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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
下 载: 25次
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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。

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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