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。     

基于递归框架的高速公路交通流量实时预测方法

实时与准确的断面交通流量预测是实现高速公路智能化管理与控制的基础。高速公路交通流量预测要求对数据噪声进行有效处理,且需要满足实时性需求。然而,少有研究从实时性的角度对高速公路交通流量预测的准确性进行改善。研究了结合自适应卡尔曼滤波与长短时记忆神经网络（long short-term memory,LSTM）自编码器的高速公路交通流量递归预测框架,可以满足智能交通系统的实时性与准确性需求。收集高速公路的交通流量和速度等历史数据,应用卡尔曼滤波方法进行数据平滑,以提高原始数据的可预测性能;引入无监督机器学习算法LSTM自编码器对交通流量的时变特征进行建模,以提高模型的运算效率;考虑到高速公路交通流量预测的实时性需要,进一步提出递归预测框架,用LSTM自编码器的预测值代替卡尔曼滤波值;根据获取的实时数据,执行自适应卡尔曼滤波算法以修正当前的最佳状态值,并将该修正值输入LSTM自编码器进行迭代预测。选取美国明苏尼达双子城高速公路的实测交通数据进行案例分析,结果表明：所提出的高速公路实时交通流量递归预测框架在计算成本与预测精度2个方面具有相对竞争优势,模型预测的平均绝对百分比误差为5.0%,优于...     

交叉口瞬时交通流量预测的自适应卡尔曼滤波模型

提出了一个交叉口瞬时交通量预测的带时间窗自适应卡尔曼滤波模型（Adaptive Kalman Filter Model,AKFM）;详细阐述了模型的理论基础、建立过程、推导步骤及状态转移矩阵;并通过C＋＋实现了AKFM和传统卡尔曼滤波模型（Traditional Kalman Filter Model,TKFM）;最后,通过实际交叉口的检测数据对该模型与传统卡尔曼滤波模型进行了比较分析及评价.实验结果表明,AKFM模型是稳定有效的,预测精度优于TKFM.     

考虑交通事件影响的城市道路行程时间预测

外部环境因素对城市交通预测有较大影响，尤其在交通事件发生时，由于交通流的随机性和非线性特征，交通异常情况下的预测精度往往较低。为此，基于深度学习理论，提出一种以序列到序列模型（Sequence-to-sequence，Seq2Seq）为主体，融合外部因素特征的城市道路行程时间预测方法。利用时间序列分解算法（Seasonal and Trend Decomposition Using Loess，STL）挖掘交通历史数据的时序周期规律，结合交通事件数据深入分析交通异常产生的原因，并建立堆叠降噪自编码器模型（Stacked Denoising Autoencoder，SDAE）提取时间属性和交通事件数据的潜在特征。以北京市北四环中路和G6京藏高速路段为例，对预测模型的准确性和可行性进行验证，通过重复性交通事件和非重复性交通事件下的案例试验，对SDAE组件的有效性进行分析。研究结果表明：模型的单步和多步预测性能均优于基线模型，预测精度最高达到了87.71%；与其他输入了交通事件数据的模型相比，以SDAE作为外部组件的模型具有较好的预测性能和鲁棒性，能够适应复杂多变的交通流，在智能交通系统的短期预测上有显著的优越性，可以增强管理系统的调控能力，降低城市交通的拥堵成本。     

基于模式识别的短时交通流预测

实时准确可靠的短时交通流预测是智能运输系统的基础,有很多种方法被用来对交通流进行预测.基于模式识别的交通流预测方法是较新的预测方法之一.提出一个用于短时交通流预测的模式和对应的模式识别算法,并对城区道路的交通流做了实验预测,结果表明在趋势上较为准确.     

区域高等级公路网交通状态识别与分析模型研究

为了在区域内分析高等级路网交通状态,建立了一种区域高等级路网交通状态分析模型。首先分析路网结构并对路段的交通状态进行识别分类,建立在实时交通状态下的区域高等级路网模型;然后基于路网模型运用系统结构分析法建立路网交通状态分析模型,根据不同交通状态分析需求得到不同的交通状态可达矩阵,并对可达矩阵分层分析。通过实例表明：该模型能够有效地判别路网中节点的可达性和连通性,描述路网的交通状态时空变化规律,若通过及时发布信息,出行者可根据不同的信息需求来选择最优路径,避免大范围拥挤,从而提高整个路网的运行效率。     

基于小波优化GRU-ARMA模型的空中交通流量短时预测方法

空中交通流量短时预测是空中交通管理的基础,是有效缓解交通拥堵问题的前提。为提高空中交通流量短时预测的精度,减小空中交通管制员的工作压力,提出了基于小波优化GRU-ARMA的空中交通流量短时预测方法。在传统预测方法的基础上,通过小波变换对原始流量数据进行多尺度分解,提取不同频率交通流量的细节特征,对原始流量数据进行预处理。同时,根据小波变换,在低频处将频率细分作为趋势项,高频处将时间细分作为噪声项。其中,趋势项反映了空中交通流量随时间演化的整体趋势性,噪声项反映了随机因素对空中交通流量的综合影响。使用门控循环单元（GRU）神经网络模型预测趋势项,自回归滑动平均模型（ARMA）模型预测噪声项;将趋势项和噪声项的预测值叠加,得到最终的短时流量预测值。误差分析表明,该方法在每个预测点上的误差保持在2%左右,预测效果稳定;而直接采用原始流量数据进行预测的GRU、BiLSTM、CNN-LSTM神经网络模型及单一的ARMA模型,每个点的预测误差在5%~37.14%之间。与GRU、BiLSTM、CNN-LSTM神经网络模型相比,该模型的预测精度分别提高了3.02%,5.39%,5.05%。      

区域高等级公路网交通状态识别与分析模型研究

为了在区域内分析高等级路网交通状态,建立了一种区域高等级路网交通状态分析模型.首先分析路网结构并对路段的交通状态进行识别分类,建立在实时交通状态下的区域高等级路网模型;然后基于路网模型运用系统结构分析法建立路网交通状态分析模型,根据不同交通状态分析需求得到不同的交通状态可达矩阵,并对可达矩阵分层分析.实例分析表明:该模...     

基于轨迹数据的山区危险性弯道路段交通事故风险动态预测

针对山区双车道公路危险性弯道路段交通事故多发的现实问题,提出主动评估短时交通流状态下的交通事故风险,以降低交通事故发生率.采用无人机高空拍摄弯道路段交通流运行状态,利用计算机识别技术提取高精度的车辆轨迹和交通流数据,结合山区双车道公路弯道路段危险驾驶行为特征表征交通冲突,以距离碰撞时间为交通冲突量化指标,提出山区车道公...     

双车道公路车速标准差与交通冲突相关性研究

为了确定双车道公路车速标准差和交通冲突强度之间的相关性,分析了车速标准差、交通冲突强度与交通事故率之间的关系,理论上建立了车速标准差与交通冲突强度之间的内在联系。通过省道203现场实测数据分析表明双车道公路车速标准差与交通冲突次数之间存在显著的相关关系,多种回归模型分析结果认为多项式回归模型相关系数最高,达到了0.79,研究结果表明双车道公路车速标准差与交通冲突强度存在强相关性。     

基于道路环境因素的公路隧道交通事故预测

为提高公路隧道交通事故预测准确率,以西汉高速秦岭某隧道群的496起交通事故作为研究对象,对影响公路隧道交通事故预测的道路环境因素进行相关性分析,针对不同预测类别选定具有显著影响的主要变量,通过贝叶斯模型、随机森林模型、BP神经网络模型和支持向量机模型分别对公路隧道交通事故形态、严重程度、伤亡情况和持续时间进行预测,根据准确率和稳定性确定出最优预测模型。研究结果表明： 1）随机森林模型在预测公路隧道交通事故形态时最为可靠,准确率约为84%; 2）在对公路隧道交通事故严重程度和伤亡情况进行预测时可优先考虑贝叶斯模型,其对重大或特大事故的预测准确率高达50%; 3）选择随机森林模型作为公路隧道交通事故持续时间的预测模型,绝对误差为20 min时模型准确率将超过70%。     

基于数据流集成回归的短时交通流预测

传统的交通流预测技术使用静态和离线算法,无法对模型的参数值和内部结构进行在线调整.然而,交通流变化具有明显的动态性,其内在模式会随时间发生变化,导致构建好的模型准确度下降.针对上述问题,提出了基于数据流集成回归的短时交通流预测模型.将不断产生的交通流数据划分成数据块,每个数据块训练1个基础回归模型,然后加权组合为集成模型.通过不断训练新的基础模型,并置换出集成模型中准确度最差的基础模型,实现在线更新.在实测数据上的对比实验结果表明,与静态离线的BN模型相比,模型的均方根误差降低了19.5%,运算时间降低了48.7%,并能够快速适应交通状况发生明显变化的情况,适用于城市主干道路的短时交通流预测问题.      

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.      

基于混沌理论的高速公路网短时交通流量预测研究

随着高速公路网的建成及其交通流量的不断增大,对高速路网交通流实时控制和诱导服务的需求日益突出,而高速公路网短时交通流量的预测,不仅是交通流实时控制和诱导服务的基础和依据,而且预测结果的准确性对改善高速公路网的通行能力和服务水平有重要影响。基于混沌时间序列分析和预测的理论,建立了高速公路网短时交通流预测模型,计算给定区域高速公路网多断面短时交通流量预测值,结果表明利用多维混沌时间序列法预测高速公路网短时交通流量可行且具有较高的精度。     

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。     

基于短时交通预测的公路交通异常判别方法

普通公路由于受到检测设施布设稀疏的制约,若沿用传统的交通事件自动识别方法,其判别率将低于高速公路或城市道路,而误判率也将高于高速公路或城市道路。为了便于公路管理者对普通公路发生交通异常时及时处理,以短时交通预测为基础,将交通异常的定义作为为判别标准,提出了1种新的交通异常判别方法,该方法能够排除由常发性交通拥挤和幽灵瓶颈现象引起的异常误判。试验表明,基于短时交通预测的公路异常判别方法精度误差在0.2以内,能够较好的实现对交通异常的判别。      

基于时间卷积自编码网络的实时交通事件自动检测方法

为了提高道路异常交通事件检测效率并降低误报率,提出了一种基于时间卷积自编码网络的实时交通事件自动检测方法。首先设计了基于波动相似性度量的交通模式搜索算法用来筛选具有相同交通规律的样本数据;并构造了交通流模式矩阵作为网络模型输入,以避免样本不均衡与单一样本数据随机性对交通模式学习的干扰;同时设计了新的时间卷积自编码网络对交通模式特征进行无监督提取并对未来交通参数进行合理预测;为了降低交通流参数随机波动性带来的事件判别的干扰,设计了异常状态评估方法,通过对模型预测误差分布的学习,结合当前检测数据给出最终的事件判定结果。采用美国西雅图I90公路与I405公路2015年全年的交通流检测数据与历史事故数据进行实证研究,并与6种典型交通事件检测算法进行性能对比。研究结果表明:基于时间卷积自编码网络的实时交通事件自动检测算法具有较高的检测率、较低的误报率以及更快的平均检测时间;综合各种交通运行情况下,可接受误检率分别为5%、10%时,平均检测率可分别达到93%、98%;同时算法能够自适应学习交通状态的动态变化,对不同交通运行环境具有较强适应性与稳定性。     

基于模糊聚类和判别分析的交通状态提取算法

针对交通状态的模糊性和不确定性,在综合考虑交通流3个参数（流量、速度、占有率）的基础上,设计了城市道路交通状态提取算法。采用模糊聚类技术,对覆盖所有交通状态的历史数据进行聚类分析;根据聚类结果,对交通数据进行判别分析,判断其所属交通状态;用实测交通数据进行了状态提取实验,并和问卷调研的统计结果进行了对比分析,结果表明该方法能够有效地进行交通状态的提取,可以准确反应道路使用者的真实感觉。     

基于交通环境承载力的公路网交通量预测

提出将交通环境承载力相关理论应用到公路网交通量预测中,提出基于交通环境承载力的公路网交通量预测模型。从环境系统污染物的输入输出模型出发,构建基于大气污染承载力的公路网交通量预测数学模型,实现基于大气环境的交通量控制目标,为交通规划部门制定可持续的交通发展规模提供科学决策依据。