霍連秀，宇仁德

（山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255049）

1 多智能體技術(shù)介紹

1.1 智能體的概念

智能體（Agent）這一概念來源于人們對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)：人工智能的最終目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)具有智能的能夠代替人類來處理事務(wù)的“代理”。引用W ooldrige和Jennnigs對(duì)Agent的定義：Agent是處在某個(gè)環(huán)境中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)有能力在這個(gè)環(huán)境中自主行動(dòng)以實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)[1]。

1.2 多智能體技術(shù)概述

多智能體系統(tǒng)（Multi－Agent System，MAS）是指由多個(gè)可執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)計(jì)算Agent組成的集合。通常，每個(gè)Agent被認(rèn)為是一個(gè)物理的或者抽象的實(shí)體。每個(gè)Agent是獨(dú)立自主的，能作用于自身與環(huán)境，能對(duì)環(huán)境的變化做出反應(yīng)，更重要的是能與其他Agent通信、交互，彼此協(xié)同工作，完成共同的任務(wù)。

因此，MAS可定義為：能進(jìn)行問題求解，能隨環(huán)境改變而修改自己的行為，并能通過網(wǎng)絡(luò)與其他Agent進(jìn)行通信、交互、協(xié)同完成求解同一問題的分布式智能系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)能模擬人類社會(huì)團(tuán)體、大型組織機(jī)構(gòu)的群體工作，并運(yùn)用其解決問題的工作方式，解決共同關(guān)心的復(fù)雜問題[2]。

2 Agent間的通信機(jī)制

2.1 Agent間的通信

通信能力是Agent的一個(gè)重要特征。Agent可以通過通信來改變另一個(gè)Agent的目標(biāo)和信念。Agent之間的通信包括：

a）分布式問題求解 這種協(xié)作式問題求解方法是通過分散于不同結(jié)點(diǎn)上的松耦合的知識(shí)庫(kù)集合來進(jìn)行協(xié)作求解；

b）采納 某一Agent把另一Agent的目標(biāo)作為自己的目標(biāo)來完成，以實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作；

c）協(xié)作 每個(gè)Agent都有各自的目標(biāo)，或者由于本身不能完成自己的任務(wù)，或者為了更好地實(shí)現(xiàn)各自的目標(biāo)，它們相互間達(dá)成互惠互利的協(xié)議，通過協(xié)作實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作；

d）影響 某個(gè)Agent的某個(gè)動(dòng)作可能影響到另一個(gè)Agent實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)[2]。

2.2 Agent間通信模式與通信語(yǔ)言

Agent所采用的通信模式取決于Agent的種類、系統(tǒng)總體體系結(jié)構(gòu)、交換時(shí)間以及消息接收者的數(shù)量。通信可能發(fā)生在人與機(jī)器或機(jī)器與機(jī)器之間；既可以是通過信息交換的直接通信，也可以是通過信息公告的間接通信；既可以是同步通信，也可以是異步通信；通信對(duì)象可以是一個(gè)，也可以是多個(gè)[3]。

Agent的通信語(yǔ)言有美國(guó)ARPA的知識(shí)共享計(jì)劃中提出的兩個(gè)相關(guān)語(yǔ)言：一個(gè)是KQML（Konwledge Query and Manipulation Language）——知識(shí)查詢與操縱語(yǔ)言，另一個(gè)是KIF（Konwledge Interchange Format）——知識(shí)交換格式[2]。還有一種是由FIPA提出的FIPA ACL（Agent Communication Language），這種語(yǔ)言實(shí)際上是在KQML的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，因而跟KQML有相似之處。而KIF并非一種表示消息本身的語(yǔ)言，它是形成KQML消息的內(nèi)容部分，即為其提供一種語(yǔ)法格式。

3 Agent在信號(hào)配時(shí)中的應(yīng)用

3.1 Agent的結(jié)構(gòu)與功能

Agent在信號(hào)配時(shí)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在路口和車道Agent中，包括各Agent的結(jié)構(gòu)與功能。本文以車道Agent作為最基本的控制Agent，它們可以與路口Agent進(jìn)行消息傳遞。每個(gè)Agent都具有各自的知識(shí)等因素，能感受外界環(huán)境的變化并做出反應(yīng)，也可與其他Agent合作，共同完成信號(hào)配時(shí)任務(wù)。

3.1.1 路口Agent

路口Agent具有關(guān)于本路口以及其所連接路段的信息，各個(gè)方向的交通流在此匯聚，并形成車輛的分流、沖突等交通現(xiàn)象，交通擁擠往往也主要發(fā)生在路口，因此，路口Agent是實(shí)現(xiàn)信號(hào)配時(shí)任務(wù)的主要承擔(dān)者。它可從檢測(cè)器得到實(shí)時(shí)的交通狀態(tài)信息，作為推理決策的數(shù)據(jù)，也可將本路口的交通信息實(shí)時(shí)通知給其相鄰路口或區(qū)域控制中心，并能根據(jù)需要完成控制中心下達(dá)的控制工作[4]。

路口Agent的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 路口Agent結(jié)構(gòu)

路口Agent各部分的功能如下：

a）數(shù)據(jù)處理單元 可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，刪掉那些不符合要求的數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)信息建立當(dāng)前的交通流模型，并對(duì)未來一段時(shí)間的交通流狀況做出預(yù)測(cè)；

b）決策單元 通過知識(shí)庫(kù)的知識(shí)對(duì)路口的交通狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，決定當(dāng)前的控制策略，即給出合適的信號(hào)配時(shí)方案；

c）協(xié)調(diào)單元 通過決策單元給出的信號(hào)配時(shí)方案，協(xié)調(diào)各個(gè)控制Agent之間的運(yùn)行，并與其他相鄰路口進(jìn)行協(xié)調(diào)與合作；

d）學(xué)習(xí)單元 根據(jù)接收的相關(guān)信息以及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)或?qū)W習(xí)得到的信息，更新、補(bǔ)充或刪除知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)；

e）通信單元 可使用預(yù)先定義好的通信語(yǔ)言，與其他Agent進(jìn)行消息傳遞。

3.1.2 車道Agent

對(duì)于每個(gè)交叉口，包含兩類Agent：一類是控制各自車道的車道Agent，另一類是負(fù)責(zé)不同車道Agent之間協(xié)調(diào)的協(xié)調(diào)Agent。前文所述的路口Agent具有協(xié)調(diào)功能，所以不再設(shè)置單獨(dú)的協(xié)調(diào)Agent，而由路口Agent代替。

車道Agent的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 車道Agent的結(jié)構(gòu)

車道Agent其各部分功能如下：

a）感應(yīng)單元 用于感知外部交通環(huán)境的信息，并對(duì)此交通環(huán)境信息做出一定的抽象；

b）通信單元 用來傳遞感應(yīng)器感知的外部信息和路口Agent決策的信息，并與其他車道Agent進(jìn)行通信；

c）執(zhí)行單元 可根據(jù)路口Agent決策模塊做出的信號(hào)配時(shí)方案，通過改變信號(hào)燈對(duì)交通流進(jìn)行控制。

3.2 基于多智能體的信號(hào)配時(shí)方法模型

該模型包括兩部分：第一部分是車道Agent對(duì)本車道車流的控制；第二部分是路口Agent對(duì)各個(gè)車道Agent之間的協(xié)調(diào)。車道Agent的功能是執(zhí)行由路口Agent規(guī)劃的信號(hào)配時(shí)，檢測(cè)車流，并把車流信息反饋給路口Agent。它的結(jié)構(gòu)為反應(yīng)式Agent，不包含推理機(jī)。路口Agent利用各個(gè)車道Agent檢測(cè)的交通流狀況，負(fù)責(zé)生成各個(gè)車道的配時(shí)方案，并同其他交叉口進(jìn)行協(xié)作。

車道Agent負(fù)責(zé)控制本車道的綠燈定時(shí)，對(duì)于東西方向車道而言，它的信號(hào)控制Agent與南北方向車道的信號(hào)控制Agent一起完成交叉口的整周期控制。交叉口上的所有的車道Agent在時(shí)間上是采用順序方式，即任何時(shí)刻只有一個(gè)方向的車道是綠燈；當(dāng)某一個(gè)方向的車道綠燈時(shí)長(zhǎng)改變的時(shí)候，其他方向車道的綠燈時(shí)間也要相應(yīng)改變，必須通過路口Agent進(jìn)行重新的規(guī)劃，以達(dá)到對(duì)信號(hào)周期的最大利用，從而達(dá)到最佳的控制效果[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

多智能體技術(shù)在當(dāng)今已經(jīng)成為一項(xiàng)熱門技術(shù)，憑借其優(yōu)越的特性在各種復(fù)雜系統(tǒng)方面取得了較大的成功。本文研究了其在信號(hào)配時(shí)中的應(yīng)用，首先提出了一種信號(hào)配時(shí)方法的體系結(jié)構(gòu)，然后通過對(duì)路口Agent的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)本路口的信號(hào)配時(shí)。該體系結(jié)構(gòu)由于采用了Agent技術(shù)，具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好、針對(duì)性強(qiáng)、靈活性高、擴(kuò)展性好的優(yōu)點(diǎn)。

但是作為一種新技術(shù)，多智能體技術(shù)在信號(hào)配時(shí)這類復(fù)雜系統(tǒng)中的應(yīng)用問題，還有待進(jìn)一步研究。本文只提出了一種理論可能性，對(duì)所提出的系統(tǒng)還需要細(xì)化，對(duì)各種實(shí)踐中的問題還需要認(rèn)真研究。

[1]Miehael Wooldridge.多Agent系統(tǒng)引論[M].石純一，張偉，徐晉暉，等譯.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]王汝傳，徐小龍，黃海平.智能Agent及其在信息網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006.

[3]沈衛(wèi)明，米小珍，郝琪.多智能體技術(shù)在協(xié)同設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4]Jiming Liu.多智能體原理與技術(shù)[M].靳小龍，張世武，Jiming Liu，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[5]申徐洲.基于Agent的智能交通控制的研究[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2006.