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Mitigating Traffic Oscillations in Mixed Traffic Flow with Scalable Deep Koopman Predictive Control

Created by
  • Haebom

저자

Hao Lyu, Yanyong Guo, Pan Liu, Nan Zheng, Ting Wang, Quansheng Yue

개요

본 논문은 자율주행차(CAV)와 일반 운전자 차량(HDV)의 혼합 교통 흐름에서 교통 흔들림을 완화하기 위해 적응형 심층 Koopman 예측 제어 프레임워크(AdapKoopPC)를 제안합니다. HDV의 차량 추종 행동을 모델링하기 위해 Koopman 이론 기반 적응형 궤적 예측 심층 신경망(AdapKoopnet)을 설계하고, 이를 통해 고차원 공간에서 HDV 행동을 선형 모델로 표현합니다. CAV의 선형 동역학 모델과 AdapKoopnet의 선형 예측 블록을 AdapKoopPC의 예측 모델로 통합하여 혼합 교통 흐름을 원활하게 제어하는 모델 예측 제어를 사용합니다. HighD 자연 주행 데이터셋을 사용하여 AdapKoopnet의 예측 성능을 검증하고, 수치 시뮬레이션을 통해 AdapKoopPC의 제어 성능을 검증합니다. 결과적으로 AdapKoopnet은 기존 비선형 모델보다 더 정확한 HDV 예측 궤적을 제공하며, AdapKoopPC는 특히 CAV 침투율이 낮을 때 기존 방법보다 계산 비용이 적으면서도 교통 흔들림 완화에 더 효과적인 제어 성능을 보입니다. 제안된 AdapKoopPC의 코드는 공개 소스로 제공됩니다.

시사점, 한계점

시사점:
Koopman 이론 기반의 적응형 예측 모델을 사용하여 HDV의 복잡한 행동을 효과적으로 모델링하고 예측할 수 있음을 보여줌.
제안된 AdapKoopPC는 기존 방법보다 계산 비용이 적으면서도 효과적으로 교통 흔들림을 완화함.
특히 CAV 침투율이 낮은 상황에서도 효과적인 제어 성능을 보임.
개발된 코드를 공개하여 다른 연구자들의 활용 및 발전을 촉진.
한계점:
HighD 데이터셋에 대한 의존성: 다른 데이터셋에서의 일반화 성능에 대한 추가적인 검증이 필요함.
수치 시뮬레이션 결과만 제시: 실제 도로 환경에서의 실험적 검증이 필요함.
CAV 침투율이 높은 경우의 성능 분석이 부족함.
다양한 교통 상황 (예: 곡선 도로, 교차로) 에서의 성능 평가가 추가적으로 필요함.
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