基于AIS船舶数据的港口交通流量预测模型研究

针对当前船舶交通流量预测手段落后,精度不高的问题,利用宝船网A PI数据接口提取船舶A IS数据,依托该数据构建基因算法优化神经网络的船舶交通流量预测模型,K近邻回归预测模型、时间序列预测模型和灰色预测模型的组合预测模型.通过自编程序采集了天津港某时段的船舶交通流量数据,在剔除错误和不可用数据后,对船舶交通流量数据进行统计,分析得到了进出天津港的船舶航行特性.同时为了更直观的验证所提出的预测模型效果,与利用K近邻回归、时间序列和灰色预测模型3种方法预测的结果进行对比.组合模型进港预测的平均绝对误差、均方误差和平均相对误差分别是0.5595,1.0119和12.98%,出港分别是0.6726,1.3155和15.23%,以上指标均优于上述的传统3种模型.相比于组合模型,优化的BP神经网络模型预测结果更优,进港和出港预测的平均相对误差分别降低了3.23% 和4.76%,结论证明,组合模型和优化的BP神经网络模型具有较高的预测精度.      

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.      

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。      

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.      

基于状态空间模型的道路交通状态多点时间序列预测

以多点的道路交通状态为研究对象,把道路交通状态单点预测向多点同时预测扩展,提出了基于状态空间模型的道路交通状态多点时间序列预测方法。首先,利用道路交通状态的多点时间序列数据建立多维自回归模型,转化状态空间模型形式,接着利用EM算法估计状态空间模型参数,从而得到多点道路交通状态的状态空间模型;其次,根据时间序列数据估计系统状态,利用卡尔曼滤波算法进行一步预测,补充新的数据并更新系统状态递推预测;最后,利用某城市快速路上相邻6个交通检测器采集的多点时间序列数据验证模型的有效性,并与卡尔曼滤波单点预测方法相对比。结果表明:该模型是可行和有效的。     

基于交互式BP-UKF模型的短时交通流预测方法

城市路网具有功能多样、组成复杂、交通量大、交叉口多等特点。优化短时交通流预测模型能够增加交通状态判别的精准度,有利于市民预知交通出行信息,为交通诱导措施的发布提供数据支持,免陷入拥堵困境。针对目前短时交通流预测模型优化过程中出现的模型适应性差,使用条件要求高、单一模型无法准确地描述交通流在不同时段内的变化规律等因素造成短时交通流预测精准度低的问题,采用Kohonen神经网络对交通流数据进行聚类分析,令聚类得到的不同交通流模式下的交通流数据作为训练多个不同BP神经网络模型的输入,将不同神经网络模型与无迹卡尔曼滤波结合组成多个交通滤波器,完成交通流量的非线性预测与在线校准,最后使用交互式方法融合各估计器预测结果得出综合交通流预测结果。仿真实例构建了多个估计器和1个基于该方法的联合估计器,将以上各个估计器用于某断面的流量预测中,验证了几类估计器的流量预测性能。试验结果表明:该方法搭建的联合估计器在各种交通模式下较单估计器的预测准确性均有所提高,且在交通流遭遇多因素影响下发生特征变化时表现出一定的自适应性;相比于传统系统预测模型,大大降低了对训练数据量的要求,取得了较为满意的短时交通流预测效果。     

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。      

交通流预测方法综述

实时交通流预测是智能运输系统研究的一个重要问题。为此,建立了许多预测模型,有历史平均模型、时间序列模型、卡尔曼滤波模型、非参数回归模型、神经网络模型和组合模型等。总结评述现存的各类模型,提出交通流预测研究领域今后可能的发展趋势。     

基于多源数据的城市道路网络行程时间预测模型

针对基于单一数据源、利用卡尔曼滤波理论建立行程时间预测模型存在的不足,采用多源数据进行行程时间预测以提高精度。浮动车、固定检测器是常用的交通信息采集方法,在信息种类、数据精度等方面存在一定的互补性。因此,选择2种检测器的实时交通数据作为模型输入参数。利用卡尔曼滤波理论,以流量、占有率、行程时间作为输入量构成参数矩阵,建立城市道路网络行程时间预测模型。并通过Vissim仿真实验验证了模型的有效性。结果表明:基于多源数据的行程时间预测模型平均绝对相对误差为5.45%,其精度比单独采用固定检测器检测数据预测提高了14.4%,比单独采用浮动车数据预测提高了7.5%。      

基于相空间重构和PSO-GPR的短时交通流预测

准确实时的短时交通流预测是智能交通诱导的关键.为提高短时交通流预测精度,研究了基于相空间重构和粒子群优化高斯过程回归的短时交通流预测模型.针对交通流时间序列的非线性、复杂性和随机性,基于混沌理论确定原始时间序列的最佳延迟时间和嵌入维数,进行相空间重构,获得与原始数据具有相同动态特性的更为合理的模型输入-输出数据集.利用粒子群算法改进传统高斯过程模型参数优化的不足,构建预测模型.以重构序列作为预测模型的训练集和测试集,实现短时交通流预测.采用北京市东四环快速路检测器实测数据对比分析模型预测效果.结果表明,基于PSR和PSO-GPR的短时交通流预测模型评价指标均优于对比模型,其中绝对误差平均降低4.88,绝对百分比误差平均降低3.97%,均等系数达到0.963,所研究模型能够有效提高短时交通流预测精度.      

长江干线桥区船舶到达规律数学模型及检验

提出内河桥区船舶交通流量分析的数学方法,以2008-2009年荆州长江大桥的船舶交通流量观测数据为基础,分析了内河船舶的抵达分布规律。依据国家标准GB/T4089—2008,使用双侧检验的方法对泊松分布参数进行了假设检验。其结果表明：荆州长江大桥水域船舶24 h内船舶流量分布符合泊松分布,船舶相隔到达时间符合二项分布,该模型的分布参数=7.82,经双测检验符合国家标准。     

基于虚拟线圈的内河船舶流量检测方法

实时检测内河船舶流量对水上交通管理具有重要意义.为实时检测船舶流量,研究了一种基于虚拟线圈的船舶流量检测系统.虚拟线圈即在视频图像上设置一个封闭区域,根据该区域内图像的变化检测是否有运动目标通过.利用RGB三通道背景差分法得到视频图像的二值化图像,二值化图像的三个分割阈值由大津法求出.设置2个平行的虚拟线圈,通过虚拟线圈的船舶会被检测并计数,同时检测船舶的船长与船宽,利用BP神经网络对船舶进行分类.通过在武汉长江大桥和武汉长江二桥上不同时间段采集的视频进行实验,结果表明,船舶计数正确率达到97.1%,计数漏检率2.9%,计数错检率0%,船舶分类正确率98.6%.处理一帧图片的平均时间为7 ms,具有较好的实时性.      

包含出入口匝道的高速公路路段行程时间估计方法

针对高速公路路段是否包含出入口匝道的特征,提出了1种行程时间估计改进方法。根据不同类型路段流量变化及影响范围,通过匝道物理位置对传统半距离法中路段行程时间的取值进行优化,获得了适应于匝道引起流量不均衡的行程时间估计方法。以南京机场高速公路为背景,通过Vissim仿真所得地点速度值,结合路段行程时间真实值,检验所提方法的性能。实验结果表明:当路段出入匝道的流量均衡时,所提方法较半距离法的精度提高3.71%,较空间线性插值法精度提高4.59%,当出入匝道的流量相差较大时,所提方法较半距离法的精度提高16.27%,较空间线性插值法精度提高17.29%。结果验证了改进方法较半距离法和空间线性插值法更具优越性。      

面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法

针对高峰期间常发拥堵点交通需求过大、周边关联交叉口交通负荷分布不均的问题, 研究了面向常发拥堵点的交通信号协调控制方法。通过对常发拥堵点的车流进行追踪与溯源, 根据交通量关联度确定信号协调控制范围, 然后基于路径的流量分担率与路段平均饱和度识别信号协调控制范围内的关键路径。基于宏观基本图理论, 考虑关键路径对路网运行状态的影响, 构建边界交叉口主动限流控制模型。同时, 利用元胞传输模型描述交叉口与路段的运行状态, 以关键路径通行能力最大化和进口道饱和度均衡化为信号控制优化目标, 建立均衡路网交通负荷的信号控制优化模型。以武汉市发展大道青年路交叉口以及关联交叉口为对象开展仿真实验, 结果表明: 虽然本文方法下的边界交叉口车均延误增加了6.8 s, 但常发拥堵点的车均延误降低了15.7 s; 关键路径的车均延误减少72.6 s, 平均排队长度减少26.1 m。并且, 路网整体的车均延误降低14.7%, 驶出车辆数增加26.6%, 验证了提出方法缓解常发拥堵点交通拥堵的有效性。      

基于时空特征序列匹配的交通流状态估计方法

为了针对无交通流检测器路段更好地进行交通流状态估计，提高估计精度，研究了基于时空特征序列匹配的交通流状态估计模型。通过交通运行指数的计算方法预设城市道路中有交通流参数路段的交通流状态；分析影响城市道路运行条件的各项因素，引入交通流参数与道路参数、路网拓扑参数等时空多维度参数特征，提取3个维度8个特征1个附加维度组成交通流时空特征，构建城市道路交通流DNA特征序列对交通流状态进行描述；将各个特征的值归一化处理，利用WH-KNN匹配方法，得到全路网中与待估计路段最近的交通流状态。实验选取武汉市中环快速路编号为10468、10483以及8816的路段1周数据，假定路段数据缺失，通过所述方法进行交通流状态估计，将估计结果与原始数据结果进行对比。研究表明，模型不仅能够得到无检测数据路段的交通流状态，其状态估计结果的准确率保持在88%以上，且误判结果在1个运行指数等级之内。      

基于ARMA模型的公交枢纽站客流量预测方法研究

分析了城市公交客流量预测的必要性,提出了运用时间序列模型进行短期预测的方法;以城市公交短期交通特征为基础,设计了公交站点的ARMA短期客流预测模型;研究了单线路公交站点客流传统行为,构建了重点区域的枢纽站总客流实时预测模型,并采用上海市五角场枢纽站客流数据对比验证了文中模型的可行性,提出了枢纽站公交调度的优化建议。     

基于标准通行能力的山区高速公路特殊路段线形安全评价研究

为了给道路线形质量提供检核依据,在定义了特殊路段的基础上,根据车辆运行的特征,利用流量与车速的关系建立了特殊路段实际通行能力的理论分析模型。将道路按照"平纵线形+结构物类型"的原则进行分段,通过实测代表断面的车速与交通组成计算了不同路段的实际通行能力,并根据交通组成将其标准化,得出了特殊路段线形与标准通行能力的预测模型。以相邻路段标准通行能力的差△C作为路段线形安全性评价的指标,并根据其与运行车速差的关系得到了线形安全等级划分的临界标准。结果表明:在隧道与弯坡段,使用标准通行能力指标评价线形安全性比使用运行车速指标的结果与事故的相关度更高,可弥补传统运行车速评价模型不能考虑道路类型的不足。     

城市多模式道路网设计方法——模型、算法和应用

为实现城市多模式道路优化,通过分析我国城市混行交通的特性,建立双层模型,对城市机动车道、自行车道、人行道进行整体设计。上层模型以各类车道数为设计变量,定义城市道路交通效率的3个指标,作为优化目标。下层模型将同时决策组合模型推广到混行交通,进行需求预测,并根据预测流量返算设计变量。设计3种启发式算法和对角化算法分别求解上下层模型,将该方法应用于淮北市的路网规划。对3个目标值各进行10次试算来检验算法,粒子群算法计算花费和解值最小;下层模型的拟合度达0.659,优于假设独立交通的拟合度0.375;优化后的路网可以合理解释不同优化目标,说明了文中方法的实用性。      

长江干线大桥水域通航环境安全评价

随着经济的发展．长江干线上建桥越来越多．跨江大桥对船舶航行安全造成了一定的威胁。通过建立长江大桥水域通航环境危险度评价指标体系，根据各指标对安全影响程度的研究结论和专家调查结果．确立通航环境危险度评价标准．并应用模糊综合评价的方法实现对桥区通航环境危险度的综合评价．从而掌握桥区通航环境的安全状况。