基于周期性分量提取的城市快速路交通流短時預(yù)測理論與方法研究.pdf

1、隨著居民出行總量和機(jī)動車保有量的持續(xù)增長，城市路網(wǎng)承擔(dān)的出行壓力越來越重。城市快速路作為城市路網(wǎng)的骨架，承載大量的較高車速和長距離出行服務(wù)?？煽康亩虝r交通流預(yù)測作為交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的核心內(nèi)容，是出行路徑誘導(dǎo)與管理者監(jiān)測控制的技術(shù)前提，有助于提高城市路網(wǎng)效率。
　　目前交通流短時預(yù)測研究多將交通流量作為一個整體進(jìn)行預(yù)測，沒有實(shí)現(xiàn)周期性部分和剩余殘差項(xiàng)的分離，難以較好地滿足預(yù)測精度的要求。本文在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，考慮城市快速路交通流的

2、周期性特征，提出基于周期性分量提取的經(jīng)典模型與長短時記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并分別對城市快速路主路和出入口斷面流量進(jìn)行實(shí)證研究，研究不同預(yù)測步長下周期性分量提取對原始預(yù)測模型的改進(jìn)效果。本文的主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)基于城市快速路交通流動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并分析其交通特征，包括交通流數(shù)據(jù)預(yù)處理、交通流參數(shù)特征以及皮爾遜相關(guān)系數(shù)檢驗(yàn)。首先針對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行識別和修復(fù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)整合等預(yù)處理，為后期研究提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。其次從宏觀交通

3、流參數(shù)、參數(shù)兩兩關(guān)系和交通流特點(diǎn)等宏觀方面分析交通流數(shù)據(jù)特征。再次根據(jù)交通流量存在的日相關(guān)性特征進(jìn)行單一斷面流量的Pearson相關(guān)系數(shù)分析，驗(yàn)證斷面流量數(shù)據(jù)存在周期性。
　　(2)根據(jù)工作日期間流量的周期性，結(jié)合傅里葉級數(shù)理論，建立基于周期性分量提取的城市快速路交通流短時預(yù)測模型。首先將流量分為周期性部分和剩余殘差項(xiàng)兩部分，其次對周期性部分使用傅里葉級數(shù)展開，根據(jù)傅里葉級數(shù)展開項(xiàng)數(shù)的不同表示出周期性分量。同時，對逐步分離周期性分

4、量的殘差項(xiàng)分別應(yīng)用自回歸積分滑動平均模型、支持向量機(jī)回歸模型、長短時記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行下一時刻殘差項(xiàng)的預(yù)測，最后與周期性分量合并，實(shí)現(xiàn)預(yù)測精度的提高。
　　(3)運(yùn)用基于周期性分量提取的預(yù)測模型進(jìn)行實(shí)證性研究。選取北京市二環(huán)路四個主路斷面以及右安門橋至白紙坊橋路段輔路式獨(dú)立出入口分別作為快速路主路和出入口研究對象，應(yīng)用基于周期性分量提取的自回歸積分滑動平均模型、支持向量機(jī)模型、長短時記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型進(jìn)行單步預(yù)測和多步預(yù)測。本