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基于收费数据的高速公路旅行时间自适应插值卡尔曼滤波预测研究
作 者: 王浩
导 师: 赵建东
学 校: 北京交通大学
专 业: 安全技术及工程
关键词: 高速公路旅行时间 收费数据 等间距插值 Sage-Husa自适应卡尔曼滤波
分类号: U495
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
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内容摘要
摘要:高速公路站间旅行时间可衡量所经路段通行效率和交通状态,是交管部门交通控制和诱导的重要依据,也是出行者高度关注的首要信息,已成为先进出行者信息系统ATIS (advanced traveler information systems)和路径导航系统RGS (route guidance systems)的关键因素。本文依托高速公路收费数据开展站间旅行时间预测研究,具体研究内容如下:(1)针对MTC(manual toll collection)数据相比ETC (electronic toll collection)数据包含车辆排队等待缴费时间的问题,提出一套MTC和ETC数据实时融合处理准则,包含极端异常数据处理和数据融合,提高了周期内车辆数据数量。(2)针对收费数据中异常数据难以剔除的问题,提出一种改进后平均旅行时间计算模型,模型融入四分法数据剔除思想,提高了收费数据质量和平均旅行时间计算精度。(3)针对卡尔曼滤波算法非线性性能弱及自适应性能差的问题,提出了高速公路旅行时间自适应插值卡尔曼滤波算法。算法利用等间距插值方法重构实时及历史旅行时间之间的时间序列,基于最小二乘法实时搭建卡尔曼滤波模型,并详细阐述了Sage-Husa自适应卡尔曼滤波旅行时间预测原理。(4)为验证算法有效性,实际路段算法验证结果可知,自适应插值预测算法在正常、事故、小长假三种交通流状态下所有周期平均相对误差控制在7.5%内,事故周期平均相对误差控制在10%内。(5)搭建了旅行时间预测系统架构和预测系统业务逻辑,详细阐述了预测系统收费数据存储数据库设计、旅行时间算法设计、发布界面设计,并基于C#. SQL Server2008开发了高速公路站间旅行时间预测系统。(6)搭建了离线旅行时间系统稳定性测试环境,系统运行稳定后,将其布设到高速公路信息中心,实时预测高速公路旅行时间。京港澳高速公路旅行时间预测示范系统应用良好,可为公众出行提供时间参考。
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全文目录
致谢 5-6 中文摘要 6-7 ABSTRACT 7-9 目录 9-11 1 绪论 11-23 1.1 选题来源与研究对象 11-13 1.1.1 选题来源 11 1.1.2 研究对象 11-13 1.2 研究背景与意义 13-15 1.2.1 研究背景 13-14 1.2.2 研究意义 14-15 1.3 旅行时间预测国内外研究现状 15-20 1.3.1 国外旅行时间研究现状 15-17 1.3.2 国内旅行时间研究现状 17-19 1.3.3 研究现状综述分析 19-20 1.4 研究内容 20-23 2 收费数据实时融合处理 23-33 2.1 收费数据采集 23-27 2.1.1 收费数据采集系统及流程 23-24 2.1.2 数据采集内容 24-27 2.2 收费数据融合分析 27-30 2.2.1 收费数据融合准则 28-29 2.2.2 融合前后旅行时间分析 29-30 2.3 平均旅行时间计算 30-32 2.3.1 平均旅行时间计算 30-31 2.3.2 数据分析 31-32 2.4 本章小结 32-33 3 基于自适应插值卡尔曼滤波算法的旅行时间预测研究 33-47 3.1 卡尔曼滤波算法概述 33 3.2 常规卡尔曼滤波算法旅行时间预测 33-35 3.2.1 时间序列 34 3.2.2 常规预测算法建模 34-35 3.2.3 常规预测算法原理 35 3.3 插值卡尔曼滤波算法旅行时间预测 35-38 3.3.1 等间距插值原理 36-37 3.3.2 插值预测算法建模 37-38 3.3.3 插值旅行时间预测原理 38 3.4 自适应插值卡尔曼滤波算法旅行时间预测 38-40 3.4.1 自适应插值预测算法原理 39 3.4.2 自适应插值旅行时间预测原理 39-40 3.5 算法验证 40-45 3.5.1 旅行时间预测性能评价指标 41 3.5.2 算法预测精度对比 41-45 3.6 本章小结 45-47 4 旅行时间预测系统软件研发 47-57 4.1 预测系统总体架构 47-48 4.2 系统数据库设计 48-51 4.3 算法程序设计 51-54 4.4 发布界面程序设计 54-56 4.5 本章小结 56-57 5 旅行时间预测系统实际应用 57-67 5.1 离线旅行时间测试系统 57-58 5.1.1 离线测试系统介绍 57-58 5.1.2 系统稳定性测试 58 5.2 在线旅行时间预测系统 58-60 5.3 系统实际应用 60-64 5.4 本章小结 64-67 6 论文总结与展望 67-69 6.1 论文主要工作 67-68 6.2 论文研究展望 68-69 参考文献 69-73 附录A 73-75 作者简历 75-79 学位论文数据集 79
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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 交通工程与公路运输技术管理 > 电子计算机在公路运输和公路工程中的应用
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