پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

کنترل جریان ترافیک به منظور کاهش تاخیر در شبکه های حمل و نقل شهری با استفاده از یادگیری ماشین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد- دانشکده مهندسی عمران-دانشگاه علم و صنعت ایران
2 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران
3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه امام خمینی قزوین (ره)، قزوین
10.22034/tri.2025.550423.3386
چکیده
مدیریت جریان ترافیک شهری و کاهش تأخیر در شبکه‌های حمل‌ونقل از مهم‌ترین چالش‌های کلان‌شهرها به شمار می‌رود. با توجه به پیچیدگی و پویایی جریان‌های ترافیکی، بهره‌گیری از روش‌های نوین مبتنی بر یادگیری ماشین و یادگیری عمیق می‌تواند راهکاری مؤثر برای ارتقای بهره‌وری شبکه‌های حمل‌ونقل شهری باشد. در این پژوهش، با اتکا به داده‌های واقعی ترافیکی و پس از طی مراحل پیش‌پردازش شامل مدیریت داده‌های ناقص، نرمال‌سازی و تشکیل ماتریس مبدا–مقصد، چندین مدل یادگیری ماشین شامل جنگل تصادفی و XGBoost، و همچنین مدل‌های یادگیری عمیق LSTM، A-LSTM و ConvLSTM توسعه و ارزیابی شدند. نتایج نشان داد که مدل ConvLSTM مجهز به مکانیزم توجه، با دستیابی به مقدار ضریب تعیین R^2=0.9331 ، بر سایر مدل‌ها برتری دارد. پس از آن، مدل A-LSTM با R^2=0.9290 LSTM پایه با R^2=0.8929 رتبه‌های بعدی قرار گرفتند؛ در حالی که مدل‌های درختی به دلیل محدودیت در شناسایی وابستگی‌های زمانی، عملکرد ضعیف‌تری ارائه دادند. نوآوری این تحقیق در طراحی و پیاده‌سازی چارچوب ترکیبی ConvLSTM مبتنی بر مکانیزم توجه نهفته است که امکان استخراج هم‌زمان ویژگی‌های مکانی و زمانی را فراهم ساخته و دقت پیش‌بینی را به‌طور معناداری افزایش می‌دهد. یافته‌های حاصل می‌تواند مبنای توسعه سیستم‌های هوشمند کنترل ترافیک و بهبود سیاست‌گذاری در حوزه مدیریت حمل‌ونقل شهری قرار گیرد بر این اساس، چارچوب پیشنهادی این تحقیق می‌تواند به‌طور مستقیم در کاهش تأخیرات سفر، جلوگیری از شکل‌گیری گلوگاه‌های ترافیکی، و بهبود کارایی شبکه حمل‌ونقل شهری مورد استفاده قرار گیرد. این نتایج نشان‌دهنده قابلیت پیاده‌سازی عملی مدل در سامانه‌های مدیریت ترافیک و کنترل لحظه‌ای جریان وسایل نقلیه است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Traffic Flow Control for Reduce Delay in Urban Transportation Network Using Machine Learning

نویسندگان English

Shahriar Afandizadeh 1
Rojin Zarei 2
Hamid Bigdeli Rad 3
1 Professor-School of Civil Engineering-Iran University of Science and Technology
2 School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran
3 School of Civil Engineering, Imam Khomeini University Qazvin
چکیده English

Urban traffic flow management and delay reduction in transportation networks represent major challenges in metropolitan areas. Considering the complexity and dynamic nature of traffic flows, employing advanced machine learning and deep learning techniques offers an effective approach to enhancing the efficiency of urban transportation systems. In this research, real-world traffic data were utilized and preprocessed through handling missing values, normalization, and origin–destination matrix construction. Subsequently, a set of machine learning models, including Random Forest and XGBoost, along with deep learning architectures such as LSTM, Attention-based LSTM (A-LSTM), and Convolutional LSTM (ConvLSTM), were developed and evaluated. The results revealed that the ConvLSTM model equipped with an attention mechanism achieved the highest predictive performance, with a coefficient of determination R²=0.9331. The A-LSTM (R²=0.9290) and baseline LSTM (R²=0.8929) models ranked next, whereas tree-based models exhibited inferior accuracy due to their inability to capture temporal dependencies. The principal contribution of this thesis lies in the design and implementation of a hybrid ConvLSTM framework augmented with an attention mechanism, enabling simultaneous spatiotemporal feature extraction and substantially improving predictive accuracy. The findings provide a robust foundation for the development of intelligent traffic control systems and evidence-based policymaking in the domain of urban transportation management.

کلیدواژه‌ها English

"
Machine Learning"
Urban Traffic Flow"
, "
Transportation Networks"
LSTM"
,"
Random Forest"

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 06 دی 1404