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        城市道路短時交通流預測方法研究

        2018-09-10 07:01:47楊慧慧
        河南科技 2018年26期

        楊慧慧

        摘 要:隨著社會經(jīng)濟和交通事業(yè)的飛速發(fā)展,道路交通問題逐漸受到社會的關注,人們的出行安全及出行效率會受到道路交通問題的影響。通過組建智能交通系統(tǒng)(ITS)來緩解交通壓力是眾多專家學者多年來所研究的主要問題。本文首先分析短時交通流預測方法研究的必要性,然后探討城市道路短時交通流預測方法。

        關鍵詞:城市道路;短時交通流;預測方法

        中圖分類號:U491.14;TP18文獻標識碼:A 文章編號:1003-5168(2018)26-0120-02

        隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加快,我國道路交通量及機動車保有量急劇增加,交通基礎設施由于交通需求量的不斷增長而產(chǎn)生了巨大壓力。此外,機動車增長的速度過快,導致交通設施建設很難跟上其增長的步伐,這就造成各大城市道路交通擁堵的問題越來越嚴重,對環(huán)境和社會經(jīng)濟的發(fā)展都造成了極大影響。為此,本文就城市道路短時交通流的預測方法進行研究,通過組建智能交通系統(tǒng)(ITS)以緩解城市交通擁堵問題。

        1 短時交通流預測方法研究的必要性

        交通智能系統(tǒng)是將各種技術有效集中在一起,比如,先進的信息技術、計算機技術、控制技術及數(shù)據(jù)通信技術等。在地面交通管理系統(tǒng)中,智能交通系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。實時、準確及高效是智能交通系統(tǒng)的特點,其是一個綜合性的交通運輸管理系統(tǒng)。交通設施可以利用交通智能系統(tǒng)來提高交通效率和安全性,最終使交通運輸管理及服務都變得更加智能化,并實現(xiàn)交通運輸?shù)募s式發(fā)展。

        1.1 ATMS是短時交通流預測理論高效運行的基礎和依據(jù)

        ATMS是智能交通系統(tǒng)中最基礎的一個組成部分,其通過計算機處理、電子控制和信息采集等各種先進的技術,把在交通網(wǎng)絡中采集到的相關有效信息傳輸?shù)浇煌ㄖ笓]中心。交通指揮中心對接收到的信息進行處理和分析,并利用交通控制方案進行優(yōu)化。交通服務信息和綜合交通管理方案等內容經(jīng)過處理、分析及優(yōu)化后,通過數(shù)據(jù)通信傳輸設備分別傳輸?shù)礁鞣N交通控制設備及交通系統(tǒng)的各類用戶,以實現(xiàn)對城市交通的全方位優(yōu)化管理與控制,為各類用戶提供全面的交通信息服務。將交通管理和車輛運行兩者有效結合起來,極力避免發(fā)生交通事故及交通擁堵的情況,解決人們出行時間延誤的問題,有效提高道路交通的運行效率和安全性。

        1.2 先進的ATIS是短時交通流預測理論高效運行的基礎和依據(jù)

        先進的旅行者信息系統(tǒng)(ATIS)作為智能運輸系統(tǒng)(ITS)的核心部分,通過向出行者及時地提供出行信息,包括終點選擇、方式分擔和路徑選擇信息,誘導出行者選擇效用最大的終點、方式和路徑出行,以充分利用現(xiàn)有的道路網(wǎng)絡資源,有效緩解交通擁堵。

        此外,ATIS還能通過實時有效的交通流預測來實現(xiàn)交通誘導。交通流誘導系統(tǒng)是通過實時地采集和發(fā)送交通信息,適時地引導交通流量合理分布,從而達到高效率利用道路網(wǎng)絡的一種主動交通控制方式。通過交通流誘導,道路管理者能及時了解相關決策依據(jù),同時出行者也能通過網(wǎng)絡了解需要的交通信息,選擇良好的出行路線,避免遇上交通擁堵的狀況。

        2 城市道路短時交通流預測方法

        2.1 時間序列預測方法

        時間序列模型是描述時間序列統(tǒng)計特性的一種常用方法,其是參數(shù)化模型處理動態(tài)隨機數(shù)據(jù)的一種實用方法。其主要分為兩種,一是非線性平穩(wěn)模型,二是線性平穩(wěn)模型。其中,非線性平穩(wěn)模型主要包括IMA模型和自回歸求和滑動平均模型(ARIMA);線性平穩(wěn)模型主要包括滑動平均模型(MA)、自回歸滑動平均混合模型(ARMA)和自回歸模型(AR)。

        在估計參數(shù)的過程中,自回歸求和滑動平均模型必須依賴大量的不間斷的時間序列,但數(shù)據(jù)遺漏是模型在實際的情況中不可避免的。根據(jù)檢測的實際情況來看,15min一次是自回歸求和滑動平均模型的預測時間間隔,只比歷史平均法(HA)稍微好一點,預測效果如果小于15min是否會更好,這需要我們進一步進行探究。此外,自回歸求和滑動平均模型特別適用于穩(wěn)定的交通流,但在預測不穩(wěn)定的交通流時會由于數(shù)據(jù)量的變大而暴露出不足。

        2.2 卡爾曼濾波模型

        卡爾曼濾波法是現(xiàn)代控制理論中的一種重要方法。1984年,Okutani和Stephanedes提出了用于交通流預測的卡爾曼濾波模型[1]??柭鼮V波法是針對線性回歸分析模型的一種矩陣迭代式的參數(shù)估計方法,具有預測因子選擇靈活、實時性較強、精度較高的優(yōu)點,因此,便于在計算機上實現(xiàn)在線分析。但是,這種方法是線性模型,隨著預測時間的縮短,交通流的不確定性及非線性也會隨之加強,這樣預測出來的結果往往會不盡如人意。但是,交通流也并非全是不穩(wěn)定的、非線性的,因此,卡爾曼濾波法的使用還是有必要的,在交通流狀態(tài)平穩(wěn)時是非常值得參考借鑒的方法。

        2.3 神經(jīng)網(wǎng)絡模型

        近20年來,人工神經(jīng)網(wǎng)絡受到了廣泛關注,其是計算智能和機器學習研究中最活躍的一個分支?;谏窠?jīng)網(wǎng)絡模型的預測原理為:用一部分數(shù)據(jù)訓練模型,即確定網(wǎng)絡結構,網(wǎng)絡結構確定以后,用剩余部分數(shù)據(jù)進行預測[2]。

        識別復雜的非線性系統(tǒng)是神經(jīng)網(wǎng)絡所具備的特性,交通流的預測較為適用于這種方法。當環(huán)境發(fā)生極大變化或者是受到干擾時,神經(jīng)網(wǎng)絡都能很好地應對。此外,其可以隨時根據(jù)實時信息進行改變,保證預測的實時性。同時,其還能考慮天氣情況、過街行人的干擾程度等影響交通流的因素,也可以充分利用相關路段的歷史數(shù)據(jù)和研究路段的歷史數(shù)據(jù)進行預測。

        神經(jīng)網(wǎng)絡在短期交通流的預測中也存在著一些不足和局限性?!昂谙涫健笔巧窠?jīng)網(wǎng)絡的主要學習模式,正是由于這個模式導致其訓練過程中需要大量的原始數(shù)據(jù)。神經(jīng)網(wǎng)絡的學習算法采用經(jīng)驗風險最小化原理,僅僅試圖使經(jīng)驗風險最小化,并沒有使期望風險最小化,與傳統(tǒng)的最小二乘法相比,在原理上缺乏實質性的突破,同時也缺乏理論依據(jù)。神經(jīng)網(wǎng)絡模型的訓練過程只能通過調整神經(jīng)元的權值進行數(shù)據(jù)處理,即只有神經(jīng)元外部的處理能力,這種不足導致這類網(wǎng)絡存在局部極小、收斂速度慢、推廣能力差等缺陷[3]。

        3 結語

        城市道路短時交通流預測對緩解城市交通擁堵問題發(fā)揮著至關重要的作用。短時交通流預測的實時性和準確性確保了我國城市道路通暢,為有效解決城市交通問題提供了技術支持,從而促進我國交通事業(yè)平穩(wěn)發(fā)展。

        參考文獻:

        [1]陳明猜,於東軍,戚湧.基于FOA-RBF網(wǎng)絡的城市道路短時交通流預測[J].南京郵電大學學報(自然科學版),2018(2):103-110.

        [2]雷斌,溫樂,耿浩,等.基于加權組合模型的短時交通流預測研究[J].測控技術,2018(5):37-41.

        [3]梅朵,鄭黎黎,劉春曉,等.基于混合算法優(yōu)化SVM的短時交通流預測[J].計算機技術與發(fā)展,2017(11):92-95.

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