基于深度学习的时空交通流预测算法

在智能交通系统中,准确地预测交通流量对优化交通管理和提高城市整体流动性起着至关重要的作用。随着深度学习技术的广泛应用,人们对交通流时空特征提取展开了深入的研究。本文提出了一种基于图卷积网络和Transformer的交通流预测算法,利用深度学习算法的强大功能来捕获交通动态数据中固有的复杂的时空模式。首先,通过时空图卷积网络提取空间特征;其次,通过Transformer动态地提取全局时间依赖关系;最后,为了验证该算法的性能,我们在真实交通数据集上进行了大量实验,结果表明该算法的预测准确性优于对比模型。     

基于图时空神经网络的多充电站负荷协同预测方法

针对传统充电站负荷预测方法只能实现对单一站点预测的问题，提出一种基于图时空神经网络 （Graph Spatiotemporal Neural Network， GSTNN） 模型的多充电站负荷协同预测方法。定义时空信息图，描述充电站负荷之间的时空关系；构建时空特征提取网络，分别利用图卷积神经网络和门控序列卷积网络提取信息图的空间和时间维度信息，并使用长短期记忆网络 （Long Short Term Memory Networks，LSTM） 挖掘影响负荷预测的外部特征信息；融合提取的所有特征，进行负荷预测。算例结果表明，基于 GSTNN模型的方法能充分考虑时空特征和外部特征的影响，协同多个充电站的负荷数据进行预测，并同时输出各充电站的预测结果，有效提高预测准确度，有助于电网稳定运行。     

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。     

基于ST-GCAN模型的高速公路车辆速度预测方法

车辆速度是影响高速公路通行效率和安全的重要指标,因此实现对高速公路车辆速度的精准预测有助于减少交通事故进而提升交通智能管控服务水平。基于现有深度学习模型,研究了融合图卷积网络(convolutional neural network,GCN)、长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)和注意力机制的车辆速度预测模型(ST-GCAN)：利用图卷积网络提取复杂高速路网的空间关联特征;使用长短期记忆网络提取车辆速度的历史数据间的时间关联特征;结合注意力机制聚集并分析车辆速度的历史数据和预测值之间的相关性。此外为保障预测模型网络信息完整并解决训练时协变量偏移问题,模型使用密集连接和层归一化技术以提升模型性能表现。利用青海省西宁市的高速公路车辆速度数据集开展实例分析,研究区域包括8个收费站共49条路段,时间跨度为2020年5月1日—8月31日,以小时为步长,共计94 777条数据。实验得到未来1小时高速公路车辆速度的预测效果：平均绝对误差(mean absolute error,MAE)为12.762,均方根误差(root mean square e...     

基于多视图时空卷积的交通流量预测模型

交通流量预测一直是智能交通系统的首要任务。由于交通流量序列具有复杂的时空依赖性,使得对其准确预测变得极具挑战性。现有很多工作主要基于循环神经网络、图网络以及Transformer模型构建交通流量预测模型。考虑到卷积网络具有计算效率高以及特征提取能力强等优点,提出基于多视图时空卷积的交通流量预测模型。模型在输入编码层对序列数据进行表示学习,并引入了位置信息和时间信息。在时空特征表示学习层,考虑到序列具有不同的周期模式,设计了多个表示学习模块。每个时空表示学习模块,基于一维卷积完成局部时空特征挖掘,然后基于因果卷积实现全局时空特征挖掘。在预测层,引入通道注意力机制提升模型对时空特征利用的有效性。在2个真实交通数据集上的实验结果,验证了MSTC模型在交通流预测任务上的有效性。     

数据驱动的共享电动汽车流量预测与定价方案

为了提升共享电动汽车系统的经济性与运营效率，需要充分挖掘用户对共享使用价格的响应机制以及用户的充电等待行为。同时，用户流量需求的精准预测是提供合理共享定价方案的重要基础。基于此，首先建立以数据驱动的用户流量预测模型，通过结合图卷积神经网络与长短时记忆模型，捕捉用户需求的时空特征和动态相关性，并结合时间与天气特征因素实现多时间步长的准确流量预测。其次，考虑用户在共享系统下的等待自适应行为，建立基于用户等待成本的共享系统服务质量模型。而后以实现最大化共享系统利润收益与服务质量为目标，建立多目标的共享定价模型以制定不同时刻与路径上的共享电动汽车使用价格。最后，以上海市虹口区EVCARD交通测试系统的算例分析，论证所提流量预测模型的准确性以及多目标定价模型的有效性与经济性。研究结果表明：所提的SEV多因素融合需求预测模型较其现有的常用预测方法能获得更加准确的多时间步长流量预测；通过合理设置共享驾驶的空间和时间变化价格信号，可以提升共享电动汽车系统的运营盈利能力，并且实现了更好的系统利润收益与用户服务质量平衡的运行需求。     

短时交通流量两种预测方法的研究

实时、准确的完成短时交通流量预测是实现交通控制与诱导的关键。采用基于L-M算法的BP神经网络预测方法和基于混沌时间序列的预测方法对短时交通流量时间序列进行了预测研究,给出两种方法的基本原理及具体的预测步骤,并对一组实际的流量数据进行了预测。仿真结果表明:两种方法都能较准确的预测交通流量,但混沌时间序列方法的实时性更好一些,更适合于预测短时交通流量。     

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。     

基于BiLSTM神经网络的交通事故黑点路段日均事故频次预测方法

为交通管理部门和出行大众提供精准的事故高发黑点预警信息具有重要的意义。为此,研究了1种基于双向长短期记忆神经网络（bidirectional long short-term memory neural network,BiLSTM）的黑点路段交通事故频次预测方法。通过对传统K-means聚类算法的k值选取进行改进,实现了道路交通事故黑点的有效识别,并统计黑点每天事故数作为事故时间序列;利用小波分解对该序列进行降噪处理,通过多层网格搜索法对隐藏层层数、神经元个数等模型的参数进行标定,构建了基于BiLSTM网络的事故频次预测模型;采用滑动窗口的方式将事故时间序列作为内部参数输入模型,以交通流量、节假日、事故天气和事故发生环境等特征作为外部参数,对事故黑点路段未来1 d内可能发生的事故数进行预测,并基于预测结果提出了1种事故黑点路段交通事故预警模型;以浙江省宁波市交警部门某辖区2020年4月—2021年9月常态采集的事故数据为测试集,以7 d的事故数据预测未来1 d的黑点路段事故频次,将BiLSTM模型与门控循环神经网络（GRU）模型、长短期记忆神经网络（LSTM）模型、反向传播神经网络（B...     

基于改进GA-BP算法的节假日交通流量预测

为了预测和控制节假日道路交通流流量、制定正确的交通管控对策,基于改进的GA-BP人工智能算法,构建了节假日交通流量预测模型和预警模型,并结合实测数据验证了模型的可靠性、鲁棒性。该模型可为交通管理部门制定缓解交通拥堵措施、实施节假日交通广域诱导提供有效的技术支持。     

基于有向图卷积神经网络的交通预测与拥堵管控

为解决城市快速路正面临的日益严重的交通拥堵问题,提出了一种针对城市快速路的基于有向图卷积神经网络的交通预测与拥堵管控方法,该方法能够有效利用海量交通数据进行交通预测,实现拥堵的主动管控。首先,基于交通路网的空间有向性和交通流的时空特性,定义了有向的距离影响矩阵、修正欧式距离矩阵和自由流可达矩阵,构建出有向的图卷积算子,并将其应用于长短时记忆神经网络模型中,提出了能学习交通路网时空双重特性的有向图卷积-长短时记忆神经网络（Directed Graph Convolution-LSTM,DGC-LSTM）模型;其次,基于DGC-LSTM的交通预测结果识别出拥堵产生点并将其作为拥堵管控的对象;再次,采用控制进口匝道车辆输入快速路主线的手段,针对管控对象的时空特征,设计了全圈层分时段阶梯式拥堵管控策略;最后,基于上海市快速路网上布设的2 712个检测器在122个工作日每间隔5 min记录的速度、流量和占有率信息,开展实例分析,测试了DGC-LSTM模型的预测精度以及全圈层分时段阶梯式拥堵管控策略的有效性。结果表明：与传统的循环神经网络、长短时记忆神经网络相比,DGC-LSTM模型具有更高的预测精度,能将速度预测的平均绝对误差和误差标准差分别降低38%和20%以上;基于预测结果采用的全圈层分时段阶梯式拥堵管控策略能令拥堵产生点的速度提升14 km·h^-1以上,并能使拥堵的持续时长缩短40%,可阻止拥堵从产生点开始发生大范围的蔓延,降低整个路网的拥塞程度。     

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。      

基于深度卷积-长短期记忆神经网络的整车道路载荷预测

针对传统道路载荷获取方法耗费周期长、成本高,且无法高效应用于整车参数变化后的新车型的问题,利用现有多款车型的载荷数据库,通过建立可确定整车结构参数、运行工况与道路载荷之间关联关系的深度卷积-长短期记忆神经网络(DCNN-LSTM)模型,提出了基于数据驱动的整车轮心载荷预测方法.对比试验结果表明,该方法预测的整车轮心载荷...     

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.     

公路平面交叉口交通冲突分析模型研究

通过对公路平面交叉口道路交通条件及交通冲突数据的分析研究,引入影响系数概念,建立了公路平面交叉口道路交通条件与交通冲突的关系模型,提出了基于交通冲突的公路平面交叉口交通安全评价的综合影响系数方法.根据交叉口的交通流量、相交道路流量比、交通组成及左转车比例等因素,确定对交通冲突率的综合影响系数,进而得出交叉口的安全水平.     

基于向量自回归模型的城市快速路交通状态短时预测研究

本研究考虑时空关联性对城市快速路交通状态进行了短时预测研究。首先,基于快速路上下游检测器数据分析交通流量和速度的时变特性,采用有序样本最优分割算法将一天划分为具有相对稳定交通状态的不同时段。然后,构建一种考虑上下游路段影响的空间向量自回归(Vector Auto Regression Model,VAR)模型,预测不同时段目标地点的交通流量和速度。研究结果显示,下游的交通状态对上游的影响不可忽视,尤其是在高峰时段。对于平峰时段,目标地点的交通状态很大程度上取决于上游路段,而受下游路段的影响较小。在此情况下,仅利用上游路段的交通状态来建模,便能达到足够的预测精度。另外,通过模型对比发现,相较于ARIMA预测模型和历史均值预测模型,本研究提出的VAR模型能够综合考虑交通状态的时空动态特征准确预测城市快速路交通状态。     

Method of Dynamic Vehicle Conversion Factors Based on Traffic Flow Characteristic Analysis

道路运行车辆在不同交通运行状态下所占有的道路时空资源的物理意义不同,为了科学反映其动态特性,吸取了传统交通流理论的学术思想,选择交通密集度作为车型换算系数的计算标准,综合分析了不同交通流运行状态下车辆占有车道空间问题,从交通流特性分析入手,定性分析车型对交通流量-密集度的影响,提出了不同车型相对应的影响系数计算方法,进而建立基于需求安全距离的动态车辆换算系数定量模型.通过数据验证和试验对比分析结果显示,动态车辆换算系数更好地反映了交通流运行中的速度-流量关系和动态特性.     

城际道路交通动态数据分析与系统设计

本文针对城际道路出行服务需求和交通动态数据，提出了基于营运车辆卫星定位数据和高速公路与干线公路交调点数据的城际交通流量预测方法和系统实现功能，对城际道路交通量预测和出行服务提供依据。     

基于驾驶风格的前撞预警系统报警策略

考虑驾驶风格的影响,设计了一种优化的纵向相对距离预测模型,并基于此模型改进了前撞预警系统报警策略.驾驶风格分类结合了分位点法和信息熵法,以不同方式进行特征提取,使用k-means方法聚类样本数据.基于长短期记忆模型,设计了编码器-解码器模型用于预测,以上述分类的全部数据训练模型的共用部分参数,以提高模型的泛化能力;而以...