基于DCOM式智能体的交通控制系统模型.pdf

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1、1 4 交通与计算机 2 0 0 5年第2期 第2 3卷(总第 1 2 3期)基于 D C OM 式智能体的交通控制系统模型 李斌徐丽群(上海交通大学上海 2 0 0 0 5 3)摘 要 文章提出 了一种智能体的实现方式D C OM 式智能体，并将其 应用到交通控制 中。针对交通控制中的集 中指挥、分级管理和动态变化等特点。将D C OM 分布组件技术和智能体技 术结合起来。以DC OM 式智能体管理交叉 口信号、设定道路服务水平，并对堵塞道路选取替换路 径，再通过“协作智能体”维护智能体间的通信，从而实现统一指挥、分工协作的交通控制系统。研 究表明，此交通控制系统具有更强的稳定性和可扩展性

2、并减少了人工干预，提高了交通控制的 自 动化水平。关键词 多智能体；D COM；交通控制 中图分类号：U4 9 1 文献标识码：A Ab s t r a c t：Th i s p a p e r p r e s e n t s a n a g e n t b a s e d o n DCOM，a n d a p pl i e s i t t O t r a f f i c c o n t r o l s y s t e mS i n c e t h e t r a f f i c c o n t r o l i s c e n t r a l i z e d c o mma n d a n d

3、 d i s t r i b u t e d i mp l e me n t a t i o n i n d y n a mi c e n v i r o n me n t，t h e a g e n t b a s e d o n DCOM i s u s e d t O r e a l i z e t h e s y s t e mTh e a g e n t b a s e d o r l DCOM c o n t r o l s t h e s i g n a l s i n t h e c r o s s r o a d，s e t s t h e l e v e l o f r o

4、 a d s e r v i c e a n d c o mp u t e s t h e o p t i mi z e d a l t e r n a t i v e r o u t e s Th e c o o p e r a t e d a g e n t ma i n t a i n s t h e c o mmun i c a t i o n s a mo n g t h e a g e n t s Th e r e s u l t i n d i c a t e s t h a t t h e DCoM mu l t i a g e n t s c a n ma ke t he t

5、 r a f f i c c o n t r o l s y s t e m mo r e r o b u s t a n d f l e x i b l e Th e s y s t e m n e e d s l e s s ma n u a l wo r k a n d g a i n s t h e h i g h e r l e v e l o f a u t o ma t i o n Ke y wo r d s：mu l t i a g e n t；DCOM；t r a f f i c c o n t r o l 0 概 述 交通系统是一个复杂系统，由于人的直接参 与，具有 更大

6、的非线 性、随机 性、模 糊性 和不确定 性。传统的管理信息系统难以发挥作用，多智能体 系统 MAS(mu l t i a g e n t s s y s t e m)具有 自治、协作、主动等特点，能较好地解决复杂大系统的相关问 题，正逐渐被应用到交通控制中。相比其他方面的 控制，交通控制有其 自身 的特殊 问题。1)交通控制的实施需要采用集中统一指挥，分级管理控 制的办法。因为交通 网络是一 个环环 相扣、相互作用 的系统，任何交通控制 的具体解决 方案都是在全盘系统考虑的基础上进行的，而在 实施过程 中，各 区域 的情况 千差 万别，并 在动态变 机，形成 智能决策支持 系统，就 能更好地

7、 为交通规 划决策提供 帮助。在对模型 进行标 定时采用的是 1 9 9 9年、2 0 0 0年 的调查数 据，为 了对 模 型进行 优 化，使模型在数据改变时也可以适用，并且能为未 来的决策系统提供更好的服务，可以采用两种方 法：改变数据库不断用新的数据代替原来的数 据，使模型及时的适应新的情况；引入贝叶斯 算法，把先验概率转化为后验概率，使模型库变为 灵活可调整的。若能将数据仓库和数据挖掘技术 引入到该课 题中，能够实现对多维数据分析，并对 非结构化 问题进行推理，使决策支持系统更有效 收稿 日期：2 0 0 4 1 卜O 2 修改稿收到 日期：2 0 0 5 0 2 1 3 地发挥作用。

8、参考文献 1 曹 洁，曹爱请基于智能决策支持 系统的城市交通 规划系统 计算技术与 自动化，2 0 0 3，2 2(2)：1 6 4 1 6 7 2 曹洁，陈希平，张亮决策支持系统在交通 网络规 划中的应用 甘肃科学学报，2 0 0 1，1 3(3)：5 2 5 5 3 黎锁平，郭戈，尹晓霈运用决策支持技术进行兰州 市交通规划 甘肃科学学报，2 0 0 0，1 2(3)：8 3 8 7 4 黎锁平，袁占亭城市交通需求预测与决策支持 系统 甘肃工业大学学报，2 0 0 1，2 7(4)：5 8 6 1 维普资讯 http:/ 基 于D COM 式智能体的交通控制系统模型 李斌徐丽群 化 中，只能

9、分级管理。2)交通 系统经 常处于变化之 中，例 如道路 施 工封锁、道路交通事故、新建立 交枢纽 等都会使 交 通 网络 发生 变化。3)信息 的交互 量特别巨大。交通 网络涉及道 路、车流、信号控制等方面，情况复杂，并在动态变 化，对其进行控 制将产生大量 的信息。因此，交通 控制需 一种 适合解 决其 特殊 问题 的智 能体。D C 0M(d i s t r i b u t e d c o mp o n e n t o b i e c t mo d e 1)式 多智 能 体 系统 以其 可定 制、可重 用、可 分布、可替换 的特点，能有效地提高交通控制的稳 定性、可扩 展性，并大 大减

10、少网络间 的通信量。本 文 将交通 控制 简化 为信 号控制 和诱 导两部分，阐 述 了如何将 DC OM 式智能体应用 到交通控 制中。1 多智能体交通控制系统 交通控 制 的功能 和 内容 很 多，本 文只选 取其 中最重要的信号控制和诱导两部分。信号控制指 的是 交通 网络上 各 交叉 路 口的 红绿 灯 的时 延控 制，诱导则包括道路信息发布、替换路径信息发 布。因此，以交叉 路 口为智能体来建立模 型是合适 的。交叉路 口智 能体实时记录相连 的各条道路 的 流量、速度 等信息，凭 借 自身拥有 的知识随实际情 况 的变 化作 出对 信号 时延的 调整，以达 到要求 的 目标。同时，

11、交叉 口智能体也可 以与其他智能体协 作，接受 实时信息的查询、反映道路 的堵塞。每个 交 叉 口智能体 服从 控制 中心 的领导，由控 制 中心 来 进行 维持整 个交 通 网络服务 水平 的系统协 调、替换 路径选择，以及诱导控 制。其系统结构 如图 1 所示。控制中心 图 l 多智 能体 交通 控制 系统 结构 图 控制中心所设 定的智能体 目标是根据人 的需 要，考虑 到其他 因素的限制，在维护整个交通 网络 服务水平 的基础上，设 定各条道路 的服务水平。协 调智 能体 负责 与各智 能体 间的相互 通信。为了使通信能够有效地进行，协调智能体除理解 智 能体 之 间的通信语 言 外，

12、还必须对语 言 给予解 释，因此，协调智能体还必须维护一个本体，用来 理解发送 和接收的信息。考虑 到交通控 制 中信息 的交互量 是非 常巨大 的，协 调智能 体 中应 建立 一 个黑板(多智能体 系统的公 用数 据库)，用来传 递 大量的数据、进行计算 等。整个 多 智能 体 交通 控 制 系统 采 用 分 布式 布 置，各交叉 口智能体可依托交叉 口检测设备或信 号控制设备，控 制中心应能进行人机交互。2 智能体组件 在多智能体交通控制 系统 中(如 图 1所示)可 以看到，其中的智 能体非常相似，特别是交叉 口智 能体 1、交叉 口智 能体 2 ，对外 的反应、推理 等 都一致，基本上

13、只有知识库是不相 同的。因此，在 这 里将组件技 术和智 能体 技术结 合起来，以智能 体组件来实现 系统 是最恰 当的。要 给组 件 下一 个 确切 的通 用 定 义 是 很 困难 的，但从组 件 的属 性(开发 和应 用不依 赖环 境、对 自身提供的 服务有 显式 的接 口、对需 要外 界提 供 的服务也有显 式 的接 口、通过修 改属 性 和接 口可 以实现定制)可 以看 出，组 件与智能体 的最 大 区别 就 是，组件 侧重 的是在 不 同的应 用 中能够 定制 化 和重用，而智能体侧重的是协作，能够将复 杂任务 分解 为简单任务共 同协作 完成。这样，实现 智能体 组件就有两种方法：

14、智能体 的组件化，将智能 体程序按照组件的规范和要求来实现；将组件 智 能化，使组件提供 的服务是“智能”的。这样，智 能体 组件就拥 有组 件 和智能 体两 者 之所 长 1，如 图 2所示。厂厂 可重用 结 合 自主、协调 处理复杂任 务 I 塑丝 I r 图 2智 能体 组件 的 长处 D C OM 式 的智能体是 利用微 软 C OM 技术使 智能体组件化 的结果。微软 的组件对象模 型COM 是实现组 件 的一种 重要 工具，它 可 以动态链 接库(d l 1)或 可 执行 文件(e x e)的形 式发 布，也 可 以给 其他应用提供面 向对象 的AP I 或服务。D COM 则 是

15、 指分 布式 的组件，他 将 C OM 组件 发 布 到远程 机器上，从 而实现 远程控制和并行计算。D C OM 式 智 能体并 不需要 专 门 的 网络通 信 代码，通过对接 口和连 接点的调用，智能体 之间就 可 以实现通信 ，如图 3所示。维普资讯 http:/ 1 6 交通与计算机 2 0 0 5年第 2期 第2 3卷(总第1 2 3期)协 作 智 能 体 L+垂圃 叫4 _ 卜 调 用 接 口 一 2-调用连接点 一_-r 面 图 3 智 能体 间 的调用 机制 除协作智 能体 外，其他智能体都 以 D C OM 组 件形 式实现。协作 智能体，作 为智能体 中枢，将其 他智 能体

16、发 布到合适 的远程机器上，这样，由协作 智能体发起 的通信通过调用相应智 能体 的相应 接 口来实现，由其他智能体发起的通信通过调用其 他智能体 与协作智能体之间的连接点来实现，其他 智能体之 间的通信和调用 由协作智能体集 中实现。D C0M 式 智 能体 的定 制化 是 通过 修改 属性 值 和接 口实现的。定制通 常包括 知识库的定制和 计算进程 的定制。知识库 是每 一个智 能体 的基 础，它的实现 有 很 多种，包括数 据库、语 义网络对 象、谓词逻辑、产 生式规则 等，在组 件 中，可以通过 定义相应 的属 性 值，方便地完 成对知识库 的获取、更新和删除。以 新 的 道路 服

17、务 水 平 目标 设 定 为 例，通 过 对 属 性 r o a d l g o a l赋 值：C r o s s Ag e n t 1 r o a d l g o a l 一 0 7，就 将交叉 口智能体 1的知识库 中关 于道路 1的服 务水平 目标更新 为 0 7。处 理事 务进程 的定 制化是通过 改变 C OM 组 件 的接 口来实现 的。如在初 始化 所有 的D COM 式 智 能 体后，协 作 智 能 体 可 以 调 用 相应 智 能 体 的 Ac t i v a t e接 口激活所 有 智能 体，使 整个 系统 开始 运 行，交叉 口智能 体按 照知识 库 的 目标和规 则进

18、行 信号控 制，诱 导 系统 为堵塞 道路 队列 中的道路 不断寻找替换路径并发布，直到堵塞队列为空。若 要查询实时道路信息，可以调用交叉 口智能体的 i n f o r ma t i o n接 口。总之，通过增加 或减少COM 的 接 口，就 可使智 能体实现不 同的事务处理 功能。3 系统的实现 实现 智 能 体 组件 系统最 终 要 完成 软 件 的开 发，要用 到基本 的软件工程 的实践 经验。智能体组 件系统的实现可分为 4步骤：需求分析；智 能体的识别和建模；定制智能体组件；构建 智能体 组件问 的交互通道。智能体组件之问的通信可以通过协作智能体 调 用接 口、其 他智能体调用连

19、接点来实现，但智能 体之 间的交 互消 息种类 繁 多，对各 消息 又有各 自 的理解，要保证 消息得 到正确的理解，从而执行合 适的操作、实现协作，这需要一种集 中的通信机 制。由协作智能体 负责 消息的解释，并调用相应 的 其他智能体 的接 口进行处理。例 如 由诱导智能体 发起 的查询道路流量 的请求：(a s k o n e ：s e n d e r N a v i g a t e Ag e n t ：c o n t e n t(f l ow o f r o a d1)：r e c e i v e r Cr o s s Ag e n t 1 ：l a n g u a g e En g

20、l i s h ：o n t ol o g y KQM L a g e n t)通过 调用连接点 将此消息传送到协作智 能体 后，通 过解 析，协作 智 能体 将 调 用 C r o s s Ag e n t 1 i n f o r ma t i o n(r o a d 1)予 以 回应。在本 系统中，KQML消息结构 定义如下L 4 。t y p e d e f s t r u c t KQML c h a r*a c t i o n；包括a s k，t e l l 等的述行语 c h a r*s e n d e r：c h a r*r e c e i v e r；c h a r*l a n

21、 g u a g e；c h a r*o n t o l o g y；c h a r*r e p l y wi t h；c h a r*c o n t e n t；)为 了理解 KQMI 语 言传 递消息的语义，需要 对所有 的概念进行描述，这就是本体。本体是智能 体用来理解消息语义的。它描述了通信中使用的 所有概念，图 4为本 系统本体 的一个示例 5 。图 4 本体 的 一个 不例 在 整个交通 控制 多智能 体系统 运行后，所 有 的通信流都必须通过协作智 能体 进行。下面 以 目 标设定 智能体 与交叉 口智 能体、诱导 智能体 与 交 叉 口智 能体、交叉 口智 能体 与诱 导智 能

22、体 为例说 明系统 的通信过程，信息流如图 5所示。图5中，第1个是 目标设定 智能体要求所有 交 叉 口智 能体 更新 目标；第 2个 是诱 导智 能体 查 询 道路 的实时 流量；第 3个 是交叉 口智 能体 发起 解 决道路堵塞请求。维普资讯 http:/ 基于D C OM 式智能体的交通控制系统模型 李斌徐丽群 交 叉口 智 能 体 协 作智 能 体i 目 标设 定 智 能 体 诱 导 智 能 体 圈 图 5 智能体通信的信息流示例 4 结论 和展望 通过 DC OM 技术实现 的智 能体，是 利用现有 的成熟 商业 开发软件实 现多智能体系统的一种 方 法。这种方法 的独特之处在于将

23、定制化、可重用的 特性 引入 到智能体 当中。利用这种 方法开发交 通 控制 系统 的实践证 明：1)采用 DC 0M 技 术 可 以大 大 缩 短 开 发 周 期，相 比其他 方法，DC OM 式 智 能体 开发 在 网络 通 信实现、知识 库 架构建 立等方 面节 约 了很 多时 间；2)基于 DC OM 式智 能体 的交 通控制 系统 容 错 度很高，除协作 智能体外，远程分布的任何一个 智能 体发生 问题，甚至停止运行，都不会引起整个 系统 的崩溃；3)基于 DC OM 式智 能体 的交通控 制系统 具 有 很强的伸缩性，当交通 网络发生 改变时，通过增 减在“协作智能 体”注册 的“

24、交叉 口智 能体”就能方 便地 随交通 网络变化而 改变系统；4)基于 DC OM 式智 能体 的交 通控制 系统 可 以很 方 便 地 与外 界 交互，由于 协 作 智 能 体 支 持 KQML语 言，并 维护 了一个本 体，所 以便 于与 其 他类 型的智能体 系统进行 交互；5)基 于 DC OM 式智 能体的交 通控制 系统 能 大大减少网络间的通信量，通过分离消息的传递 和数据 的传 递，数据 传递 由专 门的公用数据库进 行，系统的速度和效率得到 明显 提高。随着 C OM 技 术 的不断发 展，与 J a v a技 术 的 不 断融 合，基 于 COM 的智能 体将 逐渐 成 为

25、实 用 多智能 体系统开 发的主流。而随着 MAS的发展，面 向代 理 的 软 件 逐 步 得 到 应 用。在 此 背 景 下，D C O M 式多智能体系统开发平台极可能应运而 生，到 时候，开发MAS系统将像现在用MF C和框 架 开发 Wi n d o ws程序一样 简单，选取合适 的智能 体类 型定制化，对各 Ag e n t进行 网络布局，就可 以 完成一个 MAS系统。在 开发 越来越便 利 的同 时，随着新技 术 和新 设备的应用，基 于 D C OM 式智能 体的交通控 制系 统通过增 加不 同的智能 体，其功 能也会 越来 越完 善，例如事故 管理、电子 收费、向其他应 用提

26、供 实 时数据 的服务 平 台、交通 预测、数据 分析 等，前 景 十分广阔。参考文献 1 Ri c h a r d Kr ut i s c h，P h i l i p p M e i e r，Ma r t i n W i r s i n g Th e Ag e n t c o mp o n e n t a p p r oa c h Co mb i n g a g e n t s，a n d c o mp o n e n t s M S c hi l l o e t a 1 (Ed s)：M ATES 2 O O 3，L N AI 2 8 3 1 2 O O 3 1 1 2 2 D a l e

27、 Ro g e r s o n C OM 技术 内幕 微软组件对象模 型北京：清华大 学 出版社，1 9 9 9 1 9；2 O 3 2 2 9 3 范玉顺 曹军威多代理 系统 理论、方法与应 用北 京：清华大学 出版社，施普林格出版社 2 0 0 2 4 2 5 4 4 Wu Xi a o j u n Z h o u Xi n g s h e，S u n J i n h u a e t a 1 Th e r e s e a r c h a n d d e s i g n e o f a KQML s p e a k i n g a n d c o br a b a s e d i n t e

28、 l l i g e n t mul t i a g e n t s y s t e m Pr o c e e d i n g o f t h e s e c o n d i n t e r n a t i o n a l c o nf e r e n c e o n ma c h i n e l e a r n i n g a n d c y b e r n e t i c s Xi a n 2 0 0 3 2 3 7 6 2 3 79 5 Ed wa r d Na wa r e c k i，Gr a g o r z Do b r o wo l s k i S t a n i s l a w Ci s z e wa s ki，e t c On t ol o g y o f c o o p r a t i n g a g e n t s b y me a n s o f kn owl e d g e c o mp o n e n t s 2 0 0 3 1 8 O 1 9 O 维普资讯 http:/