读书笔记 - 多智能体强化学习在城市交通网络信号的综述2018

本文深入探讨了多智能体强化学习(MARL)在城市交通网络信号控制中的应用,从基本概念到具体控制方法,包括完全独立、部分状态合作和动作联动的MARL控制。通过分析,指出这些方法的优势和挑战,强调了交通状态特征抽取、自稳定机制和多目标反馈等基础问题的重要性。

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多智能体强化学习在城市交通网络信号 控制方法中的应用综述


交通信号控制系统在物理位置和控制逻辑上分散于动态变化的网络交通环境, 将每个路口的交通信号控制器看做一个异质的智能体, 非常适合采用无模型、自学习、数据驱动的多智能体强化学习(MARL) 方法建模与描述。
本文系统回顾了现有MARL方法在城市道路交通网络信号控制中的研究和应用, 探讨了将 MARL应用于大规模区域交通控制的关键问题。

为了研究该方法的现状、存在问题及发展前景, 论文跟踪了多智能体强化学习在国内外交通控制领域 的具体应用, 包括:交通信号 MARL 控制概念模型、完全孤立的多智能体强化学习的控制、 部分状态合作的多智能体强化学习控制、动作联动的多智能体强化学习控制


背景

Multi agent reinforcement learning based traffic signal control for integrated urban network: survey of state
多智能体强化学习(multi-agent reinforcement learning, MARL)

MARL控制可根据控制效果的反馈信息自主学习并优化策略知识,是一种真正的闭环反馈控制

1 交通信号MARL控制基本概念
1. 1 RL交通控制标准模型

交通信号 RL 智能体的标准模型如图1 所示。 每个路口的交通信号机被抽象为一个智能体, 控制对象为道路交通网络上的时变交通流。

<think>好的,我现在需要帮助用户了解自动驾驶中决策模块的功能和作用。首先,用户已经提供了之前的对话历史,其中我详细介绍了决策模块的核心功能、应用场景和技术实现。用户现在明确提到想了解“自动驾驶决策模块的功能介绍”,并且已经参考了站内的两篇引用文献。 首先,我应该回顾之前的回答,确保这次回答的结构和内容保持一致,但可能需要更聚焦在功能和作用上,而不是应用场景和技术细节。用户可能希望得到更简洁明了的概述,但又不失专业性。 接下来,我需要结合用户提供的引用内容。引用[1]提到决策规划模块相当于人类驾驶员的大脑,连接上游的感知、预测模块和下游的控制模块。引用[2]强调了预测在决策中的作用,帮助系统基于未来变化做出反应。因此,在回答中需要突出决策模块的桥梁作用,以及它如何整合多源信息进行动态决策。 用户之前的回答中提到了场景管理、状态选择和行为决策三个核心功能,还有分层架构和多模态数据融合。这次可能需要更系统地分类功能,例如环境理解、行为决策、轨迹规划、安全机制等,并强调每个部分的具体作用。 另外,用户可能希望了解这些功能如何协同工作,以及它们在自动驾驶中的实际应用。比如,在复杂交通场景下,决策模块如何处理动态障碍物,如何平衡安全和效率,以及如何适应不同的驾驶场景(如高速公路vs城市道路)。 需要注意使用中文,并且按照用户的要求,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$。同时,生成的相关问题需要决策模块的功能紧密相关,可能涉及技术实现、挑战、评估方法等。 最后,确保引用文献正确标注,例如在提到预测模块的作用时引用[^2],在描述决策模块作为大脑时引用[^1]。同时,检查是否有遗漏的重要功能或作用,比如实时性、鲁棒性、法规的符合等。 总结来说,回答结构应包括:模块定位、核心功能(细分点)、作用总结,然后相关问题。需要保持逻辑清晰,技术细节准确,同时避免过于冗长,确保用户能够快速抓住重点。</think>#### 自动驾驶决策模块功能介绍 --- ##### 一、模块定位核心作用 决策模块(Planning Module)是自动驾驶系统的“智能中枢”,承担**环境理解→行为决策→轨迹生成**的核心链路,其作用类似人类驾驶员的大脑[^1]。在技术架构中,它接收感知模块(目标检测、车道线识别)、预测模块(交通参者行为预测)、定位地图数据,输出可执行的轨迹指令给控制模块(转向、制动等),构成完整的“感知-决策-执行”闭环。 --- ##### 二、核心功能分解 1. **多源信息融合场景建模** - 整合激光雷达、摄像头、V2X等多模态数据,构建动态环境模型 - 解析高精度地图信息(如车道曲率方程$y=ax^2+bx+c$),识别可行驶区域 - 通过概率模型(如贝叶斯网络)评估障碍物意图,例如: $$P(\text{cut-in}|d_{rel},v_{rel}) = \frac{1}{1+e^{-(k_1d_{rel} + k_2v_{rel})}}$$ 其中$d_{rel}$为相对距离,$v_{rel}$为相对速度[^2] 2. **行为决策逻辑** - **分层决策机制**: | 层级 | 时间尺度 | 典型决策内容 | |------------|------------|-----------------------------| | 战略层 | 10-100秒 | 全局路径规划(避开拥堵区域) | | 战术层 | 1-10秒 | 变道/超车/路口通行决策 | | 执行层 | 0.1-1秒 | 轨迹微调(横向偏移$\Delta y <0.2m$) | - **风险量化模型**: 使用代价函数综合评估决策方案: $$C_{total} = w_1 \cdot C_{safety} + w_2 \cdot C_{comfort} + w_3 \cdot C_{efficiency}$$ 其中权重$w_i$根据场景动态调整(如雨雾天气提升$w_1$权重)[^1] 3. **轨迹规划优化** - 基于多项式曲线(五次多项式常用)生成平滑轨迹: $$x(t) = a_0 + a_1t + a_2t^2 + a_3t^3 + a_4t^4 + a_5t^5$$ $$y(t) = b_0 + b_1t + b_2t^2 + b_3t^3 + b_4t^4 + b_5t^5$$ - 通过二次规划(QP)优化满足约束条件: $$\min \int_{0}^{T} \left( \frac{d^2s}{dt^2} \right)^2 dt \quad \text{s.t.} \quad v \leq v_{max}, a \leq a_{max}$$ 确保轨迹符合动力学限制[^1] 4. **安全冗余设计** - **Fallback机制**:当预测模块失效时,启用保守决策策略(如最低风险状态$s_{MRC}$) - **时空一致性校验**:对比连续周期的决策结果,检测突变异常(如轨迹曲率变化率$\Delta \kappa > 0.1m^{-1}$触发报警) - 符合ISO 21448预期功能安全(SOTIF)要求[^1] --- ##### 三、核心作用总结 1. **动态场景适配** 在复杂交通场景(如施工区、无保护左转)中,通过有限状态机(FSM)或强化学习(RL)实现决策策略自适应调整。 2. **人机协同优化** 在有人驾驶自动驾驶混合场景下,通过逆强化学习(IRL)建模人类驾驶风格,生成符合用户习惯的决策结果。 3. **系统效能平衡** 在安全、舒适、效率等多目标间实现帕累托最优,例如通过非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解多目标优化问题。 --- ##### 相关问题 1. 如何验证决策模块在不同极端场景下的鲁棒性? 2. 决策模块中的代价函数参数应该怎样标定? 3. 自动驾驶决策系统如何处理伦理困境(例如电车难题)? 4. 深度学习在决策模块中的应用有哪些技术挑战? [^1]: 自动驾驶技术综述2:自动驾驶决策规划模块算法介绍 [^2]: 【笔记】自动驾驶预测决策规划_Part1_自动驾驶决策规划简介
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