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Gerenciamento de um cruzamento semaforizado utilizando reinforcement learning e options framework

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dc.creator BORGES, Dimitrius Guilherme Ferreira
dc.date.issued 2020-12-18
dc.identifier.uri https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2275
dc.description.abstract The number of vehicles on the streets across the world has quickly grown in the last decade, directly impacting how urban traffic is managed. The signalized junctions control is a vastly known and studied problem. Although an increasing number of technologies is explored and used to solve it, there still are challenges and opportunities to deal with it, especially when considering the inefficiency of the widely known fixed time traffic controllers, which are incapable of dealing with dynamic events. This study aims to apply Hierarchical Reinforcement Learning (HRL) on the control of a signalized vehicular junction and compare its performance with a fixed time traffic controller, configured using the Webster Method. HRL is a Reinforcement Learning (RL) variation, where secondary objectives, represented by sub-policies, are organized and proposed in a hierarchical model, managed by a macro-policy, responsible for selecting said sub-policies when those are capable of reaching its best results, where The Q-Learning Framework rules both sub and macro policies. Hierarchical Reinforcement Learning was chosen because it combines the ability to learn and make decisions while taking observations from the environment, in real-time, a typical ability from Reinforcement Learning, with a Divide to Conquer approach, where the problem is divided into sub-problems. These capabilities bring to a highly dynamic problem a more significant power of adaptability, which is impossible to be taken into account when using deterministic models like the Webster Method. The test scenarios, composed of several vehicle fluxes applied to a cross of two lanes, were built using the SUMO simulation tool. HRL, its sub-policies and the Webster Method are applied and assessed through these scenarios. According to the obtained results, HRL shows better results than the Webster Method and its isolated sub-policies, indicating a simple and efficient alternative. pt_BR
dc.description.sponsorship Agência 1 pt_BR
dc.language por pt_BR
dc.publisher Universidade Federal de Itajubá pt_BR
dc.rights Acesso Aberto pt_BR
dc.subject Tráfego veicular pt_BR
dc.subject Método webster pt_BR
dc.subject Q-Learning pt_BR
dc.subject Hierarchical reinforcement learning pt_BR
dc.subject SUMO pt_BR
dc.title Gerenciamento de um cruzamento semaforizado utilizando reinforcement learning e options framework pt_BR
dc.type Dissertação pt_BR
dc.date.available 2021-02-09
dc.date.available 2021-02-09T15:14:32Z
dc.date.accessioned 2021-02-09T15:14:32Z
dc.creator.Lattes http://lattes.cnpq.br/2322507982634726 pt_BR
dc.contributor.advisor1 MOREIRA, Edmilson Marmo
dc.contributor.advisor1Lattes http://lattes.cnpq.br/3910450557582884 pt_BR
dc.contributor.advisor-co1 RODRIGUES, João Paulo Reus
dc.contributor.advisor-co1Lattes http://lattes.cnpq.br/2049342280490984 pt_BR
dc.description.resumo O número de veículos nas ruas de todo o mundo tem crescido rapidamente ao longo da última década, impactando diretamente em como o tráfego urbano é gerenciado. O controle de cruzamentos sinalizados é um problema largamente conhecido e estudado e que, embora cada vez mais tecnologias sejam exploradas e aplicadas, ainda se encontram desafios e oportunidades ao tratar o problema, principalmente quando confronta-se a ineficiência dos já bem difundidos semáforos de tempos fixos, incapazes de lidar com eventos dinâmicos. O objetivo deste trabalho é aplicar Hierarchical Reiforcement Learning (HRL) ao controle de um cruzamento veicular semaforizado e, a partir dos resultados obtidos, compará-lo a um semáforo de tempos fixos dimensionado pelo Método de Webster. HRL é uma variação de Reinforcement Learning (RL), em que objetivos secundários, representados por sub-políticas, são propostos e organizados em um modelo hierárquico e gerenciados por uma política macro, responsável por selecioná-las quando se espera rendimento máximo das mesmas, sendo que tanto as sub-políticas quanto a principal são regidas pelo framework Q-learning. Herarchical Reinforcement Learning foi escolhido por aliar a capacidade de aprendizado e tomada de decisão feitos de acordo com observações do ambiente em tempo real, característicos do Reinforcement Learning, com um modelo similar ao Dividir para Conquistar, que desmembra o problema principal em sub-problemas. Isso traz ao modelo uma maior dinâmica e poder de adaptabilidade a um problema que exibe, por vezes, variações imprevisíveis, impossíveis de serem levadas em conta em abordagens determinísticas, como o Método de Webster. Os cenários de testes, formados por diversos tipos de fluxo de veículos, aplicados a um cruzamento de duas vias simples, foram construídos através da ferramenta de simulação SUMO. Os modelos HRL, suas sub-políticas isoladas e o Método de Webster são aplicados e avaliados a partir destes cenários onde, de acordo com os resultados obtidos, HRL se mostra superior tanto ao Método de Webster quanto às suas sub-políticas isoladas, mostrando-se uma alternativa simples e eficaz. pt_BR
dc.publisher.country Brasil pt_BR
dc.publisher.department IESTI - Instituto de Engenharia de Sistemas e Tecnologia da Informação pt_BR
dc.publisher.program Programa de Pós-Graduação: Mestrado - Ciência e Tecnologia da Computação pt_BR
dc.publisher.initials UNIFEI pt_BR
dc.subject.cnpq CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO::MATEMÁTICA DA COMPUTAÇÃO pt_BR
dc.relation.references BORGES, Dimitrius Guilherme Ferreira. Gerenciamento de um cruzamento semaforizado utilizando reinforcement learning e options framework. 2020. 94 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da Computação.) – Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, 2020. pt_BR


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