基于改进小波分解的机载位置数据降噪处理

机载经度、纬度、高度数据的精度,对保证飞机定位的精确性和飞行安全性有着重要意义.结合小波分解和经验模态分解(EMD)2种方法的优点,在小波分解的基础上,提出1种基于 EMD 的小波分解降噪方法.利用 EMD 对机载位置数据进行分解,并对高频分量用小波分解方法进行降噪处理,降噪后高频分量再结合低频分量进行重构得到降噪后的数据.以西安到长春某航班巡航阶段的机载高度数据序列为例,进行了仿真验证.结果表明,改进小波分解降噪方法与传统的小波分解降噪方法相比,信噪比提高了0.649,均方根误差减小了0.6969,消噪效果更加明显.改进的小波分解方法在处理机载位置数据方面有着较明显的优点,可获得更精确的飞机三维数据.      

基于毫米波雷达组群的全域车辆轨迹检测技术方法

高精度车辆轨迹数据对于高速公路交通管理和智慧服务具有非常重要的研究及应用价值，然而现有的车辆轨迹感知技术难以获得全域全时车辆轨迹数据。为此，提出一种基于毫米波雷达的全域车辆轨迹跟踪技术方法，该方法包括：雷达原始数据获取及适配、轨迹数据清洗及降噪、道路线形感知及还原、车辆轨迹匹配及拼接。其中，雷达原始数据获取及适配通过构建雷达帧数据适配表将雷达数据格式标准化，并通过构建的轨迹可信度评价指标K，剔除镜像车辆轨迹数据，进而基于历史行车轨迹的统计学特征，采用聚类方法还原道路线形，最终通过雷达群组间车辆轨迹特征分析及匹配拼接，实现设备内部及跨设备对车辆轨迹的持续跟踪。利用载波相位差分技术(Real-time Kinematic, RTK)和基于无人机航拍视频定位技术分别对单车及多车轨迹跟踪精度进行检验。研究结果表明：在单目标跟踪状态下，系统的纬度偏差均值为-0.284 m，经度偏差均值为-0.352 m，纬度误差均值为0.712 m，经度误差均值为0.539 m；在多目标跟踪状态下，系统丢车率约为8%，轨迹定位与真实位置偏差均值为0.990 m，具备良好的轨迹跟踪精度。该方法为未来从更加宏观的范围内研究个体驾驶行为风险转移分析、微观水平的驾驶风险的时空演化提供了数据支撑。     

基于GTO-CNN-BiLSTM模型的公交车到站时间预测

提升公交车到站时间预测精度可以提高乘客出行效率和公交服务质量、节省公交运营成本。通过分析公交车运行的影响因素、周期与相关性,文章建立了基于人工大猩猩部队算法的卷积双向长短期记忆神经网络(GTO-CNN-BiLSTM),通过人工大猩猩部队算法进行超参数寻优,获得更好的预测效果,采用呼和浩特62路公交到站时间数据进行预测,验证模型预测精度。研究表明：不论是在工作日还是非工作日,早晚高峰还是平峰,GTO-CNN-BiLSTM都能有最优预测效果,相较于卷积双向长短期记忆神经网络(CNN-BiLSTM)、双向长短期记忆神经网络(BiLSTM)和长短期记忆神经网络(LSTM),GTO-CNN-BiLSTM预测结果的平均绝对误差至少减少7.57%,均方根误差至少减少3.84%,平均绝对百分比误差至少减少7.86%。     

基于MM-STConv的端到端自动驾驶行为决策模型

针对现有端到端自动驾驶模型输入数据类型单一导致预测精确度低的问题，选取RGB图像、深度图像和车辆历史连续运动状态序列作为多模态输入，并利用语义信息构建一种基于时空卷积的多模态多任务（Multimodal Multitask of Spatial-temporal Convolution，MM-STConv）端到端自动驾驶行为决策模型，得到速度和转向多任务预测参量。首先，通过不同复杂度的卷积神经网络提取场景空间位置特征，构建空间特征提取子网络，准确解析场景目标空间特征及语义信息；其次，通过长短期记忆网络（LSTM）编码-解码结构捕捉场景时间上、下文特征，构建时间特征提取子网络，理解并记忆场景时间序列信息；最后，采用硬参数共享方式构建多任务预测子网络，输出速度和转向角的预测值，实现对车辆的行为预测。基于AirSim自动驾驶仿真平台采集虚拟场景数据，以98 200帧虚拟图像及对应的车辆速度和转向角标签作为训练集，历经10 000次训练周期、6 h训练时长后，利用真实驾驶场景数据集BDD100K进行模型的测试与验证工作。研究结果表明：MM-STConv模型的训练误差为0.130 5，预测精确度达到83.6%，在多种真实驾驶场景中预测效果较好；与现有其他主流模型相比，该模型综合场景空间信息与时间序列信息，在预测车辆速度和转向角方面具有明显的优势，可提升模型的预测精度、稳定性和泛化能力。     

基于RFID电子车牌数据的公交行程时间预测方法

为了给公交优先信号配时系统提供足够的"思考"时间和准确的控制依据，基于重庆市RFID电子车牌数据提出了一种采用自适应渐消卡尔曼滤波和小波神经网络组合模型动态预测公交行程时间的方法。综合分析公交行程时间的动态和静态影响因素，选取的模型输入参量为标准车流量、路段车辆平均行程时间、平均车速离散性和前班次公交行程时间。利用RFID电子车牌系统采集重庆市鹅公岩大桥路段车辆行驶数据，选取3 000组实际运行数据完成公交行程时间预测模型的训练，另筛选50组数据验证模型的有效性和准确性。研究结果表明：组合模型可动态自适应预测公交行程时间，预测值平均相对误差为3.23%，绝对误差集中在8 s左右，明显优于2种单一模型和基于传统GPS数据的公交行程时间预测模型，可认为选择RFID电子车牌数据作为组合模型的输入，能够明显改善模型预测精度；组合模型预测值的残差分布更为集中、鲁棒性较好，泛化能力强。选择平均绝对误差值、均方根误差值和平均绝对百分比误差作为模型评价指标，结果进一步表明，组合模型的综合预测效果明显优于单一的自适应渐消卡尔曼滤波和小波神经网络。研究方案可为先进公交信息化系统提供良好的技术支撑。     

基于TL-Conv LSTM-AM组合模型的薄平板抖振响应预测

针对大跨度桥梁等工程结构在紊流场作用下的抖振响应预测问题，以薄平板为例，将数值模拟的薄平板抖振响应时程结果作为训练与测试数据，选用风场时程数据作为输入，并将薄平板的横向位移、竖向位移以及扭转角响应时程数据作为输出，分别采用带外部输入的非线性自回归(NARX)、长短期记忆(LSTM)、卷积长短期记忆(Conv LSTM)、注意力机制长短期记忆(LSTM-AM)神经网络模型预测薄平板的抖振响应。进一步地，将迁移学习(TL)方法与上述神经网络模型相结合，提出基于Davenport准定常抖振理论获取大量源任务数据的方法。通过筛选出的可用源任务数据，训练上述神经网络模型并经共享权重、微调参数后完成对薄平板目标任务数据的预测，并最终构建了TL-Conv LSTM-AM组合模型来预测薄平板抖振响应的思路。研究结果表明：在薄平板抖振响应预测中，LSTM模型的预测精度要高于NARX模型；引入卷积计算和注意力机制均有利于时序数据的预测，因此Conv LSTM和LSTM-AM模型的抖振响应预测精度相比单一的LSTM模型的预测精度要高；当上述神经网络模型结合迁移学习方法后能有效提升抖振响应的预测精度，但在局部...     

基于深度学习的城市地面公交客流集散点刷卡客流预测——以常州市为例

提出了一个全新的动态公交客流预测模型,使用智能卡数据和网络爬取的常州市兴趣点(POI)数据、天气记录数据,建立一种特征融合的长短期记忆递归神经网络(Feature-fusion LSTM RNN)模型,并应用于常州市地面公交客流集散点的智慧卡(Smart Card)刷卡客流预测.将以上模型用于刷卡客流预测实验,结果表明经过良好数据训练后的特征融合的长短期记忆递归神经网络可以在刷卡客流预测中保持较高的稳定性、准确性和泛化能力.     

基于观测数据潜在特征与双向长短期记忆网络的车辆轨迹预测

针对传统算法无法满足复杂交通场景下无人驾驶车辆对周围运动车辆轨迹预测需求的问题,提出一种基于观测数据潜在特征与双向长短期记忆(BiLSTM)网络的车辆轨迹预测方法.首先利用一维卷积神经网络(1DCNN)提取由传感器所获取的车辆运行状态观测数据的潜在特征,然后将以序列方式构造的具有时空关系的特征向量作为BiLSTM网络的...     

基于注意力Seq2Seq网络的高速公路交织区车辆变道轨迹预测

针对交通状态复杂的高速公路交织区域，经验丰富的驾驶人能够通过正确地推断周围车辆的未来运动进行及时的车道变换，这对于实现安全高效的自动驾驶至关重要，然而目前的自动驾驶车辆往往缺乏这种预测能力。为此，基于深度学习理论，提出了一种结合注意力机制和编-解码器结构的交织区车辆强制性变道轨迹预测方法，利用Next Generation Simulation（NGSIM）数据集提取车辆变道过程中的关键特征，并引入碰撞时间（Time to Collision，TTC）和避免碰撞减速度（Deceleration Rate to Avoid a Crash，DRAC）2种风险指标，将变道车辆及其周围车辆视为一个整体状态单元，同时补全状态单元内部不同车辆在横向和纵向上的时空状态特征，从而更有效地刻画车辆间的动态交互行为；然后将不同观测车辆的连续窗口序列输入基于长短期记忆网络（Long Short-term Memory，LSTM）的编-解码器，预测交织区车辆变道的未来运动轨迹，通过添加软注意力模块，使模型能够集中聚焦于影响车辆在不同时刻下位置变化的关键信息，再现了真实交通场景下车辆的变道行为。试验验证表明：基于注意力机制的编-解码器模型与当前流行的卷积长短期记忆网络、极限梯度提升树等模型相比具有更高的轨迹预测精度，在长时域的变道轨迹拟合上有显著的优越性，为辅助和自动驾驶领域的发展提供了新思路。     

基于ATT-LSTM模型的高速公路交通事件持续时长预测

为揭示交通事件对高速公路运行状态持续时间的影响规律，研究了高速公路交通事件持续时长预测方法。考虑高速公路交通事件时间序列特性，基于循环神经网络理论，从时间序列数据中提取交通事件时间依赖关系；通过引入长短时记忆网络，结合特征、时序注意力层挖掘历史时刻信息和当前时刻数据间的相关性，构建基于注意力机制-长短时记忆网络的高速公路交通事件持续时长预测模型。以2018年西安绕城高速公路交通监测数据集为例，开展了高速公路交通事件持续时长预测模型验证，对比了所提模型与反向传播神经网络、随机森林、支持向量机、长短时记忆网络模型这4种典型算法的预测精度，并分析了事件类型、天气条件、车辆类型、交通量等不同影响因素对持续时长的影响程度。结果表明:使用同一数据集，注意力机制-长短时记忆网络预测模型的预测结果平均绝对误差为24.43，平均绝对百分比误差为25.24%，均方根误差为21.17，预测精度优于其他4种预测方法。在模型的各影响因素权重中，事件类型所占权重最大为0.375，其次分别为车道数、车辆类型、天气等；采用立交出入口小时交通量作为修正参数，可以进一步提升预测精度，预测结果的绝对误差、平均绝对百分比误差和均方根误差可分别降低21.3%、7.5%和16.9%。研究结果能进一步提高高速公路交通事件持续时长预测的精度，为公路安全高效运行提供技术支持。      

Accurate INS position solution during GPS outages or degraded GPS

Temporary degraded GPS (DGPS) position loss, in circumstances such as an overhead bridge, can be alleviated by an inertial navigation system (INS) that uses onboard sensors, such as yaw and speed sensors, to determine vehicle position. This paper introduces a post-processing DGPS/INS integration approach based on using the INS solution during DGPS outages or periods of low accuracy DGPS position solutions. In this approach, the INS solution initialization is performed using the DGPS solution before DGPS position solution loss, and measurements from the Inertial Measurement Unit (IMU). The final post-processed INS solution is a weighted average of the INS forward and backward solutions. This work constitutes two parts: the INS initialization methods for different degrees of freedom vehicle positioning models, and the developed weighting model necessary to combine the forward and the backward solutions. The former part is essential in obtaining acceptable INS initial states for both the stand-alone INS or any post-processing or real time INS/GPS integrated system. The latter part is based on the use of the complementary error behaviours of the backward and the forward solutions, and can be used as a survey method with acceptable position solutions accuracies. Applying the forward/backward INS combined solution method on real data shows that the resultant INS solution accuracy is 35 cm or less over a 1000 m road segment. This method is used to survey freeways interchange road segments where 50% of the surveyed distance has no DGPS solution or has a degraded DGPS solution. The average achieved accuracy over the whole freeways interchange is around 40 cm over a 23 km distance.     

基于网格分块索引的车辆高频活动区域算法

车辆的高频活动区域对于车辆的服务应用有较大的参考意义,而汽车高频活动区域的计算中会基于其采集模块提供的经纬度数据进行运算,而该采集模块的经纬度数据误差通常为10米左右,较大误差的引入会影响高频区域计算的复杂度,准确性,及时性。若要降低该误差通常可借助提高采集模块的采集精度,或第三方差分定位服务,但同时导致成本上升。本文将基于当前车辆采集模块的经纬度数据精度,采用地图网格化分块索引的方式改进了车辆高频活动区域的算法,提高了车辆高频活动区域的计算的速度和准确性。     

车载导航系统陀螺的自适应校正方法

分析了低成本压电振动陀螺误差及其影响因素,在实验的基础上得出采用温度补偿陀螺误差的可行性。建立了联合卡尔曼滤波方程融合GPS和INS信息,估计定位信息和陀螺误差。提出车载GPS/INS组合导航系统中陀螺零漂误差和标度因子误差的校正过程启动条件,当条件满足时,以估计的陀螺误差为输入,采用温度误差校正表学习算法对陀螺误差模型进行训练。用道路实验数据对提出的陀螺校正算法进行验证,结果表明该算法精度高、收敛快、可操作性好。     

Accurate INS position solution during GPS outages or degraded GPS

Temporary degraded GPS (DGPS) position loss, in circumstances such as an overhead bridge, can be alleviated by an inertial navigation system (INS) that uses onboard sensors, such as yaw and speed sensors, to determine vehicle position. This paper introduces a post-processing DGPS/INS integration approach based on using the INS solution during DGPS outages or periods of low accuracy DGPS position solutions. In this approach, the INS solution initialization is performed using the DGPS solution before DGPS position solution loss, and measurements from the Inertial Measurement Unit (IMU). The final post-processed INS solution is a weighted average of the INS forward and backward solutions. This work constitutes two parts: the INS initialization methods for different degrees of freedom vehicle positioning models, and the developed weighting model necessary to combine the forward and the backward solutions. The former part is essential in obtaining acceptable INS initial states for both the stand-alone INS or any post-processing or real time INS/GPS integrated system. The latter part is based on the use of the complementary error behaviours of the backward and the forward solutions, and can be used as a survey method with acceptable position solutions accuracies. Applying the forward/backward INS combined solution method on real data shows that the resultant INS solution accuracy is 35 cm or less over a 1000 m road segment. This method is used to survey freeways interchange road segments where 50% of the surveyed distance has no DGPS solution or has a degraded DGPS solution. The average achieved accuracy over the whole freeways interchange is around 40 cm over a 23 km distance.     

基于GA、RBF和改进Cao方法的空中交通流预测方法

针对传统空中交通流量预测方法精度不足、时效性差的问题,考虑空中交通流量时间序列的混沌特征,在相空间重构理论的基础上,研究了结合遗传算法（GA）、径向基（RBF）神经网络与改进Cao方法的空中交通流量预测方法。为降低传统Cao方法人为参数选择引入的误差,提高相空间重构精度,通过判定虚假邻近点,以及迭代比较嵌入维度离差和可接受偏差,确定重构相空间嵌入维度值的选择标准,进而得到重构后的空中交通流量时间序列数据;为提升径向基神经网络预测精度并降低参数误差,使用遗传算法优化RBF神经网络的中心矢量、加权系数和输出层阈值,再通过最优系数标定后的神经网络对重构后的时间序列进行预测;利用实际空中交通流量数据进行仿真以验证方法的有效性,并结合最大Lyapunov指数和预测结果分析了预测的时效性以及时间尺度对精度影响。结果显示:①改进后的预测方法具有更好的非线性拟合能力,提高了交通流量时间序列的预测精度;②以5 min时间间隔预测为例,相比传统RBF神经网络,改进方法的平均绝对误差、均方误差以及平均绝对百分比误差分别降低了19.44%、34.78%和27.21%;③相比反向传播（BP）神经网络和长短期记忆（LSTM）神经网络,所提方法的平均绝对误差分别降低了36.20%和16.10%,运行速度分别提高了27.42%和35.00%。综上所述,所提方法能更好地解析系统的混沌特性,提升空中交通流量预测精度与速度。      

基于滑动窗口动态输入LSTM网络的铁路运输系统碳排放量预测方法

铁路运输的低碳发展对交通系统实现“双碳”战略目标有着重要意义。针对当前铁路运输碳排放预测研究较少、预测精度不高的问题,考虑碳排放时间序列数据中历史信息和当前信息间的相关性,引入滑动窗口,结合长短期记忆（LSTM）网络,构建铁路运输碳排放量预测模型。采用灰色关联分析法计算铁路运输碳排放量各影响因素的关联度值,筛选铁路运输碳排放量的关键影响因素,使用高关联性数据作为预测模型的输入变量,提高预测精度;应用LSTM网络为基础预测模型,通过引入滑动窗口改进神经网络的数据输入; 考虑未来减排政策变化对铁路运输碳排放量的影响,融合基于动态政策的情景分析,构建铁路碳排放预测模型,并利用多项式误差拟合方法进行误差修正,提高预测结果准确性。以1980—2019年铁路运输碳排放相关数据为例,从现有文献中总结出17个铁路碳排放影响因素,利用灰色关联分析法从中筛选出6个关键因素,通过滑动窗口对筛选出的数据进行子序列分割,测试不同长度窗口下的预测精度,选择最优窗口参数,建立改进LSTM模型进行预测,并将预测结果与原LSTM、BPNN和RNN模型进行对比,结果表明:改进LSTM模型将相对误差平均值降低至0.392%,而原LSTM模型为3.862%,BPNN模型为1.535%,RNN模型为0.760%,即改进LSTM模型具有更高预测准确性;根据历史趋势和发展政策设置基准情景和3种未来减排情景,利用改进LSTM模型预测未来10年铁路运输碳排放量,在4种模拟情景下,铁路运输2030年的碳排放量分别为9.83×106 t、8.91×106 t、8.62×106 t和8.09×106 t。综上所述,引入滑动窗口的改进LSTM模型能进一步提高铁路运输碳排放量预测准确性,融合动态政策的情景分析可为未来铁路运输低碳发展提供可行路径。      

交汇水域船舶轨迹预测与航行意图识别

针对典型水上交通场景交汇水域，研究了1种数据驱动的船舶轨迹预测与航行意图识别方法。设计CNN+LSTM组合神经网络，通过学习交汇水域船舶的历史轨迹，以CNN+LSTM网络为编码器提取其通航环境及船舶航行时空特征，LSTM与全连接层为解码器同步输出未来时段内船舶轨迹序列和航路选择，从而形成船舶轨迹与航行意图识别模型。同时，引入Dropout网络结构描述该模型的预测不确定性，采用随机关闭CNN+ LSTM核心网络部分神经单元的方式，以相同轨迹序列作为输入获取多组相近的预测结果，根据其统计均值与方差对船舶轨迹预测的不确定性进行量化。以美国沿海某交汇水域公开AIS数据为对象开展实验，创建了该交汇水域船舶航行轨迹数据集，以输入时长60 min，采样频率3 min作为输入条件，Dropout值取0.5，实验结果表明:所提方法对未来60 min时段内的轨迹预测误差为3.946 n mile，航行意图识别准确率达87%，不确定性估计覆盖率达85.7%。与LSTM预测方法相比，当船舶操纵性发生改变时，所提CNN+LSTM模型的轨迹预测误差降低了31.6%，而且兼具船舶航行意图识别及预测不确定性估计能力，有利于智能航行与海事监管技术发展。      

基于模糊逻辑的导航定位数据校正算法

为了提高GPS/DR组合定位系统的定位精度,通常采用地图匹配算法来修正定位误差.文中采用了一种基于模糊逻辑的导航定位数据校正算法,对经联合卡尔曼滤波输出的GPS/DR的定位数据进行校正.通过Matlab仿真实验,结果表明,该算法能有效地减小误差,提高组合定位系统的定位精度,改善其对航线跟踪的质量.