本文關(guān)鍵詞：面向交通擁堵預(yù)測大數(shù)據(jù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)群組快速學(xué)習(xí)　出處：《北京科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：交通擁堵狀態(tài)的準(zhǔn)確預(yù)測是智能交通系統(tǒng)的核心目標(biāo)之一。城市交通狀態(tài)具有一定的自相似性規(guī)律可以用于預(yù)測;但是道路和環(huán)境因素產(chǎn)生的路段多樣性和外部因素干擾產(chǎn)生的路網(wǎng)動態(tài)性,使得全路網(wǎng)擁堵規(guī)律具有高度復(fù)雜性和不確定性。預(yù)測模型不僅需要適應(yīng)復(fù)雜路網(wǎng)情況,實現(xiàn)高精度預(yù)測,而且需要根據(jù)路網(wǎng)環(huán)境變化,實現(xiàn)高效率更新,但傳統(tǒng)方法在準(zhǔn)確率和學(xué)習(xí)效率兩個方面存在明顯不足。本文提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)群組快速學(xué)習(xí)方法,將大規(guī)模數(shù)據(jù)上的復(fù)雜學(xué)習(xí)問題轉(zhuǎn)化為大量中小規(guī)模數(shù)據(jù)子集上的簡單學(xué)習(xí)問題,在大量不同特點的路段子集上利用超限學(xué)習(xí)機(jī)算法快速訓(xùn)練子預(yù)測模型,從而建立城市路段全范圍覆蓋的擁堵預(yù)測群組模型,充分發(fā)揮超限學(xué)習(xí)機(jī)算法在小規(guī)模子集上準(zhǔn)確度高、訓(xùn)練速度快、參數(shù)少、易于并行加速等優(yōu)點,實現(xiàn)對大規(guī)模交通擁堵數(shù)據(jù)的高精度、高效率學(xué)習(xí)。第一,提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)群組快速學(xué)習(xí)方法,以路段屬性特征劃分?jǐn)?shù)據(jù)子集,以擁堵現(xiàn)象特征訓(xùn)練子預(yù)測模型,通過共享網(wǎng)絡(luò)簡化群組存儲,提升了交通擁堵預(yù)測模型的全路網(wǎng)預(yù)測準(zhǔn)確率和模型訓(xùn)練效率。該算法將大規(guī)模復(fù)雜綜合預(yù)測問題簡化為大量小規(guī)模簡單路段預(yù)測問題,利用大量超限學(xué)習(xí)機(jī)對各個子集進(jìn)行快速訓(xùn)練;群組中各子模型數(shù)據(jù)獨立,可以運用多進(jìn)程并行運算提升運行速度。群組通過集成各個路段集合上的子預(yù)測器,組成全路網(wǎng)整體預(yù)測模型。第二,提出基于變差系數(shù)加權(quán)的聚類劃分算法,解決了枚舉劃分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)群組枚舉類型缺失、子集數(shù)據(jù)覆蓋率不足、連續(xù)性數(shù)值特征劃分不合理等問題。變差系數(shù)權(quán)值修正了樣本距離計算方法,用差異化的標(biāo)準(zhǔn)衡量不同維度特征上的數(shù)據(jù)偏離程度,優(yōu)化聚類劃分;基于聚類的子集劃分方式,適應(yīng)了數(shù)值型數(shù)據(jù)的空間分布特點,可以準(zhǔn)確劃分訓(xùn)練集中缺失的路段類型,并選擇近似的子模型進(jìn)行預(yù)測;模糊聚類方式擴(kuò)大了子集數(shù)據(jù)來源,提升了低覆蓋率路段的預(yù)測準(zhǔn)確率。預(yù)測模型通過兩種劃分方式的組合,并依據(jù)覆蓋率高低分工預(yù)測,實現(xiàn)了預(yù)測高精度全路網(wǎng)覆蓋,無死角。第三,提出衰減加權(quán)超限學(xué)習(xí)機(jī)算法,解決了擁堵預(yù)測的不平衡問題,在不同平衡性分布的路段子集上提升少數(shù)類擁堵情況的預(yù)測準(zhǔn)確率,并保持整體模型的預(yù)測精度。本文對比分析了混合采樣和加權(quán)優(yōu)化的方法,并在子模型訓(xùn)練上提出新的衰減權(quán)值設(shè)置模式。該模式在側(cè)重少數(shù)類識別的同時兼顧子集劃分對多數(shù)類的分類偏重,有差異地分配各類別樣本的分類權(quán)重,提升了超限學(xué)習(xí)機(jī)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在子集數(shù)據(jù)不平衡情況下的識別準(zhǔn)確率;從而使群組可以適應(yīng)不同平衡性的數(shù)據(jù)集,提升高峰時段擁堵預(yù)測準(zhǔn)確率,同時維持整體分類準(zhǔn)確率。最后,本文以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)群組快速學(xué)習(xí)方法為核心,結(jié)合Web地圖服務(wù)、浮動車技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等,建立了以全市交通路網(wǎng)擁堵預(yù)測為主、以交通評估、道路規(guī)劃輔助、擁堵疏導(dǎo)建議為輔的交通擁堵評估與預(yù)測系統(tǒng)。實際應(yīng)用中,多個擁堵預(yù)測模型訓(xùn)練高效,連續(xù)預(yù)測符合真實交通路況。系統(tǒng)給城市交通疏導(dǎo)和道路規(guī)劃提供了有效支持,展現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)群組方法良好的應(yīng)用前景。
[Abstract]:This paper proposes a method of fast learning for large - scale complex integrated forecasting , which can be used to predict the traffic jam data with high precision and high efficiency . A new attenuation weight setting mode is proposed in the training of sub - model .

【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP18;U491.265

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1364039