基于支持向量机的时空二维融合正常与异常状态的流量预测

基于支持向量机的时空二维融合正常与异常状态的流量预测

论文摘要

随着国民经济的高速发展和城市化进程的快速推进,城市交通的发展得到了长足的进步。但城市居民生活水平的提高,机动车保有量也不断增长,这就导致了有限的道路资源与激增的道路交通量之间的矛盾不断激化,继而引发了一系列的交通问题,例如交通拥堵、交通事故等问题,以及能源浪费、环境污染等等越来越严重。国内外多年来的发展经验证明,任何国家和地区都不可能通过大规模道路交通设施建设来解决交通拥堵问题。在现有条件下,只有合理利用并充分发挥城市道路网的潜力,才能综合协调车辆与道路之间的平衡关系。而解决这一问题的基础就是正确评价城市道路网目前的工作状态,通过定量计算来分析界定可靠性评价水平,其中交通量作为交通工程中的基本指标,对交通量的预测不可忽视。目前针对交通量预测的研究中一般忽略了同一时间不同路段之间的相互依存关系。从整个路网的角度来看,上下游的路段发生拥挤或者失效,必然会影响到与其相关联的路段。因此,在路段间的相互关系纳入到可靠性分析的考虑范畴之中是非常有必要的。本论文提出了基于支持向量机(SVM)的时空二维融合并行式预测交通流量的方法,在两个并行的系统模型中进行SVM预测,以降低时间成本。同时考虑了时间与空间的关联性,对时空进行二维融合,大大提高了预测的精度。可为有效评估行驶时间可靠性提供更准确的数据支持。本论文首先对当今国内外城市交通普遍存在的问题进行了简要的分析,并对目前评价交通系统运行状态的有效途径——路网可靠性分析的基本原理和要求进行了概括的描述。由于路网可靠性分析中需要大量的交通流量预测数据,由此引出本论文的研究内容——对正常与异常状态的交通流量进行预测。通过对支持向量机的基础理论进行研究和发展,最终采用基于支持向量机的回归模型对正常与异常状态下的检测数行时空二维融合进行拟合预测,与多元回归法对正常与异常状态交通流量的预测结果比较之后,可以直观看出基于支持向量机的时空二维融合模型有更好的表现。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 研究背景
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.3 研究目的及意义
  • 1.4 本文框架及主要研究内容
  • 2 支持向量机算法研究
  • 2.1 数学规划理论
  • 2.1.1 非线性规划
  • 2.1.2 相关定理
  • 2.1.3 Wolfe 对偶问题
  • 2.2 机器学习问题及方法
  • 2.3 统计学习理论
  • 2.4 支持向量机
  • 2.4.1 SVM 基本原理
  • 2.4.2 SVM 与神经网络的关系
  • 2.4.3 SVM 研究进展
  • 2.5 本章小结
  • 3 基于支持向量机的时空二维融合正常状态的流量预测
  • 3.1 支持向量机预测模型建立
  • 3.1.1 SVM 模型的基本思想
  • 3.1.2 标准型SVM
  • 3.1.3 基于支持向量机的回归模型
  • 3.1.4 误差指标
  • 3.2 正常状态下交通流量的时空二维融合预测
  • 3.2.1 交通流量的时间序列预测
  • 3.2.2 交通流量的空间顺序SVM 预测
  • 3.2.3 交通流量的时空二维融合
  • 3.2.4 与多元回归法的预测比较
  • 3.3 本章小结
  • 4 基于支持向量机的时空二维融合异常状态的流量预测
  • 4.1 路段异常判定
  • 4.1.1 国内外研究历史与现状
  • 4.1.2 交通异常状态的界定及度量标准
  • 4.1.3 交通异常状态自动判别算法的性能评价
  • 4.1.4 常规判别算法分析
  • 4.1.5 基于数据的交通异常状态判别
  • 4.2 异常状态下交通流量的时空二维融合预测
  • 4.2.1 异常状态下交通流的时间序列预测
  • 4.2.2 交通流量的空间顺序SVM 预测
  • 4.2.3 交通流量的时空二维融合
  • 4.2.4 与多元回归法的预测比较
  • 4.3 本章小结
  • 5 总结和展望
  • 5.1 论文的主要工作和创新点
  • 5.2 问题与展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间所取得的相关科研成果
  • 相关论文文献

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