面向車載導航應用的短時交通預測關鍵技術研究.pdf

1、近年來，伴隨著城市機動化水平的不斷提高和私人機動車保有量的迅速攀升，北京市城市交通需求持續(xù)增長，而城市土地資源、交通資源供給日趨緊張，道路供需矛盾突出。針對目前北京市道路交通的現(xiàn)狀及存在的問題，尤其是面向2008年北京奧運交通管理的需求，全面推進以信息化和智能化為特征的智能交通應用系統(tǒng)在城市交通管理和交通信息服務領域的廣泛應用具有重要意義。 動態(tài)車載導航系統(tǒng)作為智能交通系統(tǒng)中面向出行者的重要應用子系統(tǒng)，對于均衡路網交通流量，緩解

2、擁堵具有積極作用，而動態(tài)交通信息的采集、處理以及發(fā)布是發(fā)揮動態(tài)車載導航系功能的基礎，也是目前國內自主車載導航系統(tǒng)突破發(fā)展瓶頸的根本途徑。 論文的研究依托北京市智能交通系統(tǒng)示范工程中交通誘導(車輛導航)系統(tǒng)技術與設備研究示范項目，研究工作以動態(tài)交通數(shù)據(jù)接入下的城市路網交通狀態(tài)預測和發(fā)布為目標，緊密結合動態(tài)車載導航系統(tǒng)中交通信息處理的關鍵技術展開。研究具體涉及基于探測車的動態(tài)交通數(shù)據(jù)處理算法研究，多源歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)處理方法研究以及

3、基于多源歷史趨勢數(shù)據(jù)庫的短時交通預測模型研究等內容。 動態(tài)數(shù)據(jù)的采集是實現(xiàn)交通狀態(tài)短時預測的關鍵。論文研究和開發(fā)了基于GPS探測車信息采集試驗系統(tǒng)(Floating Vehicle Data Collection System，F(xiàn)VDCS)；在此基礎上，重點研究了探測車系統(tǒng)回傳數(shù)據(jù)的處理技術。通過對探測車數(shù)據(jù)的全面分析，論文從交通工程學理論出發(fā)，提出了基于駐留時間估計的探測車數(shù)據(jù)處理算法，算法可以利用探測車回傳的坐標數(shù)據(jù)獲得準確

4、的城市路網區(qū)間速度信息。現(xiàn)場試驗的結果顯示，數(shù)據(jù)處理算法的精度在90％以上。通過與現(xiàn)有其它算法的試驗比較表明，本文所構建的探測車數(shù)據(jù)處理算法具有更高的精度和良好的誤差穩(wěn)定性。 歷史交通數(shù)據(jù)的處理和準備是實現(xiàn)交通狀態(tài)短時預測的重要基礎。論文深入而全面地探討了固定檢測器歷史數(shù)據(jù)和探測車歷史數(shù)據(jù)的處理方法體系，并對探測車采集的歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進行了分類，提出了探測車數(shù)據(jù)的三階段應用。論文從歷史數(shù)據(jù)所反映的交通特性分析出發(fā)，提出了數(shù)據(jù)系

5、列篩選、判別、修補等預處理技術，并基于啟發(fā)式軟閾值選擇的小波濾噪技術對歷史數(shù)據(jù)系列進行了平穩(wěn)處理，利用基于系統(tǒng)聚類和K均值聚類的雙重聚類方法，實現(xiàn)了大量歷史數(shù)據(jù)系列的精簡。論文在完成了多源歷史數(shù)據(jù)系列處理的基礎上，根據(jù)數(shù)據(jù)的離差特征，建立了包含快速路和非快速路各類典型交通演變趨勢的歷史數(shù)據(jù)庫。在獲取實時交通信息和完成歷史趨勢數(shù)據(jù)庫構建的基礎上，本文重點研究了動態(tài)車載導航系統(tǒng)的短時交通預測模型。論文從算法復雜度、算法效率、預測精度等角度，

6、對常用的短時交通預測理論進行了分析和比較，確定以非參數(shù)回歸的基本理論作為短時預測模型的基礎。在動態(tài)交通數(shù)據(jù)和歷史典型趨勢數(shù)據(jù)庫的基礎上，研究對模型參量進行了試驗研究和標定，構建了基于多源歷史趨勢數(shù)據(jù)庫的K近鄰非參數(shù)回歸短時交通預測模型。最后，論文編寫了短時交通預測程序，并利用探測車采集的動態(tài)數(shù)據(jù)系列對預測模型的精度進行了實驗驗證，結果表明預測精度達到90％以上。通過對基于不同歷史數(shù)據(jù)庫的預測算法性能比較試驗也表明，多源數(shù)據(jù)可以進一步提高

7、短時交通狀態(tài)預測的精度，改善算法的穩(wěn)定性。 但是，由于實時交通數(shù)據(jù)覆蓋有限，為了實現(xiàn)全路網的交通狀態(tài)預測，論文還提出了無動態(tài)交通數(shù)據(jù)支持下路段交通狀態(tài)的模糊預測技術。論文通過對現(xiàn)有歷史交通數(shù)據(jù)交通特性的分析，提出了以日期、周次和天氣狀況為基準的北京市城市道路網絡的典型交通模式劃分標準，并在此基礎上，標定了各類型道路在不同交通模式下的最大似然行程速度，建立了路網交通狀態(tài)的模糊預測模型。實現(xiàn)了無動態(tài)交通數(shù)據(jù)支持下的路段交通狀態(tài)模糊預