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基于压力均衡的交通信号灯协同控制机制研究
| 论文题名： | 基于压力均衡的交通信号灯协同控制机制研究 |
| 关键词： | 交通信号灯;最大压力控制;合作博弈;多代理系统;边缘计算 |
| 摘要： | 随着车联网和无人驾驶的普及，智能交通信号灯控制已经发展成为重要的研究课题之一。交通信号灯控制的主要目标是对存在冲突的交通流进行分配，通过协调、互联，智能信号灯控制系统可以节省出行用户的行驶时间，减少交通拥堵现象发生，提升交通流动效率。当前，关于交通信号灯控制的研究大多依据单路口车辆信息进行控制，然而在实际情况中，大规模的城市道路网络使用单路口独立控制的模式效果不佳。在非协作交通信号灯控制的情况下，系统控制平台很难优化整体道路的车流量，因此如何实现高效、实时的多路口信号灯协同控制就成为了一个重要且有意义的研究课题。 基于上述情况，本文将压力均衡引入到信号灯控制机制的设计中，研究了基于合作博弈的多路口信号灯协同控制机制，一方面利用协同压力均衡技术来控制信号灯状态，另一方面设计合理有效的联盟组合机制来划分控制区域。针对不同的应用场景，本文提出了两种基于压力均衡的信号灯协同控制机制，并通过理论分析和实验仿真验证了本文控制机制的高效性。具体而言，本文的主要贡献总结如下: 1.我们提出了一个基于压力均衡的信号灯控制机制，将车辆排队队列变化建模为存储转发模型，把多路口下信号灯协同控制问题建模为压力控制模型，并设计了一个基于最大压力控制的信号灯协同控制策略。此外，我们使用压力值作为优化目标，提高了整个交通路网的吞吐量。并且我们利用车辆流量数据进行控制区域划分，提高了交通信号灯控制的效率。通过理论分析和实验仿真，我们证明了该机制满足交通变化稳定性，并且有效地降低了车辆的平均行驶时间、平均等待时间、平均停车次数。 2.考虑到大规模城市交通网络下的信号灯控制问题，我们提出了一个基于压力均衡和合作博弈的两层交通信号灯协同控制机制。我们将控制区域划分问题建模为合作博弈下的联盟组合问题，通过形成稳定的联盟结构，保证信号灯控制过程的高效性。同时，为了保证整个控制过程的实时性，我们设计了云-边缘的计算卸载协议，云端负责联盟组合分配，基站等边缘设备负责压力均衡控制以及车辆排队队列更新。之后我们对所提的机制进行充分的理论分析，验证了合作博弈的非超可加性等。最后，我们通过真实数据集和模拟数据集下的仿真实验验证了所提机制的有效性。 |
| 作者： | 韩震 |
| 专业： | 计算机软件与理论 |
| 导师： | 肖明军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国科学技术大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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