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Enregistrement W4415218034 · doi:10.1016/j.fraope.2025.100386

Towards green transportation: Predictive modeling of intersection congestion using machine learning for sustainable urban traffic management

2025· article· en· W4415218034 sur OpenAlexaff
Bappa Muktar, Vincent Fono, Adama Nouboukpo

Notice bibliographique

RevueFranklin Open · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueTraffic Prediction and Management Techniques
Établissements canadiensUniversité du Québec en Outaouais
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésGradient boostingFeature selectionInterpretabilityBoosting (machine learning)Traffic congestionIntersection (aeronautics)Random forestSupport vector machine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Intersection congestion — primarily caused by frequent vehicle stops — leads to elevated fuel consumption and increased tailpipe emissions (CO, NO 2 , SO 2 , O 3 , PM 10 , PM 2.5 ), with well-documented adverse effects on public health. To enable smarter and more sustainable traffic operations, we propose a machine learning framework for classifying congestion levels at signalized intersections. The study is conducted using the CN+ dataset from Bremen, Germany. The target variable is constructed based on a capacity-driven volume-to-capacity (v/c) ratio using 10-minute traffic aggregates. Input features include traffic composition, approach direction, and temporal variables, with optional integration of meteorological and pollution data. To enhance model interpretability and reduce dimensionality, we introduce a novel feature selection method — Dual Importance Intersection Feature Selection (DIFS) — which combines Random Forest (RF) embedded importances with Chi-square statistics. Class imbalance is addressed through fold-internal application of the Synthetic Minority Over-sampling Technique with Edited Nearest Neighbors (SMOTE–ENN). All models are trained within a unified pipeline and evaluated via 5-fold stratified cross-validation (CV). The F1-score is adopted as the primary evaluation metric, while the Quadratic Weighted Kappa (QWK) is used to measure ordinal classification performance. Experimental results demonstrate that gradient-boosted tree models dominate in performance: Categorical Boosting (CatBoost) achieves an F1-score of 0.9937 and QWK of 0.9971, followed by Light Gradient Boosting Machine (LightGBM) (0.9723/0.9654) and eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) (0.9652/0.9658). The optimized RF model achieves 0.9270/0.9316, while a compact Artificial Neural Network (ANN) yields lower performance (0.8563/0.8440). Final validation on a strictly unseen 10% hold-out set confirms the generalization ability of CatBoost, achieving an F1-score of 0.9957, QWK of 0.9957, and overall accuracy of 0.9956. These findings suggest that combining capacity-based congestion labeling, robust feature selection via DIFS, and ensemble learning offers a high-performance, deployment-ready solution for real-time, emission-aware urban traffic management systems.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,018
Score d'incertitude au seuil0,036

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,013
Tête enseignante GPT0,254
Écart entre enseignants0,241 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
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