Dynamic Local Vehicular Flow Optimization Using Real-time Traffic Conditions at Multiple Road Intersections

Abstract

Dynamic management of vehicular traffic congestion to maximize throughput in urban areas has been drawing increased attention in recent years. For that purpose, a number of adaptive control algorithms have been proposed for individual traffic lights based on the in-flow rate. However, little attention has been given to the traffic throughput maximization problem considering real-time road conditions from multiple intersection. Here we formulate such a problem as maximum integer multi-commodity flow by considering incoming vehicles that have different outgoing directions. Then we propose a novel adaptive traffic light signal control algorithm which opts to maximize traffic flow through and reduce the waiting time of vehicles at an intersection. The proposed algorithm adjusts traffic light signal phases and durations depending on real-time road condition of local and neighboring intersections. Via SUMO simulation, we demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm in terms of traffic throughput, average waiting time, average number of queued vehicles and driving speed.;최근 도시지역 교통 흐름을 최적화하기 위해, 교통 혼잡도를 실시간으로 관리하여 제어하는 알고리즘에 대한 연구가 활발하다. 이제까지 개발된 적응적 방법의 교통신호제어 알고리즘들은 단일 교차로에 유입되는 교통흐름을 측정하여 이를 기반으로 교통신호를 제어하는 방식이다. 그러나, 다중 교차로의 실시간 교통 상황을 고려하여 개별 교차로의 교통흐름을 최적화하는 알고리즘에 관한 연구는 미비하다. 본 논문에서는 다중 이웃교차로에서 진입하는 교통 상황을 고려한 차량흐름 최적화 문제를 최고정수 다중 상품화 문제로 수식화하고, 수식화된 NP-하드 문제를 해결하기 위한 휴레스틱 방법을 제안한다. 제안된 알고리즘은 해당 교차로와 이웃 교차로의 실시간 도로 상황에 따라 신호 패턴 및 주기를 조절하여 교차로에서 신호 대기시간을 줄이고, 단위시간당 교차로를 통과하는 평균차량 수를 최대화하는 새로운 적응적 방법의 교통신호제어 방안이다. 제안된 알고리즘의 성능은 SUMO를 이용하여 경쟁알고리즘들과 비교 시뮬레이션을 통해서, 교통 흐름 양과 평균 주행 시간 측면에서 그 효율성을 입증한다.