基于时空kalman滤波模型的高速公路交通预测方法分析

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1、东南大学硕士学位论文4．1概烫罡⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．2Kalman滤波模型的基础知识⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯334．3高速公路交通流Kalman滤波预测模型的构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．3．1高速公路交通流Kalman滤波预测模型观测方程的构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯354．3．2高速公路交通流Kalman滤波预测模型状态方程的构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯414．3．3高速公路交通流Kalman滤波模型递推公式的构建⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯484．4

2、本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．48第五章高速公路交通流时空Kalman滤波预测模型性能评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．1概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．2高速公路交通流Kalman滤波预测模型总体性能评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．495．2．1预测模型性能评价指标⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．2．2Kalman滤波预测模型总体性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．3高速公路交通流Kalman预测模型性能对

3、比评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯545．3．1高速公路交通流Kalman滤波模型与ARIMA模型性能对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯545．3．2高速公路交通流Kalman滤波模型与VARIMA模型性能对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．585．3．3高速公路交通流Kalman滤波模型与STARIMA模型性能对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯625．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．67第六章结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯696．1研究成果总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯696．2研究展望

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯70致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．71参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一73科研经历与硕士期间发表论文情况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。79VI第一章绪论1．1研究背景随着交通需求的不断增加，作为客货运输主要承担者的高速公路交通拥挤、交通安全以及环境污染等问题已经越来越严重，并在全球范围内引起了广泛的关注和重视。交通流主动控制与诱导是缓解高速公路交通拥堵问题的关键手段之一，而交通流主动控制和诱导主要依靠交通状况的预测来实现

5、。就智能运输系统(ITS)领域而言，交通预测一般以短时(5分钟、10分钟或15分钟)预测为主。短时交通预测结果可用于先进的交通管理系统，以便管理者制订和实施具有针对性的交通管理措施对交通流进行实时调节和路径诱导；也可以直接发送到先进的交通信息系统，为出行者提供实时有效的交通状况预测信息，以便其更好地进行路径选择，从而缩短出行时间和减少交通拥挤【lJ。因此，高速公路交通状况短时预测是缓解及预防高速公路交通拥堵问题的一个重要途径。对于短时交通状况预测，预测模型的选择是其关键之一，合适的预测模型才能够保证预测结果的准确性和可靠性，进一步提高和完善智能交通管理和控制系统的出行诱导和信息服务等功

6、能，否则将会出现相反的效果。道路交通运行状况主要通过交通流量、速度、占有率(或车流密度)、行程时间和延误等参数进行表征，因此，如何基于这些参数构造交通流预测模型是交通状况预测的关键。fl-十世纪七十年代以来，国内外研究人员针对交通流预测开展了大量研究工作，并建立了一系列交通流参数的预测模型。客观分析现有交通流参数预测的相关研究成果，主要还存在以下几个问题。其一，交通流预测模型以单个交通流参数预测为主，基于多个交通流参数的交通流预测还很少见。虽然单参数预测模型可以获得较高的预测精度，但是在预测过程中只能实现参数的独立预测，没有考虑交通流各参数之间的相互联系，因此使得整个交通流预测的精度大

7、打折扣；甚至不同参数的预测结果对于交通信息的描述相互矛盾，致使预测结果无法应用于交通诱导及出行信息发布系统。其二，交通流预测模型以单点时间序列预测为主，基于路网时空关联特性的多点预测模型研究不足。由交通流在路网空间随时间变化的特性可知，邻近路段的交通流之间存在很大的时空关联特性，建立拟合这种时空关联特性的关联模型能够提高交通流预测模型的预测精度，然而国内外学者对于时空多点多参数交通流预测模型的研究还相对较少。针对当前上述高速公路交通流预测研究的