論文の概要: Mitigating Traffic Oscillations in Mixed Traffic Flow with Scalable Deep Koopman Predictive Control

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.00043v3
• Date: Sun, 10 Aug 2025 10:02:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-12 16:55:51.673306
• Title: Mitigating Traffic Oscillations in Mixed Traffic Flow with Scalable Deep Koopman Predictive Control
• Title（参考訳）: 拡張性深いクープマン予測制御による混合交通流中の交通振動の緩和
• Authors: Hao Lyu, Yanyong Guo, Pan Liu, Nan Zheng, Ting Wang, Quansheng Yue,
• Abstract要約: 接続された自動車両(CAV)と人力車両(HDV)の交通振動の緩和は、交通の安定性を高めるために重要である。 本研究では,この問題に対処するための適応型深層クープマン予測制御フレームワーク(AdapKoopPC)を提案する。 このフレームワークは、自然データから適応的に学習することで、高次元空間における線形系として複雑なHDVカー追従ダイナミクスを表現する、新しいディープクープマンネットワークであるAdapKoopnetを特徴としている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.428076811557437
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Mitigating traffic oscillations in mixed flows of connected automated vehicles (CAVs) and human-driven vehicles (HDVs) is critical for enhancing traffic stability. A key challenge lies in modeling the nonlinear, heterogeneous behaviors of HDVs within computationally tractable predictive control frameworks. This study proposes an adaptive deep Koopman predictive control framework (AdapKoopPC) to address this issue. The framework features a novel deep Koopman network, AdapKoopnet, which represents complex HDV car-following dynamics as a linear system in a high-dimensional space by adaptively learning from naturalistic data. This learned linear representation is then embedded into a Model Predictive Control (MPC) scheme, enabling real-time, scalable, and optimal control of CAVs. We validate our framework using the HighD dataset and extensive numerical simulations. Results demonstrate that AdapKoopnet achieves superior trajectory prediction accuracy over baseline models. Furthermore, the complete AdapKoopPC controller significantly dampens traffic oscillations with lower computational cost, exhibiting strong performance even at low CAV penetration rates. The proposed framework offers a scalable and data-driven solution for enhancing stability in realistic mixed traffic environments. The code is made publicly available.
• Abstract（参考訳）: 連結型自動車両(CAV)と人力車(HDV)の混合流中における交通振動の緩和は交通安定性の向上に重要である。 重要な課題は、計算的に抽出可能な予測制御フレームワーク内でHDVの非線形で不均一な振る舞いをモデル化することである。 本研究では,この問題に対処するための適応型深層クープマン予測制御フレームワーク(AdapKoopPC)を提案する。 このフレームワークは、自然データから適応的に学習することで、高次元空間における線形系として複雑なHDVカー追従ダイナミクスを表現する、新しいディープクープマンネットワークであるAdapKoopnetを特徴としている。 この学習された線形表現はモデル予測制御(MPC)スキームに組み込まれ、CAVのリアルタイム、スケーラブル、最適制御を可能にする。 我々は,高次元データセットと広範囲な数値シミュレーションを用いて,我々のフレームワークを検証する。 その結果,AdapKoopnetはベースラインモデルよりも軌道予測精度が優れていることがわかった。 さらに、完全なAdapKoopPCコントローラは、計算コストの低いトラフィック振動を著しく抑制し、低CAV浸透速度でも高い性能を示す。 提案するフレームワークは,現実的な混在トラフィック環境における安定性を向上するための,スケーラブルでデータ駆動型ソリューションを提供する。 コードは公開されています。

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