高速公路交通状态预测的多源数据融合研究

针对目前高速公路交通状态预测大量使用单一数据源的不足,通过对收费站抽样刷卡数据与浮动车GPS数据的预处理,得到体现同一时间和同一空间的交通状态多源数据;采用极限学习机算法对高速公路交通状态进行预测和估计,并用行程时间指数TTI对道路交通状态进行估计;以广州机场高速公路南线为例,对比分析结果表明,采用多源数据融合模型得出的行程时间均方根误差和平均绝对百分比误差均小于单一数据源模型,且极限学习机在数据准确性与稳定性上均有良好效果,优化率分别为80.6%、53.7%。     

基于状态空间的连续断面船舶交通流量预测研究

船舶流量预测是船舶交通流研究的重要内容,建立科学合理的船舶流量预测模型有助于航道的设计、规划和管理。将传统的单断面船舶交通流预测方法向多断面进行改进和推广,提出基于状态空间和卡尔曼滤波的多断面交通流预测模型。利用船舶交通流多断面流量数据的时间序列进行多维线性回归,并转化为状态空间模型形式;在此基础上由卡尔曼滤波算法对交通流量进行递推预测,得到多断面交通流的预测值。作为实证研究,分别对武汉长江大桥、武汉长江二桥2个断面,以及长江重庆段朝天门、万州、巫山3个断面进行实际数据分析来验算模型的有效性,并与单断面多维线性回归预测方法进行对比。结果表明,使用状态空间模型得到的武汉长江大桥、二桥预测结果的平均相对误差分别减少4.59%,0.97%;而重庆段3个连续观测点采用状态空间法预测比使用时间序列预测平均绝对误差和平均相对误差均有不同程度的降低,其中平均相对误差分别降低1.08%,4.28%, 3 .54%。因此,在不同时间维度上,该模型有助于提高多断面交通流预测精度。      

基于多参数状态时间序列的交通状态预测方法

利用多个参数描述交通状态时,交通流数据表现为多维空间数据。提出了将属于每个状态的多维空间数据转换为一维时间序列的方法,对于此状态时间序列采用BP神经网络进行了下1个时段的交通状态预测。实验结果表明,多参数状态时间序列比单个参数时间序列能更准确地描述交通流状态变化过程,且算法简单,具有较强的预测实时性。     

基于参数预测的高速公路交通状态判别

针对目前基于单截面检测数据的高速公路交通状态判别算法存在着判断阈值多,对拥挤样本依赖性强而拥挤样本采集困难等问题,提出了基于交通流预测的交通状态判别模型.预测过程中以车辆的平均占用时间作为预测的目标参数,利用神经网络建立预测模型,并通过相关系数法确定神经网络的输入层.在预测的基础上,以实测值与预测值之间的差值作为判别的依据,判别道路的交通状态.应用广深高速公路实测数据对判别模型的有效性进行检验,并与经典的McMaster检测算法做了对比,结果表明,所提出算法对拥挤样本依赖较少,判别精度高,鲁棒性高.      

基于交通因子状态网络的城市交叉口交通流预测

信息技术的快速发展,为交通研究和城市交通管理提供了大规模、多样化的数据资源,并为城市交通状态估计和交通流预测方法的研究提供了有力支持。将城市交叉口视为一个微观交通系统,采用数据驱动与领域知识结合的方式,建立微观层次的交通因子状态网络模型（Traffic Factor State Network,TFSN）,考察交通因素之间的相互关联,并考虑环境因素的影响。该模型结合交通因子和环境影响因子的影响,通过对交通流数据进行聚类分析,估算出对应于环境影响因子的交通状态,并通过实际案例验证其物理意义以及与交通流实际状态的对应关系。进一步地,基于不同交通状态下的交通流数据建立高阶多元马尔可夫链,进行交通流预测,并根据交通流时间序列的聚类性能指标提高模型的预测准确性。对数据序列马氏性强弱、马尔可夫模型阶数与模型预测准确性之间关系进行分析。研究结果表明：根据马氏性合理选择马尔可夫模型的阶数可以提升模型预测准确性;直接对原始交通流数据进行预测的平均绝对百分比误差为24.61%,而不同交通状态下交通流预测的平均绝对百分比误差为16.99%,相比直接预测误差下降了7.62%,验证了所提出的微观交通因子状态网络的有效性和可用性。     

基于数据预测的区域道路状态模糊判别

区域路网交通状态判别是实施区域交通管理控制和交通诱导的基础。为有效且有前瞻性地描述区域路网拥挤状况,提出了1种基于时间序列数据预测和主成分分析相结合的模糊综合定量评价方法。以路段平均速度和交通流量为描述交通拥挤状况的参数,利用时间序列预测模型对数据进行预测;将路网中各路段的平均旅行时间作为总延误的影响因素;再利用主成分分析法确定各个路段对区域拥挤的影响权重;最后运用模糊综合评价法对区域路网拥挤状况进行评估。以山西省临汾市实际路网为例,通过 Vissim 交通仿真软件和 SPSS 数据统计分析软件对算法进行了仿真验证。仿真结果表明,该算法能够有效地预判城市区域的交通状况,为交通管理、控制和诱导提供准确的依据。      

基于SSA RX-N A RX模型的短时交通流预测

为了提高短时交通流的预测精度,向出行者提供更加准确可靠的道路交通信息,在充分考虑交通系统非线性特征的基础上,提出了基于SSARX-NARX的短时交通流预测模型.该模型以NARX作为短时交通流预测基础模型,采用SSARX方法建立了短时交通流预测状态空间模型并估计了模型参数,然后将估计出的状态空间模型的系统阶次和马尔科夫参数的值分别作为N A RX基础预测模型线性部分的初始参数值,优化后构造了SSARX-NARX预测模型.利用PeMS数据库的交通流数据,验证了SSARX-NARX模型的预测性能,比较了SSARX-NARX模型与SSARX模型的预测精度.结果表明,SSARX-NARX模型可以实现1步和多步短时交通流预测,并且针对5步和10步短时交通流预测,SSARX-NARX模型的MAPE值分别比SSARX模型小0.76% 和2.4%,而针对1步交通流预测,SSARX-NARX模型的MAPE值比SSARX模型大0.13%,但相差不大.      

车辆操纵稳定性状态估计算法比较研究

建立了基于运动学的车辆3自由度状态估计模型,分别将扩展卡尔曼滤波（EKF）、无迹卡尔曼滤波（UKF）和粒子滤波（PF）应用到车辆状态估计中,通过仿真试验比较了3种算法的估计效果。结果表明,车辆工作在线性稳定区域时,EKF算法效果最优,而车辆工作在强非线性区域并处于失稳状态时,PF算法效果最优。     

四轮轮毂电机电动汽车行驶状态估计

针对四轮轮毂电机电动汽车行驶过程中的状态估计和在数据测量过程中由于偶然因素使观测序列中存在野值的问题,本文中提出了一种基于抗野值鲁棒容积卡尔曼滤波的车辆行驶状态估计算法。首先利用四轮轮毂电机电动汽车的每个车轮的电机驱动力矩容易测得的优势计算轮胎的纵向力,采用Dugoff轮胎模型计算轮胎的侧向力,建立了汽车非线性3自由度车辆模型。接着通过对简单易测低成本传感器信号的信息融合实现电动汽车在行驶过程中的纵向速度、侧向速度和质心侧偏角的准确估计。最后应用Car Sim和Matlab/Simulink联合仿真对估计算法进行验证。结果表明,基于抗野值鲁棒容积卡尔曼滤波的估计算法比扩展卡尔曼滤波估计算法更能较准确地对车辆行驶状态进行估计,且具有较好的实时性。     

基于数据驱动模型融合的锂离子电池多时间尺度状态联合估计方法

本文提出一种基于数据驱动法（data driven method,DDM）-等效电路模型（equivalent circuit model,ECM）融合的锂离子电池多时间尺度状态联合估计方法。首先提取内阻作为健康特征（health factor,HF），利用最小二乘支持向量机（least squares support vector machine,LSSVM）建立电池老化模型实现健康状态（state of health,SOH）估计；根据阻容参数辨识值和容量估计值建立电池状态空间方程，结合无迹卡尔曼滤波算法（unscented Kalman filter,UKF）进行荷电状态（state of charge,SOC）估计；用高斯过程回归（Gaussian process regression,GPR）对HF随循环次数的变化进行映射，预测HF的变化趋势，并结合LSSVM模型实现长期剩余使用使命（remaining useful life,RUL）预测。实验结果表明，所提方法具有较高精度和鲁棒性。     

利用速度信息改进城市道路短时交通量预测

利用速度消息的时变特性,提出了1种无需假设状态变量为平稳的基于卡尔曼滤波算法的短时交通量预测模型。依据城市道路网上下游路段交通流之间的时空演化关系,利用实时采集的路段平均速度信息构建时变的状态转移矩阵来取代常数状态转移矩阵,对现有基于卡尔曼滤波算法的短时交通量预测模型进行改进。最后以2个真实路段4d的交通量进行预测试验,相关计算结果表明:由于加强了模型的动态性,改进后的预测模型较原模型的预测精度在整体上有所提高,其中平均绝对相对误差由7.64%及16.04%分别下降至7.25%及15.75%,均等系数则由0.9572及0.9250分别提高至0.9602及0.9268,而对于交通量急速变化的时段,提高的幅度更为明显,平均绝对相对误差可降低14.8%,从而验证了所提出方法的有效性。      

Short-Term Highway Traffic State Prediction Using Structural State Space Models

This research proposes a short-term highway traffic state prediction method based on a structural state space model, with the intention to provide a robust approach for obtaining accurate forecasts of traffic state under both recurring and non-recurring conditions. True traffic state is decomposed to three components, namely, regular traffic pattern, structural deviation, and random fluctuation. Particularly, the structural deviation term reflects the change of true traffic state from regular (historical) pattern, due to unexpected capacity reduction and/or demand variations. A polynomial trend is adopted to describe the temporal evolution of structural deviations across different time intervals. We derive an analytical form of structural deviations in a single bottleneck case based on cumulative flow count diagrams. The proposed model is incorporated in a Kalman filtering-based algorithmic framework, together with an adaptive scheme for determining the variances of random errors. A set of numerical experiments was conducted on two test beds in the northern Taiwan highway network. Experimental results show that the proposed approach is particularly superior to an ordinary Kalman filtering method presented in the literature under non-recurring conditions, highlighting the advantage of combining both the polynomial trend model and historical pattern into the proposed short-term traffic state prediction approach.     

基于Kalman滤波的城市环路交通流短时预测研究

在介绍现有的主要交通流预测方法的基础上，阐述了基于卡尔曼滤波（Kalman）的预测模型及其具体算法。结合城市环路的交通运行特性，构建了基于卡尔曼滤波的交通流短时预测模型，并根据北京市三环路的实际数据对模型进行验证。实证数据表明．所建立的交通流动态实时预测模型的预测效果比较理想，算法的实时性也满足实际预测系统的要求，可应用于交通流预测及交通智能控制。     

基于时间序列相似性搜索的交通流短时预测方法

为了进一步提高交通流短时预测的效果,在分析现有预测模型存在问题的基础上,设计了1种基于时间序列相似性搜索的交通流短时多步预测方法.利用界标模型对交通流时间序列数据进行模式表示,在历史数据库中搜索与当前交通流时间序列相似度较高的历史时间序列,进而确定与预测时刻相对应的历史数据,利用回声状态网络模型实现交通流的短时多步预测.采用某特大城市快速路5 min采样间隔的交通流量数据进行实验验证和对比分析.实验结果表明,回声状态网络模型的预测精度分别比ARIMA模型和BP神经网络模型提高了6.25%和3.85%,以时间序列相似性搜索结果作为模型输入数据能够进一步提高交通流短时预测的精度.      

基础交通信息融合方法综述

文章介绍了几种经典算法在基础交通信息融合中的应用,包括卡尔曼滤波、人工神经网络、统计分析(加权平均,指数平滑法,平均值的递推估计算法),以及交通流量和行程时间预测方法。各种方法均通过实际验证其有效性及可靠性。融合后的数据能够满足智能交通系统的子系统ATMS相关应用领域对信息的精度要求,为下一步的交通状态估计提供可靠信息。     

基于一种交通状态系数的城市路网交通状态评价研究

针对以往城市路网交通状态评价研究中大多从中观角度将路口归入路段而忽略了交叉口对路网交通状态影响的问题,选取交叉口进口饱和度和路段平均行程速度作为路网状态评价的基本参数,将宏观路网交通状态评价与微观交通状态分析相结合,定义了一种新的路网交通状态系数,作为交通畅通行驶的阻抗,研究确定了路网交通状态系数临界值,提出了一种新的...     

基于非参数回归的快速路行程速度短期预测算法

基于北京市快速路上的检测器所采集的历史数据，经过数据筛选，剔除判别，小波滤噪平稳处理，聚类分析等过程，建立了交通状态演变系列的历史样本数据库。基于所构建的历史数据库，通过数值试验，确定了状态向量、距离匹配原则，K近邻值等参量，构建了一种基于K近邻的非参数回归短时交通预测模型，实现了对路段行程速度的短时预测。最后，利用随机选取的历史数据系列对预测模型的精度进行了检验。结果表明，预测算法的精度可以达到90％以上，可以很好地满足ITS应用系统对于交通预测数据的精度要求。     

基于决策树理论的交通流参数短时预测

针对现有交通流参数短时预测方法的不足,考虑到交通流数据序列的非线性特征,提出一种基于决策树理论的非参数预测方法。采用时间序列滞后项将交通流参数序列转化成非参数模型能处理的数据格式。考虑到交通流参数之间存在长期协整关系,构建流量速度滞后项的组合向量,为预测模型提供基础数据。构建基于分类回归树(CART)的交通流参数短时预测模型。基于实际采集的道路交通流数据,对模型在不同等级道路不同速度区间下的性能进行评估。结果表明,所提出的模型相较于常用的时间序列模型,精度有所提高;速度预测准确性普遍高于流量,速度平均绝对百分比误差基本小于13%,而流量预测则达到了30%;采用工作日和周末数据分别建模能够有效提升预测性能;不同速度区间下的预测性能评估显示,模型在各等级道路中速区间的预测结果具有较高的准确性与稳定性。