Agent在城市交通系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引言

Agent 是運(yùn)行于動(dòng)態(tài)環(huán)境中的具有較高自制能力的實(shí)體，具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性和一定學(xué)習(xí)、推理能力。多智能體系統(tǒng)通過Agent 間的通訊、合作、協(xié)調(diào)和控制表達(dá)系統(tǒng)功能及行為特性。城市交通系統(tǒng)是自然的、分布的、復(fù)雜的、動(dòng)態(tài)的、規(guī)模龐大的系統(tǒng)，采用多Agent 技術(shù)建模城市交通系統(tǒng)可為交通決策者和使用者提供良好的解決方案。從二十世紀(jì)80 年代末，就有學(xué)者將多Agent 技術(shù)引入到城市交通系統(tǒng)的建模中，利用其協(xié)作、存儲(chǔ)、智能性和自治性為使用者提供在線決策支持、實(shí)時(shí)交通控制，或利用其對客觀世界的準(zhǔn)確描述進(jìn)行交通系統(tǒng)運(yùn)行仿真，發(fā)現(xiàn)交通系統(tǒng)中的問題、規(guī)律或驗(yàn)證新的理論和算法。本文從ITS 框架中的先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)（ATMS）、先進(jìn)的出行者信息系統(tǒng)（ATIS）、先進(jìn)的公交系統(tǒng)（APTS）三個(gè)方面對Agent 技術(shù)在城市交通系統(tǒng)中的應(yīng)用現(xiàn)狀展開論述，最后指出多Agent 技術(shù)在城市交通系統(tǒng)的應(yīng)用中需解決的問題以及發(fā)展趨勢。

2 多Agent在ATMS中的應(yīng)用

在ATMS 中，多Agent 技術(shù)主要用于提供實(shí)時(shí)的決策支持并進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓芾砜刂?。根?jù)Agent 慎思型和反應(yīng)型兩種模型結(jié)構(gòu)，建構(gòu)基于Agent 的城市交通管理系統(tǒng)也有兩種思路：分層遞階式和完全分布式。

2.1 分層遞階式結(jié)構(gòu)

分層遞階式結(jié)構(gòu)的每一級(jí)都由功能、結(jié)構(gòu)類似的Agent 組成，同級(jí)Agent 間可相互協(xié)調(diào)，上級(jí)Agent可作為對應(yīng)下級(jí)Agent 的協(xié)調(diào)單元，下級(jí)Agent 向所屬上級(jí)Agent 傳輸局部系統(tǒng)環(huán)境和系統(tǒng)控制的反饋信息，為上級(jí)Agent 提供決策依據(jù)。最早的分層遞階式系統(tǒng)就是KITS 和TRYS.

KITS 產(chǎn)生于在1992-1994 年間，將交通領(lǐng)域知識(shí)分解成與路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相匹配的單元集合，提供專門的推理機(jī)制進(jìn)行交通決策和管理。如圖1 所示，底層的Agent 通過協(xié)作完成交通監(jiān)控和管理任務(wù)，Actor 是直接和問題區(qū)域?qū)?yīng)的交通評價(jià)和管理單元，Supervisor 負(fù)責(zé)全局路況分析、解釋以及合成全局行動(dòng)方案。KITS 的成功表明：基于知識(shí)的模型可以和多Agent 技術(shù)相集合來提高城市交通系統(tǒng)的監(jiān)控和管理能力。

圖 1 KITS 架構(gòu)圖

TRYS 是在1991-1994 年間建立的實(shí)時(shí)自適應(yīng)的交通管理決策系統(tǒng)。如圖2 所示，TRYS 的結(jié)構(gòu)與KITS 相似，通過Agent 訪問實(shí)時(shí)采集的路況數(shù)據(jù)，并由Agent 內(nèi)部的知識(shí)庫和推理引擎對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，coordinator 負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)各Agent的工作以形成全局解決方案。與KITS 不同的是，TRYS 中的問題區(qū)域由獨(dú)立的、功能強(qiáng)大的Agent負(fù)責(zé)監(jiān)督。

圖 2 TRYS 架構(gòu)圖。

翟高壽和Choy根據(jù)遞階控制結(jié)構(gòu)理論及城市交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，提出了四層的分層遞階式結(jié)構(gòu)，分別是：決策層（城市交通控制決策系統(tǒng)）、戰(zhàn)略控制層（若干區(qū)域協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）、戰(zhàn)術(shù)控制層（若干路口控制系統(tǒng)）、執(zhí)行層（檢測器、信號(hào)控制器和信號(hào)燈等）。