專(zhuān)利名稱(chēng)：短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及交通管理設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，特別是涉及一種短時(shí)的分區(qū)段的交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
在智能化的城市交通管理技術(shù)中經(jīng)常要采用交通流誘導(dǎo)、交通信號(hào)控制、事件檢測(cè)等技術(shù)手段，表征交通狀態(tài)的各種參數(shù)的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)手段必要的依據(jù)。因此交通狀態(tài)各參數(shù)的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)是交通管理實(shí)現(xiàn)信息化、現(xiàn)代化、智能化、集成化的前提和關(guān)鍵，交通狀態(tài)參數(shù)的預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到交通管理中智能化誘導(dǎo)和控制的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和高效性。但在現(xiàn)有技術(shù)中，通過(guò)交通檢測(cè)器檢測(cè)到的各種交通狀態(tài)參數(shù)(流量、占有率、速度等)構(gòu)成的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)都屬于歷史數(shù)據(jù)，只能表征已經(jīng)發(fā)生的交通流運(yùn)行的狀態(tài)。采用上述歷史數(shù)據(jù)作為未來(lái)短時(shí)的交通流誘導(dǎo)、交通信號(hào)控制、事件檢測(cè)等技術(shù)手段的決策依據(jù)，勢(shì)必造成管理策略的滯后，不能做到因時(shí)制宜地改善交通狀況。因此，短時(shí)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)就是根據(jù)大量歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，采用相關(guān)的預(yù)測(cè)方法對(duì)未來(lái)短時(shí)的交通流狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)，從而提高交通管理中智能化誘導(dǎo)和控制的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和高效性。現(xiàn)有的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)方法例如自回歸滑動(dòng)平均方法、自回歸方法、滑動(dòng)平均和方法歷史平均方法等，依據(jù)的各種參數(shù)數(shù)據(jù)都較為單一，參數(shù)一般都用最小二乘法在線估計(jì)，具有計(jì)算簡(jiǎn)便、易于更新數(shù)據(jù)、便于大規(guī)模應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。但是，這些模型未能反映出交通狀態(tài)的不確定性與非線性等特質(zhì)，無(wú)法克服隨機(jī)干擾因素對(duì)交通流量的影響，所以隨著預(yù)測(cè)間隔時(shí)間的縮短，上述模型的預(yù)測(cè)精度就會(huì)大為降低。此外，交通狀態(tài)還具有周期性變化的特點(diǎn)，例如一天的交通狀態(tài)中會(huì)有早高峰、平峰、晚高峰等狀態(tài)周期，如果在各個(gè)狀態(tài)周期中使用統(tǒng)一的一個(gè)預(yù)測(cè)模型，必然不能很精確地表征出在某一段時(shí)間內(nèi)交通狀態(tài)的變化特性，從而不利于對(duì)未來(lái)短時(shí)的交通狀態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)。因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員一直致力于開(kāi)發(fā)一種預(yù)測(cè)精度高的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有的預(yù)測(cè)方法采集參數(shù)較為簡(jiǎn)單而無(wú)法精確表征交通狀態(tài)變化特性的缺點(diǎn)，提供一種交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，通過(guò)對(duì)歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的分割，從而精確地表征各個(gè)時(shí)間段的交通狀態(tài)特性，以對(duì)不同的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)選擇不同方案的交通信號(hào)控制策略，從而提高未來(lái)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性。本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的本實(shí)用新型提供了一種短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，包括一交通狀態(tài)分析單元、用于讀取歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的一間隔時(shí)間篩選所述歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)獲得篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)；[0010]一時(shí)間序列分割單元、用于將所述篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)按時(shí)間序列分割出若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)；以及一交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元、用于通過(guò)所述交通狀態(tài)數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型產(chǎn)生未來(lái)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果。較佳地，所述交通狀態(tài)分析單元還用于預(yù)先設(shè)定一時(shí)間周期長(zhǎng)度，以對(duì)歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列進(jìn)行分割。較佳地，所述交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)模型為模糊平均預(yù)測(cè)模型，以降低交通中出行人的主觀因素導(dǎo)致的時(shí)間序列交通狀態(tài)的非平穩(wěn)變化。較佳地，所述時(shí)間序列分割單元還用于分別對(duì)所述分割出的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)平滑處理，以降低個(gè)別出現(xiàn)的較大交通變化波動(dòng)對(duì)誤差的影響。本實(shí)用新型的應(yīng)用包括以下步驟Sltll、用戶設(shè)定交通狀態(tài)分析單元的間隔時(shí)間和交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)模型；Sltl2、所述交通狀態(tài)分析單元讀入歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)并根據(jù)所述間隔時(shí)間篩選歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)獲得篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)；Sltl3、所述時(shí)間序列分割單元將所述篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)按時(shí)間序列分割出若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)；Sltl4、所述交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元根據(jù)用戶設(shè)定的預(yù)測(cè)模型和分割出的所述若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)產(chǎn)生未來(lái)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果。較佳地，所述交通狀態(tài)分析單元還用于預(yù)先設(shè)定時(shí)間周期長(zhǎng)度，并在步驟S皿中還包括用戶設(shè)定交通狀態(tài)分析單元的時(shí)間周期長(zhǎng)度。較佳地，在步驟Sltl2中還包括以下步驟所述交通狀態(tài)分析單元還根據(jù)所述時(shí)間周期長(zhǎng)度篩選歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)。較佳地，所述交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)模型為模糊平均預(yù)測(cè)模型，并在步驟Sltl4中還包括以下步驟所述交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元根據(jù)所述模擬平均預(yù)測(cè)模型和交通狀態(tài)數(shù)據(jù)產(chǎn)生未來(lái)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果。較佳地，所述時(shí)間序列分割單元還用于分別對(duì)所述交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)平滑處理，并在步驟Sltl3中還包括以下步驟所述時(shí)間序列分割單元分別對(duì)分割出的所述交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)平滑處理。本實(shí)用新型的積極進(jìn)步效果在于本實(shí)用新型的交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，由于采用了上述技術(shù)手段，通過(guò)從歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)中分割出若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而精確地表征各個(gè)交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的交通狀態(tài)特性， 以根據(jù)歷史變化進(jìn)行誘導(dǎo)信息發(fā)布，便于宏觀控制交通流的變化，而且還便于選擇不同的交通信號(hào)控制策略。此外，本實(shí)用新型的裝置還通過(guò)采用模糊平均預(yù)測(cè)的方法，降低了交通狀態(tài)非平穩(wěn)變化對(duì)未來(lái)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)的影響，降低了預(yù)測(cè)方法的復(fù)雜度和應(yīng)用環(huán)境的要求，從而可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

圖1為本實(shí)用新型的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置較佳實(shí)施例的原理結(jié)構(gòu)示意圖。[0028]圖2為本實(shí)用新型的交通狀態(tài)預(yù)測(cè)方法較佳實(shí)施例的原理流程圖。圖3為本實(shí)用新型中的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)分段平滑結(jié)果圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖給出本實(shí)用新型較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。圖1所示為本實(shí)用新型的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖，其中本實(shí)用新型的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置在一具體實(shí)施例中包括一交通狀態(tài)分析單元1、一時(shí)間序列分割單元2以及一交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元3。其中，交通狀態(tài)分析單元1用于讀取歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的一間隔時(shí)間和一時(shí)間周期長(zhǎng)度篩選歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)。例如，現(xiàn)有的歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)是以30秒為間隔采集一次，但是如此短的時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)對(duì)分析交通變化規(guī)律沒(méi)有太大的意義，而且會(huì)增加預(yù)測(cè)運(yùn)算的復(fù)雜程度和運(yùn)算時(shí)間。本實(shí)施例中，通過(guò)設(shè)定間隔時(shí)間為5分鐘來(lái)篩選歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)獲得篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而在不減少交通狀態(tài)特性的前提下，盡量地減少需要運(yùn)算的數(shù)據(jù)的數(shù)量，以有效地降低預(yù)測(cè)運(yùn)算的復(fù)雜程度和運(yùn)算時(shí)間。上述間隔時(shí)間也可以根據(jù)時(shí)間交通狀況以及數(shù)據(jù)采集的情況自由設(shè)定而不僅僅局限于上述的間隔時(shí)間長(zhǎng)度。此外，由于道路交通是具有周期性的，因此交通狀態(tài)數(shù)據(jù)是一種具有周期性變化規(guī)律的數(shù)據(jù)。由此，還可以根據(jù)交通的實(shí)際狀況來(lái)設(shè)定篩選歷史交通數(shù)據(jù)的時(shí)間周期長(zhǎng)度。例如，將時(shí)間周期長(zhǎng)度設(shè)定為1天，從而可以根據(jù)需要篩選歷史交通數(shù)據(jù)中所需要的各個(gè)周期。而且上述時(shí)間周期長(zhǎng)度的選取可以根據(jù)交通狀況以及數(shù)據(jù)采集的情況自由設(shè)定，而不僅僅局限于上述的時(shí)間周期長(zhǎng)度。例如，設(shè)定時(shí)間周期長(zhǎng)度為1周時(shí)間或1月時(shí)間等等。上述時(shí)間序列分割單元2用于將篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)按時(shí)間序列分割出若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)。例如，用表示一
個(gè)篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列，其中是時(shí)間變量，χ為實(shí)數(shù)?！饺∮邢薜狞c(diǎn) < 2 <… ,在交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)中，為了服務(wù)于實(shí)際的控制方式，時(shí)間序列基本上都是等間隔時(shí)間的，記^1KkKU或簡(jiǎn)記X1Jr-Zs, Xi為第,時(shí)刻或第，周期的
觀測(cè)值J = 1，2〃··《。當(dāng)然，如果在交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)中需要非相等間隔時(shí)間，還可以采用其他的分割方式對(duì)篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的時(shí)間序列進(jìn)行分割。通過(guò)將上述時(shí)間序列分割為η個(gè)時(shí)間段，從而可以從歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)中分割出對(duì)應(yīng)于各個(gè)時(shí)間段的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)。例如，可以將1天M個(gè)小時(shí)中的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)按照時(shí)間序列劃分出早高峰的7點(diǎn)-10點(diǎn)、晚高峰16-19點(diǎn)以及平峰10點(diǎn)-16點(diǎn)。此外，用戶還可以根據(jù)需要依據(jù)其他規(guī)律對(duì)歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，例如按1 周時(shí)間進(jìn)行分割等，而不僅限于上述的分割方式。上述時(shí)間序列分割單元2還用于分別對(duì)分割出的各個(gè)交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)平
滑處理。[0042]由于實(shí)際的歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)中交通變化波動(dòng)較大，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的誤差的影響較大，所以采用趨勢(shì)平滑處理減少個(gè)別出現(xiàn)的較大交通變化波動(dòng)對(duì)誤差的影響。例如，分別對(duì)上述的早高峰、晚高峰以及平峰時(shí)段內(nèi)的歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而建立起分別對(duì)應(yīng)于上述早高峰、晚高峰以及平峰時(shí)段內(nèi)的歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的3 個(gè)函數(shù)模型，并通過(guò)前述3個(gè)函數(shù)模型對(duì)實(shí)際的歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，從而減小交通變化波動(dòng)。而且，由于分別對(duì)不同時(shí)間段內(nèi)的歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合，所以相對(duì)于傳統(tǒng)的對(duì)整個(gè)時(shí)間序列內(nèi)的歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的技術(shù)方式，本實(shí)用新型提高了擬合的準(zhǔn)確度，同時(shí)又減少了擬合的運(yùn)算時(shí)間，簡(jiǎn)化了擬合運(yùn)算的復(fù)雜程度。上述交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元3用于通過(guò)交通狀態(tài)數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型產(chǎn)生未來(lái)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果。在本實(shí)施例中，交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元3的預(yù)測(cè)模型為模糊平均預(yù)測(cè)模型。上述平均預(yù)測(cè)模型中設(shè)有如上所述的時(shí)間序列巧，巧…、，記7 = ,
，^是了上的一個(gè)模糊子集，隸屬函數(shù)為~ft)' i = 1,2,- ，則下式(1)中為時(shí)間序列Χ(β) 在模糊約束￥上的模糊平均值。X = —--(1)
i-l -通過(guò)上述的模糊平均預(yù)測(cè)模型可以降低交通中出行人的主觀因素導(dǎo)致的時(shí)間序列交通狀態(tài)的非平穩(wěn)變化。此外，本實(shí)施例中的交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元3也可以根據(jù)實(shí)際短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置的需要或用戶的實(shí)際需求采用傳統(tǒng)的平均數(shù)預(yù)測(cè)模型，當(dāng)時(shí)間序列表現(xiàn)為隨機(jī)波動(dòng)，并且波動(dòng)比較平穩(wěn)時(shí)，平均數(shù)預(yù)測(cè)模型是比較有效。例如，對(duì)于給定的時(shí)間觀測(cè)序列，為了預(yù)測(cè)下一時(shí)刻或周期的數(shù)據(jù)， +1 ,采用JT(I)的平均值近似估計(jì)，如下式(2)所示
_1 SJs+1 = Xif) = Xi(2)
i-l此外由于在實(shí)際交通流情況中，近期的數(shù)據(jù)比起較早的數(shù)據(jù)對(duì)于預(yù)測(cè) +1更為重要，所以這就要求對(duì)近期的數(shù)據(jù)賦予大些的權(quán)重系數(shù)。為此，可以在上述的平均數(shù)預(yù)測(cè)模型的m中加入權(quán)重系數(shù)，進(jìn)一步地提高平均數(shù)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。圖2所示為本實(shí)用新型的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置在使用中的原理流程圖，在一具體實(shí)施例中，至少包括以下步驟步驟Sltll，用戶設(shè)定交通狀態(tài)分析單元的間隔時(shí)間、時(shí)間周期長(zhǎng)度和交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)模型。例如，本實(shí)施例中，用戶設(shè)置間隔時(shí)間為5分鐘，時(shí)間周期長(zhǎng)度為1天。
6[0057]步驟Sltl2,交通狀態(tài)分析單元讀入歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)并根據(jù)上述間隔時(shí)間和時(shí)間周期長(zhǎng)度，篩選歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)獲得篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)。例如，將連續(xù)兩天的6點(diǎn)-20點(diǎn)內(nèi)以1分鐘間隔收集的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)按照5分鐘的間隔時(shí)間和1天的時(shí)間周期長(zhǎng)度篩選出總共336組交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中每一天中有168 組交通狀態(tài)數(shù)據(jù)。步驟Sltl3,時(shí)間序列分割單元將篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)按時(shí)間序列分割出若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)。時(shí)間序列分割單元分別對(duì)分割出的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)平滑處理。如圖3所示，本實(shí)施例中，將上述的1天中的168組交通狀況數(shù)據(jù)根據(jù)高峰和平峰分割出4段，其中的實(shí)線為所示168組交通狀況數(shù)據(jù)的曲線。其后，分別對(duì)上述4段交通狀態(tài)數(shù)據(jù)建立4個(gè)函數(shù)模型，如下式(3)所示
權(quán)利要求1.一種短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置包括一交通狀態(tài)分析單元，用于讀取歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的一間隔時(shí)間篩選所述歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)獲得篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)；一時(shí)間序列分割單元，用于將所述篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)按時(shí)間序列分割出若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)；以及一交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元，用于通過(guò)所述交通狀態(tài)數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的一預(yù)測(cè)模型產(chǎn)生未來(lái)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述交通狀態(tài)分析單元還用于預(yù)先設(shè)定一時(shí)間周期長(zhǎng)度。
3.如權(quán)利要求1所述的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元的預(yù)測(cè)模型為模糊平均預(yù)測(cè)模型。
4.如權(quán)利要求1所述的短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，其特征在于，所述時(shí)間序列分割單元還用于分別對(duì)所述分割出的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)平滑處理。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種短時(shí)交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，包括一交通狀態(tài)分析單元用于讀取歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的一間隔時(shí)間篩選所述歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)獲得篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)；一時(shí)間序列分割單元用于將所述篩選后歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)按時(shí)間序列分割出若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)；以及一交通狀態(tài)預(yù)測(cè)單元用于通過(guò)所述若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型產(chǎn)生未來(lái)交通狀態(tài)的預(yù)測(cè)結(jié)果。本實(shí)用新型的交通狀態(tài)預(yù)測(cè)裝置，由于采用了上述技術(shù)手段，通過(guò)從歷史交通狀態(tài)數(shù)據(jù)中分割出若干交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，從而精確地表征各個(gè)交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的交通狀態(tài)特性，以根據(jù)歷史變化進(jìn)行誘導(dǎo)信息發(fā)布，便于宏觀控制交通流的變化，而且還便于選擇不同的交通信號(hào)控制策略。
文檔編號(hào)G08G1/01GK201974940SQ201120063439
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月11日
發(fā)明者仲成榮 申請(qǐng)人:上海千年工程建設(shè)咨詢(xún)有限公司