短时交通量时间序列智能复合预测方法概述

短时交通量预测是智能运输系统的核心研究内容之一,已成为交通工程领域重点研究课题。对国内外短时交通量时间序列的预测方法尤其是智能复合预测方法进行概述和总结,重点介绍灰色预测模型、模糊预测、遗传算法、神经网络、灰色神经网络、神经网络集成、统计学习理论、混沌预测、小波分解与重构的方法、以及由上述模型互相组合构成的各种智能组合预测模型等,并指出智能复合预测方法是解决短时交通量时间序列预测问题的有效途径和发展趋势。     

基于时空特性和RBF神经网络的短时交通流预测

针对实际交通流变化具有较明显的动态性、周相似性和相关性,提出一种基于交通流的时空变化特性和RBF神经网络的短时交通流预测方法。该方法充分挖掘和利用了交通流时间序列的周相似性和相关性,以及相邻路段上交通流的相互影响因素,结合RBF神经网络自学习、自组织、自适应功能和大范围的数据融合特性对交通流进行短时预测。用实例进行了仿真计算和分析,结果表明该方法能够提高交通流的预测精度。     

基于PCA-LSTM的城市短时交通流预测研究

针对城市交通流序列具有时空相关性难以预测的问题,构建了主成分分析(PCA)和长短期记忆LSTM(Long Short-Term Memory)网络相结合的短时交通流预测模型.以合肥市示范区交通流数据为基础,采用PCA提取与预测站点具有空间相关性的站点,将提取的站点交通流序列作为输入,利用LSTM神经网络实现城市短时交通...     

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.      

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。     

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PSR-PSO-RBF的短时交通流预测方法

短时交通流预测可为智能交通控制和管理提供决策依据,为了提高短时交通流的预测精度,统筹考虑短时交通流的混沌时间序列和非线性特征,提出一种基于相空间重构和PSO-RBF的短时交通流预测方法(PSR-PSO-RBF方法)。采用延迟嵌入定理,构造一个基于相空间重构的短时交通流时间序列;在剖析RBF神经网络不足之处的基础上,采用PSO算法,确保短时交通流预测的精确度和可靠性。实例分析结果表明,该方法可有效提高短时交通流的预测精度和可靠性,其预测误差较小。     

基于BP神经网络的短时交通流预测

对比分析短时交通流预测模型,对BP神经网络预测算法的原理进行分析说明,用BP神经网络建立短时交通流预测模型,利用华南快速路的实测交通流数据来验证模型的可行性。     

基于WPD-PSO-ESN的短期交通流预测

为了提高短期交通流的预测精度,提出了一种基于小波包分解(wavelet packet decomposition, WPD)、粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法和回声状态网(echo state network, ESN)的短期交通流预测方法。该方法命名为WPD-PSO-ESN。首先,在数据预处理阶段,采用小波包分解将交通流数据分解为不同频段的子序列,并将各子序列送入回声状态网预测模型;然后,在建立预测模型阶段,利用粒子群优化算法在线优化回声状态网的参数,以提高回声状态网的泛化能力和预测精度;进一步,针对粒子群优化算法存在的早熟收敛和易陷入局部最优的缺陷,通过检测粒子飞行过程中的状态信息,设计了惯性权重自适应调整策略,以期提高粒子群优化算法的寻优能力;最后,在结果输出阶段,采用加权平均法融合各子序列的预测值以得到模型的最终预测结果。试验结果表明:通过小波包分解和单支重构可以更加容易地抓住原始信号中的动态信息,更适合用于回声状态网的时间序列建模;带有自适应惯性权重调整策略的粒子群优化算法具备更强的跳出局部最优的能力,优化后的回声状态网模型精度更高;对于短期交通流预测,与前馈型误差反传神经网络、反馈型Elman神经网络和传统回声状态网等预测方法相比,WPD-PSO-ESN预测方法具有更高的预测精度,能够满足智能交通系统对预测精度的需求,对实现实时交通控制和建设智能交通系统具有重要意义。     

基于小波神经网络的道路交通流量实时预测模型研究

实时交通流量预测是智能交通系统的核心内容,智能交通系统中多个子系统的功能实现都以其为基础。交通流具有高度非线性和不确定等特征,且与时间高度相关,可以看成是时间序列预测问题。根据交通流的这些特点,提出基于小波神经网络的道路交通流量实时预测模型,并以某条道路为例,通过Matlab编程实现模拟仿真。仿真结果表明,小波神经网络能够比较精确、快速地对实时交通流量进行预测,网络预测值接近期望值。     

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。     

一种短时交通流组合预测模型

为提高短时交通流预测的精度,提出利用BP神经网络、RBF神经网络和ARIMA模型构建组合预测模型,该组合预测模型利用最优化原理进行权系数的分配,并且满足分配到的权值始终具有实际意义。通过对分配的权系数进行显著性检验,以确保组合预测模型中选用的单项预测方法显著相关。通过实例分析,验证了组合预测模型的有效性,结果表明,相比较单一的预测模型,组合预测模型具有更高的预测精度。     

基于相似性的短时交通流预测

为了提高短时交通流的预测精度,更加精确地进行交通流规划和管理,引入了一种基于相似性的短时交通流预测方法。用该方法研究了美国加州高速公路某单点交通流在时间尺度上的相似性,发现同"星期几"交通流的相似性比相邻几天交通流的相似性大。在此基础上,建立了小波神经网络模型,将4个同"星期几"的交通流数据和相邻4天的交通流数据分别构成一组,各自采用200多组数据分别训练小波神经网络,然后对同一天的交通流进行了预测,发现前者的MRE、MSPE值比后者低,EC值比后者高,说明前者的预测精度高于后者,验证了所提方法的有效性。     

基于粗集和神经网络耦合的短时交通流预测

比较分析神经网络和粗糙集在数据处理过程中的各自优缺点,提出一种基于二者强耦合集成方式的短时交通流预测模型。首先利用粗集对获取的交通流数据进行预处理,简化神经网络训练样本数据集并通过粗集属性约简提取决策规则;其次,利用所提取的规则直接确定神经网络的隐层数、隐层节点数及节点的相互关系;最后训练神经网络用于短时交通流预测。通过与单纯利用神经网络预测的结果进行比较,发现该模型降低了网络训练时间,提高了预测精度。     

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。      

基于粒子群优化的关联交叉口群信号控制策略研究

提出基于粒子群优化的城市关联交叉口群信号控制策略.采用具有车型信息的感应线圈检测装置,获取各交叉口的实时交通流信息;通过对短时交通流时间序列进行可预测分析,确定交通流时间序列的动力学性质,对于具有确定性变化规律的时间序列建立基于神经网络的组合预测模型,实现对交通流的在线预测;以车辆平均延误时间最少为优化目标,建立关联交叉口群的信号控制参数优化性能函数,根据粒子群优化思想求解信号控制参数.仿真实验证实,基于粒子群优化的关联交叉口群信号控制策略有效.     

基于LSTM的平面交叉口短时交通流预测

针对平面交叉口四方向进口的交通流量具有时空相关性的特点,提出了一种基于长短期记忆LSTM(Long Short-Term Memory)网络的平面交叉口短时交通流预测模型。将以四方向进口历史交通流数据为基础的四维时间序列数据输入LSTM模型中进行训练,并使用OpenITS合肥示范区数据对提出的模型进行验证。结果表明,与传统的BP神经网络相比,该方法预测效果具有更好的表现,是一种预测精度高的预测方法。     

高速公路短时交通流预测方法对比分析

高速公路短时交通流预测对于高速公路智能管控具有重要意义。通过总结不同文献中关于高速公路短时交通流预测的研究内容，发现了目前高速公路短时交通流预测研究存在的不足，给出了高速公路短时交通流预测的流程，对高速公路短时交通流预测模型进行了分类比较，明确了不同模型的适用场景和优缺点，通过具体案例数据分析比较了KNN模型、SVM模型、LSTM模型的预测精度，研究发现KNN模型的预测精度最高，明确了数据质量和算法精度是交通流预测的关键。本研究可以为高速公路短时交通流预测发展提供借鉴。     

基于K近邻算法和支持向量回归组合的短时交通流预测

为了提高短时交通流的预测精度,向交通管理部门和出行者提供更加准确可靠的交通信息,基于非参数回归与支持向量回归方法的特点,提出了一种混合预测模型(KNN-SVR)。该模型利用K近邻方法的搜索机制,重建与当前交通状态近似的历史交通流时间序列,然后利用支持向量回归原理实现短时交通流预测。针对实际的交通流数据,考虑预测路段上下游交通流的影响,对提出的KNN-SVR模型的预测精度进行了分析。研究结果表明:同时考虑预测路段和其邻近路段交通流影响的KNN-SVR模型具有更好的预测精度,其预测误差最小,平均为8.29%,而仅仅考虑预测路段交通流影响的KNN-SVR模型,其预测误差略高,平均为9.16%;KNN-SVR模型的预测精度优于传统单一的预测方法,如K-近邻非参数回归、支持向量回归以及神经网络方法。     

区域交通流的时空预测与分析

论述了短时交通流预测模型的分类、特点和适用条件。通过历史交通流量记录运用最优抽样间隔数据分析发现,在城市道路网络中,路口自身和近邻路口的交通流数据之间存在紧密的时空关系。利用时空自回归移动平均模型来建立路口间交通流的时空关联关系,用于区域交通流的短时预测和时空分析,并详细介绍了该模型的数学描述和建模过程。采用长安街及其沿线路口的区域交通流量作为试验数据,验证了该模型在交通流的短时预测和时空分析中的可行性。该模型在考虑预测值所在位置时间序列的同时,也考虑到了空间上相邻位置的时间序列,大大提高了短时交通流预测的准确性。