Deep Multi-Agent Reinforcement Learning for Highway On-Ramp Merging in Mixed Traffic

强化学习 可扩展性 计算机科学 监督人 利用 分布式计算 人工智能 计算机安全 数据库 政治学 法学
作者
Dong Chen,Mohammad R. Hajidavalloo,Zhaojian Li,Kaian Chen,Yongqiang Wang,Longsheng Jiang,Yue Wang
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:24 (11): 11623-11638 被引量:160
标识
DOI:10.1109/tits.2023.3285442
摘要

On-ramp merging is a challenging task for autonomous vehicles (AVs), especially in mixed traffic where AVs coexist with human-driven vehicles (HDVs). In this paper, we formulate the mixed-traffic highway on-ramp merging problem as a multi-agent reinforcement learning (MARL) problem, where the AVs (on both merge lane and through lane) collaboratively learn a policy to adapt to HDVs to maximize the traffic throughput. We develop an efficient and scalable MARL framework that can be used in dynamic traffic where the communication topology could be time-varying. Parameter sharing and local rewards are exploited to foster inter-agent cooperation while achieving great scalability. An action masking scheme is employed to improve learning efficiency by filtering out invalid/unsafe actions at each step. In addition, a novel priority-based safety supervisor is developed to significantly reduce collision rate and greatly expedite the training process. A gym-like simulation environment is developed and open-sourced with three different levels of traffic densities. We exploit curriculum learning to efficiently learn harder tasks from trained models under simpler settings. Comprehensive experimental results show the proposed MARL framework consistently outperforms several state-of-the-art benchmarks.
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