本發(fā)明涉及交通管控領(lǐng)域，具體涉及一種基于轉(zhuǎn)移矩陣的交叉口各流向流量值動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，高效的利用多源數(shù)據(jù)信息對(duì)交通運(yùn)行狀況做出實(shí)時(shí)預(yù)判尤為重要。利用現(xiàn)有的交通數(shù)據(jù)對(duì)交通運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，進(jìn)而制定合理的管控方案，是緩解城市交通擁堵的一項(xiàng)有效措施。

近年來，隨著機(jī)動(dòng)車保有量的不斷增長(zhǎng)，我國各個(gè)城市對(duì)智能交通管控設(shè)施的投入也不斷加大，海量的交通數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式的增長(zhǎng)。雖然現(xiàn)在可以利用有效數(shù)據(jù)對(duì)路段流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，但仍舊缺失一種在交叉口處預(yù)測(cè)各個(gè)流向流量值的方法，使得關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處的數(shù)據(jù)價(jià)值并未有效的發(fā)揮出來。

對(duì)交叉口的各流向流量值進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)質(zhì)上是利用前期時(shí)段交叉口進(jìn)口道的地磁數(shù)據(jù)和路段微波數(shù)據(jù)，使用加權(quán)移動(dòng)平均法、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣等數(shù)學(xué)方法，對(duì)交叉口內(nèi)下一時(shí)段的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的交通量進(jìn)行預(yù)測(cè)。如圖2所示，由進(jìn)口道處的地磁數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)交通量，并進(jìn)一步處理得到實(shí)時(shí)的流向比例，由路段上的微波檢測(cè)器檢測(cè)實(shí)時(shí)的路段流量，利用加權(quán)移動(dòng)平均法、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣等數(shù)學(xué)方法建立基于時(shí)間序列的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)模型，將歷史數(shù)據(jù)輸入該模型即可得到下一時(shí)段的各流向流量值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供了一種基于轉(zhuǎn)移矩陣的交叉口各流向流量值動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法，利用地磁、微波數(shù)據(jù)，結(jié)合加權(quán)移動(dòng)平均法、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣等數(shù)學(xué)方法，對(duì)交叉口內(nèi)下一時(shí)段的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的交通量進(jìn)行預(yù)測(cè)，提高了對(duì)交叉口各流向流量值預(yù)測(cè)的科學(xué)性和實(shí)用性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括以下步驟：

A)根據(jù)地磁和微波數(shù)據(jù)分別獲取實(shí)時(shí)流向比例和路段流量

a)由進(jìn)口道地磁數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)流向比例

這里包括六個(gè)參數(shù)：左轉(zhuǎn)流量L(t_n)，直行流量S(t_n)，右轉(zhuǎn)流量R(t_n)，左轉(zhuǎn)流向比例k_L(t_n)，直行流向比例k_S(t_n)，右轉(zhuǎn)流向比例k_R(t_n)；

b)由路段微波數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)路段流量

這里包括如下三個(gè)參數(shù)：地磁到路段微波檢測(cè)器的距離L，車輛駛過這段L距離所用的平均時(shí)間t₀,路段微波在(t_n-t₀)時(shí)段檢測(cè)到的交通量Q(t_n-t₀)。

B)確定初始概率向量和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣

a)確定初始概率向量

這里包括如下幾個(gè)參數(shù):t_n時(shí)段初始概率向量N(t_n),左轉(zhuǎn)流向比例k_L(t_n)，直行流向比例k_S(t_n)，右轉(zhuǎn)流向比例k_R(t_n)；

b)確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣

這里的計(jì)算參數(shù)包括：左轉(zhuǎn)狀態(tài)L，直行狀態(tài)S，右轉(zhuǎn)狀態(tài)R，在t_n到t_n+1時(shí)段，狀態(tài)i向狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移概率p_ij(t_n)，狀態(tài)i向狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移值k_ij(t_n)，狀態(tài)i向所有狀態(tài)(L,S,R)的轉(zhuǎn)移值k_i.(t_n)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣A_n。

C)融合加權(quán)移動(dòng)平均法標(biāo)定初始概率預(yù)測(cè)向量和狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣

為達(dá)到利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的目的，結(jié)合加權(quán)移動(dòng)平均法，以三個(gè)連續(xù)的初始概率向量為一組數(shù)據(jù)來標(biāo)定下一時(shí)段的初始概率預(yù)測(cè)向量，以三個(gè)連續(xù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為一組數(shù)據(jù)來標(biāo)定下一時(shí)段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣，步驟包括：

a)融合加權(quán)移動(dòng)平均法標(biāo)定初始概率預(yù)測(cè)向量

這里的計(jì)算參數(shù)包括：t_n時(shí)段的初始概率預(yù)測(cè)向量N′(t_n)，三個(gè)權(quán)重系數(shù)α、β、γ；

b)融合加權(quán)移動(dòng)平均法標(biāo)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣

這里的計(jì)算參數(shù)包括：t_n時(shí)段到t_n+1時(shí)段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣三個(gè)權(quán)重系數(shù)α、β、γ。

D)交叉口流向比例預(yù)測(cè)

這里的計(jì)算參數(shù)包括：t_n時(shí)段的流向預(yù)測(cè)比例向量N^*(t_n)，左轉(zhuǎn)流向預(yù)測(cè)比例直行流向預(yù)測(cè)比例右轉(zhuǎn)流向預(yù)測(cè)比例

E)交叉口各流向流量值預(yù)測(cè)

這里包括如下三個(gè)參數(shù)：左轉(zhuǎn)預(yù)測(cè)流量L^*(t_n)，直行預(yù)測(cè)流量S^*(t_n)，右轉(zhuǎn)預(yù)測(cè)流量R^*(t_n)；

路段微波在(t_n-t₀)時(shí)段檢測(cè)到的交通量乘以預(yù)測(cè)得到的t_n時(shí)段交叉口流向比例，即可得到左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的流量預(yù)測(cè)值。

本發(fā)明在交叉口各流向流量值動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法中，依據(jù)交叉口進(jìn)口道的地磁數(shù)據(jù)、路段微波數(shù)據(jù)，并結(jié)合加權(quán)移動(dòng)平均法、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣等數(shù)學(xué)方法，對(duì)交叉口內(nèi)下一時(shí)段的左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的交通量進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)。

本發(fā)明有益效果：

1)本發(fā)明使用交叉口地磁和上游路段微波的檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)交叉口進(jìn)口的各流向流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，在傳統(tǒng)流向比例預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，增加了總流量的準(zhǔn)確度保障，提升了流量預(yù)測(cè)的精確度。

2)本發(fā)明用左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的流向比例構(gòu)成了初始概率向量，并利用加權(quán)移動(dòng)平均法，以三個(gè)連續(xù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為一組數(shù)據(jù)來標(biāo)定下一時(shí)段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣，按照時(shí)間序列逐步遞推，以此達(dá)到動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的目的。

3)本發(fā)明在進(jìn)行交叉口流向比例預(yù)測(cè)時(shí)，用標(biāo)定的初始概率預(yù)測(cè)向量乘以狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣得到流向預(yù)測(cè)比例向量，流向預(yù)測(cè)比例向量中的三個(gè)分量即為所預(yù)測(cè)的交叉口左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的流向比例。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法流程圖；

圖2是本發(fā)明中地磁和微波設(shè)備的布設(shè)示意圖；

圖3是本發(fā)明所采用的動(dòng)態(tài)標(biāo)定初始概率預(yù)測(cè)向量示意圖；

圖4是本發(fā)明所采用的動(dòng)態(tài)標(biāo)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種基于轉(zhuǎn)移矩陣的交叉口各流向流量值動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)方法,步驟包括：通過進(jìn)口道地磁數(shù)據(jù)和路段微波數(shù)據(jù)分別獲取實(shí)時(shí)流向比例和路段流量、確定初始概率向量和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、融合加權(quán)移動(dòng)平均法標(biāo)定初始概率預(yù)測(cè)向量和狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣、交叉口流向比例預(yù)測(cè)、交叉口各流向流量值預(yù)測(cè)。

A)在交叉口進(jìn)口道布設(shè)地磁設(shè)備，在路段上布設(shè)微波設(shè)備，通過進(jìn)口道地磁數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)流向比例，由路段微波數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)路段流量，為交叉口各流向流量值動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)獲取所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：

a)由進(jìn)口道地磁數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)流向比例

這里包括六個(gè)參數(shù)：左轉(zhuǎn)流量L(t_n)，直行流量S(t_n)，右轉(zhuǎn)流量R(t_n)，左轉(zhuǎn)流向比例k_L(t_n)，直行流向比例k_S(t_n)，右轉(zhuǎn)流向比例k_R(t_n)；

通過交叉口進(jìn)口道布設(shè)的地磁設(shè)備，檢測(cè)到t_n時(shí)段的左轉(zhuǎn)流量L(t_n)、直行流量S(t_n)、右轉(zhuǎn)流量R(t_n)，得到t_n時(shí)段左轉(zhuǎn)的流向比例為：

直行的流向比例為：

右轉(zhuǎn)的流向比例為：

b)由路段微波數(shù)據(jù)獲取實(shí)時(shí)路段流量

這里包括如下三個(gè)參數(shù)：地磁到路段微波檢測(cè)器的距離L，車輛駛過這段L距離所用的平均時(shí)間t₀,路段微波在(t_n-t₀)時(shí)段檢測(cè)到的交通量Q(t_n-t₀)；

如圖2所示，地磁設(shè)備埋設(shè)在交叉口進(jìn)口道處，在距離地磁設(shè)備L的上游路段布設(shè)微波檢測(cè)器，車輛經(jīng)過平均時(shí)間t₀從微波檢測(cè)器處到達(dá)地磁設(shè)備，因而在t_n時(shí)段地磁設(shè)備檢測(cè)到的車輛為(t_n-t₀)時(shí)段由路段微波設(shè)備檢測(cè)到的交通量Q(t_n-t₀)。

B)確定初始概率向量和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣

a)確定初始概率向量

這里包括如下幾個(gè)參數(shù):t_n時(shí)段初始概率向量N(t_n),左轉(zhuǎn)流向比例k_L(t_n)，直行流向比例k_S(t_n)，右轉(zhuǎn)流向比例k_R(t_n)；

初始概率向量由左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的流向比例構(gòu)成，t_n時(shí)段的初始概率向量為：

N(t_n)＝(k_L(t_n),k_S(t_n),k_R(t_n))

b)確定狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣

這里的計(jì)算參數(shù)包括：左轉(zhuǎn)狀態(tài)L，直行狀態(tài)S，右轉(zhuǎn)狀態(tài)R，在t_n到t_n+1時(shí)段，狀態(tài)i向狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移概率p_ij(t_n)，狀態(tài)i向狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移值k_ij(t_n)，狀態(tài)i向所有狀態(tài)(L,S,R)的轉(zhuǎn)移值k_i.(t_n)，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣A_n；

在t_n到t_n+1時(shí)段，狀態(tài)i向狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移值除以狀態(tài)i向所有狀態(tài)(L,S,R)的轉(zhuǎn)移值得到轉(zhuǎn)移概率，因狀態(tài)i可以向自身轉(zhuǎn)移，故k_i.(t_n)＝k_i(t_n)，狀態(tài)i向狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移概率為：

狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣由狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率構(gòu)成，t_n到t_n+1時(shí)段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為：

C)融合加權(quán)移動(dòng)平均法標(biāo)定初始概率預(yù)測(cè)向量和狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣

為達(dá)到利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的目的，結(jié)合加權(quán)移動(dòng)平均法，以三個(gè)連續(xù)的初始概率向量為一組數(shù)據(jù)來標(biāo)定下一時(shí)段的初始概率預(yù)測(cè)向量，以三個(gè)連續(xù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為一組數(shù)據(jù)來標(biāo)定下一時(shí)段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣，步驟包括：

a)融合加權(quán)移動(dòng)平均法標(biāo)定初始概率預(yù)測(cè)向量

這里的計(jì)算參數(shù)包括：t_n時(shí)段的初始概率預(yù)測(cè)向量N′(t_n)，三個(gè)權(quán)重系數(shù)α、β、γ；

利用加權(quán)移動(dòng)平均法，以三個(gè)連續(xù)的初始概率向量為一組數(shù)據(jù)來標(biāo)定下一時(shí)段的初始概率預(yù)測(cè)向量，以此達(dá)到動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的目的，t_n時(shí)段初始概率預(yù)測(cè)向量為：

N′(t_n)＝αN(t_n-3)+βN(t_n-2)+γN(t_n-1)

如圖3所示，t₀時(shí)段初始概率向量為N(t₀)，t₁時(shí)段初始概率向量為N(t₁)，t₂時(shí)段初始概率向量為N(t₂)，t₃時(shí)段初始概率向量為N(t₃)，則t₃時(shí)段初始概率預(yù)測(cè)向量為：

N′(t₃)＝αN(t₀)+βN(t₁)+γN(t₂)

t₄時(shí)段初始概率預(yù)測(cè)向量為：

N′(t₄)＝αN(t₁)+βN(t₂)+γN(t₃)

按照上述方法，對(duì)初始概率預(yù)測(cè)向量逐步進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定；

b)融合加權(quán)移動(dòng)平均法標(biāo)定狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣

這里的計(jì)算參數(shù)包括：t_n時(shí)段到t_n+1時(shí)段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣三個(gè)權(quán)重系數(shù)α、β、γ；

利用加權(quán)移動(dòng)平均法，以三個(gè)連續(xù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為一組數(shù)據(jù)來標(biāo)定下一時(shí)段的狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣，以此達(dá)到動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)的目的，t_n時(shí)段狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣為：

如圖4所示，t₀時(shí)段狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為A₀，t₁時(shí)段狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為為A₁，t₂時(shí)段狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為為A₂，t₃時(shí)段狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為為A₃，則t₃時(shí)段狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣為：

t₄時(shí)段狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣為：

按照上述方法，對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣逐步進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定。

D)交叉口流向比例預(yù)測(cè)

這里的計(jì)算參數(shù)包括：t_n時(shí)段的流向預(yù)測(cè)比例向量N^*(t_n)，左轉(zhuǎn)流向預(yù)測(cè)比例直行流向預(yù)測(cè)比例右轉(zhuǎn)流向預(yù)測(cè)比例

根據(jù)已經(jīng)標(biāo)定的初始概率預(yù)測(cè)向量和狀態(tài)轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)矩陣求出流向預(yù)測(cè)比例向量，t_n時(shí)段的流向預(yù)測(cè)比例向量為：

流向預(yù)測(cè)比例向量中的分量即為所預(yù)測(cè)的t_n時(shí)段交叉口左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的流向比例。

E)交叉口各流向流量值預(yù)測(cè)

這里包括如下三個(gè)參數(shù)：左轉(zhuǎn)預(yù)測(cè)流量L^*(t_n)，直行預(yù)測(cè)流量S^*(t_n)，右轉(zhuǎn)預(yù)測(cè)流量R^*(t_n)；

利用路段微波在(t_n-t₀)時(shí)段檢測(cè)到的交通量Q(t_n-t₀)乘以t_n時(shí)段的流向預(yù)測(cè)比例向量，即可得到t_n時(shí)段交叉口各流向流量預(yù)測(cè)值為：

Q(t_n-t₀)*N^*(t_n)＝(L^*(t_n),S^*(t_n),R^*(t_n))

上述公式中的L^*(t_n)、S^*(t_n)、R^*(t_n)即為t_n時(shí)段交叉口左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的流量預(yù)測(cè)值。

應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。