Agent在城市交通系統(tǒng)中的應(yīng)用
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該結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)控制策略在TRYS 基礎(chǔ)上進(jìn)一步下放到了路口級，建立了路口Agent,每個(gè)路口成了一個(gè)智能的知識系統(tǒng)，可及時(shí)根據(jù)路口交通狀況進(jìn)行控制策略的實(shí)時(shí)部署與調(diào)整，更好地適應(yīng)了交通系統(tǒng)動態(tài)性、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特點(diǎn)，對突發(fā)性交通流的變化有很好的適應(yīng)和調(diào)節(jié)能力。
2.2 完全分布式結(jié)構(gòu)
在完全分布式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)中，Agent 憑借自身的知識和智能與相鄰區(qū)域Agent 協(xié)調(diào)共同完成路口的管制。最初的應(yīng)用就是西班牙的TRYSA2 系統(tǒng)，如圖3 所示。TRYSA2 Agent 有一個(gè)控制計(jì)劃集，每個(gè)計(jì)劃都被賦予了能夠減輕交通壓力的效用值。系統(tǒng)可通過評估相關(guān)Agent 的計(jì)劃效用值合成系統(tǒng)最優(yōu)的解決方案。Oliveira 、承向軍、楊兆升等學(xué)者也先后提出了以路口Agent 為基本控制單元的完全分布式控制結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中的Agent 都具備了一定的存儲、匹配和智能計(jì)算功能，可依靠良好的協(xié)調(diào)算法實(shí)現(xiàn)多Agent 之間的協(xié)調(diào)與合作以達(dá)到整體優(yōu)化和控制的目的。
圖 3 TRYSA2 架構(gòu)圖。
2.3 兩種架構(gòu)的性能比較
分層遞階式充分體現(xiàn)了集中和分散控制的有機(jī)結(jié)合，考慮到了全局利益，可使協(xié)調(diào)有目的地進(jìn)行，但是區(qū)域Agent 和主控Agent 的實(shí)現(xiàn)稍顯復(fù)雜。完全分布式具有反應(yīng)快速、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)，可充分發(fā)揮Agent 的自治性、協(xié)調(diào)性，但由于Agent 自身能力有限、系統(tǒng)的知識又過于分散，解決全局問題的能力略顯不足，Agent 間的協(xié)調(diào)機(jī)制會對系統(tǒng)性能產(chǎn)生較大影響。在擴(kuò)展性上，完全分布式只需把新Agent 注冊到其他Agent 中并修改相應(yīng)的方案和知識庫即可將新Agent 擴(kuò)充到當(dāng)前的Agent 群體中，而分層遞階式需要整合區(qū)域控制中心和主控中心，重新賦予各Agent優(yōu)先權(quán)關(guān)系。在協(xié)作復(fù)雜度上，分層遞階式從每一個(gè)Agent 控制方案中選擇一個(gè)本地最優(yōu)的方案，完全分布式在所有的Agent 中通過搜索策略來查找最佳方案，因此后者工作量較大。
2.4 多Agent 的協(xié)調(diào)控制與優(yōu)化
多Agent 通過協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分布式并行運(yùn)行，提高任務(wù)的執(zhí)行效率。在基于多Agent 的ATMS 中，有三種協(xié)調(diào)方式：①建立專門的協(xié)調(diào)Agent;②將協(xié)調(diào)行為分散至各Agent 中，由Agent 自主地完成；③集中與分布相結(jié)合的方法，Agent 自身即可以完成某些協(xié)調(diào)行為，又可以接受高層Agent 制定的規(guī)劃。當(dāng)前常用的協(xié)調(diào)方法有黑板模型、博弈模型、協(xié)調(diào)器、交換意見等。
黑板模型信息傳輸量大，對信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性也有一定的要求，適用于簡單的分布式多路口控制。博弈論模型適用于分層遞階結(jié)構(gòu)的上下級Agent 間和完全分布結(jié)構(gòu)的同級Agent 間的協(xié)調(diào)，但由于重復(fù)博弈過程中需要進(jìn)行復(fù)雜的均衡點(diǎn)收斂控制，所以基于交通信息博弈的計(jì)算量較大。協(xié)調(diào)器可基于一定的目標(biāo)將同級和下級Agent 產(chǎn)生的提案合成全局的提案。協(xié)調(diào)器降低了系統(tǒng)的通信量和其他Agent 的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，但卻增加了協(xié)調(diào)器Agent 自身的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和計(jì)算量。交換意見法對系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性有很大的要求，當(dāng)單個(gè)Agent 節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)通信故障時(shí)，系統(tǒng)將無法正常工作。
從上述幾種方法的分析中可以看到，協(xié)調(diào)過程需要傳輸大量數(shù)據(jù)，因此容易造成傳輸網(wǎng)絡(luò)的擁塞。目前，很多學(xué)者都采用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法來優(yōu)化本地的交通信息。強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法是以環(huán)境提供的加強(qiáng)信號作為性能評價(jià)的反饋，完成從狀態(tài)到行為的映射的學(xué)習(xí)，特別適合處理不斷變化的路網(wǎng)環(huán)境。Baher、歐海濤等都基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)研究了實(shí)時(shí)自適應(yīng)的交通信號控制，減少路口節(jié)點(diǎn)間的大量通訊需求，增強(qiáng)了決策的可靠性。
2.5 相關(guān)應(yīng)用研究
Ronald通過將分離獨(dú)立的交通設(shè)施建模成能互相協(xié)作的Agent,研究了動態(tài)交通管理設(shè)備互相協(xié)作的可能性。Filippo實(shí)現(xiàn)了一種基于多Agent 架構(gòu)的交通管理系統(tǒng)CARTESIUS,在分析偶發(fā)性阻塞和在線制定集成控制方案過程中展示了良好的協(xié)作推理和解決沖突的能力，可為交通管理人員協(xié)調(diào)多區(qū)域間的快車道和地面街道的路網(wǎng)阻塞提供實(shí)時(shí)決策支持。
Bo Chen等人將移動Agent 技術(shù)融入到交通管理系統(tǒng)中，增強(qiáng)了處理不確定事件和環(huán)境動態(tài)變化的能力，提出了一種基于柔性Agent 的實(shí)時(shí)交通檢測和管理系統(tǒng)。
3 多Agent在ATIS中的應(yīng)用
ATIS 可以影響出行行為，增強(qiáng)路網(wǎng)性能。當(dāng)前采用Agent 技術(shù)研究ATIS 主要是針對不同的出行需求構(gòu)建各式智能的出行信息系統(tǒng)，為出行者提供高質(zhì)量的出行信息和導(dǎo)航服務(wù)；另外是研究ATIS 條件下的出行者行為以及ATIS 對城市交通的影響。
3.1 基于Agent 的典型出行信息系統(tǒng)框架
為實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)管理者和出行者之間的有效協(xié)調(diào)，需要在不嚴(yán)重影響個(gè)體出行者的使用偏好（出行類型、路徑選擇、離開/到達(dá)時(shí)間等）基礎(chǔ)上有效地基于時(shí)空二維分配路網(wǎng)?；诖耍珹dler 和Blue 研究了智能出行信息系統(tǒng)（IT IS），專為出行者提供出行計(jì)劃和導(dǎo)航輔助信息，提出一種代表出行者的車載智能導(dǎo)航Agent,可以學(xué)習(xí)、定義并校準(zhǔn)路徑和出行計(jì)劃偏好。在此基礎(chǔ)上，他們又提出基于多Agent 的交通管理和路徑導(dǎo)航協(xié)作系統(tǒng)（CTMRGS）的概念框架，使路網(wǎng)管理者、信息提供者和出行者之間能有效的協(xié)調(diào)和溝通。系統(tǒng)采用原則協(xié)商指導(dǎo)出行者Agent 和信息提供者Agent 之間的交互，找到一個(gè)時(shí)最優(yōu)的出行方案，最后指出更多的智能將會被用來捕捉和呈現(xiàn)出行者的真實(shí)意圖和行為。
3.2 ATIS 影響下的基于多Agent 仿真的出行者行為研究
ATIS 的有效性取決于系統(tǒng)提供信息的能力以及出行者對出行信息的反應(yīng)。因此，了解出行者的行為及其在出行信息下的決策過程便顯得尤為重要，這將有助于設(shè)計(jì)出高效的ATIS.目前，國內(nèi)外很多學(xué)者都采用Agent 仿真方法研究ATIS 環(huán)境下的出行者行為。
Dia首先提出利用多Agent 仿真來研究實(shí)時(shí)交通信息影響下的駕駛員行為。通過對駕駛員行為（特性、心理、知識、偏好等）的調(diào)查采用BDI（信念-渴望-意圖）結(jié)構(gòu)建模，配合交通仿真組件評價(jià)交通實(shí)時(shí)信息對駕駛員行為的影響。Rossetti基于BDI 架構(gòu)提出了基于DRACULA（一種結(jié)合用戶學(xué)習(xí)和微觀模擬的動態(tài)路徑分配模型）的多Agent 擴(kuò)展模型對出行者進(jìn)行建模，允許出行者對出行路徑和離開時(shí)間做出理性選擇。
駕駛員的行為會影響到ATIS 系統(tǒng)收益和系統(tǒng)的整體性能。Rossetti 基于謂詞邏輯表達(dá)方式對出行者Agent 建模，使決策過程中呈現(xiàn)了更多的出行者心理因素。仿真結(jié)果表明，系統(tǒng)的整體性能會受到出行信息需求和交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響，當(dāng)出行信息單獨(dú)向個(gè)體提供的時(shí)候，總體影響可以得到很大改善。
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