Dual-Objective Reinforcement Learning-Based Adaptive Traffic Signal Control for Decarbonization and Efficiency Optimization

强化学习 计算机科学 交叉口(航空) 对偶(语法数字) 信号(编程语言) 人工神经网络 交通信号灯 实时计算 工程类 人工智能 运输工程 艺术 文学类 程序设计语言
作者
Gongquan Zhang,Fangrong Chang,Helai Huang,Zilong Zhou
出处
期刊:Mathematics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (13): 2056-2056 被引量:12
标识
DOI:10.3390/math12132056
摘要

To improve traffic efficiency, adaptive traffic signal control (ATSC) systems have been widely developed. However, few studies have proactively optimized the air environmental issues in the development of ATSC. To fill this research gap, this study proposes an optimized ATSC algorithm to take into consideration both traffic efficiency and decarbonization. The proposed algorithm is developed based on the deep reinforcement learning (DRL) framework with dual goals (DRL-DG) for traffic control system optimization. A novel network structure combining Convolutional Neural Networks and Long Short-Term Memory Networks is designed to map the intersection traffic state to a Q-value, accelerating the learning process. The reward mechanism involves a multi-objective optimization function, employing the entropy weight method to balance the weights among dual goals. Based on a representative intersection in Changsha, Hunan Province, China, a simulated intersection scenario is constructed to train and test the proposed algorithm. The result shows that the ATSC system optimized by the proposed DRL-DG results in a reduction of more than 71% in vehicle waiting time and 46% in carbon emissions compared to traditional traffic signal control systems. It converges faster and achieves a balanced dual-objective optimization compared to the prevailing DRL-based ATSC.
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