本文關(guān)鍵詞：城市快速路交通狀態(tài)特性及關(guān)聯(lián)分析方法研究

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【摘要】：國內(nèi)外大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,在城市規(guī)劃布局已初步成型的特大城市,單純依靠修建道路設(shè)施并不能很好地解決交通擁堵問題,而發(fā)展交通科學(xué)研究,推廣ITS技術(shù)的應(yīng)用,才是解決已經(jīng)面臨和將要面臨的交通癥結(jié)的最有效手段之一。但I(xiàn)TS建設(shè)的基礎(chǔ),以及系統(tǒng)功能發(fā)揮的好壞,很大程度上取決于對(duì)實(shí)時(shí)道路交通狀態(tài)信息的了解和把握。 快速路交通系統(tǒng)是一個(gè)受多因素影響的復(fù)雜系統(tǒng),具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和動(dòng)態(tài)性；同時(shí)針對(duì)一些具體的交通狀態(tài)參數(shù)變化,又具有較強(qiáng)的規(guī)律性和聯(lián)系性。據(jù)此,本文以北京市快速路交通檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為研究對(duì)象,探討如何應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、系統(tǒng)工程的有關(guān)理論與方法,進(jìn)行交通狀態(tài)時(shí)序的特性與關(guān)聯(lián)分析,目的在于挖掘快速路交通狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律,為快速路結(jié)合部的交通控制與管理提供依據(jù)。 面對(duì)海量的動(dòng)態(tài)交通流數(shù)據(jù),快速路的交通狀態(tài)分析,重點(diǎn)需要解決三個(gè)問題：一是如何選擇交通狀態(tài)參數(shù)的問題；二是如何選擇分析方法的問題；三是如何應(yīng)用交通狀態(tài)分析結(jié)果的問題。圍繞這三個(gè)方面的問題開展研究,本文所形成的主要成果如下： (1)根據(jù)快速路的交通狀態(tài)分級(jí)要求,利用經(jīng)典的流量-占有率參數(shù)關(guān)系模型,提出了基于參數(shù)彈性變化的兩階段、四相位交通狀態(tài)劃分方法,即首先將交通狀態(tài)劃分為非擁擠流和擁擠流,然后將非擁擠流劃分為暢通流和諧動(dòng)流,將擁擠流劃分為同步流和堵塞流,使得交通狀態(tài)的劃分更具有量化依據(jù)。根據(jù)不同的道路交通條件,以及交通狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn),提出了基于相似速度和占有率的交通狀態(tài)模糊推理判定方法,使得判定結(jié)果更符合實(shí)際的車輛運(yùn)行狀態(tài)。 (2)針對(duì)交通狀態(tài)時(shí)序的統(tǒng)計(jì)特征和形態(tài),以及趨勢(shì)性、周期性、突變性和混沌性等特征,提出了系統(tǒng)、全面的時(shí)間序列分析方法,有助于深刻認(rèn)識(shí)交通狀態(tài)的變化規(guī)律。綜合運(yùn)用突變性和混沌性分析結(jié)果,提出將復(fù)雜多變的交通狀態(tài)時(shí)序分解為多個(gè)趨勢(shì)成分更為簡(jiǎn)單的交通狀態(tài)時(shí)序,然后再進(jìn)行趨勢(shì)擬合和組合建模。實(shí)證表明,與長(zhǎng)尺度趨勢(shì)擬合模型相比,分形趨勢(shì)組合模型的MAE和MAPE降低了18.34%,RSE降低了18.42%。 (3)對(duì)于交通狀態(tài)時(shí)序關(guān)聯(lián)度的計(jì)算,首先分析了統(tǒng)計(jì)相關(guān)、模糊相關(guān)、灰色相關(guān)等不確定性分析方法的適應(yīng)性,然后提出了單截面、多截面,以及考慮延遲性的關(guān)聯(lián)度計(jì)算方法,將計(jì)算結(jié)果用于短時(shí)交通流預(yù)測(cè),能不同程度地提高預(yù)測(cè)效果。對(duì)于考慮空間物理屬性的關(guān)聯(lián)度計(jì)算,提出采用路徑容量和路徑里程的綜合指標(biāo),即連通度來構(gòu)建空間權(quán)重矩陣,然后運(yùn)用空間自相關(guān)理論,計(jì)算交通狀態(tài)時(shí)序的全局空間自相關(guān)Morans's Ⅰ和局部空間自相關(guān)Morans's Ⅰi,有助于從協(xié)同控制角度理解交通狀態(tài)時(shí)序在不同截面上的空間屬性關(guān)系。 (4)對(duì)于交通狀態(tài)時(shí)序如何關(guān)聯(lián),從隨機(jī)事件出現(xiàn)的頻率角度出發(fā),利用空間權(quán)重矩陣,提出了基于空間Markov鏈的交通狀態(tài)時(shí)序關(guān)聯(lián)模式提取方法。實(shí)例表明,與傳統(tǒng)的ARIMA預(yù)測(cè)和Markov鏈預(yù)測(cè)相比,利用空間Markov鏈建立的交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)模式能夠更加有效刻畫不同截面的交通狀態(tài)時(shí)序之間的依賴關(guān)系,對(duì)于不同交通相位的短時(shí)交通流預(yù)測(cè),均具有較為滿意的預(yù)測(cè)效果。
【關(guān)鍵詞】：城市快速路 交通狀態(tài) 時(shí)間序列 關(guān)聯(lián)分析 交通特性 關(guān)聯(lián)度 關(guān)聯(lián)模式 短時(shí)交通流預(yù)測(cè)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：F572.88;F224
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-11
• 序言11-19
• 1 緒論19-29
• 1.1 選題背景及意義19-25
• 1.1.1 選題來源19
• 1.1.2 論文研究背景19-22
• 1.1.3 問題的提出22-23
• 1.1.4 研究目的及意義23-25
• 1.2 研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線25-28
• 1.2.1 研究?jī)?nèi)容及結(jié)構(gòu)安排25-26
• 1.2.2 技術(shù)路線26-28
• 1.3 本章小結(jié)28-29
• 2 國內(nèi)外研究綜述29-41
• 2.1 交通狀態(tài)分析的相關(guān)理論29-34
• 2.1.1 交通狀態(tài)的基本內(nèi)涵29-30
• 2.1.2 交通狀態(tài)分析的主要方法30-34
• 2.1.3 交通狀態(tài)分析的理論研究綜述34
• 2.2 時(shí)間序列分析的相關(guān)理論34-37
• 2.2.1 時(shí)間序列的定義和分類34-35
• 2.2.2 時(shí)間序列分析的主要方法35-37
• 2.2.3 時(shí)間序列分析的理論研究綜述37
• 2.3 關(guān)聯(lián)分析的相關(guān)理論37-40
• 2.3.1 關(guān)聯(lián)與關(guān)聯(lián)分析的定義37-38
• 2.3.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析的主要方法38-39
• 2.3.3 關(guān)聯(lián)分析的理論研究綜述39-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 3 快速路交通狀態(tài)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備及其處理方法41-65
• 3.1 道路交通狀態(tài)分析的體系框架41-44
• 3.1.1 交通流參數(shù)及其分類41-42
• 3.1.2 交通狀態(tài)分析的功能需求42-43
• 3.1.3 交通狀態(tài)分析的總體框架43-44
• 3.2 基于TIDS的交通狀態(tài)參數(shù)提取44-52
• 3.2.1 TIDS簡(jiǎn)介及本文實(shí)例的數(shù)據(jù)說明44-46
• 3.2.2 基于TIDS的直接交通流參數(shù)分析46-50
• 3.2.3 基于TIDS的間接交通流參數(shù)分析50-52
• 3.3 基于數(shù)據(jù)挖掘的快速路交通數(shù)據(jù)預(yù)處理52-64
• 3.3.1 質(zhì)量問題數(shù)據(jù)的挖掘清洗52-55
• 3.3.2 車輛折算系數(shù)的分類建模估算55-58
• 3.3.3 面向需求的交通數(shù)據(jù)合并處理58-60
• 3.3.4 TIDS數(shù)據(jù)預(yù)處理的實(shí)證分析60-64
• 3.4 小結(jié)64-65
• 4 快速路交通狀態(tài)的劃分及實(shí)時(shí)判定方法研究65-89
• 4.1 基于彈性理論的快速路交通狀態(tài)劃分65-78
• 4.1.1 道路交通狀態(tài)劃分的問題說明65-68
• 4.1.2 快速路交通狀態(tài)劃分的基本思路68-70
• 4.1.3 基于占有率的交通流參數(shù)模型70-71
• 4.1.4 交通狀態(tài)的兩階段、四相位劃分71-73
• 4.1.5 快速路交通狀態(tài)劃分的實(shí)證分析73-78
• 4.2 基于分級(jí)特征的快速路交通狀態(tài)實(shí)時(shí)判定78-88
• 4.2.1 道路交通狀態(tài)判定的問題說明78
• 4.2.2 基于單參數(shù)的快速路交通狀態(tài)實(shí)時(shí)判定78-81
• 4.2.3 基于相似速度的快速路交通狀態(tài)實(shí)時(shí)判定81-83
• 4.2.4 基于模糊推理的快速路交通狀態(tài)實(shí)時(shí)判定83-88
• 4.3 小結(jié)88-89
• 5 快速路交通狀態(tài)的動(dòng)態(tài)性分析及建模方法研究89-119
• 5.1 交通狀態(tài)時(shí)序分析概述89-91
• 5.1.1 交通狀態(tài)時(shí)序分析的內(nèi)涵89
• 5.1.2 交通狀態(tài)時(shí)序分析的問題提出89-90
• 5.1.3 交通狀態(tài)時(shí)序分析的基本思路90-91
• 5.2 快速路交通狀態(tài)時(shí)序的特性分析及實(shí)證91-110
• 5.2.1 交通狀態(tài)時(shí)序的統(tǒng)計(jì)特征分析91-94
• 5.2.2 交通狀態(tài)時(shí)序的形態(tài)識(shí)別94-96
• 5.2.3 交通狀態(tài)時(shí)序的周期性分析96-99
• 5.2.4 交通狀態(tài)時(shí)序的趨勢(shì)性分析99-104
• 5.2.5 交通狀態(tài)時(shí)序的混沌性分析104-106
• 5.2.6 交通狀態(tài)時(shí)序的突變性分析106-110
• 5.3 基于分形趨勢(shì)組合的快速路交通狀態(tài)時(shí)序建模110-117
• 5.3.1 快速路交通狀態(tài)時(shí)序的建模流程110-112
• 5.3.2 交通狀態(tài)時(shí)序的分形趨勢(shì)組合建模112-117
• 5.4 小結(jié)117-119
• 6 快速路交通狀態(tài)時(shí)序的關(guān)聯(lián)分析方法研究119-155
• 6.1 交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)分析概述119-121
• 6.1.1 交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)分析的內(nèi)涵119
• 6.1.2 交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)的成因模式119-121
• 6.2 快速路交通狀態(tài)時(shí)序關(guān)聯(lián)的定性分析121-124
• 6.2.1 單截面交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)的定性分析121-124
• 6.2.2 多截面交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)的定性分析124
• 6.3 交通狀態(tài)時(shí)序關(guān)聯(lián)度的不確定性分析124-134
• 6.3.1 交通狀態(tài)時(shí)序關(guān)聯(lián)度的問題描述124-125
• 6.3.2 時(shí)序關(guān)聯(lián)度的統(tǒng)計(jì)相關(guān)分析方法125-126
• 6.3.3 時(shí)序關(guān)聯(lián)度的模糊相關(guān)分析方法126-127
• 6.3.4 時(shí)序關(guān)聯(lián)度的灰色相關(guān)分析方法127-129
• 6.3.5 實(shí)例分析129-134
• 6.4 交通狀態(tài)時(shí)序關(guān)聯(lián)度的延遲性分析134-136
• 6.4.1 交通狀態(tài)延遲性的問題描述134
• 6.4.2 考慮延遲的交通狀態(tài)時(shí)序關(guān)聯(lián)度計(jì)算134-136
• 6.4.3 延遲性在短時(shí)交通流預(yù)測(cè)中的應(yīng)用136
• 6.5 基于空間權(quán)重矩陣的交通狀態(tài)空間關(guān)聯(lián)度計(jì)算136-144
• 6.5.1 空間關(guān)聯(lián)度的問題描述136-137
• 6.5.2 空間自相關(guān)理論及其關(guān)聯(lián)度計(jì)算137-138
• 6.5.3 基于連通性的空間權(quán)重矩陣構(gòu)建138-140
• 6.5.4 實(shí)例分析140-144
• 6.6 基于空間Markov鏈的交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)模式提取144-153
• 6.6.1 交通狀態(tài)關(guān)聯(lián)模式提取的問題描述145-146
• 6.6.2 交通狀態(tài)時(shí)序的Markov鏈146-148
• 6.6.3 交通狀態(tài)時(shí)序的空間Markov鏈148-149
• 6.6.4 實(shí)例分析149-153
• 6.7 小結(jié)153-155
• 7 結(jié)論與展望155-157
• 7.1 論文工作總結(jié)155-156
• 7.2 研究工作展望156-157
• 參考文獻(xiàn)157-171
• 作者簡(jiǎn)歷及攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果171-175
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集175

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本文編號(hào)：1105383