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。
一个b年代tr一个ct>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%
需要选择适当的指标评价的交通状态,主要包括服务水平(
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。
年代ec>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。
<年代ec id="sec2.1">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
FCM算法把<我t一个lic>
n我t一个lic>向量<我nline-formula>
构造以下公式,利用拉格朗日乘法:
以金融衍生品为输入变量,我们可以得到以下公式:
初始化。给出了迭代的标准<我nline-formula>
如果<我nline-formula>
的迭代运行集群中心
使用矩阵范数<我nline-formula>
集群中心矩阵的公路网络流量状态终于获得<我nline-formula>
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。
年代ec>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
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
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(
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:
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。
年代ec>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
观察站在高速公路网络的布局。
主要测站的属性信息。
Babaihu观测站的数据。
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:
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
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
高速公路网络的分类结果。
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
比较预测速度和真正的速度9观测站。
比较预测的密度和真密度9观测站。
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
预测的平均每个高速公路的交通状态。
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
真正的平均每个高速公路的交通状态。
每个交通状态分类的比例。
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:
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。
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。
年代ec>使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
年代ec>作者宣称没有利益冲突有关的出版。
年代ec>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)。
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