基于统计模型融合的交通参数预测与实践研究

道路交通系统复杂多变,在任意道路和交通条件下,单独使用某种预测方法并不能得到令人满意的结果.本文综合考虑交通预测的实时性、准确性和可靠性要求,区别于以往的单一参数回归方法,提出了一种基于时间序列聚类与融合的预测算法,并利用扬州城市地面道路卡口系统采集的实际数据进行了验证. 道路交通参数预测可以为交通管理、交通控制、交通诱导、交通事件检测等ITS子系统及时提供准确、可靠的道路交通信息,是目前国际ITS研究的热点和难点之一.     

面向实时交通信息提取的车辆轨迹数据挖掘

车辆行驶轨迹是驾驶人员主观意愿和道路客观约束条件综合作用的结果,从海量车辆轨迹中可以挖掘出道路的实时交通信息为智能交通服务．通过建立轨迹约束模型用以量化各约束因子,基于线性参照系统的数据预处理以加快检索速度和降低轨迹的不确定性,基于移动目标主体相似性和移动轨迹时空相似性的数据选取降低了数据库搜索次数提高发掘准确度,分别针对道路交叉口和一般路段进行数据挖掘,提取实时的道路交通信息．研究结果和实验结果表明,这个挖掘算法可以有效地提取道路实时路况信息．     

考虑出行者不同理性程度的拥堵交通流分配方法

为研究出行者感知偏好对交通分配结果的影响,本文构建了微观路径选择模型,提出拥堵条件下受路段通行能力限制的交通分配算法。引入出行者决策过程中的后悔和无差别化阈值,考虑出行时间和排队时间的心理感知差异,构建不同理性程度下的路径选择概率模型。在集计水平上,考虑当前路段及其上下游路段通行能力限制、路段车辆空间排队和溢出,提出路段车流量流入、流出的修正方法。采用增量加载分配方法,研究路段车辆的消散特性,再现了从个体路径决策到宏观路网状态的演化过程。基于Nguyen-Dupuis仿真网络,比较不同算法下各路段的拥堵车辆和各路段车辆流入、流出情况。结果表明：出行者个人偏好感知会显著影响拥堵路段的成本函数,是出行者路径选择的关键因素,但是出行者个人偏好对非拥堵路段的车辆流入、流出影响较小;考虑个体偏好的交通分配方法能降低路网的平均饱和度。本文提出的考虑有限理性的拥堵交通分配方法可应用于拥堵路网的交通诱导,有利于促进道路资源的合理利用。     

基于浮动车速度波动特征的交通状态识别

为实现路段交通状态的准确判别,解决单参数无法直接识别道路交通状态问题,本文利用高频浮动车速度数据,使用灰度共生矩阵特征值对比度和逆方差表示车辆行驶的波动特征。基于城市道路交通状态变化的动态性与连续性,围绕固定时间窗口内车辆的平均车速、对比度和逆方差,采用FCM (Fuzzy c-means)算法进行聚类分析,得到畅通、平稳、拥挤和阻塞这4种状态阈值。提出基于多维高斯隐马尔可夫模型的交通状态识别方法,分别以3,5,6 min固定时间窗口训练模型。模型状态转移矩阵表明,时间窗口越小其保持原有交通状态的可能性越大,时间窗口越大交通状态突变的可能性越大。使用不同序列长度对比3种时间窗口在测试集中的识别精度,结果表明,随着序列长度的变化,精度显示出先升高后降低的趋势,且固定时间窗口越大,不同序列长度的识别精度变化越均匀。最后利用5 min固定时间窗口划分数据使用本文方法和支持向量机以及随机森林分别进行道路交通状态识别,综合精度分别为92.00%、84.89%、88.48%,同时本文方法在查准率、召回率和F1度量(F1-score)指标均优于其他两个模型,说明道路车速的波动特征可以很好地反映道路交...     

基于图像处理的道路拥堵快速检测研究

提出一种基于图像处理技术的城市道路车辆拥堵程度快速检测算法。为既能加快处理速度又可任意选取有车区域路段,提出人机交互的有车区域检测。利用拥堵图像和通畅图像纹理特性的差异,提出基于纹理分析的车辆密度估计。通过原始图像灰度降级和灰度共生矩阵计算及特征提取,从有车区域图像中提取能够反映车辆密度的能量和熵特征,经过特征值训练得到车辆拥堵判决阈值,实现道路拥堵检测。试验结果证明,该算法检测准确率高达99%,同时算法的处理速度能够满足工程中的实时性要求。     

基于卡口车牌数据的交通拥堵改善方案研究

卡口车牌数据含有极其丰富的交通信息,可以获取传统调查方法无法获取的指标,是交通分析的理想数据。提出卡口车牌数据用于交通拥堵分析的思路和方法,即通过卡口车牌数据获取路段流量、转向流量、路段平均行程时间、车辆OD等指标,了解交通特征,进而有针对性地提出改善方案。在原始数据预处理方面,提出基于路网拓扑结构和大数据思想的数据补全方法;在交通分析方面,根据不同分析目的,将研究问题分为明确路径的轨迹分析、明确起(终)点的轨迹分析以及不明确起终点的轨迹分析三类,并分别探讨了其适用性。最后,以千岛湖镇新安东路改造为例阐述具体分析过程。     

基于RFID的道路交通拥堵信息识别模型

为推动交通智能化发展,引入射频自动识别技术获取道路上车辆运行信息,进行基于RFID的车辆信息采集框架设计。然后利用信息融合约简方法计算交通流特征值,最后根据速度、密度、流量三变量建立基于模糊层次分析的道路拥堵评价模型,判定道路交通拥堵级别,并在此基础上提出道路交通拥堵峰值异常和总体评价并行的预警机制。实验分析表明,该模型能够快速准确地确定当前道路的拥堵状态,及时预警拥堵路段,保证道路行车通畅和安全。     

考虑交通状态影响的服务区凝聚层次聚类入区判别模型

为了精准掌握高速公路服务区入区车辆特征、提升服务区运营管理水平,基于高速公路ETC门架通行和收费数据,在分析服务区路段和邻近服务区路段车辆行程时间和速度分布特征基础上,考虑路段交通运行状态影响,提出了基于凝聚层次聚类的运行状态识别方法和服务区分车型入区判别模型。以G65包茂高速大观服务区为例,通过关联上、下游门架路段交通运行状态,明确了服务区路段车辆在4种不同运行状态下的速度概率分布特性,结合聚类给出了各个运行状态下车流密度和速度变化的入区判定条件,并利用服务区视频卡口数据进行验证分析。结果表明：判别误差主要分布在拥堵时段,全日客车和货车在考虑运行状态下的相对误差分别为1.5%、7.0%,与不考虑路段运行状态情况相比分别提高了2.9%、4.1%,验证了模型的有效性,为获取高速公路服务区入区车辆特征提供了一种新的思路。     

基于车牌识别数据的城市路网运行状态识别方法实践

采用城市车牌识别数据进行路网运行状态观测和分析,设计了基于车牌识别数据的交通卡口聚类算法、车辆轨迹还原算法及速度分类树算法,建立了路网运行状态识别模型,结合乌鲁木齐的城市交通路网形态和车辆构成特征,通过与出租车GPS统计数据的对比和融合分析,研究了乌鲁木齐市的交通出行特征、路网运行速度与流量变化规律,以及路网运行与常发拥堵路段的关系,提出了一种利用车牌识别数据进行城市路网运行状态识别的方法。     

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车辆阴影分割是智能交通领域中车辆识别的一项重要内容,阴影分割的好坏直接影响到车辆识别的准确性以及整个智能交通监控系统的性能。针对当前基于RGB和HSV颜色空间的车辆阴影分割算法缺陷与不足,本文提出了一种新的基于YCbCr空间的车辆阴影分割算法。首先选取图像中的运动区域,运动区域包括车辆以及阴影;然后根据阴影区域出现的特点,选择初始阴影数据;最后,通过本文提出的阴影分割算法最终确定阴影区域的形状与位置。经过实际道路运行测试,该算法能提取出的车辆阴影完整性好,具有较好的鲁棒性,在智能交通领域具有一定的应用价值与前景。车辆阴影分割是智能交通领域中车辆识别的一项重要内容,阴影分割的好坏直接影响到车辆识别的准确性以及整个智能交通监控系统的性能。针对当前基于RGB和HSV颜色空间的车辆阴影分割算法缺陷与不足,本文提出了一种新的基于YCbCr空间的车辆阴影分割算法。首先选取图像中的运动区域,运动区域包括车辆以及阴影;然后根据阴影区域出现的特点,选择初始阴影数据;最后,通过本文提出的阴影分割算法最终确定阴影区域的形状与位置。经过实际道路运行测试,该算法能提取出的车辆阴影完整性好,具有较好的鲁棒性,在智能交通领域具有一定的应用价值与前景。     

基于模糊信息粒与SVM的道路交通状态波动分析

为分析道路交通状态波动范围,提出了一种基于模糊信息粒化与支持向量机组合预测的建模方法。分析了道路交通状态波动特点和交通参数选择原则,以模糊理论和时间序列预测为基础,通过模糊信息粒以15 min时间窗将样本数据模糊化,得到Low、R、Up这3组时间序列;并利用支持向量机模型分别对其进行预测,获得道路交通状态的波动范围与变化趋势。实例分析时,在验证数据采集路段属性相近的前提下,用该组合模型对早、晚高峰和平峰等3个时段的交通波动状态进行验证,验证结果有较高精度,能有效预测交通状态波动情况。     

基于GN算法的城市路网区域划分方法研究

城市道路交通网络区域划分是实现区域交通控制与交通诱导的前提和基础,正确的交通区域划分能显著提高城市区域交通控制与诱导效率。将城市道路交通网络抽象为以路段行程时间为权值的复杂网络结构,采用分裂算法中的GN算法,提出道路交通网络模块度函数实现路网区域划分;并根据复杂网络中强社团与弱社区的概念提出道路交通网络中强连接区域与弱连接区域定义对划分结果进行评价;同时与无权道路交通网络区域划分结果进行对比评价。结果表明:该城市路网区域划分方法划分结果合理。     

基于改进GN算法的路网脆弱性诊断模型

分析了路网脆弱性的含义.根据道路网络的特点,改进了复杂网络理论中的社团划分算法———GN算法,提出了基于GN算法的路网脆弱性诊断模型.以路段介数值作为评判路段重要性的依据,在已知路网基本结构条件和交通需求分布的条件下,对路网中脆弱路段的空间分布和脆弱路段的失效顺序进行了识别.实例分析了基于GN算法识别路网脆弱性的诊断效果和模型的实用性.     

低频GPS数据和交叉口延误下的行程时间估计

为解决低频GPS数据条件下路段行程时间估计误差较大的问题,分析了车辆在道路交叉口影响区域的延误特征,根据两个相邻GPS点跨越一个或多个交叉口,以及跨越的交叉口影响区域內有无GPS点,划分了4种GPS分布类型,并设计了相应类型的基于交叉口延误计算的路段行程时间插值算法.以北京市八角地区实际GPS数据为例验证了本文算法,结果表明:在平峰和高峰时段,用本文算法计算的路段行程时间的平均绝对相对误差不超过14%;与改进插值法相比,平均估计精度提高了7.9%,在交叉口延误时间较大的路段效果更显著.      

随机时变特征下基于行程时间的路径选择算法

基于南京市实测数据分析了道路交通流实际随机、时变特征,证实现有行程时间最短路径算法相关研究中对道路交通流的随机、时变特征的假设与实际不符.以反例论证道路交通流实际随机、时变特征下,自适应算法(Adaptive Routing Policy)在求解行程时间最短路径方面的无效性.针对交通模式时段内道路交通流随机、时间无关的特征,以及路段行程过程中行程时间的确切概率分布难以知晓的实际情况,提出基于历史概率分布的历史期望行程时间最短k路径基础上的考虑风险衡量及当前道路实际交通流状况的路径选择算法.     

基于自组织理论的道路交通拥塞自疏散模型研究

为了进一步探讨道路交通拥塞控制方法,以及为缓解这一社会性问题提供理论及模型依据,完善道路交通拥塞控制研究的理论框架,本文以定性与定量相结合的研究方法,在分析道路交通拥塞演变过程（即道路交通拥塞的形成及消散过程,整个过程包括从自由流状态过渡到拥挤状态再到堵塞状态,逐渐消散到拥挤状态,最后达到畅通自由流状态)的基础上,通过对实地调查路段及交叉口交通流参数分析,得到道路交通拥塞演变过程中交通流量及车辆跟驰特性呈泊松分布,进而根据自组织理论中的协同学理论,确定交通拥塞序参量,并基于最短行程时间和Dijkstra 算法中的最优路径选择方法,建立道路交通拥塞自疏散模型.通过对模型进行应用分析,验证了模型的有效性.本文研究成果对于缓解道路交通拥塞,提高道路交通系统服务能力和运行效率具有一定的理论意义和实用价值.     

适于营运车辆超速时空特征分析的改进DBSCAN算法

营运车辆的超速违法行为具有较大的危害性,分析其超速的时间和空间分布规律,对于加强道路运输安全管理具有重要意义.鉴于此,提出一种适于营运车辆超速时空特征分析的改进DBSCAN算法,通过添加时间半径达到对时间维度的支持,对营运车辆超速多发点在时空维度上进行聚类,揭示营运车辆超速违法行为的时空分布特征.然后在广东省重点车辆监控平台上对算法进行验证.实验结果表明,该算法能够快速对超速数据进行时间和空间维度的聚类分析,有效完成超速路段和时段的排查,为查找营运车辆超速常发路段和时段提供了新的分析方法.     

基于路网二次分层模型的出行路径诱导优化方法

为了提高出行诱导路径搜索的效率和优度,提出了一种基于道路功能以及交通状态划分的路网二次分层模型,模型从道路的功能角度进行路网的初分层,从道路交通状态角度,通过设定的交通状态阂值进行路网的次分层,建立的路网二次分层模型从宏观方面反映路网的结构,从微观方面反映路网运行的交通参数;利用路网二次分层模型所划分的各层路网之间的协同,借助限制区域的A‘算法进行最优路径的“三段巡径”过程。实例表明该算法实用、高效,有助于搜索得到最优出行路径。     

施工环境下高速公路应急车辆资源配置

提出了一种施工环境下的高速公路应急车辆资源配置方法。通过分析高速公路施工区域对高速公路通行能力的影响,构建了施工环境下高速公路路段危险程度计算模型,求解各路段的危险程度;根据现有的高速公路应急资源的配置模型,充分考虑施工区域影响下的路段危险程度、最佳救援时间、资源需求等参数的影响,采用数学规划的方法构建了基于施工区通行能力与历史事故数据的应急资源配置模型,采用粒子群算法求解模型。并以山东高速济青高速段施工区域路段为例进行了应急车辆资源配置。结果表明:在保证各路段资源需求的前提下,应急车辆的资源利用效率最高,实现了施工环境下高速公路应急车辆的合理配置。     

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短时交通流预测是智能交通系统的核心内容和交通信息服务、交通诱导的重要基础。目前,道路交通数据采集设备的性价比越来越合理,道路上交通数据的采集设备不断完善,使得短时交通流状态的分析处理和预测成为可能。考虑到道路网交通状态的混沌特性和相关性,应用多维混沌时间序列可对道路网多断面交通状态进行预测。建立的多维混沌时间序列模型中有多个参数需要确定,并且与以往一维混沌时间序列预测中参数确定原则既有区别又有联系,因此在分析其差异性之后,本文利用粒子群优化算法优化模型中参数,当输入新的数据时,应用该模型就可以预测道路多点的交通状态。通过某城市快速路上7个断面交通流量来验证模型的有效性。