專(zhuān)利名稱(chēng)：交通狀況預(yù)測(cè)裝置、交通狀況預(yù)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)過(guò)去的交通狀況來(lái)預(yù)測(cè)將來(lái)的交通狀況的變化的交通狀況預(yù)測(cè)裝置、交通狀況預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：
以往，為了預(yù)測(cè)道路上的交通狀況，經(jīng)常要使用信息車(chē)(probe car)。所謂信息車(chē)，就是搭載包含了各種傳感器和通信裝置等車(chē)載裝置，并通過(guò)該各種傳感器收集車(chē)輛位置、行走速度等數(shù)據(jù)，將該收集到的數(shù)據(jù)(以下稱(chēng)為信息車(chē)數(shù)據(jù))送往規(guī)定的交通信息中心的車(chē)輛。作為信息車(chē)，大多是例如在出租汽車(chē)公司等的協(xié)助之下利用出租汽車(chē)等，或者作為面向私家車(chē)的交通信息服務(wù)的一環(huán)，通過(guò)與用戶(hù)簽約來(lái)利用私家車(chē)。
此外，特開(kāi)2004-362197號(hào)公報(bào)公開(kāi)了一種發(fā)明，它針對(duì)被路面?zhèn)鞲衅骰蛐畔④?chē)測(cè)量的當(dāng)前所需時(shí)間的變化樣式，從過(guò)去的所需時(shí)間的歷史記錄中檢索出類(lèi)似的變化樣式，并將其用于預(yù)測(cè)交通狀況的變化。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1特開(kāi)2004-362197號(hào)公報(bào) 根據(jù)專(zhuān)利文獻(xiàn)1的發(fā)明，是將路面?zhèn)鞲衅鞯脑O(shè)置區(qū)間和信息車(chē)的行走區(qū)間的交通狀況作為預(yù)測(cè)的對(duì)象。但是，信息車(chē)不可能總是在所有的道路區(qū)間中行走。因此，對(duì)于信息車(chē)沒(méi)有行走、且當(dāng)前的所需時(shí)間尚未測(cè)量的道路區(qū)間，就無(wú)法預(yù)測(cè)交通狀況。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，對(duì)于當(dāng)前信息車(chē)沒(méi)有行走的道路區(qū)間，也能根據(jù)對(duì)周邊道路區(qū)間測(cè)量的當(dāng)前所需時(shí)間、和該道路區(qū)間與周邊道路區(qū)間的所需時(shí)間的相關(guān)關(guān)系，預(yù)測(cè)交通狀況。
本發(fā)明的交通狀況預(yù)測(cè)裝置具備所需時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)多條路段，記錄信息車(chē)和路面?zhèn)鞲衅鳒y(cè)量的每個(gè)路段(主要十字路口間的道路區(qū)間)的所需時(shí)間；基底向量生成部，通過(guò)以過(guò)去記錄的多條路段的所需時(shí)間為對(duì)象的主要成分分析，生成表示該路段間的所需時(shí)間的相關(guān)性的基底向量；特征空間射影部，求出將該多條路段的當(dāng)前所需時(shí)間射影到由基底向量生成部求出的基底向量所構(gòu)成的特征空間中得到的射影點(diǎn)；附近射影點(diǎn)檢索部，在特征空間的內(nèi)部，從過(guò)去所射影的射影點(diǎn)中檢索出處于表示該多個(gè)路段的交通狀況的射影點(diǎn)附近的射影點(diǎn)；射影點(diǎn)軌跡追蹤部，以檢索到的射影點(diǎn)為基點(diǎn)，追蹤預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)間寬度(相當(dāng)于當(dāng)前時(shí)刻與預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)刻之差的時(shí)間寬度)部分的射影點(diǎn)軌跡，該射影點(diǎn)軌跡是將過(guò)去射影得到的射影點(diǎn)按時(shí)間順序排列的點(diǎn)列；和逆射影部，進(jìn)行逆射影運(yùn)算，將作為運(yùn)算結(jié)果得到的交通狀況向量，作為該多個(gè)路段的所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值輸出，其中所述逆射影運(yùn)算，是將以作為被追蹤的軌跡的終點(diǎn)的預(yù)測(cè)射影點(diǎn)的坐標(biāo)作為系數(shù)的上述基底向量的線(xiàn)性合成。
根據(jù)本發(fā)明，即便是當(dāng)前交通狀況不明的路段，也可以通過(guò)在特征空間內(nèi)根據(jù)過(guò)去的射影點(diǎn)軌跡求出預(yù)測(cè)射影點(diǎn)并進(jìn)行逆射影，來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前所需時(shí)間未被測(cè)量的路段的未來(lái)所需時(shí)間。



圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的交通狀況預(yù)測(cè)裝置的構(gòu)成圖。
圖2是本發(fā)明的實(shí)施方式的輸入到交通狀況預(yù)測(cè)裝置中的交通信息的收集路徑的示意圖。
圖3是所需時(shí)間表的數(shù)據(jù)構(gòu)造示意圖。
圖4是射影點(diǎn)表的數(shù)據(jù)構(gòu)造示意圖。
圖5是過(guò)去的射影點(diǎn)的時(shí)間變化軌跡的示意圖。
圖6是附近射影點(diǎn)檢索部的處理流程。
圖7是跟蹤處于當(dāng)前射影點(diǎn)附近的過(guò)去的射影點(diǎn)軌跡并求出預(yù)測(cè)射影點(diǎn)的例子的說(shuō)明圖。
圖8是本發(fā)明的實(shí)施方式的變形的交通狀況預(yù)測(cè)裝置的功能圖。
圖9是跟蹤處于當(dāng)前射影點(diǎn)附近的過(guò)去的多個(gè)射影點(diǎn)軌跡并求出預(yù)測(cè)射影點(diǎn)的例子的說(shuō)明圖。
圖10是現(xiàn)狀下的所需時(shí)間表中的基底與射影點(diǎn)之間關(guān)系的說(shuō)明圖。
圖11是根據(jù)預(yù)測(cè)射影點(diǎn)和基底來(lái)預(yù)測(cè)交通信息的例子的說(shuō)明圖。
圖中1—交通信息預(yù)測(cè)裝置，2—處理裝置，101—所需時(shí)間DB，102—基底向量生成部，103—特征空間射影部，104—射影點(diǎn)軌跡生成部，105—射影點(diǎn)DB，106、801—附近射影點(diǎn)檢索部，107、802—射影點(diǎn)軌跡追蹤部，108—逆射影部，109—基底DB，803—重心運(yùn)算部。

具體實(shí)施例方式 下面，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的交通信息預(yù)測(cè)裝置的構(gòu)成例的圖。所需時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)(以下稱(chēng)為所需時(shí)間DB)101，是記錄輸入到交通信息預(yù)測(cè)裝置1的單位路段(ring)所需時(shí)間的存儲(chǔ)裝置。這里的路段是指，像主要十字路口間的道路區(qū)間等那樣，作為處理交通信息時(shí)的單位的道路區(qū)間。就每個(gè)路段的所需時(shí)間而言，如圖2所示，用信息車(chē)201在道路網(wǎng)上收集的數(shù)據(jù)(信息車(chē)數(shù)據(jù))和被路面?zhèn)鞲衅?02測(cè)量的路面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)，通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)203，被送至具有交通信息預(yù)測(cè)裝置1的交通信息中心204。
交通信息中心204將接收到的這些數(shù)據(jù)，通過(guò)處理裝置2轉(zhuǎn)換成相應(yīng)路段中的所需時(shí)間，輸入至交通信息預(yù)測(cè)裝置1。這時(shí)，如果接收到的數(shù)據(jù)是信息車(chē)數(shù)據(jù)，就根據(jù)包含在該數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)收集時(shí)刻和位置信息，以未圖示的地圖信息為基礎(chǔ)，求出行走中的路段特定位置信息所對(duì)應(yīng)的地點(diǎn)間的通過(guò)所需時(shí)間，然后求出相應(yīng)路段的所需時(shí)間。此外，接收到的數(shù)據(jù)如果是路面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)，就利用包含在該數(shù)據(jù)中的傳感器ID來(lái)確定路面?zhèn)鞲衅鞅辉O(shè)置的路段，求出相應(yīng)路段的所需時(shí)間。然后，對(duì)在規(guī)定的存儲(chǔ)時(shí)間間隔中接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，作為某一時(shí)刻的所需時(shí)間測(cè)量值輸入到交通信息預(yù)測(cè)裝置1。輸入到交通信息預(yù)測(cè)裝置1中的某一時(shí)刻的所需時(shí)間測(cè)量值，被依次存儲(chǔ)到所需時(shí)間DB101，同時(shí)，被作為現(xiàn)狀的交通信息輸入到特征空間射影部103。
所需時(shí)間DB101的數(shù)據(jù)如圖3所示，是將收集數(shù)據(jù)的時(shí)刻和用來(lái)識(shí)別路段的路段編號(hào)作為索引的所需時(shí)間表。制作所需時(shí)間表的單位、即在后述的交通信息的預(yù)測(cè)處理中作為處理單位的路段集合(以后，稱(chēng)為預(yù)測(cè)對(duì)象路段集合)，例如是地圖上的1個(gè)網(wǎng)格(10km×10km等的格子區(qū)域)中包含的路段。這里，設(shè)包含在預(yù)測(cè)對(duì)象路段集合中的路段數(shù)為M。
圖3(a)是使用信息車(chē)數(shù)據(jù)生成的所需時(shí)間表，它保存匯總了單位路段所需時(shí)間的值，例如按照路段單位，對(duì)從多個(gè)信息車(chē)收集的信息車(chē)數(shù)據(jù)求出的所需時(shí)間取平均值。此外，圖3(b)是使用信息車(chē)數(shù)據(jù)和路面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)生成的所需時(shí)間表，單位路段的所需時(shí)間，相對(duì)于基于圖3(a)同樣的信息車(chē)數(shù)據(jù)的所需時(shí)間和基于路面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)的所需時(shí)間，被作為另外的數(shù)據(jù)來(lái)管理。作為基于信息車(chē)數(shù)據(jù)的所需時(shí)間，由于無(wú)法在信息車(chē)沒(méi)有行走在相應(yīng)路段的時(shí)刻取得所需時(shí)間，所以保存表示不明值的數(shù)據(jù)。此外，對(duì)于基于路面?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)的所需時(shí)間，對(duì)于在相應(yīng)路段上沒(méi)有設(shè)置路面?zhèn)鞲衅鞯穆范?，保存表示不明值的?shù)據(jù)。
所需時(shí)間表的各行，是以預(yù)測(cè)對(duì)象路段集合的每個(gè)時(shí)刻索引的所需時(shí)間為要素的交通狀況向量。所需時(shí)間表的行數(shù)、即記錄所需時(shí)間的時(shí)刻索引的數(shù)量為N。所需時(shí)間表中，存儲(chǔ)了1周～1年左右的數(shù)據(jù)。在使用本發(fā)明的情況下，如果是預(yù)測(cè)通常的交通情況，只要存儲(chǔ)1周左右的交通狀況向量即可，但是為了對(duì)應(yīng)隨長(zhǎng)假和季節(jié)變化而出現(xiàn)的特殊日子等，就需要與這種情況相應(yīng)的數(shù)據(jù)，所以需要1年的數(shù)據(jù)。若為了高精度地預(yù)測(cè)通常的交通情況，而將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)期間設(shè)為例如約1個(gè)月即4周時(shí)間(28天)，將存儲(chǔ)時(shí)間間隔設(shè)為5分鐘的話(huà)，則1天的數(shù)據(jù)量為288，所以記錄所需時(shí)間的時(shí)刻索引數(shù)N為288×28＝8064。
另外，在所需時(shí)間表中記錄的所需時(shí)間，不必是時(shí)刻索引的瞬間所需時(shí)間。例如在將時(shí)刻索引設(shè)成5分鐘間隔的情況下，也可將在以某一時(shí)刻索引為周期的5分鐘之間測(cè)量的所需時(shí)間或其平均值，作為該時(shí)刻索引的所需時(shí)間。
基底向量生成部102，通過(guò)以所需時(shí)間DB101所記錄的所需時(shí)間表為對(duì)象的主要成分分析，將其分解成與多條路段的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)地發(fā)生變化的成分、和不相關(guān)聯(lián)地發(fā)生變化的成分，作為關(guān)聯(lián)變化的成分生成特征空間的主軸向量即基底向量。該基底向量是表示路段間相關(guān)關(guān)系的基準(zhǔn)樣式，根據(jù)每個(gè)作為特征空間的主軸向量的基底向量所對(duì)應(yīng)的代表變量，能夠代表原來(lái)的所需時(shí)間數(shù)據(jù)。然后，作為用主要成分分析而得到的特征空間的性質(zhì)，成為處理對(duì)象的多條路段的任意時(shí)刻的交通狀況向量(以各路段的所需時(shí)間為要素的向量)，被射影到特征空間的1點(diǎn)。如果對(duì)該射影點(diǎn)進(jìn)行逆射影，就會(huì)得到近似原來(lái)的交通狀況向量的向量。也就是說(shuō)，特征空間內(nèi)的射影點(diǎn)與某一時(shí)刻的實(shí)際交通狀況向量對(duì)應(yīng)。
即便是在所需時(shí)間表中含有不明值的情況下，根據(jù)作為主要成分分析的擴(kuò)展方法即“帶有缺損值的主要成分分析(PCAMD)”，也可以生成基底向量。這里，將基底向量的數(shù)量設(shè)為P，根據(jù)主要成分分析的性質(zhì)，P<<M。被生成的P個(gè)基底向量被保存在基底數(shù)據(jù)庫(kù)(以下為基底DB)109中。這里，設(shè)P如下決定按照在主要成分分析中對(duì)每個(gè)基底求出的貢獻(xiàn)率從大到小的順序選擇基底，將加上了所選擇的基底所對(duì)應(yīng)的貢獻(xiàn)率得到的累積貢獻(xiàn)率作為指標(biāo)使用。累積貢獻(xiàn)率在0～1之間取值，基底向量的數(shù)量P越增加，它就越高，例如通過(guò)使累積貢獻(xiàn)率變?yōu)?.8以上的方式來(lái)決定P的值。這種基底向量，通過(guò)以對(duì)應(yīng)的代表變量為系數(shù)的線(xiàn)性合成，來(lái)具有與包含在作為主要成分分析的對(duì)象的所需時(shí)間表中的任意交通狀況向量近似的性質(zhì)。
此外，對(duì)于不包含在所需時(shí)間表的時(shí)刻的交通狀況向量，作為主要成分分析所得到的特征空間的性質(zhì)，預(yù)測(cè)對(duì)象路段集合的任意時(shí)刻的交通狀況向量，被射影在由基底向量展開(kāi)的特征空間的1點(diǎn)上。該特征空間上的點(diǎn)，是通過(guò)射影在坐標(biāo)值具有各基底向量所對(duì)應(yīng)的代表變量的值的射影點(diǎn)。而且，如果對(duì)該射影點(diǎn)進(jìn)行逆射影，就會(huì)得到對(duì)不包含在原來(lái)的所需時(shí)間表的時(shí)刻的交通狀況的向量進(jìn)行近似的向量。也就是說(shuō)，特征空間內(nèi)的射影點(diǎn)，與某一時(shí)刻的實(shí)際的交通狀況向量相對(duì)應(yīng)。
另外，如果結(jié)合實(shí)際的交通現(xiàn)象來(lái)說(shuō)明基底向量的話(huà)就是，所謂基底向量是交通堵塞的樣式，是將多條路段的交通狀況在空間上是以何種相關(guān)性來(lái)發(fā)生變化以數(shù)值來(lái)表達(dá)。交通堵塞的樣式雖然取決于道路網(wǎng)的構(gòu)造，但是例如如果以包含在東京中心部的方圓20km以?xún)?nèi)的路段為對(duì)象進(jìn)行主要成分分析，就可以得到市中心的堵塞、環(huán)形線(xiàn)的堵塞、流入中心部方向的堵塞、流出中心部方向的堵塞等，與多種交通現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)的基底向量。這些多個(gè)的基底向量，越是上位，相當(dāng)于實(shí)際上越常見(jiàn)的樣式。
由基底向量生成部102和射影點(diǎn)軌跡生成部104生成的基底向量和射影點(diǎn)軌跡，無(wú)需在每次生成交通信息時(shí)都進(jìn)行計(jì)算，也可以事先進(jìn)行計(jì)算。在這種情況下，可以對(duì)應(yīng)往上述的所需時(shí)間表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的期間，以1周～1年左右1次的頻度來(lái)更新基底向量和射影點(diǎn)軌跡。此外，除定期更新以外，也可以以道路新建等為契機(jī)，對(duì)于往所需時(shí)間表存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的期間經(jīng)過(guò)后新建了道路的地圖網(wǎng)格，更新基底向量和射影點(diǎn)軌跡。
特征空間射影部103，將輸入到交通狀況預(yù)測(cè)裝置中的預(yù)測(cè)對(duì)象路段集合中的當(dāng)前時(shí)刻t_c的交通狀況向量，射影到由基底向量生成部102生成的上述基底向量1～P所展開(kāi)的特征空間中。在交通狀況向量含有不明值的情況下，即在多條路段的一部分中存在所需時(shí)間不明的路段的情況下，通過(guò)下式的加權(quán)射影來(lái)進(jìn)行射影。
a(t_c)＝inv(Q’W’WQ)Q’W’Wx(t_c)’…(式1) 這里，Q是作為排列基底向量1～P的矩陣的基底矩陣。此外，x(t_c)是當(dāng)前的交通狀況向量。W是加權(quán)的矩陣，當(dāng)路段i的所需時(shí)間被作為觀(guān)測(cè)值得到的情況下，將第i個(gè)對(duì)角要素設(shè)為1，當(dāng)路段i的所需時(shí)間為不明值的情況下，將第i個(gè)對(duì)角要素設(shè)為0，其它的非對(duì)角要素設(shè)為0。由此，通過(guò)將觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的權(quán)重設(shè)為1，將缺損數(shù)據(jù)的權(quán)重設(shè)為0，來(lái)求出射影點(diǎn)a(t_c)，其在忽略缺損數(shù)據(jù)的路段，對(duì)觀(guān)測(cè)到現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)的路段在特征空間上進(jìn)行射影時(shí)，與射影前的數(shù)據(jù)的誤差最小。加權(quán)矩陣W，由于是隨各時(shí)刻的信息車(chē)數(shù)據(jù)或路面?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)的收集情況而變，所以每次在進(jìn)行所需時(shí)間的預(yù)測(cè)時(shí)，每次都被在特征空間射影部103計(jì)算。
圖10是表示上述運(yùn)算具體的作用的道路網(wǎng)的示意圖，粗線(xiàn)表示堵塞路段，細(xì)線(xiàn)表示暢通路段。如上所述，基底向量表示堵塞樣式，圖10中，1302、1303、1304相當(dāng)于基底向量。另一方面，1301是相當(dāng)于時(shí)刻t_c的實(shí)際交通狀況的交通狀況向量，實(shí)線(xiàn)的路段表示觀(guān)測(cè)到所需時(shí)間的路段，虛線(xiàn)的路段表示所需時(shí)間不明的路段。式1的計(jì)算具有以下作用根據(jù)1301中以實(shí)線(xiàn)表示的所需時(shí)間的觀(guān)測(cè)值，求出基底向量(1302、1303、1304)的線(xiàn)性合成中的系數(shù)a_1(t_c)、a_2(t_c)、…a_P(t_c)。在圖10中，在將時(shí)刻t_c的交通狀況向量(1301)用基底向量(1302、1303、1304)的線(xiàn)性合成表示時(shí)，以系數(shù)a_1(t_c)、a_2(t_c)、…a_P(t_c)為要素的向量a(t_c)是特征空間中的射影點(diǎn)的坐標(biāo)向量，該a(t_c)的各要素是沿基底向量1～P的坐標(biāo)軸上的坐標(biāo)值。
射影點(diǎn)軌跡生成部104，與特征空間射影部103同樣，通過(guò)使用式1的運(yùn)算處理，根據(jù)在基底DP109中存放的基底向量，將存儲(chǔ)在所需時(shí)間表中的交通狀況向量射影到特征空間中，求出各個(gè)射影點(diǎn)。但是，相對(duì)于特征空間射影部103的運(yùn)算對(duì)象為當(dāng)前時(shí)刻的交通狀況向量，射影點(diǎn)軌跡生成部104，是對(duì)包含在所需時(shí)間DB101的所需時(shí)間表中的過(guò)去的所需時(shí)間信息也就是交通狀況向量進(jìn)行射影，生成與其時(shí)刻索引t_1～t_N對(duì)應(yīng)的過(guò)去的射影點(diǎn)a(t_1)～a(t_N)，并按時(shí)間順序記錄在射影點(diǎn)DB105中。將該按時(shí)刻順序記錄的射影點(diǎn)作為射影點(diǎn)軌跡。射影點(diǎn)DB105的數(shù)據(jù)構(gòu)造如圖4所示，是將對(duì)應(yīng)所需時(shí)間表的時(shí)刻t_1～t_N和基底向量1～P作為索引，將對(duì)應(yīng)各個(gè)基底向量的系數(shù)設(shè)為數(shù)值的表，時(shí)刻t_m中的基底向量i的值，是與射影點(diǎn)a(t_m)的基底向量i對(duì)應(yīng)的系數(shù)a_i(t_m)。將該表作為射影點(diǎn)表。
如果將射影點(diǎn)軌跡生成部104生成的射影點(diǎn)，在以基底向量1和基底向量2為坐標(biāo)軸的平面上進(jìn)行圖示，就會(huì)畫(huà)出圖5那樣的軌跡。圖5的坐標(biāo)面，是由基底向量得到的特征空間中、由基底向量1、2展開(kāi)的2維部分空間。射影點(diǎn)a(t_1)～a(t_N)，隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)描繪出連續(xù)的軌跡。同樣，在基底向量3、4展開(kāi)的2維部分空間中，射影點(diǎn)a(t_1)～a(t_N)也隨時(shí)間的經(jīng)過(guò)描繪出連續(xù)的軌跡。對(duì)于這些軌跡，由于交通現(xiàn)象具有以1日為單位、以1周為單位等的周期性，所以射影點(diǎn)軌跡也發(fā)生具有周期性的變化。
附近射影點(diǎn)檢索部106，從記錄在射影點(diǎn)DB105的射影點(diǎn)a(t_1)～a(t_N)中檢索出與當(dāng)前時(shí)刻t_c下的射影點(diǎn)a(t_c)距離最短的射影點(diǎn)。如果用處理流程來(lái)表示附近射影點(diǎn)檢索部106的處理，則如圖6(a)所示。首先，對(duì)時(shí)刻t_1～t_N反復(fù)進(jìn)行循環(huán)處理，在該循環(huán)內(nèi)的處理S601，計(jì)算特征空間射影部103中由當(dāng)前時(shí)刻t_c的交通狀況向量求出的射影點(diǎn)a(t_c)、和從射影點(diǎn)DB105讀出的過(guò)去時(shí)刻t_i的射影點(diǎn)a(t_i)之間的距離d(t_i)。距離d(t_i)，是a(t_i)與a(t_c)的差分向量的歐幾里德范數(shù)。在特征空間內(nèi)的距離近，表示對(duì)應(yīng)兩射影點(diǎn)的交通狀況向量類(lèi)似。在該循環(huán)處理之后，在處理S602對(duì)距離d(t_1)～d(t_N)進(jìn)行排序，在處理S603將排序后距離d最短的過(guò)去的射影點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻設(shè)為附近射影點(diǎn)時(shí)刻t_s，將其過(guò)去的射影點(diǎn)設(shè)為附近射影點(diǎn)a(t_s)。
由于特征空間上的射影點(diǎn)與實(shí)際的交通狀況相對(duì)應(yīng)，所以通過(guò)對(duì)未來(lái)時(shí)刻t_c+Δt的基底矩陣Q中的射影點(diǎn)a(t_c+Δt)進(jìn)行預(yù)測(cè)，就可以預(yù)測(cè)出當(dāng)前時(shí)刻t_c所對(duì)應(yīng)的未來(lái)時(shí)刻t_c+Δt的交通狀況。在這種情況下如圖5所示，由于射影點(diǎn)軌跡具有周期性，所以當(dāng)前時(shí)刻t_c的射影點(diǎn)a(t_c)，表示出追尋與附近射影點(diǎn)a(t_s)類(lèi)似的軌跡的傾向。因此，在相對(duì)于當(dāng)前時(shí)刻t_c，預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻t_c+Δt的交通狀況的情況下，可以期待沿著以射影點(diǎn)a(t_c)的附近射影點(diǎn)a(t_s)為起點(diǎn)的射影點(diǎn)軌跡，推移出未來(lái)的交通狀況。
因此，射影點(diǎn)軌跡追蹤部107，以附近射影點(diǎn)a(t_s)為起點(diǎn)，將追蹤射影點(diǎn)DB105上記錄的射影點(diǎn)軌跡得到的將來(lái)的射影點(diǎn)a(t_s+Δt)，設(shè)為射影點(diǎn)a(t_c+Δt)的預(yù)測(cè)射影點(diǎn)，其中，追蹤的量為相當(dāng)于當(dāng)前時(shí)刻與預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)刻之差的時(shí)間寬度的預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)間寬度Δt。例如，如果將射影點(diǎn)表的時(shí)刻索引的間隔設(shè)為5分鐘，將預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)間寬度Δt設(shè)為30分鐘，則預(yù)測(cè)射影點(diǎn)的時(shí)刻索引是今后6個(gè)的t_(s+6)，預(yù)測(cè)射影點(diǎn)是a(t_(s+6))。如果對(duì)此進(jìn)行圖示的話(huà)為圖7。圖7是將圖5的一部分放大的圖，相對(duì)于在特征空間射影部103射影的當(dāng)前時(shí)刻的射影點(diǎn)a(t_c)702，在附近射影點(diǎn)檢索部106中，對(duì)記錄在射影點(diǎn)DB105上的射影點(diǎn)軌跡701上的附近射影點(diǎn)a(t_s)703進(jìn)行檢索。然后，射影點(diǎn)軌跡追蹤部107中，從附近射影點(diǎn)a(t_s)703起將時(shí)間前移Δt求出射影點(diǎn)a(t_s+Δt)704，該射影點(diǎn)為預(yù)測(cè)射影點(diǎn)。
在逆射影部108中，預(yù)測(cè)交通狀況向量x(t_c+Δt)，通過(guò)x(t_c+Δt)＝a(t_c+Δt)’Q’這樣的逆射影被計(jì)算出來(lái)。因此，使用射影點(diǎn)a(t_c+Δt)的預(yù)測(cè)射影點(diǎn)a(t_s+Δt)，成為

…(式2) 這里，Q’是將基底矩陣Q轉(zhuǎn)置的矩陣，預(yù)測(cè)交通狀況向量x(t_c+Δt)為所需時(shí)間的向量，通過(guò)以構(gòu)成預(yù)測(cè)射影點(diǎn)a(t_s+Δt)的各要素為系數(shù)的基底向量的矩陣Q的線(xiàn)性合成而求出。
圖11是與圖10同樣地表示上述運(yùn)算的具體作用的道路網(wǎng)的示意圖。相對(duì)于式1是求出了圖10的線(xiàn)性合成的系數(shù)a_1(t_c)、a_2(t_c)、…、a_P(t_c)，式2是通過(guò)以圖11的線(xiàn)性合成的系數(shù)a_1(t_c+Δt)、a_2(t_c+Δt)、…、a_P(t_c+Δt)的預(yù)測(cè)值即a_1(t_s+Δt)、a_2(t_s+Δt)、…、a_P(t_s+Δt)為系數(shù)，對(duì)基底向量(1402、1403、1404)進(jìn)行線(xiàn)性合成，來(lái)求出預(yù)測(cè)交通狀況向量(1401)。預(yù)測(cè)交通狀況向量x(t_c+Δt)的各要素，是預(yù)測(cè)對(duì)象路段集合中的各路段的所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值。在特征空間射影部103中射影的當(dāng)前時(shí)刻的交通狀況向量x(t_c)包含不明值的情況下，如式2所示，由于預(yù)測(cè)交通狀況向量x(t_c+Δt)是基底向量的線(xiàn)性合成，所以不包含不明值，可以對(duì)預(yù)測(cè)對(duì)象路段集合的全部路段的所需時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。
如上求出的各路段的所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值，被處理裝置2轉(zhuǎn)換成交通信息后，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)203從交通信息中心204送往車(chē)輛等處。
在本實(shí)施例中，雖然是將所需時(shí)間DB101上記錄的所需時(shí)間表，作為基底向量生成部102的主要成分分析的對(duì)象，而沒(méi)有用星期或天氣等進(jìn)行分類(lèi)，但也可以用星期或天氣等將所需時(shí)間表進(jìn)行分類(lèi)來(lái)作為主要成分分析的對(duì)象。在這種情況下，所生成的基底向量是星期或天氣所固有的，射影點(diǎn)軌跡生成部104的處理也是同樣，根據(jù)星期或天氣進(jìn)行分類(lèi)，分星期、天氣來(lái)制作射影點(diǎn)DB105的射影點(diǎn)表，結(jié)合預(yù)測(cè)對(duì)象日是星期幾或當(dāng)日的天氣，區(qū)別使用基底向量和射影點(diǎn)表，通過(guò)進(jìn)行特征空間射影部103、附近射影點(diǎn)檢索部106、射影點(diǎn)軌跡追蹤部107、逆射影部108的處理，就可以預(yù)測(cè)星期或天氣所固有的交通狀況。
在這種情況下，交通信息預(yù)測(cè)裝置1中，從未圖示的日歷得到星期信息，并且從外部獲得與各地圖網(wǎng)格相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的氣象信息，然后按照星期幾、天氣為單位，單獨(dú)管理所需時(shí)間DB101、基底DB109、射影點(diǎn)DB105的所需時(shí)間表、基底向量、射影點(diǎn)軌跡。然后，根據(jù)現(xiàn)狀的星期和天氣，使用與其對(duì)應(yīng)的基底向量、射影點(diǎn)軌跡來(lái)預(yù)測(cè)所需時(shí)間。
[實(shí)施例2] 下面，對(duì)改變了上述實(shí)施例1的預(yù)測(cè)射影點(diǎn)的求法的實(shí)施例的變形進(jìn)行說(shuō)明。由于特征點(diǎn)軌跡是描繪出周期性的軌跡，所以實(shí)施例1中，是由射影點(diǎn)DB105檢索處于對(duì)應(yīng)現(xiàn)狀交通狀況的特征點(diǎn)附近的過(guò)去的交通狀況數(shù)據(jù)的射影點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)，來(lái)求出附近射影點(diǎn)，以被檢索出的該射影點(diǎn)為起點(diǎn)，跟蹤射影點(diǎn)軌跡，求出預(yù)測(cè)射影點(diǎn)。相對(duì)于此，本實(shí)施例2的不同點(diǎn)在于不是使用單一的附近射影點(diǎn)，而是檢索多個(gè)附近射影點(diǎn)求出多個(gè)預(yù)測(cè)射影點(diǎn)，根據(jù)其代表值來(lái)預(yù)測(cè)所需時(shí)間，其余與實(shí)施例1同樣。
具體講就是，取代圖1所示結(jié)構(gòu)圖中的交通信息預(yù)測(cè)裝置1的附近射影點(diǎn)檢索部106、射影點(diǎn)軌跡追蹤部107，如圖8的構(gòu)成圖所示，在附近射影點(diǎn)檢索部801中求出多個(gè)附近射影點(diǎn)，在射影點(diǎn)軌跡追蹤部802上求出多個(gè)附近射影點(diǎn)對(duì)應(yīng)的射影點(diǎn)軌跡的跟蹤結(jié)果。而且，新附加了重心運(yùn)算部803，從多個(gè)射影點(diǎn)軌跡的跟蹤結(jié)果求出代表預(yù)測(cè)射影點(diǎn)。
附近射影點(diǎn)檢索部801中，與作為附近射影點(diǎn)檢索部106的處理流程的圖6(a)同樣，在圖6(b)所示的處理流程中，作為處理S604，將從與當(dāng)前時(shí)刻的射影點(diǎn)a(t_c)的距離d(t_i)較短一方起的K個(gè)射影點(diǎn)作為附近射影點(diǎn)a(t_s1)～a(t_sK)，再進(jìn)一步求出與這些附近射影點(diǎn)對(duì)應(yīng)的距離數(shù)據(jù)d(t_s1)～d(t_sK)。求得的多個(gè)附近射影點(diǎn)a(t_s1)～a(t_sK)，被送往射影點(diǎn)軌跡追蹤部802，距離數(shù)據(jù)d(t_s1)～d(t_sK)被送往重心運(yùn)算部803。
這里，對(duì)于作為附近射影點(diǎn)選擇的射影點(diǎn)個(gè)數(shù)K，例如假設(shè)在用來(lái)求得射影點(diǎn)軌跡的在所需時(shí)間表上累積交通狀況向量的期間為大約1個(gè)月，并且設(shè)數(shù)據(jù)的時(shí)刻索引間隔為5分鐘，這時(shí)相對(duì)于該射影點(diǎn)歷史記錄內(nèi)、與當(dāng)前的交通狀況相對(duì)應(yīng)的射影點(diǎn)a(t_c)，期待表現(xiàn)與其十分相似的交通狀況的射影點(diǎn)每天大體2～3個(gè)、即表現(xiàn)出大約15分鐘左右，如果以大約30天來(lái)估算，K略小于100。
射影點(diǎn)軌跡追蹤部802，對(duì)于由附近射影點(diǎn)檢索部801檢索出的各附近射影點(diǎn)a(t_s1)～a(t_sK)跟蹤保存在射影點(diǎn)DB105的射影點(diǎn)軌跡，由射影點(diǎn)DB105取得預(yù)測(cè)射影點(diǎn)a(t_s1+Δt)～a(t_sK+Δt)。如果像圖7那樣對(duì)此進(jìn)行圖示，就會(huì)變?yōu)閳D9。701是射影點(diǎn)DB105上記錄的射影點(diǎn)軌跡，702是與特征空間射影部103射影的當(dāng)前時(shí)刻的交通狀況對(duì)應(yīng)的射影點(diǎn)，903是附近射影點(diǎn)檢索部801檢索出的多個(gè)附近射影點(diǎn)。根據(jù)從這些附近射影點(diǎn)起將時(shí)間推進(jìn)Δt得到的預(yù)測(cè)射影點(diǎn)904，通過(guò)重心運(yùn)算部803求出代表預(yù)測(cè)射影點(diǎn)905。
重心運(yùn)算部803，對(duì)于由射影點(diǎn)軌跡追蹤部802得到的預(yù)測(cè)射影點(diǎn)a(t_s1+Δt)～a(t_sK+Δt)，對(duì)其重心進(jìn)行運(yùn)算，并設(shè)為代表預(yù)測(cè)射影點(diǎn)g(t_s+Δt)。這里，考慮到與特征空間上的現(xiàn)狀交通狀況相對(duì)應(yīng)的射影點(diǎn)距離越近、即越是與當(dāng)前交通狀況類(lèi)似的狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的射影點(diǎn)，其后的變化也越類(lèi)似，在附近射影點(diǎn)a(t_s1)～a(t_sK)中，與當(dāng)前時(shí)刻的射影點(diǎn)a(t_c)越近的加的權(quán)重越重，來(lái)推定出代表預(yù)測(cè)射影點(diǎn)905。求出代表預(yù)測(cè)射影點(diǎn)905的重心運(yùn)算，由下式進(jìn)行。
g(t_s+Δt)＝∑(1/d(t_si))×a(t_si+Δt)…式3 (其中，i＝1、2…K) 通過(guò)從射影點(diǎn)軌跡追蹤部802和附近射影點(diǎn)檢索部801分別輸入a(t_si+Δt)、d(t_si)，從而作為輸出可得到代表預(yù)測(cè)射影點(diǎn)g(t_c+Δt)。這里，雖然設(shè)按照距離d(t_si)的反比加權(quán)后的項(xiàng)為1次項(xiàng)，但例如，可以如下這樣， g(t_s+Δt)＝∑(1/d(t_si)＾2)×a(t_si+Δt)…式4 通過(guò)將按照距離d(t_si)的反比加權(quán)后的項(xiàng)設(shè)為2次項(xiàng)，來(lái)對(duì)權(quán)進(jìn)行調(diào)整。
從多個(gè)附近射影點(diǎn)起跟蹤射影點(diǎn)軌跡而得到的、基于該代表預(yù)測(cè)射影點(diǎn)g(t_c+Δt)的所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值，與實(shí)施例1同樣，通過(guò)逆射影部108由以下的式5算出。


…(式5) 在上述的例子中，雖然例舉了附近射影點(diǎn)的個(gè)數(shù)K為大約100的情況，但在求代表預(yù)測(cè)射影點(diǎn)時(shí)，由于重視類(lèi)似射影點(diǎn)，并且與現(xiàn)狀射影點(diǎn)的距離較大的射影點(diǎn)在重心運(yùn)算部803中求重心g(t_s+Δt)時(shí)貢獻(xiàn)程度很低，所以無(wú)需進(jìn)行嚴(yán)密的決定，因此，估計(jì)與現(xiàn)狀十分類(lèi)似的交通狀況的射影點(diǎn)每天大體5、6個(gè)，即表現(xiàn)出約30分鐘左右，即便將K設(shè)為150，重心g(t_s+Δt)的預(yù)測(cè)結(jié)果也不會(huì)發(fā)生很大變化，可以得出不太依賴(lài)于K的值的穩(wěn)定的預(yù)測(cè)結(jié)果。
如上，檢索出多個(gè)附近射影點(diǎn)來(lái)求出多個(gè)預(yù)測(cè)射影點(diǎn)，根據(jù)其代表值預(yù)測(cè)所需時(shí)間，就可以比實(shí)施例1更能抑制因射影數(shù)據(jù)的有無(wú)缺損而產(chǎn)生的局部射影點(diǎn)軌跡變動(dòng)所帶來(lái)的影響，進(jìn)行更高精度的預(yù)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種交通狀況預(yù)測(cè)裝置，對(duì)交通狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，并具備通過(guò)以過(guò)去的多條道路區(qū)間的所需時(shí)間為對(duì)象的主要成分分析來(lái)生成基底的基底生成部，其特征在于，具備
特征空間射影部，將當(dāng)前的多條道路區(qū)間的所需時(shí)間射影在以所述基底為軸的特征空間上，決定當(dāng)前的射影點(diǎn)；
附近射影點(diǎn)檢索部，對(duì)于過(guò)去的所述多條道路區(qū)間的所需時(shí)間，由作為用所述基底射影的射影點(diǎn)的點(diǎn)列的射影點(diǎn)軌跡，檢索處于所述當(dāng)前射影點(diǎn)附近的射影點(diǎn)；
射影點(diǎn)軌跡追蹤部，以處于所述當(dāng)前射影點(diǎn)附近的射影點(diǎn)為起點(diǎn)，求出追尋所述射影點(diǎn)軌跡的射影點(diǎn)，其量為當(dāng)前時(shí)刻與預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)刻的時(shí)間寬度；和
逆射影部，對(duì)由所述射影點(diǎn)軌跡追蹤部求出的射影點(diǎn)進(jìn)行逆射影，計(jì)算出所述多條道路區(qū)間的所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通狀況預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，
具備射影點(diǎn)軌跡生成部，射影所述過(guò)去的多個(gè)道路區(qū)間的所需時(shí)間，來(lái)生成所述射影點(diǎn)軌跡的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交通狀況預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，
具備通過(guò)以多個(gè)射影點(diǎn)為對(duì)象的重心運(yùn)算，來(lái)計(jì)算出代表射影點(diǎn)的重心運(yùn)算部，
所述附近射影點(diǎn)檢索部，檢索并求出處于所述當(dāng)前射影點(diǎn)附近的多個(gè)射影點(diǎn)，
所述射影點(diǎn)軌跡追蹤部，以所述附近射影點(diǎn)檢索部求出的多個(gè)射影點(diǎn)為起點(diǎn)，求出追尋所述射影點(diǎn)軌跡的多個(gè)射影點(diǎn)，
所述重心運(yùn)算部，根據(jù)該多個(gè)射影點(diǎn)求出代表射影點(diǎn)，
所述逆射影部，對(duì)該代表射影點(diǎn)進(jìn)行逆射影，來(lái)計(jì)算出所述多個(gè)道路區(qū)間的所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值。
4.一種交通狀況預(yù)測(cè)方法，使用通過(guò)以過(guò)去的多個(gè)道路區(qū)間的所需時(shí)間為對(duì)象的主要成分分析來(lái)生成的基底，預(yù)測(cè)交通狀況，其特征在于，
將當(dāng)前的多條道路區(qū)間的所需時(shí)間射影在以所述基底為軸的特征空間，來(lái)決定當(dāng)前的射影點(diǎn)，
由射影點(diǎn)軌跡，檢索出最靠近所述當(dāng)前射影點(diǎn)的射影點(diǎn)，并將其作為附近射影點(diǎn)，所述射影點(diǎn)軌跡是過(guò)去的多條道路區(qū)間的所需時(shí)間所對(duì)應(yīng)的射影點(diǎn)的點(diǎn)列，
以所述附近射影點(diǎn)為起點(diǎn)求出追尋所述射影點(diǎn)軌跡的射影點(diǎn)，其量為當(dāng)前時(shí)刻與預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)刻的時(shí)間寬度，
根據(jù)所述基底對(duì)該射影點(diǎn)進(jìn)行逆射影，計(jì)算出所述多條道路區(qū)間的所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的交通狀況預(yù)測(cè)方法，其特征在于，
通過(guò)將所述過(guò)去的多條道路區(qū)間的所需時(shí)間射影到所述特征空間，來(lái)生成所述射影點(diǎn)軌跡。
6.一種交通狀況預(yù)測(cè)方法，對(duì)交通狀況進(jìn)行，其特征在于，
通過(guò)以過(guò)去的多個(gè)道路區(qū)間的所需時(shí)間為對(duì)象的主要成分分析來(lái)生成基底，
將當(dāng)前的多條道路區(qū)間的所需時(shí)間射影在以所述基底為軸的特征空間上，來(lái)決定當(dāng)前的射影點(diǎn)，
由射影點(diǎn)軌跡，檢索出處于所述當(dāng)前射影點(diǎn)附近的多個(gè)射影點(diǎn)，并將其作為附近射影點(diǎn)，所述射影點(diǎn)軌跡是由所述基底將過(guò)去的所述多條道路區(qū)間的所需時(shí)間射影得到的射影點(diǎn)的點(diǎn)列，
以所述附近射影點(diǎn)為起點(diǎn)，求出追尋所述射影點(diǎn)軌跡的多個(gè)射影點(diǎn)，其量為當(dāng)前時(shí)刻與預(yù)測(cè)對(duì)象時(shí)刻的時(shí)間寬度，
將該多個(gè)射影點(diǎn)的重心設(shè)為代表射影點(diǎn)，
由所述基底對(duì)所述代表射影點(diǎn)進(jìn)行逆射影，來(lái)計(jì)算出所述多條道路區(qū)間的所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種交通狀況預(yù)測(cè)裝置，根據(jù)各道路區(qū)間的交通狀況的相關(guān)關(guān)系，預(yù)測(cè)交通狀況?；紫蛄可刹?，以記錄在所需時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)中的過(guò)去所需時(shí)間為對(duì)象進(jìn)行主要成分分析，生成構(gòu)成表示多條路段之間的相關(guān)關(guān)系的特征空間的基底向量。射影點(diǎn)軌跡生成部，將記錄在所需時(shí)間數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)去所需時(shí)間射影到所述特征空間得到的射影點(diǎn)軌跡，記錄到射影點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。特征空間射影部，將當(dāng)前的所需時(shí)間射影到所述特征空間中。附近射影點(diǎn)檢索部，從射影點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，檢索出處于該射影點(diǎn)附近的過(guò)去的射影點(diǎn)。射影點(diǎn)軌跡追蹤部，以檢索到的附近射影點(diǎn)為起點(diǎn)，追蹤過(guò)去的射影點(diǎn)的軌跡，其量為成為預(yù)測(cè)對(duì)象的時(shí)間寬度。逆射影部對(duì)該軌跡的終點(diǎn)進(jìn)行逆射影，計(jì)算出所需時(shí)間的預(yù)測(cè)值。
文檔編號(hào)G08G1/00GK101388144SQ200810129898
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月11日
發(fā)明者熊谷正俊, 蛭田智昭, 奧出真理子, 谷越浩一郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所