Разработка адаптивной системы управления светофорными объектами с использованием марковских процессов принятия решений

Автор(ы): Тисленко Т.И., Семенова Д.В.

Выпуск: 115

Рубрика: Программы и системы моделирования объектов, средств и систем управления

Год: 2025

Библиография: Тисленко Т.И., Семенова Д.В. Разработка адаптивной системы управления светофорными объектами с использованием марковских процессов принятия решений // Управление большими системами. - 2025. - Вып. 115. - С.298-323.

Дата опубликования: 31.05.2025

Ключевые слова: имитационное моделирование транспортных потоков, модель IDM, модель MOBIL, копулы Маршалла - Олкина, машинное обучение с подкреплением

Аннотация: Описан программный комплекс MARLIN24, предназначенный для реализации адаптивного управления светофорными объектами. Цель разработки --- оптимизация работы светофоров для сокращения суммарного времени пребывания транспортных средств в зоне действия оптических детекторов. Архитектура комплекса включает три ключевых модуля: модуль адаптивного управления, модуль имитационного моделирования транспортных потоков и модуль валидации, а также дополнительный модуль визуализации. В модуле адаптивного управления реализованы четыре подхода: фиксированный план; некоординированное подкрепленное обучение; координированное мультиагентное обучение с~подкреплением; управление длительностью фаз с помощью MISO контроллера нечёткой логики (Multiple Input Single Output, MISO). Имитационное моделирование транспортных потоков для проверки результатов управления осуществляется посредством модуля микросимуляции на основе модели "разумный водитель" (Intelligent Driver Model, IDM). В модуле валидации для моделирования реалистичных показаний оптических датчиков, отражающих дорожную обстановку, используются копула-функции, принимающие на вход маргинальные распределения. Маргинальные распределения были получены на основе исторических данных об интенсивности движения за период 2019-2020 гг. Разработанный комплекс программ имитационного моделирования MARLIN24 позволяет исследовать и сравнивать между собой ряд моделей управления реальными участками дорожной сети г. Красноярска при различных условиях.

Author(s): Tislenko T., Semenova D.

Article title: Development of an adaptive traffic light control system using markov decision processes

Issue: 115

Year: 2025

Keywords: traffic flow simulation, IDM model, MOBIL model, Marshall - Olkin copulas, reinforcement learning

Abstract: The paper presents the results of development of the MARLIN24 software suite, designed to implement adaptive control of traffic light systems. The primary objective of the development is to optimize the operation of traffic signals in order to minimize the total time vehicles spend within the detection zones of optical sensors. The architecture of the software suite comprises three principal modules: the adaptive control module, the traffic flow simulation module, and the validation module, complemented by an additional visualization module. The adaptive control module integrates four control approaches: fixed-time planning, uncoordinated reinforcement learning, coordinated multi-agent reinforcement learning, and phase duration control based on a MISO fuzzy logic controller (Multiple Input Single Output, MISO). Traffic flow simulation for performance evaluation is conducted via a microsimulation module utilizing the "Intelligent Driver Model" (IDM). The validation module employs copula functions to generate realistic optical sensor data reflecting actual traffic conditions, with marginal distributions derived from historical traffic intensity data collected during 2019-2020. The MARLIN24 software suite facilitates the analysis and comparison of multiple traffic control models on real-world sections of the road network in Krasnoyarsk under various conditions.