Shahar ichidagi signal boshqariladigan chorrahalar transport tizimining eng muhim tugun nuqtalaridan biridir. Avtomobillar chorrahaga turli yo‘nalishlardan keladi, chapga buriladi, to‘g‘ri ketadi, o‘ngga buriladi va bu harakatlarning barchasi svetoforlar bilan tartibga solinadi. An’anaviy signal boshqaruv tizimlari to‘qnashuvchi oqimlarni ajratib, xavfsizlikni ta’minlashga harakat qiladi; biroq avtomobillar sonining ortishi, talabning o‘zgaruvchanligi, tig‘iz soatlardagi navbatlar, kutish vaqti, yoqilg‘i sarfi, CO2 emissiyasi va avariya xavfi bu tizimlarni tobora qiyinlashtirmoqda.

Tadqiqot bu muammoni uch yo‘nalishda ko‘rib chiqadi. Birinchisi, tirbandlik muammosi. Avtomobillar qizil chiroqda kutgani sari navbat hosil bo‘ladi, chorraha sig‘imi kamayadi va safar vaqti uzayadi. Ikkinchisi, ekologik ta’sirdir. To‘xtab-qo‘zg‘alish harakatlari va keraksiz kutish avtomobil boshiga emissiyani oshiradi. Uchinchisi, xavfsizlikdir. Ayniqsa chorrahaga yaqinlashganda keskin to‘xtash, yaqin masofadan kuzatish va inson haydovchi xatolari “avariya yuz berishiga qadar vaqt”ni qisqartirib, to‘qnashuv xavfini oshirishi mumkin.

Ushbu ishning yangilik tomoni signal boshqaruvini faqat alohida avtomobillarga emas, balki avtomobil konvoylari, ya’ni platoon tuzilmalari orqali ko‘rib chiqishidir. Avtomatlashtirilgan va ulangan avtomobillar V2V aloqasi orqali bir-biridan ancha tartibli masofalarda harakatlana oladi. Ammo svetofor bu konvoyni bo‘lib yuborsa, oldingi avtomobillar o‘tib ketganda orqadagilar qizilda qolishi mumkin. Bu holat nafaqat konvoy yaxlitligini buzadi; balki orqada kutish, qayta tezlanish, qo‘shimcha emissiya va yangi navbat hosil bo‘lishiga ham olib keladi. Shuning uchun tadqiqot quyidagi savolga javob izlaydi: svetofor boshqaruvchisi bir vaqtning o‘zida kutish vaqtini, CO2 emissiyasini va avtomatlashtirilgan transport konvoylarining uzilishini kamaytira oladimi?

Bu muammo nega muhim?

Aqlli transport tizimlaridagi eng katta qiyinchiliklardan biri turli maqsadlarning bir-biriga bog‘liqligidir. Agar bir svetofor boshqaruvchisi faqat kutish vaqtini kamaytirishga urinadigan bo‘lsa, ayrim yo‘nalishlarga uzoqroq yashil berib, qisqa muddatda yaxshi natija olishi mumkin. Biroq bunday yondashuv boshqa yo‘nalishlardan kelayotgan avtomobil konvoylarini bo‘lib yuborishi, emissiyani oshirishi yoki xavfsizlik nuqtayi nazaridan noqulay to‘xtab-qo‘zg‘alish to‘lqinlarini yaratishi mumkin. Faqat emissiyani kamaytirish ham yetarli emas; chunki chorrahada uzun navbatlar hosil bo‘lsa, tizim amalda muvaffaqiyatsiz bo‘ladi. Faqat konvoyni saqlab qolish ham yetarli emas; chunki boshqa yo‘nalishlarda adolatsiz kutish va tirbandlik paydo bo‘lishi mumkin.

Shu sababli ish chorraha boshqaruvini ko‘p maqsadli masala sifatida quradi. MOPADRL modeli uchta maqsadni bir vaqtda inobatga oladi:

• Transport samaradorligi: kutish vaqti hamda navbatlarni kamaytirish,
• Atrof-muhit ta’siri: CO2 emissiyasini pasaytirish,
• Konvoy yaxlitligi: qizil chiroq sabab konvoyning bo‘linishini jazolash.

Bu yondashuv kelajakda ulangan va avtomatlashtirilgan transport vositalari keng tarqaladigan shaharlarda chorrahalar faqat qat’iy svetofor rejimlari bilan boshqarib bo‘lmasligini ko‘rsatadi. Chorraha kelayotgan avtomobillarning faqat sonini emas, balki ularning tuzilmasini, aloqa holatini, konvoy munosabatlarini va yaqinlashish masofalarini ham tushunishi kerak.

Adabiyotdagi bo‘shliq nima?

Tadqiqotda avvalgi ishlarning muhim kamchiligi ochiq ko‘rsatiladi. Chuqur mustahkamlovchi o‘rganishga asoslangan svetofor boshqaruvi bo‘yicha ko‘plab ishlar mavjud. Avtomatlashtirilgan transport konvoylari bo‘yicha ham keng adabiyot shakllangan. Ammo bu ikki yo‘nalishni birga ko‘rib chiqqan ishlar kam.

Mavjud ayrim tadqiqotlar svetofor boshqaruvida bitta maqsadli optimallashtirishdan foydalanadi; masalan, faqat kechikishni yoki faqat kutish vaqtini kamaytirishga e’tibor qaratadi. Ba’zi ishlar konvoylarni hisobga olsa ham, konvoy xulqini mikroskopik V2V/V2I aloqa orqali batafsil modellashtirish o‘rniga tayyor simulyatsiya qo‘shimchalariga yoki makroskopik taxminlarga tayanadi. Bundan tashqari, konvoy hajmining chorraha samaradorligiga tizimli ta’siri ko‘pchilik ishlarda batafsil o‘rganilmagan.

Ushbu ish bu bo‘shliqni uch asosiy hissa bilan to‘ldirishga urinadi:

• konvoyni sezuvchi, ko‘p maqsadli DDQN signal boshqaruvchisini ishlab chiqadi,
• V2V aloqasiga asoslangan mikroskopik konvoy kuzatish modelini quradi va uni vaqt sohasida xavfsizlik hamda string stability nuqtayi nazaridan tekshiradi,
• konvoy hajmini 3 dan 7 avtomobilgacha o‘zgartirib, muvozanatli va nomuvozanatli talab ssenariylarida eng maqbul platoon hajmini o‘rganadi.

MOPADRL arxitekturasi qanday ishlaydi?

Ishning tizim arxitekturasi uch qatlamdan iborat. Birinchi qatlam — konvoy boshqaruvi. Bu yerda konvoy yetakchisi CACC, ya’ni Cooperative Adaptive Cruise Control modeli bilan harakat qiladi. Konvoyni kuzatuvchi avtomobillar esa tadqiqotchilar taklif qilgan V2V asosidagi kuzatuvchi boshqaruv qonunidan foydalanib, yetakchidan kelgan tezlik, tezlanish va konvoy holati haqidagi ma’lumotlarga tayanadi.

Ikkinchi qatlam — MOPADRL signal boshqaruvchisi. Bu boshqaruvchi Double Deep Q-Network, ya’ni DDQN agentidir. Agent chorrahadagi transport holatini, faol signal fazasini va yaqinlashayotgan konvoy haqidagi ma’lumotni kuzatib, qaysi yashil faza berilishini hal qiladi.

Uchinchi qatlam — SUMO mikroskopik transport simulyatsiya muhiti. Avtomobil harakatlari, signal fazalari, V2X aloqa kanali, emissiya hisoblari va baholash mezonlari shu muhitda bajarilgan. Tadqiqotdagi tizim sxemasi konvoy boshqaruvi bilan signal boshqaruvchisi bir-biridan ajratilgan emas, balki bitta simulyatsiya sikli ichida o‘zaro aloqa qiluvchi komponentlar sifatida ishlashini ko‘rsatadi.

Nega V2V va V2I aloqa alohida muhim?

V2V aloqa konvoy ichidagi avtomobillarning bir-biriga nisbatan xavfsiz va tartibli harakatlanishini ta’minlaydi. Yetakchi avtomobilning tezligi, tezlanishi va konvoy holati kuzatuvchilarga uzatiladi. Shu tariqa kuzatuvchilar faqat oldidagi avtomobilni ko‘rib emas, balki konvoy yetakchisining holatini ham bilib harakat qiladi. Bu ayniqsa keskin to‘xtash va qayta tezlanish holatlarida konvoyning tebranishsiz harakatlanishi uchun muhim.

V2I aloqa esa konvoy bilan svetofor o‘rtasida o‘rnatiladi. Yaqinlashayotgan konvoy chorraha boshqaruvchisiga Platoon-Request, ya’ni konvoy uchun yashil so‘rovini yuborishi mumkin. Biroq ish bu so‘rovni shartsiz qabul qilmaydi. Yashil ustuvorlik faqat past to‘qnashuv sharoitida beriladi. Shu tariqa tizim bir konvoyni o‘tkazish uchun boshqa yo‘nalishlarda jiddiy navbat yoki to‘qnashuv xavfini kamaytirishga urinadi.

Bu ajratish juda muhim. Faqat V2V bo‘lsa, avtomobillar o‘zaro tartibli yuradi, ammo svetofor baribir ularni bo‘lib yuborishi mumkin. Faqat V2I bo‘lsa, svetofor konvoyga ustuvorlik berishi mumkin, ammo avtomobillarning mikroskopik kuzatish xulqi yetarlicha xavfsiz va barqaror bo‘lmasligi mumkin. MOPADRL bu ikki aloqa turini birgalikda ishlatib, ham konvoy ichidagi harakatni, ham chorraha darajasidagi signal qarorini muvofiqlashtiradi.

Inson haydovchili avtomobillar uchun ishlatilgan IDM modeli

Tadqiqotda inson haydovchili avtomobillar uchun Intelligent Driver Model, ya’ni IDM qo‘llangan. IDM avtomobilning tezlanishini ham maqsad tezlikka yaqinlashishiga, ham oldingi avtomobil bilan masofasiga qarab hisoblaydigan uzluksiz vaqtli kuzatish modelidir. Tadqiqotda berilgan asosiy IDM tezlanish formulasi quyidagicha:

\[ a=a_0\left[1-\left(\frac{v}{v_0}\right)^\delta-\left(\frac{s^*(v,\Delta v)}{s}\right)^2\right] \]

Bu yerda a avtomobil tezlanishini, a0 maksimal tezlanishni, v joriy tezlikni, v0 istalgan tezlikni, δ tezlanish darajasini, s oldingi avtomobil bilan haqiqiy masofani va s*(v, Δv) istalgan dinamik kuzatish masofasini bildiradi.

Istalgan dinamik masofa quyidagicha berilgan:

\[ s^*(v,\Delta v)=s_0+\max\left[0, vT+\frac{v\Delta v}{2\sqrt{a_0b}}\right] \]

Bu yerda s0 to‘xtash masofasini, T istalgan vaqt oralig‘ini, Δv nisbiy tezlikni va b qulay sekinlashishni ifodalaydi. Ushbu formulalarning kundalik ma’nosi shuki: avtomobil tezlashgani sari yoki oldidagi avtomobilga nisbatan yaqinlashish tezligi oshgani sari xavfsiz masofa kattalashadi. Inson haydovchili ssenariylarda avtomobil xulqi shu model bilan ifodalangan.

Avtomatlashtirilgan avtomobil yetakchisi uchun CACC modeli

Konvoy yetakchilari Cooperative Adaptive Cruise Control, ya’ni CACC modeli bilan boshqarilgan. Bu modelda avtomobil tezlikni boshqarish, masofani tartibga solish, masofani yopish va to‘qnashuvdan qochish kabi turli rejimlarda harakat qiladi. Tezlik boshqaruvi rejimida tezlanish buyrug‘i quyidagicha berilgan:

\[ a_{i,k+1}=k_4(v_d-v_{i,k}) \]

Bu yerda a_i,k+1 i-avtomobilning keyingi vaqt bosqichidagi tezlanishini, vd istalgan tezlikni, vi,k joriy tezlikni va k4 boshqaruv kuchaytirgichini bildiradi. Agar avtomobil maqsad tezlikdan past bo‘lsa ijobiy tezlanish, yuqori bo‘lsa manfiy tezlanish hosil qiladi.

Masofa tartibga solish rejimida tezlik yangilanishi quyidagicha ifodalangan:

\[ v_{i,k+1}=v_{i,k}+k_5e_{i,k}+k_6\dot{e}_{i,k} \]

Bu yerda e_i,k masofa xatosini, ė_i,k bu xatoning o‘zgarish tezligini, k5 va k6 esa boshqaruv kuchaytirgichlarini ko‘rsatadi. Xato hosilasi quyidagicha ta’riflangan:

\[ \dot{e}_{i,k}=v_{i-1,k}-v_{i,k}-t_da_{i,k} \]

Bu ifoda kuzatuvchi avtomobilning oldingi avtomobilga nisbatan tezlik farqi va o‘z tezlanish holatini inobatga oladi. Maqsad — avtomobillar konvoy holatida xavfsiz masofani saqlagan holda harakatlanishini ta’minlashdir.

V2V asosidagi kuzatuvchi boshqaruvi va ikki qatlamli masofa siyosati

Ishning o‘ziga xos hissalaridan biri konvoy kuzatuvchilari uchun taklif qilingan V2V asosidagi boshqaruv tuzilmasidir. Konvoy quyidagicha aniqlanadi:

\[ \mathcal{P}_k=\{v_{k,0},v_{k,1},...,v_{k,N_k}\} \]

Bu yerda v_k,0 konvoy yetakchisini, v_k,i i-raqamli kuzatuvchini, N_k esa konvoydagi kuzatuvchilar sonini bildiradi. Kuzatuvchi avtomobilning bo‘ylama holati quyidagicha beriladi:

\[ \mathbf{x}_{k,i}(t)=(p_{k,i}(t),v_{k,i}(t)) \]

Bu yerda p bamper o‘rnini, v tezlikni ifodalaydi. Ikki avtomobil orasidagi bamperdan bampergacha masofa esa quyidagicha:

\[ g_{k,i}(t)=p_{k,i-1}(t)-p_{k,i}(t)-L_{k,i-1} \]

Bu yerda g_k,i kuzatuvchi bilan uning oldidagi avtomobil orasidagi masofani, L_k,i-1 esa oldingi avtomobil uzunligini ko‘rsatadi. Tadqiqotda avtomobil uzunligi 5 m deb olingan.

Yetakchi avtomobil har bir simulyatsiya bosqichida kuzatuvchilarga quyidagi uchlik ma’lumotni uzatadi:

\[ \mathcal{B}(t)=(v_0(t),a_0(t),\sigma_{\mathcal{P}}(t)) \]

Bu yerda v0 yetakchi tezligi, a0 yetakchi tezlanishi, σP esa konvoy holat bayrog‘idir. Bu bayroq konvoy tugallanganini, qizilda to‘xtaganini yoki buzilgan holatda ekanini bildiradi.

Ishning muhim muhandislik tafsiloti — yetakchi bilan birinchi kuzatuvchi orasida bitta vaqt bosqichi, ya’ni 0,1 soniyalik aloqa kechikishi qabul qilinganidir. Ichki kuzatuvchilar uchun bu samarali kechikish nol deb olingan. Shu sababli masofa siyosati ikki qatlamli qilib tuzilgan:

\[ g_i^*= \begin{cases} g_{LF}^*=4.0\,m, & i=1\\ g_{II}^*=2.0\,m, & i\geq 2 \end{cases} \]

Bu yerda gLF* yetakchi bilan birinchi kuzatuvchi orasidagi maqsad masofani, gII* esa ichki kuzatuvchilar orasidagi maqsad masofani bildiradi. Birinchi kuzatuvchi uchun 4 m, ichki kuzatuvchilar uchun 2 m maqsad qilingan. Buning sababi — yetakchi ma’lumoti birinchi kuzatuvchiga 0,1 soniya kechikib yetib borishidadir. Ichki kuzatuvchilar bir xil yetakchi xabaridan bir vaqtning o‘zida foydalangani uchun qisqaroq masofa yetarli deb topilgan.

4 m / 2 m masofa dizayni qanday asoslangan?

Tadqiqotda ikki qatlamli masofa siyosati faqat sezgi asosida tanlanmagan, balki analitik ravishda keltirib chiqarilgan. Eng yomon holat ssenariysida yetakchi avtomobil 13,89 m/s tezlikdan favqulodda tormoz qiladi. Birinchi kuzatuvchi yetakchining buyrug‘ini 0,1 soniya kech olgani uchun shu vaqt davomida eski tezlik bilan harakatni davom ettiradi. Bu yaqinlashish masofasi quyidagicha hisoblanadi:

\[ \Delta_{close}=v^\circ\tau=13.89\times0.1=1.389\,m \]

Bu yerda Δclose yaqinlashish masofasini, v° harakat tezligini va τ aloqa kechikishini bildiradi. Xavfsizlik zaxirasi 2 m deb olingan. Shunda yetakchi bilan birinchi kuzatuvchi orasidagi maqsad masofa quyidagi tengsizlikni bajarishi kerak:

\[ g_{LF}^*-\Delta_{close}\geq g_{min} \]

Bu esa quyidagini anglatadi:

\[ g_{LF}^*\geq g_{min}+v^\circ\tau=3.389\,m \]

Tadqiqotda 4 m tanlanib, 0,611 m qo‘shimcha xavfsizlik zaxirasi qoldirilgan. Ushbu dizayn mikroskopik trajektoriya tahlilida tasdiqlangan. Kuzatilgan qizil fazadagi minimal yetakchi-birinchi kuzatuvchi masofasi 2,61 m bo‘lgan, analitik taxmin esa 2,611 m ni ko‘rsatgan. Bu juda yaqin moslik masofa dizayni simulyatsiyada kutilganidek ishlaganini ko‘rsatadi.

Signal boshqaruvi muammosi qanday MDP sifatida qurilgan?

Tadqiqotda svetofor boshqaruvi Markov Decision Process, ya’ni MDP sifatida modellashtirilgan. Asosiy tuzilma quyidagicha ifodalanadi:

\[ \mathcal{M}=(\mathcal{S},\mathcal{A},\mathcal{T},r,\gamma) \]

Bu yerda S holatlar fazosini, A harakatlar fazosini, T o‘tish yadrosini, r mukofot funksiyasini va γ diskont koeffitsientini bildiradi. Svetofor boshqaruvchisi har bir qaror lahzasida joriy holatni kuzatadi, bitta yashil fazani tanlaydi va buning natijasida navbat, kutish, emissiya va konvoy yaxlitligi bo‘yicha mukofot oladi.

Agentning maqsadi kutilayotgan diskontlangan umumiy mukofotni maksimal qiladigan siyosatni o‘rganishdir:

\[ J(\pi)=\mathbb{E}_{\pi}\left[\sum_{k=0}^{\infty}\gamma^kr_{k+1}\right] \]

Bu yerda π boshqaruv siyosatini, J(π) esa ushbu siyosatning kutilayotgan umumiy samaradorligini bildiradi. Kundalik tilda aytganda, agent faqat hozirgi chiroq qarorini emas, balki bu qarorning kelajakdagi navbatlar va konvoylarga ta’sirini ham o‘rganishga urinadi.

DDQN nega tanlangan?

Tadqiqotda signal boshqaruv agenti sifatida Double Deep Q-Network, ya’ni DDQN ishlatilgan. DDQN klassik DQNning ayrim holatlarda harakat qiymatlarini ortiqcha baholash muammosini kamaytirish uchun harakat tanlash va harakat baholashni ajratadi. Tadqiqotda onlayn tarmoq va maqsadli tarmoqdan iborat ikkita neyron tarmoq qo‘llangan.

Vaqt farqi maqsadi quyidagicha berilgan:

\[ y_k=r_{k+1}+\gamma(1-d_{k+1})Q_{\theta^-}\left(s_{k+1},\arg\max_{a'}Q_\theta(s_{k+1},a')\right) \]

Bu yerda yk o‘rganish maqsadini, rk+1 mukofotni, γ kelajak mukofotlar og‘irligini, d terminal holat bayrog‘ini, Qθ onlayn tarmoqni va Qθ− maqsadli tarmoqni ifodalaydi.

Yo‘qotish funksiyasi esa Bellman o‘rtacha kvadratik xatosidir:

\[ \mathcal{L}(\theta)=\mathbb{E}\left[\left(Q_\theta(s_k,a_k)-y_k\right)^2\right] \]

Bu formulani shunday tushunish mumkin: neyron tarmoq tanlangan harakat qiymatini bashorat qiladi; keyin bu bashorat mukofot va kelajakdagi kutilgan qiymat asosida qurilgan maqsadga yaqinlashtiriladi. Svetofor boshqaruvida bu “bu fazani tanlash uzoq muddatda navbat, kutish, emissiya va konvoy yaxlitligi nuqtayi nazaridan yaxshimi?” degan savolni o‘rganishdir.

MOPADRL holat vektori: boshqaruvchi nimani ko‘radi?

MOPADRLning holat vektori 20 o‘lchamli bo‘lib, uch blokdan iborat:

\[ s_k=[\mathbf{p}_k\|\boldsymbol{\phi}_k\|\boldsymbol{\psi}_k]\in[0,1]^{20} \]

Bu yerda p_k yo‘l bo‘lagi bosimi blokini, φ_k faol faza ma’lumotini, ψ_k esa konvoyni aniqlash blokini ifodalaydi. Yo‘l bo‘lagi bosimi 12 ta yaqinlashuv bo‘lagidagi jami va to‘xtab turgan avtomobillar sonini o‘z ichiga oladi. Faol faza bloki joriy yashil faza qaysi faza ekanini ko‘rsatadi. Konvoy sensori bloki esa har bir faza uchun, o‘sha faza xizmat qiladigan bo‘laklarda to‘xtash chizig‘iga 50 m ichida konvoy avtomobili bor-yo‘qligini bildiradi.

Yo‘l bo‘lagi bosimi xususiyati quyidagicha ta’riflangan:

\[ p_l(k)=\min\left\{1,\frac{2n_l^{stop}(k)+n_l(k)}{100}\right\} \]

Bu yerda nl tegishli bo‘lakdagi jami avtomobillar sonini, nstop_l esa to‘xtab turgan avtomobillar sonini bildiradi. Ko‘rinib turibdiki, to‘xtab turgan avtomobillar ikki baravar og‘irlik bilan hisobga olinadi. Chunki to‘xtab turgan avtomobillar nafaqat joriy zichlikni, balki kechikish to‘planishini ham ko‘rsatadi.

Konvoy sensori quyidagicha ishlaydi: agar faol konvoydagi istalgan avtomobil ma’lum faza xizmat qiladigan bo‘lakda to‘xtash chizig‘idan 50 m yoki undan yaqin bo‘lsa, shu faza uchun konvoy mavjudligi 1 deb kodlanadi. Bu kichik tuyuladigan qo‘shimcha ma’lumot agentni platoon-blind, ya’ni konvoyga ko‘r bo‘lmagan holatdan chiqaradi.

Ko‘p maqsadli mukofot funksiyasi: kutish, emissiya va konvoy uzilishi

MOPADRLning eng muhim qismlaridan biri mukofot funksiyasidir. Mukofot faqat kutish vaqtiga qarab emas, balki kutish vaqti, CO2 emissiyasi va konvoy uzilishi birgalikda hisobga olinib belgilanadi.

Avval har bir qaror davrida kutish vaqti va emissiya farqlari hisoblanadi:

\[ \Delta W_k=W(k-1)-W(k) \]

\[ \Delta E_k=E(k-1)-E(k) \]

Bu yerda ΔW kutish vaqtidagi yaxshilanishni, ΔE emissiya kamayishini ifodalaydi. Agar bu qiymatlar musbat bo‘lsa, tizim oldingi davrga nisbatan yaxshilangan bo‘ladi.

Yakuniy mukofot funksiyasi quyidagicha:

\[ r_{k+1}=\Pi_{[-1,1]}\left(w_W\widetilde{\Delta W}_k+w_E\widetilde{\Delta E}_k-\lambda_PN_k^{brk}\right) \]

Bu yerda wW = 0,67 kutish vaqti og‘irligini, wE = 0,33 emissiya og‘irligini, λP = 1,0 konvoy uzilishi jazosi og‘irligini, Nbrk esa o‘sha davrda konvoyidan uzilgan kuzatuvchi avtomobillar sonini bildiradi. Π[-1,1] amali mukofotni -1 va 1 oralig‘iga qisqartiradi.

Bu formula ishning asosiy g‘oyasini juda yaxshi ko‘rsatadi. Agent kutish vaqtini kamaytirsa mukofot oladi. Emissiyani kamaytirsa ham mukofot oladi. Ammo qizil chiroq sabab konvoyni bo‘lib yuborsa, jazolanadi. Shunday qilib tizim “chorrahani tez bo‘shatay, lekin konvoylarni bo‘lib yuboray” kabi qisqa muddatli, ammo uzoq muddatda yomon bo‘lgan siyosatlardan uzoqlashtiriladi.

V2I Platoon-Request mexanizmi qanday cheklangan?

MOPADRLda yaqinlashayotgan konvoylar svetoforga yashil faza so‘rovi yuborishi mumkin. Biroq bu so‘rov tasodifiy yoki shartsiz qabul qilinmaydi. Tadqiqotda uch shart belgilanadi:

• Konvoy yetakchisi to‘xtash chizig‘iga 10–50 m oralig‘ida yaqinlashgan bo‘lishi yoki 10 m dan ham yaqin bo‘lib, to‘xtagan bo‘lishi kerak.
• To‘qnashuvchi yo‘nalishda 150 m ichida boshqa konvoy bo‘lmasligi kerak.
• Konvoy xizmat qilinmayotgan to‘qnashuvchi bo‘laklarda to‘xtab turgan avtomobillar bo‘lmasligi kerak.

Bu shartlarning maqsadi yashil ustuvorlikni faqat past to‘qnashuv holatlarida berishdir. Shu tariqa bir konvoyni o‘tkazish uchun boshqa yo‘nalishlarni adolatsiz va xavfli tarzda siqib chiqaradigan boshqaruv yuzaga kelmaydi. Bu dizayn V2I ustuvorligini amalda qo‘llash mumkin bo‘lgan va muvozanatli qiladi.

Tajriba muhiti: SUMO mikrosimulyatsiyasi

Tadqiqotdagi barcha tajribalar SUMO, ya’ni Simulation of Urban MObility muhitida o‘tkazilgan. Sinov tarmog‘i to‘rt yo‘nalishli alohida signal boshqariladigan chorrahadan iborat. Har bir yaqinlashuvda uchta kirish bo‘lagi va ikkita chiqish bo‘lagi mavjud. Yo‘l bo‘lagi joylashuvi bitta chapga burilish bo‘lagi, faqat to‘g‘ri harakat bo‘lagi va to‘g‘ri+o‘ng bo‘lagi tarzida tashkil qilingan. Tezlik cheklovi 50 km/soat, ya’ni taxminan 13,89 m/s deb olingan. Kuzatuvchi avtomobillarga esa faqat masofani yopish kerak bo‘lganda 60 km/soat, ya’ni taxminan 16,67 m/s tezlik tepasiga ruxsat beriladi.

Avtomobil kelishlari 0–3600 soniyalik bo‘lakda Weibull taqsimoti bilan yaratilgan. Bu taqsimot tig‘iz soat transportiga o‘xshash kelish profilini hosil qiladi: boshida asta-sekin ortish, o‘rtalarda zich cho‘qqi, oxirida pasayish. Tadqiqotda 1000 avtomobil/soat va 2000 avtomobil/soat talab darajalari, muvozanatli va nomuvozanatli yo‘l taqsimotlari hamda 3–7 avtomobil orasidagi konvoy o‘lchamlari sinovdan o‘tkazilgan.

Baholash 100 ta moslashtirilgan tasodifiy urug‘ orqali amalga oshirilgan. Bu birgina tasodifiy simulyatsiya natijasiga emas, balki o‘zgaruvchan transport kelishlarini yanada ishonchli taqqoslashga xizmat qiladi.

Taqqoslangan boshqaruvchilar

Tadqiqot beshta signal boshqaruvchisini taqqoslagan:

• Fixed-Time: transport holatini inobatga olmaydigan qat’iy vaqtli svetofor rejimi.
• Actuated: kelayotgan avtomobillarga qarab yashilni uzaytira oladigan klassik sensorli boshqaruv.
• MO-DDQN: ko‘p maqsadli, biroq konvoyni hisobga olmaydigan DDQN asosidagi o‘rganuvchi boshqaruvchi.
• MOPADRL-WV2I: konvoyni sezuvchi va konvoy uzilishi jazosi bor, ammo V2I yashil so‘rov mexanizmisiz model.
• MOPADRL: konvoyni sezuvchi, konvoy uzilishi jazosi va shartli V2I Platoon-Request mexanizmini birga ishlatadigan taklif etilgan model.

Bu taqqoslash tartibi muhim; chunki u faqat MOPADRL yaxshi ishlaydimi yoki yo‘qmi degan savolni emas, balki qaysi komponent nima hissa qo‘shishini ham ajratishga urinadi. Masalan, MOPADRL-WV2I bilan MOPADRL o‘rtasidagi farq V2I ustuvorlik mexanizmining hissasini ko‘rsatadi. MO-DDQN bilan MOPADRL orasidagi farq esa konvoyni sezish, uzilish jazosi va V2I tuzilmasining birgalikdagi ta’sirini namoyon qiladi.

Baholash mezonlari

Tadqiqot samaradorlikni oltita asosiy mezon bilan o‘lchagan:

• o‘rtacha navbat uzunligi,
• tarmoq ichidagi o‘rtacha avtomobillar soni,
• avtomobil boshiga o‘rtacha kutish vaqti,
• avtomobil boshiga o‘rtacha safar vaqti,
• avtomobil boshiga o‘rtacha CO2 emissiyasi,
• uzilgan konvoylar soni.

Bundan tashqari, xavfsizlik uchun “to‘qnashuvgacha vaqt” (Time-to-Collision) asosidagi to‘qnashuvlar soni ishlatilgan. Bu ko‘rsatkich avtomobillar hozirgi tezlik bilan davom etsa, to‘qnashuvgacha qancha vaqt qolishini hisoblaydi. Avtomatlashtirilgan avtomobillar uchun 0,5 soniya, inson haydovchili avtomobil juftlari uchun 1,5 soniya chegara qo‘llangan.

1-faza: konvoy hajmi va boshqaruvchi taqqoslanishi

Dastlabki baholash bosqichida 1000 avtomobil/soat talab ostida 3, 4, 5, 6 va 7 avtomobilli konvoylar sinovdan o‘tkazilgan. Muvozanatli talab holatida MOPADRL barcha platoon o‘lchamlarida samaradorlik mezonlari bo‘yicha eng yaxshi boshqaruvchi bo‘lgan. Yetti avtomobilli konvoyda o‘rtacha navbat uzunligi 0,53 avtomobil, o‘rtacha kutish vaqti 1,95 soniya/avtomobil, o‘rtacha safar vaqti 111,51 soniya/avtomobil va o‘rtacha CO2 emissiyasi 117.021 mg/avtomobil sifatida qayd etilgan.

Bu natijalar qat’iy vaqtli boshqaruv bilan solishtirganda navbat uzunligi va kutish vaqtida qariyb 94 foiz kamayishni anglatadi. Actuated boshqaruvchiga nisbatan esa kamayish taxminan 86 foizdir. Bu MOPADRL nafaqat klassik qat’iy rejimni, balki transport talabiga javob bera oladigan sensorli boshqaruvni ham sezilarli darajada ortda qoldirganini ko‘rsatadi.

Muvozanatli talabda eng yaxshi MOPADRL konfiguratsiyasi yetti avtomobilli konvoy bo‘lgan. Ammo nomuvozanatli talabda optimal hajm olti avtomobilli konvoyga siljigan. Bu juda muhim xulosa: eng yaxshi konvoy hajmi qat’iy emas; u talab naqshiga bog‘liq. Nomuvozanatli talabda shimol-janub yo‘lagi ustun bo‘lganda, olti avtomobilli konvoy cheklangan yashil oynaga yaxshiroq sig‘gan.

Konvoy yaxlitligini saqlash samaradorlikka zarar beradimi?

Tadqiqotning eng e’tiborga molik topilmalaridan biri — konvoy yaxlitligi jazosi samaradorlikka zarar bermasligidir. Bir qarashda modelga “konvoyni bo‘lma” degan jazo qo‘shilganda, kutish vaqti yoki navbat nuqtayi nazaridan yomonroq qarorlar berilishi mumkin deb o‘ylash mumkin. Chunki tizim konvoyni saqlash uchun ayrim avtomobillarni ko‘proq kutdirishi mumkin.

Biroq natijalar buning aksini ko‘rsatgan. MOPADRL konvoyni hisobga olmaydigan MO-DDQNga nisbatan barcha konvoy o‘lchamlarida samaradorlik mezonlarining barchasida yaxshiroq natija bergan. Navbat uzunligida 10–69 foiz, kutish vaqtida 10–65 foiz, safar vaqtida 1,0–4,4 foiz, CO2 emissiyasida 1,3–6,6 foiz oralig‘ida yaxshilanish ta’minlagan; shu bilan birga uzilgan konvoylar sonini 30–99 foizga kamaytirgan.

Buning sababi tizimli. Konvoy qizil chiroqda bo‘linib qolsa, orqada qolgan avtomobillar kutadi, keyin qayta tezlanadi, navbat hosil qiladi va emissiyani oshiradi. Demak, konvoyni saqlash nafaqat konvoy yaxlitligini, balki kutish va emissiya maqsadlarini ham qo‘llab-quvvatlaydi. Ish ifodasiga ko‘ra, bu maqsadlar bir-biriga raqib emas, balki to‘g‘ri mukofot tuzilmasida bir-birini to‘ldiruvchi maqsadlardir.

V2I ustuvorlikning hissasi nimada?

MOPADRL va MOPADRL-WV2I taqqoslanishi V2I Platoon-Request mexanizmining ta’sirini ajratadi. Ikkala model ham bir xil holat vektoridan va bir xil mukofot funksiyasidan foydalanadi; farq faqat MOPADRLning yaqinlashayotgan konvoyga past to‘qnashuv sharoitida yashil ustuvorlik berish imkoniyatida.

Muvozanatli talabda V2I ustuvorlik navbat uzunligini 28–53 foiz, kutish vaqtini 23–53 foiz, safar vaqtini 1,9–4,3 foiz va CO2 emissiyasini 3,0–5,9 foiz kamaytirgan. Biroq konvoy uzilishi soniga qo‘shimcha ta’siri ancha cheklangan; chunki konvoy uzilishi jazosi ko‘plab holatlarda uzilishlarni deyarli nolga tushirib bo‘lgan edi. Bu V2I mexanizmining asosiy hissasi konvoylarni “tezroq” o‘tkazish ekanini, konvoy uzilishini oldini olishda esa mukofot funksiyasidagi jazo allaqachon kuchli ishlaganini ko‘rsatadi.

2-faza: inson haydovchili muhit bilan V2X konvoy muhiti taqqoslanishi

Ikkinchi baholash bosqichida inson haydovchili avtomobillar muhiti bilan to‘liq V2X qo‘llab-quvvatlangan konvoy muhiti taqqoslangan. Inson haydovchili bazaviy ssenariylarda Actuated va MO-DDQN qo‘llangan. V2X muhitida esa taklif etilgan MOPADRL boshqaruvchisi va 1-fazada topilgan optimal konvoy o‘lchamlari ishlatilgan: muvozanatli talab uchun yetti avtomobil, nomuvozanatli talab uchun olti avtomobil.

Uchta talab ssenariysi ko‘rib chiqilgan:

• 1000 avtomobil/soat muvozanatli talab,
• 2000 avtomobil/soat muvozanatli talab,
• 2000 avtomobil/soat nomuvozanatli talab.

MOPADRL uchala ssenariyda ham har bir mezon bo‘yicha eng yaxshi o‘rtacha qiymatni ishlab chiqargan. Eng kuchli inson haydovchili o‘rganuvchi bazaviy model bo‘lgan MO-DDQNga nisbatan o‘rtacha navbat uzunligi 73–75 foiz, kutish vaqti 67–75 foiz kamaygan. Actuated boshqaruvchiga nisbatan esa navbat uzunligi va kutish vaqti kamayishi bundan ham kattaroq: taxminan 82–89 foiz va 80–87 foiz oralig‘ida.

CO2, safar vaqti va tarmoq ichidagi avtomobillar soni kabi oqim-harakatchanlik mezonlarida eng katta farq 2000 avtomobil/soat muvozanatli talabda kuzatilgan. Bu muhim; chunki bir xil umumiy talab nomuvozanatli bo‘lsa, klassik yoki o‘rganuvchi boshqaruvchilar ustun yo‘lakka uzoqroq yashil berib, ba’zi samaradorlik yutuqlariga erishishi mumkin. Muvozanatli, ammo yuqori talab esa ancha qiyin ishlash nuqtasidir; barcha yo‘nalishlar zich bo‘ladi va qaysi yo‘nalishga qachon yashil berish masalasi murakkablashadi. Tadqiqot sharhiga ko‘ra, V2X afzalligi faqat yalpi talab miqdori bilan emas, balki ish rejimining qiyinligi bilan ham kattalashadi.

Xavfsizlik natijasi: TTC to‘qnashuvlari nega nolga tushdi?

Ishning xavfsizlik bo‘yicha eng hayratlanarli natijasi shundaki, MOPADRL barcha talab ssenariylarida “to‘qnashuvgacha vaqt”ga asoslangan to‘qnashuvlar sonini nolga tushirgan. Inson haydovchili bazaviy tizimlarda TTC to‘qnashuvlari talab ortgani sayin sezilarli ravishda ko‘paygan. Aksincha, V2X konvoy muhitida bu to‘qnashuvlar umuman qayd etilmagan.

Bu natijaning sababi V2V asosidagi CACC tuzilmasining konvoy ichidagi yaqinlashish tezligi tebranishlarini kamaytirishidadir. Yetakchining tezlik va tezlanish ma’lumotlari kuzatuvchilarga uzatiladi; kuzatuvchilar yetakchining tormozlash yoki tezlanish xulqiga juda qisqa vaqt ichida moslashadi. Ikki qatlamli masofa siyosati ham ayniqsa yetakchi bilan birinchi kuzatuvchi orasidagi 0,1 soniyalik kechikishni qoplash uchun ishlab chiqilgan. Shu sababli konvoy ichida orqadan urilish tomon olib boradigan kinematik sharoitlar yuzaga kelmagan.

Bu yerda ehtiyotkor bo‘lish kerak: ish “real hayotda hech qanday avariya bo‘lmaydi” demaydi. Natijalar simulyatsiya muhitida, taxmin qilingan ishonchli V2V aloqa va ma’lum transport ssenariylari ostida olingan. Biroq bu topilma ishonchli V2X aloqa va to‘g‘ri masofa boshqaruvi orqali chorrahaga yaqinlashishdagi kuzatish to‘qnashuvlarini sezilarli kamaytirish mumkinligini ko‘rsatadi.

3-faza: mikroskopik trajektoriya tahlili

Uchinchi baholash bosqichi tizim darajasidagi yaxshilanish avtomobil darajasida haqiqatan ham izchil ekanini tekshirish uchun bajarilgan. Tadqiqotda yetti avtomobilli bitta V2X konvoy yaqinlashish, qizilda to‘xtash, bo‘shash va qayta harakatlanish sikli davomida 0,1 soniyalik bosqichlarda kuzatilgan.

Vaqt-masofa trajektoriyalari konvoy avtomobillari qizilda birgalikda to‘xtaganini, yashilda birgalikda harakatlanganini va konvoy bo‘linmasdan chorrahadan o‘tganini ko‘rsatadi. Xuddi shu siklda ikkinchi konvoy ham bir konvoy uzunligi orqaroqda to‘xtaganini ko‘rish mumkin. Bu model nafaqat bitta avtomobil darajasida, balki ketma-ket konvoylar darajasida ham tartibli xulq hosil qila olishini ko‘rsatadi.

Masofa tahlilida yetakchi-birinchi kuzatuvchi o‘rtacha masofasi 3,73 ± 0,48 m, ichki kuzatuvchilar orasidagi o‘rtacha masofa 2,002 ± 0,020 m bo‘lgan. Eng kritik qiymat qizil fazadagi yetakchi-birinchi kuzatuvchi minimal masofasidir: 2,61 m. Analitik hisob 2,611 m ni bashorat qilgani uchun, bu natija dizayn mikroskopik darajada tasdiqlanganini ko‘rsatadi.

Tezlik sinxronlashuvida ichki kuzatuvchi juftliklar orasidagi tezlik farqi sonli aniqlik darajasida nolga teng. Yetakchi bilan birinchi kuzatuvchi orasida 0,1 soniyalik kechikishdan kelib chiqqan eng yuqori vaqtinchalik tezlik farqi 0,55 m/s sifatida qayd etilgan. String stability nisbati 1,00 ga teng; ya’ni tezlanish-sekinlashish buzilishi konvoy bo‘ylab kattalashmagan. Bu konvoyning nafaqat yaqin masofada, balki barqaror tarzda harakatlanishini ko‘rsatadi.

Ishning o‘tmish, bugun va kelajak nuqtayi nazaridan ahamiyati

O‘tmishda svetofor boshqaruvi asosan qat’iy vaqtli rejalar, mahalliy sensor qoidalari yoki faqat avtomobil soniga asoslangan optimallashtirishga tayanardi. Keyinroq mustahkamlovchi o‘rganish modellari chorraha boshqaruviga qo‘llanila boshlandi; biroq ko‘plab modellar inson haydovchili muhitni taxmin qildi yoki avtomatlashtirilgan transport konvoylarini boshqaruv masalasiga faqat cheklangan darajada kiritdi.

Bugungi nuqtayi nazardan bu ish chorraha boshqaruvi yangi bosqichga o‘tganini ko‘rsatadi. Endi chorraha faqat “qaysi yo‘nalishda ko‘proq avtomobil bor?” degan savolni emas, balki “qaysi yo‘nalishda yaqinlashayotgan avtomatlashtirilgan konvoy bor, agar bu konvoy bo‘linsa kutish va emissiya qanday ta’sirlanadi, to‘qnashuvchi yo‘nalishda navbat bormi, yashil ustuvorlik berish mumkinmi?” degan savollarni birga ko‘rib chiqishi mumkin.

Kelajak nuqtayi nazaridan MOPADRL kabi modellar ulangan va avtomatlashtirilgan transport vositalari keng tarqalsa, shahar ichidagi signal boshqaruvini yanada muvofiqlashtirilgan qilishga yordam berishi mumkin. Ayniqsa yuqori talab ostida, simmetrik yuklangan tirband chorrahalarda V2X muvofiqlashtiruv katta foyda berishi mumkinligi ishda ko‘rsatilgan. Ammo real qo‘llash uchun aralash trafik, turli avtomatlashtirilgan transport ulushi, aloqa kechikishi, paket yo‘qolishi, ko‘p chorrahalik koridorlar va turli chorraha geometriyalari kabi masalalar alohida o‘rganilishi kerak.

Oddiy hayotga ta’siri qanday bo‘lishi mumkin?

Bu ishni kundalik hayotga to‘g‘ridan-to‘g‘ri tarjima qilganda, kelajakda svetoforlar faqat soniya sanaydigan passiv tizim emas, balki yaqinlashayotgan avtomobil guruhlarini tushunadigan va ular bilan aloqa qiladigan faol boshqaruv tizimiga aylanishi mumkinligini ko‘rsatadi. Bunday tizimda avtomobillar konvoy bo‘lib chorrahaga yaqinlashadi, svetofor bu konvoyni aniqlaydi, mos sharoitda yashil ustuvorlik beradi va konvoyni bo‘lmasdan o‘tkazadi.

Bu haydovchilar uchun qisqaroq kutish, shaharlar uchun kamroq navbat, atrof-muhit uchun pastroq CO2 emissiyasi va xavfsizlik nuqtayi nazaridan kamroq kuzatish to‘qnashuvlari degani bo‘lishi mumkin. Biroq bu foydalar ishning simulyatsiya muhitida va to‘liq V2X qo‘llab-quvvatlangan avtomobillar taxmini ostida olingan. Haqiqiy hayotda esa inson haydovchili avtomobillar, piyodalar, velosipedchilar, avtobus bekatlari, favqulodda xizmat avtomobillari, aloqa uzilishlari va haydash xulqining xilma-xilligi kabi ancha murakkab omillar mavjud.

Ishning kuchli tomonlari

Ishning kuchli jihatlaridan biri — konvoyni sezish masalasini faqat konseptual darajada qoldirmasligidir. Konvoy ma’lumoti holat vektoriga qo‘shilgan, konvoy uzilishi mukofot funksiyasida ochiq jazolangan va V2I Platoon-Request mexanizmi orqali yaqinlashayotgan konvoylarga shartli ustuvorlik berilgan.

Ikkinchi kuchli tomon — avtomobil kuzatish modelining mikroskopik darajada tasdiqlanganidir. Ish faqat tizim o‘rtachalariga emas, balki bitta konvoyning avtomobilma-avtomobil masofa, tezlik va tezlanish xulqiga ham qaragan. Analitik 2,611 m bashoratining simulyatsiyada 2,61 m bo‘lib tasdiqlanishi model dizayni tasodifiy emasligini ko‘rsatadi.

Uchinchi kuchli tomon — ablation mantiqi bilan turli boshqaruvchilarni solishtirganidir. Fixed-Time, Actuated, MO-DDQN, MOPADRL-WV2I va MOPADRL taqqoslanishi tufayli o‘rganish, konvoyni sezish, konvoy uzilishi jazosi va V2I ustuvorligining hissalari alohida talqin qilinishi mumkin bo‘lgan.

Ishning cheklovlari

Ish o‘zi yakunida ayrim cheklovlarni ochiq belgilaydi. Birinchidan, tajribalar alohida bitta signal boshqariladigan chorrahada o‘tkazilgan. Real shahar transportida chorrahalar odatda koridor yoki tarmoq shaklida bir-biriga ta’sir qiladi. Bitta chorrahadagi qaror keyingi chorrahalarning navbati va yashil to‘lqin tartibiga ta’sir qilishi mumkin.

Ikkinchidan, ish bir xil V2X penetratsiyasi farazini qabul qiladi. Ya’ni V2X muhitida barcha avtomobillar hamkorlik qiluvchi konvoylar shaklida harakatlanadi deb olinadi. Real dunyoda esa uzoq vaqt davomida inson haydovchili avtomobillar, ulangan avtomobillar va to‘liq avtomatlashtirilgan avtomobillar birga mavjud bo‘ladi. Bunday aralash trafik muhiti model natijalarini o‘zgartirishi mumkin.

Uchinchidan, V2V aloqa kanali ishonchli deb qabul qilingan. Amaliyotda kechikish, paket yo‘qolishi, sensor xatosi, joylashuv aniqligi xatolari yoki kiberxavfsizlik muammolari bo‘lishi mumkin. Yetakchi-birinchi kuzatuvchi uchun 0,1 soniyalik kechikish hisobga olingan bo‘lsa-da, yanada o‘zgaruvchan va buzilishli aloqa sharoitlari kelajak ishlari uchun muhimdir.

To‘rtinchidan, model bitta talab taqsimotida o‘qitilgan. Turli shaharlar, turli haydash madaniyati, turli chorraha geometriyalari, piyoda yo‘laklari, avtobus bo‘laklari, favqulodda xizmat ustuvorligi va velosiped harakati kabi sharoitlarda model qayta sinovdan o‘tkazilishi kerak.

Ish nima deydi, nima demaydi?

Ish MOPADRLning SUMO simulyatsiya muhitida, ma’lum chorraha geometriyasi va talab ssenariylari ostida qat’iy vaqtli, sensorli va platoonni sezmaydigan o‘rganuvchi boshqaruvchilarga qaraganda yaxshiroq ishlashini ko‘rsatadi. Bundan tashqari, V2V asosidagi konvoy modelining ko‘rib chiqilgan sharoitlarda konvoy ichidagi kuzatish to‘qnashuvlarini nolga tushirgani va konvoy barqarorligini saqlab qolgani ham ko‘rsatiladi.

Ish bu model real shaharlarda bevosita qo‘llashga tayyorligini aytmaydi. Haqiqiy dala sinovi bermaydi. Aralash trafik ulushlarini batafsil o‘rganmaydi. Ko‘p chorrahalik tarmoq boshqaruvini yechmaydi. Aloqa nosozliklari yoki paket yo‘qolishi sharoitida chidamlilikni batafsil baholamaydi. Shu sababli natijalar kuchli simulyatsion dalil sifatida ko‘rilishi kerak, ammo yakuniy dala muvaffaqiyati yoki xavfsizlik kafolati sifatida talqin qilinmasligi lozim.

Tadqiqotning metod va natijalari

Metod qisqacha bayoni

1. Muammo ta’rifi: signal boshqariladigan chorraha boshqaruvi V2X qo‘llab-quvvatlangan avtomatlashtirilgan transport konvoylari bilan birgalikda ko‘rib chiqilgan.
2. Avtomobil modeli: inson haydovchili avtomobillar IDM bilan, konvoy yetakchilari CACC bilan, konvoy kuzatuvchilari esa taklif etilgan V2V asosidagi kuzatuvchi boshqaruv qonuni bilan modellashtirilgan.
3. Konvoy masofa siyosati: yetakchi-birinchi kuzatuvchi uchun 4 m, ichki kuzatuvchilar uchun 2 m maqsad masofa belgilangan va bu qiymatlar aloqa kechikishi asosida analitik ravishda asoslangan.
4. Signal boshqaruv modeli: chorraha boshqaruvi MDP sifatida qurilgan va DDQN asosidagi MOPADRL agenti o‘qitilgan.
5. Holat vektori: 12 o‘lchamli yo‘l bo‘lagi bosimi, 4 o‘lchamli faol faza kodlash va 4 o‘lchamli konvoy sensori bloki bilan 20 o‘lchamli holat vektori yaratilgan.
6. Mukofot funksiyasi: kutish vaqti kamayishi, CO2 emissiya kamayishi va konvoy uzilishi jazosi birlashtirilgan.
7. V2I mexanizmi: yaqinlashayotgan konvoylar past to‘qnashuv sharoitida yashil faza so‘rovi yuborishi mumkin bo‘lgan.
8. Simulyatsiya: SUMO muhitida to‘rt yo‘nalishli alohida signal boshqariladigan chorraha, turli talab ssenariylari va 3–7 avtomobilli konvoy o‘lchamlari bilan sinovdan o‘tkazilgan.
9. Taqqoslash: Fixed-Time, Actuated, MO-DDQN, MOPADRL-WV2I va MOPADRL boshqaruvchilari 100 ta moslashtirilgan tasodifiy urug‘ bilan solishtirilgan.

Asosiy formulalar va ma’nolari

Sonli natijalar

Shakl va grafiklarning asosiy g‘oyalari

Ishning tizim arxitekturasi diagrammasi MOPADRL faqat bitta signal boshqaruv algoritmi emasligini ko‘rsatadi. Konvoy boshqaruvi, V2V kuzatuvchi boshqaruvchisi, V2I konvoy so‘rovi, DDQN asosidagi signal boshqaruvchisi va SUMO mikrosimulyatsiya muhiti bitta doirada bog‘langan. Bu tuzilma avtomobil darajasi bilan chorraha darajasi birgalikda boshqarilayotganini ko‘rsatadi.

Chorraha geometriyasi shakli to‘rt yo‘nalishli alohida signal boshqariladigan chorrahada har bir yaqinlashuv uchta kirish bo‘lagiga ega ekanini ko‘rsatadi. Bu geometriya modelning shahar tarmog‘idan ko‘ra boshqariladigan yagona chorraha tajribasida sinovdan o‘tkazilganini tushunish uchun muhim.

Weibull taqsimotli talab grafiklari avtomobil kelishlari bir tekis emasligini, balki tig‘iz soat transportiga o‘xshab vaqt o‘tishi bilan ko‘tarilib, keyin kamayishini ko‘rsatadi. Muvozanatli talabda yo‘nalishlar nisbatan simmetrik yuklanganda, nomuvozanatli talabda ayrim koridorlar ancha zichlashadi. Bu farq optimal konvoy hajmining nima uchun 7 dan 6 ga siljishini tushuntirishda muhim.

MOPADRLning boshqa boshqaruvchilarga nisbatan foizli yaxshilanish grafiklarida qat’iy vaqtli va Actuated boshqaruvchilarga qarshi katta va barqaror yutuqlar ko‘rinadi. O‘rganuvchi, ammo konvoyni yetarlicha sezmaydigan MO-DDQNga qarshi farq asosan navbat va kutish vaqtida yaqqol bo‘ladi. Bu MOPADRLning asosiy hissasi konvoylarni to‘g‘ri vaqtda o‘tkazish hamda keraksiz to‘xtab-qo‘zg‘alishlarni kamaytirish ekanini ko‘rsatadi.

Har bir urug‘ bo‘yicha taqsimot grafiklari MOPADRL natijalari nafaqat o‘rtacha ko‘rsatkichda, balki turli tasodifiy urug‘larda ham tor va past diapazonlarda jamlanishini ko‘rsatadi. TTC grafiklarida MOPADRLning nol to‘qnashuvda qolishi V2V konvoy boshqaruvining simulyatsiya muhitidagi xavfsizlik ta’sirini ochiq ko‘rsatadi.

Mikroskopik vaqt-masofa trajektoriya grafiklari konvoyning qizilda birga to‘xtashini, yashilda birga harakatlanishini va bo‘linmasligini ko‘rsatadi. Masofa grafigi yetakchi-birinchi kuzatuvchi masofasi qizil fazada 2,61 m gacha tushganini, ammo 2 m xavfsizlik asosidan yuqorida qolganini; ichki kuzatuvchilar esa 2 m maqsad masofani juda barqaror saqlaganini ko‘rsatadi. To‘xtab-qo‘zg‘alish grafiklari tormozlash va tezlanish to‘lqini konvoy bo‘ylab kattalashmaganini bildiradi.

Texnik xulosa

MOPADRLning muvaffaqiyati bitta komponentdan emas, balki to‘rtta komponentning birgalikda ishlashidan kelib chiqadi: DDQN asosidagi o‘rganuvchi signal boshqaruvi, konvoyni ko‘ra oladigan holat vektori, kutish-emissiya-konvoy uzilishini birlashtirgan mukofot funksiyasi va past to‘qnashuv shartli V2I yashil ustuvorlik mexanizmi. Bu tuzilma konvoyni saqlashni alohida hashamatli maqsad emas, balki bevosita transport samaradorligi va emissiyani yaxshilaydigan boshqaruv signali sifatida shakllantiradi.

Manba va metod izohi

Ushbu maqola Amir Hossein Karbasi va Hao Yang tomonidan tayyorlangan “MOPADRL: Multi-Objective Platoon-Aware Deep Reinforcement Learning Model for Signalized Intersection Control under V2X Communication” nomli ishga asoslanib tayyorlandi. Mualliflar McMaster University, Department of Civil Engineering bilan bog‘liq.

Manba matni Elsevierga taqdim etilgan SSRN preprint tadqiqot maqolasidir. Matnda ochiq ravishda “This preprint research paper has not been peer reviewed” jumlasi mavjud bo‘lgani uchun ish peer reviewdan o‘tmagan. Shu sababli natijalar hakamlikdan o‘tgan adabiyotda yakuniy tarzda tasdiqlangan topilmalar kabi emas, balki texnik jihatdan batafsil, ammo hakamlik jarayoni yakunlanmagan preprint natijalari sifatida o‘qilishi kerak.

Ushbu mazmun ishda taqdim etilgan model, formulalar, simulyatsiya tartibi, jadvallar, grafiklar va natijalar asosida tayyorlandi. Ishda bo‘lmagan dala qo‘llanilishi, tijoriy muvaffaqiyat, real shahar transportida aniq xavfsizlik kafolati yoki tartibga muvofiqlik da’vosi qo‘shilmagan.

Ish metodikasi SUMO mikroskopik transport simulyatsiyasi, DDQN asosidagi chuqur mustahkamlovchi o‘rganish, V2V asosidagi CACC konvoy boshqaruvi va shartli V2I Platoon-Request mexanizmiga tayanadi. Tajribalar alohida to‘rt yo‘nalishli signal boshqariladigan chorrahada, turli talab ssenariylari va 3–7 avtomobilli konvoy o‘lchamlari bilan olib borilgan.

Ishning muhim cheklovlari bor. Tahlil yagona alohida chorraha bilan chegaralangan; ko‘p chorrahalik koridor yoki tarmoq darajasidagi muvofiqlashtirish ko‘rib chiqilmagan. V2X penetratsiyasi bir xil deb qabul qilingan; aralash inson haydovchili va avtomatlashtirilgan transport oqimi batafsil tahlil qilinmagan. V2V aloqa ishonchli deb faraz qilingan; paket yo‘qolishi, o‘zgaruvchan kechikish va aloqa xatolari keng sinovdan o‘tkazilmagan. Model bitta talab taqsimotida o‘qitilgan. Shu sababli natijalar kelajak ishlarida turli transport tarmoqlari va realroq aralash trafik sharoitlari bilan qo‘llab-quvvatlanishi kerak.