一個(gè)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(dú)立進(jìn)行計(jì)算，得到與每個(gè)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