本申請(qǐng)為申請(qǐng)?zhí)枮?01510980309.6、申請(qǐng)日為2015年12月23日、發(fā)明名稱(chēng)為“一種道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)”的分案申請(qǐng)。

本發(fā)明涉及一種智能交通領(lǐng)域，具體地說(shuō)，是涉及一種道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著城市化進(jìn)程的迅速推進(jìn)，人們生活水平日益提高，城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量飛速增長(zhǎng)，隨之帶來(lái)的是城市道路交通擁堵現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。對(duì)城市道路交通路況進(jìn)行自動(dòng)、及時(shí)的判定，為出行者提供城市道路旅行時(shí)間的短期預(yù)測(cè)，有助于出行者選擇合適的時(shí)段出行，節(jié)約時(shí)間，并減緩城市交通擁堵現(xiàn)象，提高城市道路交通綜合管理水平。

區(qū)間旅行時(shí)間是反映城市道路運(yùn)行狀況的一個(gè)重要因素。準(zhǔn)確的旅行時(shí)間預(yù)測(cè)可以為出行者提供未來(lái)的交通狀況及變化趨勢(shì)，指導(dǎo)用戶選擇合理的出行時(shí)間、出行方式、出行路徑，改善城市道路網(wǎng)交通流分布的時(shí)空不均勻性。

公開(kāi)號(hào)為cn103745106a的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種預(yù)測(cè)快速路未來(lái)時(shí)刻所需旅行時(shí)間的系統(tǒng)及方法，采用視頻跟蹤單元對(duì)車(chē)輛進(jìn)行連續(xù)跟蹤，可以獲得車(chē)輛在每一視頻跟蹤單元的跟蹤范圍內(nèi)所需要的旅行時(shí)間，從而能夠?qū)ξ磥?lái)路況進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，進(jìn)一步可以精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)未來(lái)的旅行時(shí)間。該方法只適應(yīng)于城市快速路，但對(duì)于城市一般性道路，受交叉口信號(hào)控制與交通流擁堵態(tài)勢(shì)變化的影響，該方法預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度不高。

公開(kāi)號(hào)為cn105006147a的發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)了一種基于道路時(shí)空關(guān)聯(lián)關(guān)系的路段行程時(shí)間推斷方法，包括步驟1：基于交叉口運(yùn)行狀態(tài)對(duì)路段行程時(shí)間交通數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；步驟2：基于通行模式周期性提取目標(biāo)路段與鄰接路段之間的特征關(guān)系；步驟3：基于三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)目標(biāo)路段行程時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)。該方法采用了三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，需要大量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析，訓(xùn)練過(guò)程中受事件、管制等影響較大，可能造成預(yù)測(cè)結(jié)果不到收斂，準(zhǔn)確度不高，目前在實(shí)際的工程中具有不可操作性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法，解決了現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法適用范圍小、不能適應(yīng)所有道路，檢測(cè)準(zhǔn)確度不高的技術(shù)問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法，所述方法如下：

計(jì)算采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值獲取采樣周期k內(nèi)車(chē)輛i通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處時(shí)的過(guò)車(chē)時(shí)刻tiu和tid，計(jì)算車(chē)輛i通過(guò)通行區(qū)間所用時(shí)間ti＝tid-tiu，通過(guò)ti計(jì)算采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值

計(jì)算采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值抽取m個(gè)歷史采樣周期k的實(shí)際旅行時(shí)間值xj(k)，通過(guò)xj(k)計(jì)算采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值

道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值α為事先確定的平滑系數(shù)；

其中，i＝1、2、3、…、n；j＝1、2、3、…、m。

如上所述的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法，通過(guò)xj(k)計(jì)算采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值的方法為：采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值為符合公式的xj(k)的平均數(shù)，其中，為m個(gè)歷史采樣周期k的實(shí)際旅行時(shí)間值xj(k)的平均數(shù)。

如上所述的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法，通過(guò)ti計(jì)算采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值的方法為：將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為至少三組，采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值為至少一個(gè)中間組的所有ti的平均值。

如上所述的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法，將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為四組，采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值為中間兩組的所有ti的平均值。

如上所述的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法，將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為四組，每組的序號(hào)為:[1、…、[(n+1)/4]]、[[(n+1)/4])+1、…、[2*(n+1)/4]]、[[2*(n+1)/4])+1、…、[3*(n+1)/4]]、[[3*(n+1)/4]+1、…、n]。

如上所述的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法，所述α為使平均絕對(duì)相對(duì)誤差mare≤設(shè)定值的系數(shù)，tx為第x個(gè)歷史采樣周期k的同一車(chē)輛通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處的真實(shí)旅行時(shí)間，fx(k)為第x個(gè)歷史采樣周期k的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值，其中，x＝1、2、3、…、p。

基于上述道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法的設(shè)計(jì)，本發(fā)明還提出了一種道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

采樣周期實(shí)際旅行時(shí)間值計(jì)算模塊，用于獲取采樣周期k內(nèi)車(chē)輛i通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處時(shí)的過(guò)車(chē)時(shí)刻tiu和tid，計(jì)算車(chē)輛i通過(guò)通行區(qū)間所用時(shí)間ti＝tid-tiu，通過(guò)所述ti計(jì)算采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值

采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值計(jì)算模塊，用于抽取m個(gè)歷史采樣周期k的實(shí)際旅行時(shí)間值xj(k)，通過(guò)所述xj(k)計(jì)算采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值

道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值計(jì)算模塊，用于根據(jù)和計(jì)算道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值，所述道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值α為事先確定的平滑系數(shù)；

其中，i＝1、2、3、…、n；j＝1、2、3、…、m。

如上所述的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值為符合公式的xj(k)的平均數(shù)，其中，為m個(gè)歷史采樣周期k的實(shí)際旅行時(shí)間值xj(k)的平均數(shù)。

如上所述的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值為至少一個(gè)中間組的ti的平均值，所述中間組為將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為至少三組去除首尾兩組的其他組。

如上所述的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)系統(tǒng)，所述平滑系數(shù)α為使平均絕對(duì)相對(duì)誤差mare≤設(shè)定值的系數(shù)，tx為第x個(gè)歷史采樣周期k的同一車(chē)輛通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處的真實(shí)旅行時(shí)間，fx(k)為第x個(gè)歷史采樣周期k的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值，其中，x＝1、2、3、…、p。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：本發(fā)明利用當(dāng)前采樣周期計(jì)算的實(shí)際旅行時(shí)間值、歷史采樣周期的歷史旅行時(shí)間值與平滑系數(shù)的關(guān)系確定道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值，能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間之內(nèi)車(chē)輛通過(guò)通行區(qū)間的旅行時(shí)間。本發(fā)明可以通過(guò)現(xiàn)有的電子警察、交通卡口、電子車(chē)牌等多種設(shè)備實(shí)現(xiàn)車(chē)輛信息的實(shí)時(shí)采集，預(yù)測(cè)旅行時(shí)間數(shù)據(jù)根據(jù)歷史規(guī)律和當(dāng)前實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)綜合得出，具有變化平穩(wěn)、波動(dòng)性小的特點(diǎn)，能夠很好的描述歷史交通狀態(tài)變化特性和實(shí)時(shí)趨勢(shì)。本發(fā)明預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高，20分鐘內(nèi)短期預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高達(dá)90％，而且算法簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算速度快，不涉及其他趨勢(shì)等變量，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜度，便于在工程中靈活使用。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明具體實(shí)施例預(yù)測(cè)方法的流程圖。

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施例的系統(tǒng)原理框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明：

如圖1所示，本實(shí)施例提出了一種道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法，包括如下步驟：

s1：對(duì)通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處的車(chē)輛的車(chē)牌數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與存儲(chǔ)。即對(duì)通行區(qū)間的上游駛?cè)氲囊约皬耐ㄐ袇^(qū)間的下游駛出的車(chē)輛的車(chē)牌數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與存儲(chǔ)。

具體的，車(chē)牌數(shù)據(jù)主要通過(guò)通行區(qū)間上游以及下游的數(shù)據(jù)采集設(shè)備(電子警察、交通卡口、電子車(chē)牌等)進(jìn)行采集。車(chē)牌數(shù)據(jù)采集包括：在通行區(qū)間的上游實(shí)時(shí)采集通過(guò)上游停車(chē)線斷面并駛?cè)胪ㄐ袇^(qū)間的車(chē)牌數(shù)據(jù)；在通行區(qū)間的下游實(shí)時(shí)采集通過(guò)下游停車(chē)線斷面并駛出通行區(qū)間的車(chē)牌數(shù)據(jù)。

s2：獲取當(dāng)前時(shí)間之前的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)(采樣周期k)在所述通行區(qū)間的上游、下游采集的車(chē)輛的車(chē)牌數(shù)據(jù)。

具體地，獲取第一數(shù)據(jù)采集集合和第二數(shù)據(jù)采集集合；其中，第一數(shù)據(jù)采集集合中包括了當(dāng)前時(shí)間之前的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)在通行區(qū)間的上游采集的駛?cè)胪ㄐ袇^(qū)間的車(chē)車(chē)輛的車(chē)牌數(shù)據(jù)；第二數(shù)據(jù)采集集合中包括了當(dāng)前時(shí)間之前的設(shè)定時(shí)間段內(nèi)在通行區(qū)間的下游采集的駛出通行區(qū)間的車(chē)輛的車(chē)牌數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)定時(shí)間段具體為車(chē)牌數(shù)據(jù)的一個(gè)采樣周期，且第一數(shù)據(jù)采集集合和第二數(shù)據(jù)采集集合中的車(chē)牌數(shù)據(jù)為當(dāng)前采樣周期所采集到的車(chē)牌數(shù)據(jù)。在每個(gè)采樣周期到達(dá)時(shí)，獲取當(dāng)前時(shí)間之前的一個(gè)采樣周期內(nèi)采集的上游、以及下游的車(chē)輛的車(chē)牌數(shù)據(jù)。

s3：對(duì)采樣周期k內(nèi)獲取的通行區(qū)間的上游以及下游的車(chē)牌數(shù)據(jù)，進(jìn)行車(chē)牌匹配。

具體地，對(duì)于第二數(shù)據(jù)采集集合中的每個(gè)車(chē)牌數(shù)據(jù)，若在第一數(shù)據(jù)采集集合中查找到與之相匹配的車(chē)牌數(shù)據(jù)，則將該車(chē)牌數(shù)據(jù)確定為待統(tǒng)計(jì)的車(chē)牌數(shù)據(jù)，將具有該車(chē)牌數(shù)據(jù)的車(chē)輛確定為待統(tǒng)計(jì)車(chē)輛i，其中，i＝1、2、3、…、n，n為采樣周期k內(nèi)待統(tǒng)計(jì)車(chē)輛的總數(shù)。將一個(gè)采樣周期內(nèi)僅通過(guò)通行區(qū)間上游或者下游的車(chē)輛的車(chē)牌數(shù)據(jù)進(jìn)行排除。

s4、獲取采樣周期k內(nèi)車(chē)輛i通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處時(shí)的過(guò)車(chē)時(shí)刻tiu和tid，計(jì)算車(chē)輛i通過(guò)通行區(qū)間所用時(shí)間ti＝tid-tiu。

具體的，對(duì)采樣周期內(nèi)，通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處的車(chē)輛的過(guò)車(chē)時(shí)刻進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)，根據(jù)過(guò)車(chē)時(shí)刻計(jì)算每輛車(chē)通過(guò)通行區(qū)間所用時(shí)間t1、t2、t3、…、tn。

s5、根據(jù)n輛車(chē)通過(guò)通行區(qū)間所用時(shí)間ti計(jì)算采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值

具體的，將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為至少三組，采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值為至少一個(gè)中間組的所有ti的平均值。

優(yōu)選的，本實(shí)施例采用四分位數(shù)的方案剔除小概率數(shù)據(jù)，不受兩端各25％數(shù)值的影響，以最大限度的保證當(dāng)前計(jì)算的旅行時(shí)間具有代表性，提高預(yù)測(cè)精確度。具體的，將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為四組，采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值為中間兩組的所有ti的平均值。

其中，將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為四組，每組的序號(hào)為:[1、…、[(n+1)/4]]、[[(n+1)/4])+1、…、[2*(n+1)/4]]、[[2*(n+1)/4])+1、…、[3*(n+1)/4]]、[[3*(n+1)/4]+1、…、n]。

s6、計(jì)算采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值j＝1、2、3、…、m。其中，歷史旅行時(shí)間值是一般指3個(gè)月內(nèi)的同周期旅行時(shí)間。每天有且僅有一個(gè)相同的采樣周期k。

具體的，抽取m個(gè)歷史采樣周期k的實(shí)際旅行時(shí)間值xj(k)。通過(guò)xj(k)計(jì)算采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值為符合公式的xj(k)的平均數(shù)，其中，為m個(gè)歷史采樣周期k的實(shí)際旅行時(shí)間值xj(k)的平均數(shù)?？梢耘懦「怕实臍v史旅行時(shí)間數(shù)據(jù)，對(duì)大概率的歷史旅行時(shí)間數(shù)據(jù)的平均數(shù)即為采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值，以最大限度的保證歷史旅行時(shí)間數(shù)據(jù)具有代表性，提高預(yù)測(cè)精確度。

s7、道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值α為事先確定的平滑系數(shù)。α優(yōu)選為0.8，當(dāng)然，α根據(jù)下述方式確定，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

其中，α為使平均絕對(duì)相對(duì)誤差mare≤設(shè)定值的系數(shù)，設(shè)定值優(yōu)選為20％。tx為第x個(gè)歷史采樣周期k的同一車(chē)輛通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處的真實(shí)旅行時(shí)間，即實(shí)測(cè)時(shí)間，fx(k)為第x個(gè)歷史采樣周期k的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值，其中，x＝1、2、3、…、p，p為選取的歷史采樣周期k的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值的總個(gè)數(shù)。

本實(shí)施例的道路旅行時(shí)間預(yù)測(cè)方法為預(yù)測(cè)未來(lái)一段時(shí)間之內(nèi)的旅行時(shí)間，例如未來(lái)20分鐘之內(nèi)的旅行時(shí)間，因而，一天之內(nèi)設(shè)置有若干采樣周期k，k＝1、2、3、…，k的最大數(shù)值可根據(jù)實(shí)際情況確定，相鄰兩個(gè)采樣周期的間隔時(shí)間小于預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)間段，例如，相鄰兩個(gè)采樣周期的間隔時(shí)間為5分鐘，每個(gè)采樣周期都可以預(yù)測(cè)未來(lái)20分鐘之內(nèi)的旅行時(shí)間，以提供更為精確的預(yù)測(cè)。

基于上述一種道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)方法的設(shè)計(jì)，本實(shí)施例還提出了一種道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

采樣周期實(shí)際旅行時(shí)間值計(jì)算模塊，用于獲取采樣周期k內(nèi)車(chē)輛i通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處時(shí)的過(guò)車(chē)時(shí)刻tiu和tid，計(jì)算車(chē)輛i通過(guò)通行區(qū)間所用時(shí)間ti＝tid-tiu，通過(guò)所述ti計(jì)算采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值所述采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值為至少一個(gè)中間組的ti的平均值，所述中間組為將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為至少三組去除首尾兩組的其他組。本實(shí)施例優(yōu)選將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為四組，采樣周期k實(shí)際旅行時(shí)間值為中間兩組的所有ti的平均值。將n個(gè)ti由小到大排列并劃分為四組，每組的序號(hào)為:[1、…、[(n+1)/4]]、[[(n+1)/4])+1、…、[2*(n+1)/4]]、[[2*(n+1)/4])+1、…、[3*(n+1)/4]]、[[3*(n+1)/4]+1、…、n]。

采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值計(jì)算模塊，用于抽取m個(gè)歷史采樣周期k的實(shí)際旅行時(shí)間值xj(k)，通過(guò)所述xj(k)計(jì)算采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值所述采樣周期k的歷史旅行時(shí)間值為符合公式的xj(k)的平均數(shù)，其中，為m個(gè)歷史采樣周期k的實(shí)際旅行時(shí)間值xj(k)的平均數(shù)。

道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值計(jì)算模塊，用于根據(jù)和計(jì)算道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值，所述道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值α為事先確定的平滑系數(shù)；

其中，i＝1、2、3、…、n；j＝1、2、3、…、m。

平滑系數(shù)α為使平均絕對(duì)相對(duì)誤差mare≤設(shè)定值的系數(shù)，tx為第x個(gè)歷史采樣周期k的同一車(chē)輛通過(guò)通行區(qū)間上游、下游兩處的真實(shí)旅行時(shí)間，fx(k)為第x個(gè)歷史采樣周期k的道路旅行時(shí)間短期預(yù)測(cè)值，其中，x＝1、2、3、…、p。

當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。