贾特人 《先进的交通工具 2042 - 3195<我年代年代npub-type="ppub"> 0197 - 6729 Hindawi 10.1155 / 2021/8878494 8878494 研究文章 评估和预测交通状态的方法基于深度学习的高速公路网络 https://orcid.org/0000 - 0003 - 4796 - 1194 1 https://orcid.org/0000 - 0003 - 0556 - 5943 Xingju 1 2 https://orcid.org/0000 - 0003 - 2233 - 4901 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 9768 - 2962 Xuejian 1 2 https://orcid.org/0000 - 0003 - 2421 - 2000 3 法拉 Haneen 1<一个ddr-line> 交通运输学院 石家庄Tiedao大学 石家庄 中国 stdu.edu.cn 2<一个ddr-line> 国家重点实验室的机械行为和交通工程结构的系统安全 石家庄Tiedao大学 石家庄 中国 stdu.edu.cn 3<一个ddr-line> 建设管理部门 休斯顿大学 4730年卡尔豪路300号休斯顿 休斯顿 TX 77204 - 4021 美国 uh.edu 2021年 24<米onth> 3 2021年 2021年 16<米onth> 7 2020年 24<米onth> 11 2020年 17<米onth> 3 2021年 24<米onth> 3 2021年 2021年 版权©2021年嘉刘et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

高速公路网络交通状态的准确评价和预测可以为旅行者提供有效的信息和交通管理者。基于深度学习理论,本文提出了一种评价和预测模型的高速公路网络流量状态,它包含一个模糊c均值(FCM)算法的交通状态划分模型,长期短期记忆(LSTM)算法的交通状态预测模型,和k - means算法交通状态判别模型。河北省高速公路网络是使用一个案例研究来验证模型,公路网的交通状态使用预测数据和实际数据进行了分析。233年收集的数据集包含536823件连续观测站河北省于9月5日,2016年,2016年9月12日。分析结果表明,本文提出的模型具有良好的性能的评估和预测高速公路路网的交通状态,这是符合使用真实数据的判别结果。

河北省教育部 ZD2021336 河北省自然科学基金 E2019210305 河北省软科学研究项目 20557673 d
1。介绍</t我tle> <p>车辆所有权的增加,对交通的需求也迅速扩大,这不仅对公路交通系统带来极大压力,但也会引起一系列的交通拥堵问题和安全问题。2019年河北省国民经济和社会发展统计公报表明,通车里程增加了1.9%,但车辆所有权同比增加了7.4%<xref ref-type="bibr" rid="B1"> 1</xref>]。因此,它是特别重要的能够评估和预测交通状态的高速公路网络实时准确。流量管理器可以提前制定预防策略,有效避免交通拥堵的发生,防止拥塞的影响的进一步扩张。如何实现准确的评估和预测交通状态是交通管理者所面临的最重要的任务和交通问题的研究人员。</p><p>需要选择适当的指标评价的交通状态,主要包括服务水平(<xref ref-type="bibr" rid="B2"> 2</xref>),交通流参数(<xref ref-type="bibr" rid="B3"> 3</xref>- - - - - -<xref ref-type="bibr" rid="B5"> 5</xref>),和旅行时间<xref ref-type="bibr" rid="B6"> 6</xref>]。此外,大量的学者们研究了交通状态的评价方法。现有的道路交通状态评价研究主要集中在十字路口(<xref ref-type="bibr" rid="B7"> 7</xref>)、道路(<xref ref-type="bibr" rid="B8"> 8</xref>),和道路网<xref ref-type="bibr" rid="B9"> 9</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B10"> 10</xref>]。对于交通节点,大多数研究集中在城市道路和使用主要十字路口为研究对象。许等人进行了深入研究道路交通状态的评价。他们用各种理论和方法来估计和预测道路交通状态(<xref ref-type="bibr" rid="B11"> 11</xref>- - - - - -<xref ref-type="bibr" rid="B14"> 14</xref>]。此外,D.W.许等人提出了一个新颖的深度学习框架估计道路交通状态(<xref ref-type="bibr" rid="B15"> 15</xref>]。随着大数据的发展(<xref ref-type="bibr" rid="B16"> 16</xref>和机器学习<xref ref-type="bibr" rid="B17"> 17</xref>)的进步,更多的方法将被应用到公路网络交通状态的评价。b·希勒尔使用手机服务提供者信息来衡量交通速度和旅行时间<xref ref-type="bibr" rid="B18"> 18</xref>]。基于大量的浮动车数据,g .褐等人做出短期预测的交通速度和使用各种方法进行比较分析(<xref ref-type="bibr" rid="B19"> 19</xref>]。答:吴等人采用浮动车数据,以确定路口十字路口的交通状态(<xref ref-type="bibr" rid="B20"> 20.</xref>]。m .王等人用一个大型的手机网络的数据来估算交通流量(<xref ref-type="bibr" rid="B21"> 21</xref>]。大量的循环探测器安装在高速公路网络收集交通信息。这些数据也可以用于分析交通状态(<xref ref-type="bibr" rid="B22"> 22</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B23"> 23</xref>]。此外,基于机器学习理论,神经网络已经被广泛应用于交通流预测(<xref ref-type="bibr" rid="B24"> 24</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B25"> 25</xref>]。j . Yu等人提出了一个图卷积生成autoencoder模型实时估计交通速度(<xref ref-type="bibr" rid="B26"> 26</xref>]。即拉娜等人提出了一个方法的适应机制长期城市交通量预测(<xref ref-type="bibr" rid="B27"> 27</xref>]。</p><p>以前相关研究主要分为两个方面,包括预测交通流参数,如交通量、密度、速度、和饱和度,评价道路交通状态。并未得到重视路网交通状态的评价和预测。以高速公路网络为研究对象,本研究旨在进行评价和公路网络交通状态预测模型基于深度学习。公路网的评价和预测交通状态可以全面反映整个公路网的交通条件。本研究为未来的决策可能是有用的。</p></年代ec> <sec id="sec2"> <title>2。方法</t我tle> <p>公路网的交通状态分为四类,即严重的拥塞状态,拥塞状态,一般状态和平稳的状态。交通流的速度和密度选择评价指标发展提出评价和公路网络交通状态预测模型基于深度学习。交通状态的模型主要包括分区模型基于模糊c均值(FCM)算法、交通状态的预测模型基于长期短期记忆(LSTM)算法,以及基于k - means算法的交通状态判别模型。</p><年代ec id="sec2.1"> <title>2.1。分区模型的高速公路网络流量状态基于FCM算法</t我tle> <p>公路网的交通状态有一定的模糊性。交通流的速度和密度作为评价指标,和FCM算法评价公路网的交通状态。FCM算法可以分析大数据的属性特征在实际问题中,它使用集群的隶属函数<xref ref-type="bibr" rid="B28"> 28</xref>]。</p><p>FCM算法把<我t一个lic> n</我t一个lic>向量<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M1"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1、2</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>成<我t一个lic> c</我t一个lic>为每个类类和计算集群中心。为<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M2"> <mml:mo> ∀</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M3"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>代表的速度和密度<我t一个lic> i</我t一个lic>样本,分别<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M4"> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo> <</米米l:mo> <mml:mi> c</米米l:mi> <mml:mo> <</米米l:mo> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>。目标函数定义的隶属函数如下:<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M5"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq1"> <mml:mtd rowspan="2"> <mml:mtext> (1)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi mathvariant="normal"> 最小值</米米l:mi> <mml:mfenced open="{" close="}" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> J</米米l:mi> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> U</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mi mathvariant="normal"> 最小值</米米l:mi> <mml:mfenced open="{" close="}" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:munderover> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:munderover> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:munderover> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:munderover> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> </mml:mstyle> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> d</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mi> 年代</米米l:mi> <mml:mo> 。</米米l:mo> <mml:mi> t</米米l:mi> <mml:mo> 。</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mfenced open="{" close="" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mtable class="cases"> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mn> 0</米米l:mn> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:munderover> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:munderover> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mstyle> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula>在哪里<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M6"> <mml:mi> J</米米l:mi> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> U</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>是每个集群的加权值的样本中心的高速公路网络交通状态;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M7"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>的隶属函数是<我t一个lic> i</我t一个lic>样品的<我t一个lic> j</我t一个lic>类,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M8"> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M9"> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M10"> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfenced open="[" close="]" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>是<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M11"> <mml:mn> 2</米米l:mn> <mml:mo> ×</米米l:mo> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>次群集中心矩阵;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M12"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>的特征向量是吗<我t一个lic> j</我t一个lic>高速公路网络交通状态和集群中心<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M13"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M14"> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>模糊加权指数;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M15"> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> d</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfenced open="‖" close="‖" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>欧几里得距离吗<我t一个lic> i</我t一个lic>样品<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M16"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>;和<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M17"> <mml:mi mathvariant="bold"> U</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfenced open="{" close="}" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>是<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M18"> <mml:mi> c</米米l:mi> <mml:mo> ×</米米l:mo> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>模糊分类矩阵。</p><p>构造以下公式,利用拉格朗日乘法:<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M19"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq2"> <mml:mtd> <mml:mtext> (2)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi> F</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:munderover> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:munderover> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> d</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mi> λ</米米l:mi> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:munderover> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:munderover> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mstyle> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> 。</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> <p>以金融衍生品为输入变量,我们可以得到以下公式:<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M20"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq3"> <mml:mtd rowspan="2"> <mml:mtext> (3)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> r</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> d</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> /</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> d</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> <mml:mo> /</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> u</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 米</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> 。</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> </sec> <sec id="sec2.2"> <title>2.2。算法实现</t我tle> <p> <list> <list-item> <label>(1)</label> </list-item> </list></p> <p>初始化。给出了迭代的标准<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M21"> <mml:mi> ε</米米l:mi> <mml:mo> ></米米l:mo> <mml:mn> 0</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>,设置<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M22"> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>随着迭代的数量,让<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M23"> <mml:mi> b</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 0</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>。会员矩阵计算<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M24"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq4"> <mml:mtd> <mml:mtext> (4)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:msubsup> <mml:mi> u</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> r</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi> d</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo> /</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi> d</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mi> r</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> 。</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> <list-item> <label></label> <p>如果<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M25"> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>存在,所以<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M26"> <mml:msubsup> <mml:mi> d</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 0</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>,那么就<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M27"> <mml:msubsup> <mml:mi> u</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M28"> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mo> ≠</米米l:mo> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M29"> <mml:msubsup> <mml:mi> u</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> r</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 0</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>。</p></list-item> <list-item> <label>(2)</label> <p>的迭代运行集群中心<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M30"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq5"> <mml:mtd> <mml:mtext> (5)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:msubsup> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi> u</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:msubsup> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> n</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi> u</米米l:mi> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi class="cond"> </mml:mi> <mml:mi> j</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1、2</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mi> c</米米l:mi> <mml:mo> 。</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> </list-item> <list-item> <label>(3)</label> <p>使用矩阵范数<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M31"> <mml:mo> ∥</米米l:mo> <mml:mi> ·</米米l:mi> <mml:mo> ∥</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula>比较<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M32"> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> </inline-formula>和<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M33"> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:math> </inline-formula>;如果<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M34"> <mml:mo> ∥</米米l:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> b</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo> ∥</米米l:mo> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mi> ε</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>,停止迭代;否则,让<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M35"> <mml:mi> b</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mi> b</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>,然后转向第二步。</p></list-item> <list-item> <label>(4)</label> <p>集群中心矩阵的公路网络流量状态终于获得<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M36"> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfenced open="[" close="]" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mo> …</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="bold"> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:math> </inline-formula>。</p></list-item> <p></p> <p>驾驶汽车在高速公路上网络的速度和密度可以反映公路网的交通状态。车辆的行驶速度越快,密度越小,高速公路条件越好,流畅的交通状态的高速公路网络。根据上述算法,集群中心矩阵和高速公路的交通状态的分类结果网络可以获得。</p></年代ec> <sec id="sec2.3"> <title>2.3。高速公路网络交通状态的预测模型基于LSTM算法</t我tle> <p>LSTM是一个长期的和短期记忆神经网络。模型是可以信任的很长一段时间,适合处理和预测时间序列数据和重要事件相对较长的延迟。它被用在许多领域的科学和技术。模型训练方法提出了包括向前向后计算使用激活函数和估计使用反向传播通过时间(BPTT)根据损失函数<xref ref-type="bibr" rid="B29"> 29日</xref>]。</p><p>之前的数据是由z分数归一化预处理方法培训。处理函数的平均值为0和1所示(标准偏差<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq6"> 6</xref>)。后输出预测结果,数据需要antinormalized获得真实的交通状态评价指标的预测值。antinormalization公式所示(<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq7"> 7</xref>):<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M37"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq6"> <mml:mtd> <mml:mtext> (6)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mi> ∗</米米l:mi> </mml:msup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:mi> μ</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mi> σ</米米l:mi> </mml:mfrac> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> <mml:mlabeledtr id="EEq7"> <mml:mtd> <mml:mtext> (7)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi> x</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mi> ∗</米米l:mi> </mml:msup> <mml:mi> ∗</米米l:mi> <mml:mi> σ</米米l:mi> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:mi> μ</米米l:mi> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula>在哪里<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M38"> <mml:mi> μ</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>所有样本数据的均值,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M39"> <mml:mi> σ</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>是所有样本数据的标准差。</p><p>为了验证预测结果的准确性和预测模型的可行性,有必要对这一结果进行误差分析。每一个预测点的相对误差公式所示(<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq8"> 8</xref>)。平均绝对百分比误差(日军)和均方根误差(RMSE)高速公路或高速公路网络计算使用(<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq9"> 9</xref>)和(<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq10"> 10</xref>),分别。<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M40"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq8"> <mml:mtd> <mml:mtext> (8)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> ε</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi> y</米米l:mi> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> ∗</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> y</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> y</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> <mml:mlabeledtr id="EEq9"> <mml:mtd> <mml:mtext> (9)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mtext> 日军</米米l:mtext> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:mfrac> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:munderover> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:munderover> <mml:mrow> <mml:mfrac> <mml:mfenced open="|" close="|" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi> y</米米l:mi> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> ∗</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> y</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> y</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfrac> </mml:mrow> </mml:mstyle> <mml:mo> ×</米米l:mo> <mml:mn> One hundred.</米米l:mn> <mml:mo> %</米米l:mo> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> <mml:mlabeledtr id="EEq10"> <mml:mtd> <mml:mtext> (10)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mtext> RMSE</米米l:mtext> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:msqrt> <mml:mrow> <mml:mfrac> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:mfrac> <mml:mstyle displaystyle="true"> <mml:munderover> <mml:mo stretchy="false"> ∑</米米l:mo> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:munderover> <mml:mrow> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi> y</米米l:mi> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> ∗</米米l:mi> </mml:msubsup> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> y</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:mstyle> </mml:mrow> </mml:msqrt> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula>在哪里<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M41"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> ε</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>之间的相对误差预测值的真正价值<我t一个lic> i</我t一个lic>样本数据,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M42"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> y</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>是真正的价值<我t一个lic> i</我t一个lic>样本数据,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M43"> <mml:msubsup> <mml:mi> y</米米l:mi> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mi> ∗</米米l:mi> </mml:msubsup> </mml:math> </inline-formula>的预测价值吗<我t一个lic> i</我t一个lic>样本数据,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M44"> <mml:mi> N</米米l:mi> </mml:math> </inline-formula>是样本数据的数量的交通状态评价指标。</p></年代ec> <sec id="sec2.4"> <title>2.4。高速公路网络交通状态判别模型基于k - means算法</t我tle> <p>k - means算法是一种无监督聚类算法,算法的基本思想是,对于一个给定的样本集,它分为多个集群根据样本之间的距离。使用欧氏距离作为相似性度量,每个样本之间最短的距离可以找到每个集群中心。然后,我们可以知道每个样本的交通状态。具体公式如下:<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M45"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq11"> <mml:mtd> <mml:mtext> (11)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi> G</米米l:mi> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:munderover> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 最小值</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> <mml:mi> c</米米l:mi> </mml:munderover> <mml:mfenced open="{" close="}" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mi> D</米米l:mi> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula>在哪里<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M46"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq12"> <mml:mtd> <mml:mtext> (12)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi> D</米米l:mi> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ,</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:msqrt> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> β</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> β</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfenced> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:msqrt> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula>在哪里<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M47"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> x</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>是<我t一个lic> 甲状旁腺素</我t一个lic>公路交通状态预测样本;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M48"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>和<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M49"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> p</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>分别是,速度和密度参数<我t一个lic> 甲状旁腺素</我t一个lic>公路交通状态预测样本;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M50"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>的集群中心吗<我t一个lic> j</我t一个lic>类的公路交通状态;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M51"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>和<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M52"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>的速度和密度吗<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M53"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> 一个</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> j</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>分别;<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M54"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> β</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>和<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M55"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> β</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:math> </inline-formula>的体重是速度和密度的影响,分别对交通状态的分类,本文认为影响是相同的,也就是说,<我nline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M56"> <mml:mn> 0</米米l:mn> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> β</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mn> 1,0</米米l:mn> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> β</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> ≤</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:math> </inline-formula> <inline-formula> <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M57"> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> β</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> +</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> β</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn> 2</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 1</米米l:mn> </mml:math> </inline-formula>。</p><p>为了评价高速公路路网的交通状态,所有高速公路的平均速度和密度需要计算。基于k - means算法,平均流量的高速公路网络。</p></年代ec> </sec> <sec id="sec3"> <title>3所示。案例研究</t我tle> <sec id="sec3.1"> <title>3.1。数据集</t我tle> <p>233年收集的数据集连续观察站于9月5日,2016年,2016年9月12日。原始数据集具有一定的质量问题,所以数据清洗和加工。数据集是综合交通流信息方向,车道,车辆模式。观测时间间隔设置为5分钟,每个测站每天收集288条数据。因此,536832块的数据收集从233个观测点。观察站在高速公路网络的布局图所示<xref ref-type="fig" rid="fig1"> 1</xref>。测站的主要属性信息如表所示<xref ref-type="table" rid="tab1"> 1</xref>。在Babaihu观察站一天的数据列在表中<xref ref-type="table" rid="tab2"> 2</xref>。每个高速公路上有一个观测站,观测站的观测数据代表高速公路的交通信息,它位于。</p><fig id="fig1"> <label>图1</label> <p>观察站在高速公路网络的布局。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jat/2021/8878494.fig.001"></graphic> </fig> <table-wrap id="tab1"> <label>表1</label> <p>主要测站的属性信息。</p><t一个ble> <thead> <tr> <th align="left">指数</th> <th align="center">一年</th> <th align="center">测站的名字</th> <th align="center">测站的类型</th> <th align="center">调查方法</th> <th align="center">设计速度(公里/小时)</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td align="left">1</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Qingxianzhuxianzhan</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">120年</td></tr><tr> <td align="left">2</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Cangzhoubei</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">120年</td></tr><tr> <td align="left">3</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Cangzhouxi</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">120年</td></tr><tr> <td align="left">4</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Xiadian</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">80年</td></tr><tr> <td align="left">5</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Dadingfu</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">80年</td></tr><tr> <td align="left">6</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Liangjiadian</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">80年</td></tr><tr> <td align="left">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td></tr><tr> <td align="left">228年</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Pianqiaozi</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">80年</td></tr><tr> <td align="left">229年</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">东营</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">80年</td></tr><tr> <td align="left">230年</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Taipingzhuang</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">60</td></tr><tr> <td align="left">231年</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Mujiangkou</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">40</td></tr><tr> <td align="left">232年</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Yeheqiaoyanghuzhongxin</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">40</td></tr><tr> <td align="left">233年</td><td一个lign="center">2016年</td><td一个lign="center">Erbaozi</td><td一个lign="center">连续</td><td一个lign="center">设备的观察</td><td一个lign="center">30.</td></tr></tbody> </table> </table-wrap> <table-wrap id="tab2"> <label>表2</label> <p>Babaihu观测站的数据。</p><t一个ble> <thead> <tr> <th align="left">指数</th> <th align="center">测站</th> <th align="center">小时</th> <th align="center">一分钟</th> <th align="center">流量(pcu)</th> <th align="center">速度(公里/小时)</th> <th align="center">密度(pcu /公里)</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td align="left">1</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">1</td><td一个lign="center">0</td><td一个lign="center">8</td><td一个lign="center">25.0000</td><td一个lign="center">10.4800</td></tr><tr> <td align="left">2</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">1</td><td一个lign="center">5</td><td一个lign="center">41</td><td一个lign="center">24.8750</td><td一个lign="center">10.5327</td></tr><tr> <td align="left">3</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">1</td><td一个lign="center">10</td><td一个lign="center">21</td><td一个lign="center">24.8333</td><td一个lign="center">10.5503</td></tr><tr> <td align="left">4</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">1</td><td一个lign="center">15</td><td一个lign="center">25</td><td一个lign="center">22.3333</td><td一个lign="center">11.7313</td></tr><tr> <td align="left">5</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">1</td><td一个lign="center">20.</td><td一个lign="center">22</td><td一个lign="center">22.5000</td><td一个lign="center">11.6444</td></tr><tr> <td align="left">6</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">1</td><td一个lign="center">25</td><td一个lign="center">16</td><td一个lign="center">22.3750</td><td一个lign="center">11.7095</td></tr><tr> <td align="left">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td><td一个lign="center">…</td></tr><tr> <td align="left">283年</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">24</td><td一个lign="center">30.</td><td一个lign="center">17</td><td一个lign="center">24.4000</td><td一个lign="center">11.5984</td></tr><tr> <td align="left">284年</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">24</td><td一个lign="center">35</td><td一个lign="center">7</td><td一个lign="center">22.7500</td><td一个lign="center">12.4396</td></tr><tr> <td align="left">285年</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">24</td><td一个lign="center">40</td><td一个lign="center">14</td><td一个lign="center">22.0000</td><td一个lign="center">12.8636</td></tr><tr> <td align="left">286年</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">24</td><td一个lign="center">45</td><td一个lign="center">38</td><td一个lign="center">23.5000</td><td一个lign="center">12.0426</td></tr><tr> <td align="left">287年</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">24</td><td一个lign="center">50</td><td一个lign="center">12</td><td一个lign="center">26.0000</td><td一个lign="center">10.8846</td></tr><tr> <td align="left">288年</td><td一个lign="center">Babaihu</td><td一个lign="center">24</td><td一个lign="center">55</td><td一个lign="center">39</td><td一个lign="center">27.2500</td><td一个lign="center">10.3853</td></tr></tbody> </table> </table-wrap> </sec> <sec id="sec3.2"> <title>3.2。分区的高速公路网络流量状态</t我tle> <p>高速公路网络是由不同的高速公路,每个高速公路都有其特定的设计速度。因此,在使用FCM聚类算法之前,公路网的交通流速度和密度应该是标准化。标准化公式如下:<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M58"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq13"> <mml:mtd> <mml:mtext> (13)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:msubsup> <mml:mi> v</米米l:mi> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> ′</米米l:mo> </mml:msubsup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 最小值</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 马克斯</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> v</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 最小值</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> <mml:mlabeledtr id="EEq14"> <mml:mtd> <mml:mtext> (14)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:msubsup> <mml:mi> k</米米l:mi> <mml:mi> 我</米米l:mi> <mml:mo> ′</米米l:mo> </mml:msubsup> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi> 我</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 最小值</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 马克斯</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo> −</米米l:mo> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mi> k</米米l:mi> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi mathvariant="normal"> 最小值</米米l:mi> </mml:mrow> </mml:msub> </mml:mrow> </mml:mfrac> <mml:mo> 。</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> <p>当使用FCM算法公路网的交通状态进行分类,首先需要选择模型参数。正如前面所讨论的那样,集群的数量<我t一个lic> c</我t一个lic>= 4。对模糊加权指数<我t一个lic> 米</我t一个lic>人们进行了无数次研究,人们普遍认为,对于一般的分类,<我t一个lic> 米</我t一个lic>= 2是理性的<xref ref-type="bibr" rid="B30"> 30.</xref>]。速度和密度数据收集的233个观测点于9月5日,2016年9月11日,2016年,进行了研究。收集的数据集包含469728条数据。计算集群中心如下所示。<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M59"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq15"> <mml:mtd> <mml:mtext> (15)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mi> 一个</米米l:mi> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mfenced open="[" close="]" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mtable> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn> 0.3919</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn> 0.0584</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn> 0.6535</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn> 0.0558</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn> 0.7951</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn> 0.0430</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn> 0.9804</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mn> 0.0282</米米l:mn> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> 。</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> <p>矩阵的第一列<我t一个lic> 一个</我t一个lic>显示集群中心的规范化速度值。第二列显示了规范化的密度值集群中心。因为速度越快,密度越小,和更好的交通,四行矩阵<我t一个lic> 一个</我t一个lic>显示集群中心严重拥塞状态,拥塞状态,一般状态,分别和光滑的状态从上到下。集群发现了FCM在图所示<xref ref-type="fig" rid="fig2"> 2</xref>。</p><fig id="fig2"> <label>图2</label> <p>高速公路网络的分类结果。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jat/2021/8878494.fig.002"></graphic> </fig> </sec> <sec id="sec3.3"> <title>3.3。预测的高速公路网络流量状态</t我tle> <p>LSTM算法利用开发的短期预测。数据从2016年9月5日,9月11日2016年,训练集和数据从9月12日,2016年,在测试集。每个测站的速度和密度分别预测,计算和预测错误。预测速度和真实速度的比较如图在某些观测点<xref ref-type="fig" rid="fig3"> 3</xref>。和预测密度和真密度的比较如图在某些观测点<xref ref-type="fig" rid="fig4"> 4</xref>。根据(<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq9"> 9</xref>)和(<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq10"> 10</xref>),日军和RMSE速度和密度的233个观测点。由此产生的错误是极其微小的,表明预测值相对准确。<d我年代p-formula> <mml:math display="block" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" id="M60"> <mml:mtable> <mml:mlabeledtr id="EEq16"> <mml:mtd rowspan="4"> <mml:mtext> (16)</米米l:mtext> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mtext> 日军</米米l:mtext> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mtext> 速度</米米l:mtext> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 8.7892</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mlabeledtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mtext> RMSE</米米l:mtext> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mtext> 速度</米米l:mtext> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 0.1264</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mtext> 日军</米米l:mtext> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mtext> 密度</米米l:mtext> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 2.0948</米米l:mn> <mml:mo> ,</米米l:mo> </mml:mtd> </mml:mtr> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mi> R</米米l:mi> <mml:mi> 米</米米l:mi> <mml:mi> 年代</米米l:mi> <mml:mi> E</米米l:mi> <mml:mfenced open="(" close=")" separators="|"> <mml:mrow> <mml:mtext> 密度</米米l:mtext> </mml:mrow> </mml:mfenced> <mml:mo> =</米米l:mo> <mml:mn> 0.1824。</米米l:mn> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:math> </disp-formula></p> <fig id="fig3"> <label>图3</label> <p>比较预测速度和真正的速度9观测站。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jat/2021/8878494.fig.003"></graphic> </fig> <fig id="fig4"> <label>图4</label> <p>比较预测的密度和真密度9观测站。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jat/2021/8878494.fig.004"></graphic> </fig> </sec> <sec id="sec3.4"> <title>3.4。公路网络交通状态判别</t我tle> <p>每一个高速公路的速度和密度是由观测站的观测它坐落的地方。之前每一个高速公路的交通状态判断,预测的速度和密度值应根据(归一化<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq13"> 13</xref>)和(<xref ref-type="disp-formula" rid="EEq14"> 14</xref>)。每一个高速公路的交通状态识别是基于k - means算法。然后,计算所有高速公路的平均速度和密度可以获得平均流量的高速公路网络。的判别结果平均每个高速公路交通状态图所示<xref ref-type="fig" rid="fig5"> 5</xref>。归一化平均预测速度和公路网的密度是0.7719和0.0467,分别。因此,根据提出的公路网络交通状态评价和预测模型基于深度学习,2016年9月12日平均流量的高速公路网络由233高速公路处于一般状态。</p><fig id="fig5"> <label>图5</label> <p>预测的平均每个高速公路的交通状态。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jat/2021/8878494.fig.005"></graphic> </fig> </sec> <sec id="sec3.5"> <title>3.5。分析评价结果</t我tle> <p>为了证明该模型的准确性,真正的高速公路网络的平均交通状态9月12日,2016年,需要分析。首先,真正的平均速度和密度的高速公路9月12日,2016年,计算和归一化,然后平均每个高速公路交通状态的歧视,在图所示<xref ref-type="fig" rid="fig6"> 6</xref>。真正的高速公路网络的归一化平均速度和密度是0.7710和0.0471,分别。和真正的交通状态预测是一致的,都是一般的状态。预测和实际平均每个高速公路交通状态的比较,和高速公路网络中的每个交通状态的比例如表所示<xref ref-type="table" rid="tab3"> 3</xref>。结果表明,交通拥堵状态和一般状态占最大的比例。大约6%的高速公路严重拥堵状态,表明车辆的速度在一定程度上受到限制。操作条件并不好,高速公路在高压。这样的问题可能是由供给和需求之间的不平衡造成的现有公路基础设施和交通需求。交通管理部门应注意的重建和发展高速公路。大约30%的高速公路处于充血状态,这些高速公路也应关注。合理的交通组织应事先制定的计划和控制措施缓解交通拥堵。当高速公路一般状态和光滑的状态,这意味着车辆可以以更快的速度和良好的操作条件。在高速公路网络,超过50%的高速公路不拥挤。 It shows that the overall layout of the highway network is relatively reasonable, and the traffic condition is good. The evaluation and prediction of the traffic state of the highway network can play a role in prevention and planning in advance.</p><fig id="fig6"> <label>图6</label> <p>真正的平均每个高速公路的交通状态。</p><graphic xlink:href="//www.newsama.com/downloads/journals/jat/2021/8878494.fig.006"></graphic> </fig> <table-wrap id="tab3"> <label>表3</label> <p>每个交通状态分类的比例。</p><t一个ble> <thead> <tr> <th align="left">交通状态</th> </tr> <tr> <th align="left">百分比</th> <th align="center">严重的拥塞状态(%)</th> <th align="center">交通拥堵状态(%)</th> <th align="center">一般状态(%)</th> <th align="center">光滑的状态(%)</th> </tr> </thead> <tbody> <tr> <td align="left">每个预测交通状态的比例</td><td一个lign="center">5.58</td><td一个lign="center">30.47</td><td一个lign="center">38.32</td><td一个lign="center">25.75</td></tr><tr> <td align="left">每个真正的交通状态的比例</td><td一个lign="center">6.01</td><td一个lign="center">30.90</td><td一个lign="center">37.77</td><td一个lign="center">25.32</td></tr></tbody> </table> </table-wrap> </sec> </sec> <sec id="sec4"> <title>4所示。结论</t我tle> <p>本文提出了一种评价和预测模型的高速公路网络流量状态基于深度学习。FCM算法的模型由交通状态分区模型,一个LSTM交通状态预测模型,算法和k - means算法交通状态判别模型。在这项研究中,高速公路网络交通状态分为四类:严重的拥塞状态,拥塞状态,一般状态和平稳的状态。选择交通流的速度和密度作为评价指标。验证该模型的有效性,233个观测点的交通流数据从9月5日河北省2016年9月12日,2016年,收集。观察间隔5分钟,数据是536823块。主要研究结果总结如下:</p><p>2016年年9月12日,高速公路的交通状态预测平均网络由233高速公路处于一般状态,这与真正的交通状态是一致的。高速公路网络的整体布局相对合理,和交通供需基本平衡。</p><p>高速公路网络交通状态是交通条件的客观反映。高速公路网络交通状态的评价和预测提供流量变化的动态特性。基于这些信息,游客能更好地使他们的旅行计划,提高出行效率。流量管理器还可以提前制定出更好的交通组织计划来减少交通堵塞。</p></年代ec> <back> <sec sec-type="data-availability"> <title>数据可用性</t我tle> <p>使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。</p></年代ec> <sec sec-type="COI-statement"> <title>的利益冲突</t我tle> <p>作者宣称没有利益冲突有关的出版。</p></年代ec> <ack> <title>确认</t我tle> <p>这项工作是支持的科学研究基金会,中国河北省教育部(ZD2021336)。此外,这项工作进一步赞助中国的河北省自然科学基金(E2019210305)和河北省软科学研究项目资助(20557673 d)。</p></一个ck><ref-list> <ref id="B1" content-type="misc"> <label>1</label> <element-citation publication-type="other"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 河北省统计局</年代urn一个米e> </name> </person-group> <year> 2019年</year> <comment> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://www.hetj.gov.cn/hetj/app/tjgb/101591084423716.html"> http://www.hetj.gov.cn/hetj/app/tjgb/101591084423716.html</ext-link>2019年河北省级经济和社会发展统计报告</comment> </element-citation> </ref> <ref id="B2" content-type="article"> <label>2</label> <element-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 泰河</年代urn一个米e> <given-names> a . 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H。</given-names> </name> </person-group> <article-title> 交通条件和道路改造建设和运营阶段基础上的服务水平(洛杉矶)</一个rt我cle-title> <source> <italic> IOP会议系列材料科学与工程</我t一个lic> <year> 2018年</year> <volume> 344年</volume> <issue> 1</我年代年代ue> <pub-id pub-id-type="publisher-id"> 012018年</pub-id> <pub-id pub-id-type="doi"> 10.1088 / 1757 - 899 x / 344/1/012018</pub-id> <pub-id pub-id-type="other"> 2 - s2.0 - 85046279013</pub-id> </element-citation> </ref> <ref id="B3" content-type="article"> <label>3</label> <element-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 渡边</年代urn一个米e> <given-names> 年代。</given-names> </name> <name> <surname> 亚历山大</年代urn一个米e> <given-names> m B。</given-names> </name> <name> <surname> Takahio</年代urn一个米e> <given-names> K。</given-names> </name> <etal></etal> </person-group> <article-title> 在高速公路交通状态估计:一个全面的调查</一个rt我cle-title> <source> <italic> 年度审核控制</我t一个lic> <year> 2017年</year> <volume> 43</volume> <fpage> 128年</fpage> <lpage> 151年</lpage> </element-citation> </ref> <ref id="B4" content-type="article"> <label>4</label> <element-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> 姚</年代urn一个米e> <given-names> H.-Y。</given-names> </name> <name> <surname> 王</年代urn一个米e> <given-names> J。</given-names> </name> <name> <surname> 程ydF4y2Ba</surname> <given-names> Y。</given-names> </name> <name> <surname> 你</年代urn一个米e> <given-names> Q。</given-names> </name> <name> <surname> 程</年代urn一个米e> <given-names> B。</given-names> </name> </person-group> <article-title> 评价方法为普通公路交通运行状态</一个rt我cle-title> <source> <italic> 高速公路和交通研究期刊》的研究和开发(英语版)</我t一个lic> <year> 2016年</year> <volume> 10</volume> <issue> 2</我年代年代ue> <fpage> 73年</fpage> <lpage> 78年</lpage> <pub-id pub-id-type="doi"> 10.1061 / jhtrcq.0000505</pub-id> </element-citation> </ref> <ref id="B5" content-type="article"> <label>5</label> <element-citation publication-type="journal"> <person-group person-group-type="author"> <name> <surname> Zeroual</年代urn一个米e> <given-names> 一个。</given-names> </name> <name> <surname> Harrou</年代urn一个米e> <given-names> F。</given-names> </name> <name> <surname> 太阳</年代urn一个米e> <given-names> Y。</given-names> </name> <etal></etal> </person-group> <article-title> 道路交通密度估计和拥塞检测混合observer-based策略</一个rt我cle-title> <source> <italic> 可持续城市和社会</我t一个lic> <year> 2019年</year> <volume> 46</volume> <pub-id pub-id-type="doi"> 10.1016 / j.scs.2018.12.039</pub-id> <pub-id pub-id-type="other"> 2 - 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