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JICV | 从自然驾驶轨迹中学习:离线强化学习赋能信号交叉口安全速度引导
2026-10-21 16:11
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随着车路协同和智能网联技术的发展,信号交叉口的车辆速度引导正逐步由规则控制向数据驱动决策转变。然而,传统GLOSA等规则方法适应性相对有限,MPC等优化方法又可能面临实时计算压力;在线强化学习虽然能够通过交互优化控制策略,但在真实车辆上开展反复探索存在一定安全风险和数据采集成本。与此同时,大规模自然驾驶轨迹和信号配时数据不断积累,为直接从真实驾驶行为中学习安全、舒适且高效的控制策略提供了新的数据基础。

针对这一问题,韩国科学技术院(KAIST)、澳门大学、美国威斯康星大学麦迪逊分校、东南大学和清华大学组成的研究团队,提出了一种基于评论家正则化回归(CRR)的离线强化学习速度引导框架。研究利用真实车辆轨迹与信号相位和配时(SPaT)信息构建MDP数据集,将车辆速度、停车线距离、前车相对状态以及信号信息纳入状态空间,并在奖励函数中综合考虑行驶效率、加加速度(jerk)和碰撞时间(TTC),从历史驾驶数据中筛选并强化相对优质的驾驶行为。

研究基于UCF-SST-CitySim自然驾驶轨迹数据进行训练,并在SUMO环境中将CRR与GLOSA、MPC、BC、BCQ和TD3等方法进行比较。结果表明,CRR能够在安全、舒适与通行效率之间取得较为均衡的表现:与规则基线相比,实验中的平均TTC由2.75 s提高至8.53 s,平均jerk由1.17 m/s³降低至0.58 m/s³,降幅约50%,平均车头时距保持在约1.68 s。同时,其单次决策计算时间约为0.0097 s,低于MPC的0.0399 s。进一步的混合交通、消融及通信失效实验显示,前车运动信息、SPaT信息和奖励函数设计对策略稳定性具有重要影响,而在V2V或V2I信息缺失情况下,该策略仍表现出一定的鲁棒性。

该研究表明,利用自然驾驶轨迹开展离线强化学习,为减少真实车辆在线试错、提升信号交叉口速度引导的安全性和实时性提供了一种可行思路。未来,研究团队计划进一步将CRR框架与车辆协同控制系统结合,使速度引导从单车决策拓展至更广泛的车路协同场景。与此同时,面向实际部署,还可进一步关注复杂通信条件、异质交通参与者和更丰富交叉口结构下的策略泛化能力,以推动离线强化学习方法在智能交通系统中的进一步应用。

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CRR算法框架

了 解 更 多

 本文链接 

https://doi.org/10.26599/JICV.2026.9210085

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引用本文 

Shi X, Lu Y, Sheng Z, et al. Learning to drive from naturalistic trajectories: Offline reinforcement learning for safe speed guidance at signalized intersections. Journal of Intelligent and Connected Vehicles, 2026, 9(3): 9210085. https://doi.org/10.26599/JICV.2026.9210085

JICV亮点

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