Distributionally Robust Optimization Based Model Predictive Control for Stochastic Mixed Traffic Flow

细胞传递模型 模型预测控制 数学优化 流量(计算机网络) 计算机科学 模棱两可 数学 工程类 交通拥挤 控制(管理) 人工智能 运输工程 计算机安全 程序设计语言
作者
Fengkun Gao,Bo Yang,Cailian Chen,Xinping Guan,Yuliang Tang
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:25 (2): 1491-1502 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tits.2023.3315955
摘要

In this paper, we investigate a mixed-traffic control problem considering uncertainties of HDVs flow. The challenges mainly lie in modeling the stochastic characteristics of mixed-traffic flow and developing less-conservative algorithm to deal with the uncertainties. To tackle the problem, we propose a stochastic model predictive control (MPC) strategy based on data-driven distributionally robust optimization (DRO). First, a stochastic mixed-traffic model, extended from cell transmission model, is proposed to describe the traffic dynamics. Then, utilizing historical traffic data, an incremental principal component analysis (IPCA) based method is given to construct ambiguity set and incorporate generalized moment information of uncertainties. Based on the above predictive model and ambiguity set, a DRO-based MPC problem is formulated and further converted into an equivalent dual form for efficient solutions, i.e., ramp metering and variable speed limit control. Finally, simulation results based on real data collected in Shanghai, China, demonstrate that our proposed strategy can significantly reduce traffic congestion, achieving 5.74 % total travel time reduction compared to robust MPC.
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