基本信息
- 项目名称：
- 城市道路交通流分形模型及分形预测研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本文利用分形几何原理不仅证明了1MIN的交通流也具有分形特征，同时通过对已测数据的相空间重构，G-P算法，计算欧式距离等方法对其后的交通流进行了预测。经过验证本文所提出的预测模型的预测进度达到90%以上，并运用MATLAB语言编写程序，大大减少了运算量，提高了精度，对实现短时交通流预测，城市交通的实时诱导控制具有重要参考价值。
- 详细介绍：
- 城市道路交通的智能控制（ITS）需要对短时交通量进行准确预测，传统的短时交通流预测方法往往难以满足精度要求. 为了提高短时交通流预测的精度, 根据短时交通流的非线性特征及其分形特性, 本文提出了基于分形的短时交通量预测模型，在G-P 算法基础上, 利用相空间重构, 采用欧式距离筛选有效点, 使预测1 min 内的交通量成为可能. 以苏州市何山路7：00点到19：00点的断面交通量为实例, 应用基于分形的短时交通量预测模型, 对720个有效数据点的后30点进行预测, 预测精度可达到90%以上。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：根据短时交通流的分形特征，证明1MIN的交通流具有分形特征，并对其后的交通流进行预测，为城市道路的实时诱导与控制提供理论依据，缓解城市道路交通压力。 基本思路：首先采集实时交通流数据，对采集后的数据进行相空间重构，采用G-P算法并通过计算欧式距离筛选最近相点，再利用最小二乘法对其后的交通流进行拟合预测。预测结果用分形插值法进行检验。
科学性、先进性及独特之处
- 由于交通流的不确定性、复杂性和非线性的共同作用, 使得现有的方法预测效果都不是令人满意。本文利用分形几何原理不仅证明了1MIN的交通流也具有分形特征，同时通过对已测数据的相空间重构，G-P算法，计算欧式距离等方法对其后的交通流进行了预测。经过验证本文所提出的预测模型的预测进度达到90%以上，并运用MATLAB语言编写程序，大大减少了运算量，提高了精度，对城市交通的实时诱导控制具有重要参考价值。
应用价值和现实意义
- 本文根据分形理论实现了对城市道路1min交通流的短时预测。同时对智能交通系统在城市道路的应用有重要意义，为智能交通系统最佳行驶路线、均衡交通流、优化交通管理方案、改进交通控制等方面提供基础依据，对于缓解道路交通堵塞，提高城市主干道的主车流流速，避免社会资源浪费，有着重要意义和价值。
学术论文摘要
- 城市道路交通的智能控制（ITS）需要对短时交通量进行准确预测，传统的短时交通流预测方法往往难以满足精度要求. 为了提高短时交通流预测的精度, 根据短时交通流的非线性特征及其分形特性, 本文提出了基于分形的短时交通量预测模型，在G-P 算法基础上, 利用相空间重构, 采用欧式距离筛选有效点, 使预测1 min 内的交通量成为可能. 以苏州市何山路7：00点到19：00点的断面交通量为实例, 应用基于分形的短时交通量预测模型, 对720个有效数据点的后30点进行预测, 预测精度可达到90%以上。
获奖情况
- 2011年于苏州科技学院获“第六届全国大学生交通科技大赛”优秀论文奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1] 郭敏、肖翔、蓝金辉. 道路交通流短时预测方法综述. 自动化技术与应用. 2009 [2] THOMAS K. DIA H Incident Detection by Fractal Dimension Analysis of Loop Detector Data [ C ] 22nd Conference of Australian Institutes of Transport Research AITRO2000 Canberra: CSIRO Canberra. 2000.1.16 [3] 孙洪泉. 分形几何与分形插值. 科学出版社. 2011,3 [4] 贺国光、马寿峰、冯蔚东. 对交通流分形问题的初步研究. 中国公路学报. 2002 [5] 梅宏标、王坚、张慧哲. 城市快速路交通流分形预测算法的研究. 公路交通科技. 2009,10 [6] 郑长青. 研究城市快速公路交通流的分形数学方法. 交通运输系统工程与信息. 2006,2 [7] 唐明、陈宝星、柳伍生. 基于相空间重构的短时交通流分行研究. 山东交通学院学报. 2003,12
同类课题研究水平概述
- 分形已经是许多自然科学学科特别是系统科学领域的概念, 交通流系统是很复杂的开放巨系统, 对交通流系统的深入研究必然要涉及到分形问题。 分形数学方法在交通流系统中的应用研究有了一定的成果。早在1995 年, Vojak 等人就开始尝试运用多重分形进行交通流数据的短期预测。1996 年,匈牙利理论物理学家Torok 和Kertesz 开始正式将分形引入交通流理论。1998 年, Neidhardt 等人提出分形交通( Fractal Traffic) 一词, 提出通过规范分形交通固有的可变性来提高网络的运行效率。2000 年, KimThomas 和Hussein Dia 利用流量和占有率分形维数建立交通事件检测模型。该模型在车道突发拥堵事件检测和低交通量或非高峰期运行良好, 并指出如果将速度与占有率分维作为人工神经网络事件检测模型的输入, 会大大地改善后者的性能。在城市快速路交通流的分形问题方面,已经证明了城市快速路的交通流具有分形特征, 讨论了交通流的分形维数, 提出了利用分形数学方法对快速路交通流进行预测的基本设想。本文在这些研究的基础上, 利用相空间重构，G-P算法,通过计算欧式距离筛选出最近距离相点，证明1MIN的交通流也具有分形特征， 构造出城市快速路交通流的预测模型, 同时利用苏州市何山路的实测数据对模型进行了试验验证及分析。
