Optimal Control of Semi-continuous Models for Freeway Congestion Mitigation

Abstract

Propõe-se um modelo de tráfego rodoviário macroscópico semi contínuo baseado no “Cell Transmission Model”. O modelo incorpora o limite de velocidade como parâmetro variável. Além disso, é proposto o emprego de algoritmos de controle ótimo para a resolução de problemas de otimização dinâmica que contenham o modelo proposto na forma de Equações Diferenciais Algébricas (DAEs). Testes em diferentes cenários de simulação, com condições de tráfego adversas, mostram que o sistema de controle é capaz de impedir ou, pelo menos, reduzir os efeitos prejudiciais do congestionamento no sistema de tráfego.

A semi-continuous model for macroscopic traffic in freeways is proposed, based on Cell Transmission Model and other second-order continuous models. The proposed model embraces the speed limit as the manipulated variable. Moreover, optimal control algorithms are applied in order to solve the dynamic optimization problem in the form of Differential Algebraic Equations (DAEs). Tests in different simulation scenarios with different adverse traffic conditions show that the controlled system is capable of avoiding, or at least decreasing, the harmful effects of traffic jams, traffic congestion and stop and go waves, commonly seen in traffic systems.