智能交通信号灯控制系统

智能交通信号灯控制系统

    越来越多的道路使用者和现有基础设施提供的有限资源形成了不小的矛盾，导致了拥堵次数的不断增加。乌得勒支大学实施的智能交通信号灯控制系统项目旨在缩短城市红绿灯前的等待时间。

     请注意，我们使用分布式多agent系统来解决交通灯控制问题，其中协作和合作是通过通信、学习和投票机制完成的。为了在非常繁忙的情况下允许出现绿波，我们将我们的算法与一种特殊的桶算法相结合，将增益从一个交通灯传播到下一个交通灯，从而对下一个交通控制器选项进行更强的投票。

      我们已经在一个路口设置了智能信号灯系统，这是一个在Java中的交通模拟器，通过鼠标可以方便地编辑基础设施，并且可以模拟不同级别的道路使用情况。大量的固定交通灯控制器和学习交通灯控制器已经在模拟器中进行了测试，并绘制并比较了汽车的平均等待时间。结果表明，在半繁忙交通情况下，学习控制器可以减少平均等待时间至少10%，在交通拥堵程度较高的情况下，学习控制器的平均等待时间更短。

     为了使交通灯控制器更加智能化，我们利用通讯网络和传感器网络等新技术，以及使用更复杂的算法来设置交通灯。

     智能交通信号灯控制不仅意味着设置交通灯以尽量减少道路使用者的等待时间，而且还意味着道路使用者收到关于如何驾车通过城市以减少其等待时间的信息。

     这意味着我们正在处理一个复杂的多智能体系统，在这个系统中，通信和协调起着至关重要的作用。我们的研究提出了一种新的系统，其中交通灯控制器和汽车司机的行为优化使用机器学习的方法。

      我们设置红绿灯的方法如下：信号采集设备可以采集三百米内准备通过路口的车辆，并根据平均通过的时间自动生成下一个红灯和绿灯的时间，这是一个动态的红绿灯系统，保证所有红绿灯都不会死板的固定循环，让车辆少的方向的绿灯时间更短，让车辆多的方向绿灯更长。智能信号灯系统必须学会对实际的交通呢状况做出决定，从而提高路口的通行效率和降低等待时间。

图为：门架式可变信息情报板的指示作用

图为：智能信号灯与交通诱导屏

图为：智能信号灯控制系统

      红绿灯控制器设置信号灯的方式使所有车辆在交叉路口前的平均收益最大化。为了估计等待时间，我们使用“强化学习”来跟踪单个汽车的等待时间，并利用动态规划算法智能地计算长期平均等待时间。

    一个很好的特点是，这个系统是很公平的，它从不让一辆车等很长时间，因为它把自己的灯设置成绿色的好处变得很大，而交通灯的最佳决策就会使他的灯变绿。此外，配合交通诱导屏的使用，信号灯可以将自己的安排通过设定的文字，发布给道路参与者。显示道路拥堵的交通诱导屏配合智能信号灯系统，可以提供给驾驶者多个路口的拥堵情况，从而影响驾驶人员的驾驶路线，达到协调交通的目的。

图为：智慧交通的路口

     随着城市化的快速发展，道路上的车辆数量也在不断增加。两者的结合也给城市带来了巨大的压力，要求它们保持一个更好的交通系统，这样城市就能在没有任何麻烦的情况下继续前进。为了达到这个目的，智能交通系统的应用是唯一的解决方案。这是一个双赢的局面，市民和城市管理者可以提供安全舒适的市民和容易维护和管理的城市管理。

图为：交通诱导屏行驶实拍

      一个城市的交通受到交通灯管制人员的很大影响。在等待红绿灯时，司机会松开时间，而汽车则会使用燃油。因此，减少交通灯前的等待时间每年可以为我们的社会节省数百亿人民币。

       举个我们经常遇到的例子：一个有红绿灯的路况，经常出现的就是你所要行驶的方向的信号灯还在倒数着近百的计数时，横向的道路已经没有一辆汽车在通行了。这就是现在存在的信号灯的计算模式的弊端，这种传统信号的计算方式是固定的，每个通行方向的时间一旦设定就是不变的。

       而我们研发的新型智能信号灯系统，可以根据电脑采集的路口的实际情况来随时变更绿灯时间。比如当一个路口的某处一个方向的车辆通行结束，信号灯会自动切换成红灯，让拥堵方向的车辆优先通行。这样可以大大提高红绿灯的通行效率和节省时间和燃油。