專利名稱：行程時間預(yù)測裝置和方法、交通信息提供系統(tǒng)和程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及行程時間預(yù)測裝置、行程時間預(yù)測方法、交通信息提供系統(tǒng)和程序，特別是涉及在ITS (Intelligent Transport System)中作為特定區(qū) 間的交通信息提供的行程時間(所需時間)的預(yù)測裝置及其應(yīng)用系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在ITS的領(lǐng)域中，知道各種以路線引導(dǎo)為目的，推測/預(yù)測車輛的移動 花費的行程時間或堵塞的發(fā)生等交通狀況的技術(shù)。特別是開始利用作為使 用車載機，在車輛自身中取得道路交通狀況的傳感器而充分利用的探測車 系統(tǒng)。以下，列舉與所述的技術(shù)關(guān)聯(lián)的文獻(xiàn)。在信息處理學(xué)會研究報告"高級交通系統(tǒng)"No.014-009中刊載的熊谷 等的論文，"使用特征空間映射的交通信息預(yù)測方法"中，提出通過主成 分分析，把一天的行程時間變動模式分類為幾個種類，根據(jù)表示該日期種 類的標(biāo)簽(星期或天氣等)，使預(yù)測對象日應(yīng)該屬于的種類建立對應(yīng)的方 法。該方法是適合于從半天到一天的長期的范圍的預(yù)測的方法。此外，認(rèn) 為能由該方法預(yù)測的區(qū)間局限于能進(jìn)行固定點觀測的干線道路。在特開2000-235692號公報記載的"行程時間預(yù)測裝置"中描述關(guān)于 行程時間預(yù)測對象區(qū)間，求出各時間帶的行程時間累計分布中的現(xiàn)在的區(qū) 間行程時間的順序，從該順序求出預(yù)測順序，從行程時間累計分布抽出相 當(dāng)于該預(yù)測順序的行程時間的方法?；谠摲椒ǖ念A(yù)測值很大程度上依存 于現(xiàn)在時刻的順序，所以認(rèn)為是適合于從最近到一小時以后的預(yù)測的技 術(shù)。如果是能進(jìn)行固定點觀測的道路區(qū)間，就能應(yīng)用，但是在所述技術(shù)的 特性上，可以說是適合于高速道路的方法。在特開2003-303390號公報記載的"行程時間預(yù)測方法、裝置和程序" 中，采用從存儲的過去的行程時間實際數(shù)據(jù)，檢測與現(xiàn)在的行程時間推移模式類似的行程時間推移模式，用該行程時間推移模式預(yù)測行程時間的方 法。認(rèn)為根據(jù)該方法能預(yù)測的區(qū)間也局限于能進(jìn)行固定點觀測的干線道路 等。此外，在基于本申請人的特開2006-11572號公報記載的"交通信息預(yù) 測函數(shù)學(xué)習(xí)裝置、交通信息預(yù)測裝置、交通信息變動法則獲得裝置及其方 法"中，提出通過自動回歸模型(Auto Regression模型)分析從探測車系 統(tǒng)取得的時間系列數(shù)據(jù)和根據(jù)過去的行程實際時間生成的行程時間推移 模式的差異，預(yù)測行程時間的方法。該方法不是固定點觀測，而以基于探 測車系統(tǒng)的數(shù)據(jù)取得為前提，所以在原理上能應(yīng)用于任何道路區(qū)間，但是 為適合于最近的行程時間的預(yù)測的方法。在特開2004-118700號公報記載的"行駛所需時間預(yù)測裝置"中，公 開了組合利用預(yù)測當(dāng)天的交通數(shù)據(jù)的短時間的行駛所需時間預(yù)測，和基于 類似模式檢索的中長期間的行駛所需時間預(yù)測，預(yù)測行程時間的裝置。在 同一公報中把使用從車輛感知器、AVI (Automatic Vehicle Identification:車輛自動識別)系統(tǒng)、收費站等的固定傳感器取得的數(shù)據(jù)作為前提，未考 慮進(jìn)行沒有設(shè)置這些傳感器的區(qū)間的預(yù)測。在特開2005-208034號公報記載的"推測路段(link)行程時間數(shù)據(jù) 的匹配修正方法"中描述根據(jù)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，把關(guān)于從數(shù)小時到1天的區(qū)間的 行程時間數(shù)據(jù)(過去的統(tǒng)計數(shù)據(jù))變形，從數(shù)十分鐘到數(shù)小時，以高精度 進(jìn)行預(yù)測的方法。根據(jù)該方法能預(yù)測的區(qū)間也與所述的各技術(shù)同樣只是取 得過去的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)的區(qū)間，未觸及全部道路區(qū)間的預(yù)測。[專利文獻(xiàn)l]特開2000-235692號公報[專利文獻(xiàn)2]特開2003-303390號公報[專利文獻(xiàn)3]特開2006-11572號公報[專利文獻(xiàn)4]特開2004-118700號公報[專利文獻(xiàn)5]特開2005-208034號公報[非專利文獻(xiàn)l]信息處理學(xué)會研究報告"高級交通系統(tǒng)"No.014-009 "使用特征空間映射的交通信息預(yù)測方法"51-57頁熊谷正俊等[非專禾ll文獻(xiàn)2]IEEE Transactions on Information Theory, vol. 44, NO. 4, p. 1424-1439 "A decision-theoretic extension of stochastic complexity and," ,K.Yamanish，1998年[非專利文獻(xiàn)3]第8次信息論的學(xué)習(xí)理論預(yù)稿集"用于長期預(yù)測的階 層的狀態(tài)空間模型"，中田貴之，竹內(nèi)純一，2005年發(fā)明內(nèi)容可是，所述的各技術(shù)適合于從最近到一小時以后的預(yù)測、或者從半天 到一天的長期預(yù)測，但是具有在其中間程度的中期預(yù)測中，無法發(fā)揮良好 的精度的問題。此外，例如在專利文獻(xiàn)5中，介紹了對統(tǒng)計處理的統(tǒng)計路段行程時間 進(jìn)行修正，使其與現(xiàn)狀的交通狀況匹配的方法，但是該修正處理是把統(tǒng)計 路段行程時間乘以與現(xiàn)狀的差異對應(yīng)的比率，例如，堵塞時間大幅度提前 的時候，會導(dǎo)致以后的行程時間極度縮短，并不一定按照實際狀態(tài)。本發(fā)明是鑒于所述的事實而提出的，其目的在于，提供從最近的數(shù)據(jù) 預(yù)測將來的這種類型的行程時間預(yù)測裝置、行程時間預(yù)測方法、交通信息 提供系統(tǒng)和程序。根據(jù)本發(fā)明的第一視點，提供一種行程時間預(yù)測裝置，把從全部路段 集合中指定為預(yù)測對象的路段、預(yù)測對象的日期時間、關(guān)于所述指定的路 段逐次輸入的行程時間的時間系列數(shù)據(jù)作為輸入，輸出所述指定的路段和 日期時間的預(yù)測行程時間，該行程時間預(yù)測裝置，從保持至少按日期種類 統(tǒng)計處理過各路段的過去的時間系列數(shù)據(jù)的行程時間推移模式的數(shù)據(jù)庫， 取得與所述指定的路段以及日期種類對應(yīng)的行程時間推移模式；計算該行 程時間推移模式和所述逐次輸入的行程時間的時間系列數(shù)據(jù)之間的誤差 減小的行程時間推移模式的變換參數(shù)；使用根據(jù)該計算出的變換參數(shù)，變 換所述行程時間推移模式而取得的預(yù)測函數(shù)，進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)本發(fā)明的第二視點，提供一種使用計算機的行程時間預(yù)測方法， 把從全部路段集合中指定為預(yù)測對象的路段、預(yù)測對象的日期時間、關(guān)于 所述指定的路段逐次輸入的行程時間的時間系列數(shù)據(jù)作為輸入，輸出所述 指定的路段和日期時間的預(yù)測行程時間，該方法包括所述計算機從保持 至少按日期種類統(tǒng)計處理過各路段的過去的時間系列數(shù)據(jù)的行程時間推 移模式的數(shù)據(jù)庫，取得與所述指定的路段以及日期種類對應(yīng)的行程時間推移模式的步驟；所述計算機計算所述行程時間推移模式和所述逐次輸入的 行程時間的時間系列數(shù)據(jù)之間的誤差減小的行程時間推移模式的變換參 數(shù)的步驟；所述計算機根據(jù)所述計算出的變換參數(shù)，變換所述行程時間推 移模式，取得預(yù)測函數(shù)的步驟；以及所述計算機使用所述預(yù)測函數(shù)，預(yù)測 所述指定的路段和日期時間的預(yù)測行程時間并輸出的步驟。根據(jù)本發(fā)明的第三視點，提供一種使計算機執(zhí)行的程序，把從全部路 段集合中指定為預(yù)測對象的路段、預(yù)測對象的日期時間、關(guān)于所述指定的 路段逐次輸入的行程時間的時間系列數(shù)據(jù)作為輸入，輸出所述指定的路段 和日期時間的預(yù)測行程時間，使計算機執(zhí)行以下的處理從保持至少按日 期種類統(tǒng)計處理過各路段的過去的時間系列數(shù)據(jù)的行程時間推移模式的 數(shù)據(jù)庫，取得與所述指定的路段以及日期種類對應(yīng)的行程時間推移模式的 處理；計算該行程時間推移模式和所述逐次輸入的行程時間的時間系列數(shù) 據(jù)之間的誤差減小的行程時間推移模式的變換參數(shù)的處理；根據(jù)所述計算 出的變換參數(shù)，變換所述行程時間推移模式，取得預(yù)測函數(shù)的處理；以及 使用所述預(yù)測函數(shù)，預(yù)測所述指定的路段和日期時間的預(yù)測行程時間并輸 出的處理。根據(jù)本發(fā)明的第四視點，提供一種交通信息提供系統(tǒng)，其特征在于 與所述行程時間預(yù)測裝置連接，進(jìn)而具有對給定的終端提供交通信息的機 構(gòu)，該交通信息包含由所述行程時間預(yù)測裝置輸出的預(yù)測行程時間。根據(jù)本發(fā)明，能以高精度預(yù)測任意的區(qū)間的移動所需的行程時間。


圖1是表示本發(fā)明第1實施方式的行程時間預(yù)測系統(tǒng)的全體結(jié)構(gòu)的圖。圖2是表示本發(fā)明第1實施方式的行程時間預(yù)測系統(tǒng)的函數(shù)變換圖像 (常數(shù)倍和平行移動)的圖。圖3是表示本發(fā)明第1實施方式的行程時間預(yù)測系統(tǒng)的函數(shù)變換圖像 (垂直移動和平行移動)的圖。圖4是表示在本發(fā)明第1實施方式中加上隨機復(fù)雜性計算機構(gòu)的變形 結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示本發(fā)明第1實施方式的行程時間預(yù)測裝置中執(zhí)行的處理的 流程的流程圖。圖6是表示本發(fā)明第2實施方式的行程時間預(yù)測裝置中執(zhí)行的處理的 流程的流程圖。圖7是表示本發(fā)明第2實施方式的行程時間預(yù)測裝置中的變換參數(shù)計 算處理的細(xì)節(jié)的流程圖。圖8是表示本發(fā)明第3實施方式的行程時間預(yù)測系統(tǒng)的全體結(jié)構(gòu)的圖。圖9是表示本發(fā)明第3實施方式的行程時間預(yù)測裝置中執(zhí)行的處理的 流程的流程圖。圖10是表示本發(fā)明第3實施方式的行程時間預(yù)測裝置中執(zhí)行的處理 的流程的流程圖。 符號的說明。100—行程時間預(yù)測裝置；101—行程時間實時數(shù)據(jù)；102—模式變換 機構(gòu)；103—預(yù)測值計算機構(gòu)；104—行程時間推移模式存儲DB; 105—隨 機復(fù)雜性計算機構(gòu)；IIO—長期預(yù)測機構(gòu)；111——中期預(yù)測機構(gòu)；112— 短期預(yù)測機構(gòu)。
具體實施方式
[第1實施方式]下面，參照附圖，說明用于實施本發(fā)明的最佳形態(tài)。圖l是表示本發(fā) 明第1實施方式的行程時間預(yù)測系統(tǒng)的全體結(jié)構(gòu)的圖。參照圖l，示出了 訪問行程時間實時數(shù)據(jù)101、行程時間推移模式存儲數(shù)據(jù)庫(以下稱作"行 程時間推移模式存儲DB") 104，輸出預(yù)測值的行程時間預(yù)測裝置100的 結(jié)構(gòu)。行程時間實時數(shù)據(jù)101是從探測車系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或VICS (Vehicle Information&Communiction System)(注冊商標(biāo))等信息源，按各道路區(qū)間 單位(路段)形成的時間系列數(shù)據(jù)。在行程時間推移模式存儲DB104中存儲使用所述行程時間實時數(shù)據(jù) 101等，對各道路區(qū)間單位(路段)，關(guān)于給定期間的過去的各種指標(biāo)值，進(jìn)行偏離值的除去、相關(guān)的分析等必要的統(tǒng)計處理的行程時間推移模式。 所述統(tǒng)計處理按照各時間系列數(shù)據(jù)的星期或所謂的五十天、季節(jié)、天氣等 曰期種類，在每個預(yù)先決定的時間單位中進(jìn)行。因此，行程時間推移模式準(zhǔn)備24小時的部分，按照各種狀況，能使用適當(dāng)?shù)男谐虝r間推移模式。 按照預(yù)測精度和系統(tǒng)全體的負(fù)荷，決定所述時間單位，例如，考慮每5分 鐘、每15分鐘。后面詳細(xì)描述該行程時間推移模式的細(xì)節(jié)。行程時間預(yù)測裝置100具有進(jìn)行使用后面描述的預(yù)測函數(shù)的預(yù)測處理 的模式變換機構(gòu)102和預(yù)測值計算機構(gòu)103。行程時間預(yù)測裝置100按照 來自用戶的要求，綜合行程時間實時數(shù)據(jù)101或行程時間推移模式存儲 DB104中存儲的行程時間推移模式，求出對成為預(yù)測對象的道路區(qū)間單位 (路段)的短期預(yù)測(5分鐘或15分鐘)、中期預(yù)測(到短期以后數(shù)小時 左右)、將來預(yù)測時間。這里，成為預(yù)測對象的道路區(qū)間單位(路段)基 本上從用戶一側(cè)指定，所以能把數(shù)十 數(shù)萬左右的路段作為對象。行程時間預(yù)測裝置100—邊保持高的預(yù)測精度， 一邊盡量縮短預(yù)測所 需的處理時間，所以在中期預(yù)測處理中具有特征。以下，說明行程時間預(yù) 測裝置100的中期預(yù)測處理。[行程時間實時數(shù)據(jù)(時間系列數(shù)據(jù))]首先，說明在中期預(yù)測處理中使用的行程時間實時數(shù)據(jù)101。以下， 路段是指在交叉點和交叉點之間定義的涉及數(shù)十米到數(shù)百米左右的長度 的道路區(qū)間。而把交叉點等路段的端稱作節(jié)點。假定預(yù)測對象路段為d個，排列時刻t的各路段的實時數(shù)據(jù)的向量用 xt = (xt: !， xt: 2，…Xt: a)ED-XiXX2X…XXd表 示。這里，把D稱作域。各x t : i是表示路段i的時刻t的行程時間、車輛數(shù)、堵塞發(fā)生的指標(biāo)、或該時刻的天氣等與交通狀況有關(guān)的各種屬性的指標(biāo)值。各Xt, j是連續(xù)值，或者是離散值。這里，為了方便，t為整數(shù)值。由向量列{&}，構(gòu)成預(yù)先決定的時間間隔的時間系列數(shù)據(jù)。例如，如果預(yù)先決定的時間間隔為5分鐘，X2就表示x,的5分鐘后的數(shù)據(jù)。以下，由Xm"(m蕓n)表示列xm 特別是x1^,。 [行程時間推移模式] -下面，說明行程時間推移模式存儲DB104中存儲的行程時間推移模 式。仿照所述Xt，時刻t的行程時間推移模式為wt。這里，Wt按各時間帶，記錄與所述Xt對應(yīng)的量的過去的平均值。Wt按照星期或天氣、是否假日等日期種類而不同，所以按各日期種類 構(gòu)成。因此，wt具有如果t前進(jìn)24小時，就回到原來的值的周期性。構(gòu)成wt的問題是學(xué)習(xí)(時間帶、日期種類)與行程時間對應(yīng)的回歸式 的問題，在構(gòu)成它的具體方法中考慮各種方法。作為一個例子，能列舉把 日期種類或時間帶應(yīng)該分類為何種程度的細(xì)節(jié)的課題作為基于信息量標(biāo) 準(zhǔn)的最優(yōu)化問題解決的方法。[中期預(yù)測]接著，使用所述行程時間實時數(shù)據(jù)(時間系列數(shù)據(jù))和行程時間推移 模式，詳細(xì)說明中期預(yù)測方法。在中期預(yù)測中，在經(jīng)驗上知道關(guān)于行程時間，具有"如果堵塞開始時 刻提前，行程時間推移模式就相應(yīng)提前該部分。"、"如果關(guān)于某時間，過 分花費行程時間，不久就殘留同樣的傾向。"的性質(zhì)。這樣的變動非常適合于中期預(yù)測的范圍即30分鐘到1、2小時的期間。 本實施方式的行程時間預(yù)測裝置100使用把所述知識公式化的預(yù)測方法。以下，為了簡單起見，固定一個道路區(qū)間單位(路段)和日期種類， 如果行程時間實時數(shù)據(jù)101和行程時間推移模式假定為只由一個屬性"行 程時間"構(gòu)成的一維時間系列數(shù)據(jù)，就能把從行程時間推移模式存儲 DB104中存儲的過去數(shù)據(jù)求出的時刻t的行程時間表示為f (t)。此外，現(xiàn) 在時刻為to。這時，能夠用把a、 b作為變換參數(shù)的預(yù)測函數(shù)h(tla，b)-af(t-b) 預(yù)測行程時間。所述預(yù)測函數(shù)如圖2所示，是按照與實時數(shù)據(jù)的誤差減少 的方式把f (t)變?yōu)槌?shù)倍(a倍)和平行移動(一b)而獲得的函數(shù)?？墒?，對a、 b使用由把與行程時間實時數(shù)據(jù)101的誤差最小化的以 下表達(dá)式求出的a帽(to)和b帽(tQ)(以下表達(dá)式左邊的帶A的文字稱作 帽。以下，同樣)。[數(shù)學(xué)式1]<formula>formula see original document page 13</formula>此外，作為把a、 b作為變換參數(shù)的預(yù)測函數(shù)，能使用h(tla， b)=f (t —b) +3預(yù)測行程時間。所述預(yù)測函數(shù)如圖3所示，是按照使得與實時數(shù) 據(jù)的誤差減少的方式把f (t)垂直移動(+a倍)和平行移動(一b)而取 得的函數(shù)。這時的a、 b也使用由把與行程時間實時數(shù)據(jù)101的誤差最小化的以 下表達(dá)式求出的a帽(t0)和b帽(t0)。 [數(shù)學(xué)式2]在所述數(shù)學(xué)式1、2中，exp (—a ( t 。 一u))是與誤差Xu — h ( u I a ， b )) 2相乘的加權(quán)系數(shù)，按照越是最近的數(shù)據(jù)，越重視的 方式進(jìn)行工作。即如果追溯到比現(xiàn)在時刻to還早l/a步的過去，加權(quán)j變 為1/e倍，所以如果考慮1步為5分鐘的情況，就使用直到5/a的數(shù)倍左 右過去的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換。此外，數(shù)學(xué)式l、數(shù)學(xué)式2的右邊第2項和第3項的補償項的系數(shù)w a和Wb是控制函數(shù)變換易受怎樣程度的過去的數(shù)據(jù)影響的參數(shù)。這樣的變量a、 wa 、 wb都是控制學(xué)習(xí)的性質(zhì)的參數(shù)，稱作超參數(shù)。 作為a的具體的值，例如1步為5分鐘時，能直觀地決定為5/a * 3=120 等。此外，wa、 wb可以與行程時間的離散同程度地決定。使用所述的數(shù)學(xué)式1或數(shù)學(xué)式2那樣的預(yù)測函數(shù)，根據(jù)以下表達(dá)式， 求出從現(xiàn)在時刻t。過s時刻后的行程時間。[數(shù)學(xué)式3]<formula>formula see original document page 13</formula>此外，關(guān)于所述的超參數(shù)，也能使用以信息量標(biāo)準(zhǔn)"預(yù)測的隨機的復(fù) 雜性"的考慮方法最優(yōu)化過的值。預(yù)測的隨機的復(fù)雜性的具體形式由以下 表達(dá)式提供。這里設(shè)從24小時 78小時中包含的時間系列數(shù)據(jù)的記錄數(shù)為 m。須指出的是，關(guān)于"預(yù)測的隨機的復(fù)雜性"的細(xì)節(jié)，例如記載在非專利文獻(xiàn)2或非專利文獻(xiàn)3中。[數(shù)學(xué)式4]<formula>formula see original document page 14</formula>圖4是表示具有使用預(yù)測值計算機構(gòu)103的計算結(jié)果計算隨機的復(fù)雜 性的隨機復(fù)雜性計算機構(gòu)105的行程時間預(yù)測裝置的結(jié)構(gòu)的圖。根據(jù)該結(jié) 構(gòu)，能導(dǎo)出使用預(yù)測的隨機的復(fù)雜性的變換參數(shù)。圖5是表示本實施方式的行程時間預(yù)測裝置100中執(zhí)行的處理的流程 的流程圖。如果參照圖5，首先行程時間預(yù)測裝置100把時刻設(shè)定為現(xiàn)在 時刻ts (步驟S101)。接著，行程時間預(yù)測裝置100從行程時間推移模式存儲DB104讀出 行程時間實時數(shù)據(jù)101以及指定的路段和時間所對應(yīng)的行程時間推移模式 wt (步驟S102)，通過模式變換機構(gòu)102，計算指定所述行程時間推移模 式變換的所述變換參數(shù)，對預(yù)測值計算機構(gòu)103輸出(步驟S103)。接著，行程時間預(yù)測裝置100通過預(yù)測值計算機構(gòu)103，使用利用所 述變換參數(shù)進(jìn)行變換取得的預(yù)測函數(shù)，輸出預(yù)測值x帽t+n、 x帽t+n+1、 x 帽t+n+2'"(步驟S104)。如上所述，根據(jù)本實施方式，關(guān)于指定的預(yù)測對象路段，使用按照使 得過去的數(shù)據(jù)和現(xiàn)在的實測值的的誤差減少的方式變換過的預(yù)測函數(shù)，能 正確估計行程時間。[第2實施方式]接著，參照附圖，詳細(xì)說明對所述第l實施方式加以變更的本發(fā)明的 第2實施方式。對時間軸，以臺階狀的函數(shù)表現(xiàn)的行程時間模式是不能微分的，為了 發(fā)現(xiàn)誤差變?yōu)樽钚〉?a， b)的組合，有必要用(a， b)的全部組合執(zhí)行 計算，選擇成為最小的組合，計算量變得龐大。因此，在本實施方式中，對所述第1實施方式的變換參數(shù)計算處理(參 照圖5的步驟S103)加以變更，采用有限的數(shù)據(jù)，不使用微分，取得最佳 的解的方法，從而一邊保持預(yù)測精度， 一邊謀求計算時間的削減—。圖6是表示本實施方式的行程時間預(yù)測裝置100中執(zhí)行的處理的流程 的流程圖。與所述的第1實施方式的行程時間預(yù)測裝置100的處理的不同 點在于，在變換參數(shù)計算處理(步驟S103)中使用一定期間的最新逐次輸 入數(shù)據(jù)(圖6的"逐次輸入、忘卻")；和通過隨機梯度法，取得最佳解(圖 6的"隨機梯度法")。下面，參照圖7，說明變換參數(shù)計算處理的細(xì)節(jié)。如果參照圖7，則 首先行程時間預(yù)測裝置100從行程時間實時數(shù)據(jù)101讀入過去一定期間 (例如直到現(xiàn)在時刻ts的10 15分鐘之前的期間)中存在的q個數(shù)據(jù)(步 驟S106)，從讀入的數(shù)據(jù)計算用以下表達(dá)式表現(xiàn)的函數(shù)F (步驟S107)。<formula>formula see original document page 15</formula>[數(shù)學(xué)式5]函數(shù)F能逐次輸入數(shù)據(jù)，所以近似變換所述[數(shù)學(xué)式l]的誤差項和補 償項即以下的[數(shù)學(xué)式6]。該變換的特征在于，不是把行程時間推移模式 變?yōu)槌?shù)倍(a倍)，而是變?yōu)閑xp(a)倍。[數(shù)學(xué)式6]<formula>formula see original document page 15</formula>更具體而言，行程時間預(yù)測裝置100如以下所述，用對初始變換參數(shù) (ai ， b )應(yīng)用(加、減)/不應(yīng)用暫時變動寬度d。 e,的以下5模式， 計算函數(shù)F。<formula>formula see original document page 15</formula>行程時間預(yù)測裝置100從所述5模式的函數(shù)的計算結(jié)果，根據(jù)與誤差 的大小成比例的概率，從以下的9模式的組合中隨機選擇常數(shù)倍參數(shù)a和水平移動參數(shù)b的組合，選擇的組合為(a2， b2)b i)(a ,+ d t ，b j)(a ,，b >+ e ,)(a ,—d ,，b ,)(a i，b ,)(a ,+ d ,，b+ e ,)(a ,+ d i ，b ,—6 i)(a ,—d ,，b ,+ e ,)(a一d ,，b ,—6 i)行程時間預(yù)測裝置100如上所述，重復(fù)m次(按照行程時間預(yù)測裝置 IOO的處理能力等，預(yù)先設(shè)定m)應(yīng)用變動寬度dn、 en (n=l~m)的多個 模式的函數(shù)F的計算和基于計算結(jié)果的暫時常數(shù)倍參數(shù)an和暫時水平移動 參數(shù)bn的選擇(步驟S108)，限定出最佳的(a， b)。這時，變動寬度dn、 en (n=l m)為d^d2^ ^dm， ei^e2".^ em，設(shè)定為按照要求的行程時間的預(yù)測精度，隨著計算次數(shù)m增加，逐漸 變?yōu)榧?xì)致的步。再度進(jìn)行預(yù)測處理時，按照圖6的流程，更新為t:二t+l (步驟S105)， 進(jìn)行變換參數(shù)的計算(步驟S103)的處理。在下一時刻t+l的行程時間實時數(shù)據(jù)的讀入處理(步驟S106)中，只 讀入在時刻t到t+l的時間帶被更新過的數(shù)據(jù)，用包含該數(shù)據(jù)的最新的q 個數(shù)據(jù)進(jìn)行函數(shù)F的計算(步驟S107)。據(jù)此，削減讀入的數(shù)據(jù)，提高處 理速度。此外，不使用(忘卻)老的數(shù)據(jù)，通過逐次輸入最新的q個，也能保 證預(yù)測精度。根據(jù)以上，不使用微分，通過減少讀入數(shù)據(jù)數(shù)，能實現(xiàn)高速 處理。如上所述，在本實施方式中，能夠以更少的計算量，對大范圍的道路預(yù)測行程時間，對由于空間的制約而難以安裝多個高性能的處理裝置的車 載機的安裝也變得容易。 [第3實施方式]下面，參照附圖，詳細(xì)說明對所述第l實施方式加以變更的本發(fā)明的第3實施方式。本實施方式的行程時間預(yù)測裝置在所述第1實施方式的結(jié)構(gòu)中加上長期預(yù)測機構(gòu)、短期預(yù)測機構(gòu)等多個預(yù)測機構(gòu)，具有從其中選擇適合的預(yù)測機構(gòu)，以適當(dāng)?shù)闹芷?5分鐘到1小時左右)實時預(yù)測的高速 預(yù)測功能。以下，以對所述第1實施方式的追加和變更點為中心，詳細(xì)說 明。[多個預(yù)測機構(gòu)]圖8是表示本實施方式的行程時間預(yù)測裝置100的結(jié)構(gòu)的圖。如果參 照圖8，則行程時間預(yù)測裝置100除了由所述第1實施方式的模式變換機 構(gòu)102和預(yù)測值計算機構(gòu)103構(gòu)成的中期預(yù)測機構(gòu)111，還具有長期預(yù)測 機構(gòu)110和短期預(yù)測機構(gòu)112。長期預(yù)測長期預(yù)測機構(gòu)110是不使用行程時間實時數(shù)據(jù)101，進(jìn)行只使用行程 時間推移模式存儲DB104的存儲數(shù)據(jù)的長期預(yù)測處理的機構(gòu)。在交通信 息中，現(xiàn)在的狀態(tài)波及將來的影響最高為數(shù)小時左右，關(guān)于此后的預(yù)測， 沒有使用實時數(shù)據(jù)的意義。短期預(yù)測短期預(yù)測機構(gòu)112是進(jìn)行基于自動回歸模型(AR模型=Auto Regression模型)的短期預(yù)測處理的機構(gòu)。這里，短期預(yù)測使用過去1小 時左右的行程時間實時數(shù)據(jù)101，進(jìn)行最多一小時以后的預(yù)測。在短期預(yù) 測中能使用各種方法，但是希望能使用本申請人的專利文獻(xiàn)3中記載的方 法。為了與后面描述的預(yù)測機構(gòu)的選擇關(guān)聯(lián)，以下說明使用自動回歸模型 (AR模型)的專利文獻(xiàn)3的方法的概要。這里，設(shè)行程時間實時數(shù)據(jù)和行程時間推移模式的差分為y t = x t 一wt 。 AR模型是規(guī)定發(fā)生行程時間實時數(shù)據(jù)的概率分布的統(tǒng)計模型。 可以描述為[數(shù)學(xué)式7]這里，Et是噪聲項， 一般是平均0的多維正態(tài)分布。此外，am稱作 AR系數(shù)。指定一個模型時，可以指定規(guī)定全部AR系數(shù)和et的概率分布 的離散。把這些參數(shù)匯總寫為e 。如果指定e ，就能通過[數(shù)學(xué)式8] 71 = 1從過去數(shù)據(jù)預(yù)測最近的行程時間。此外，根據(jù)過去數(shù)據(jù)推測e，成為 學(xué)習(xí)問題，有必要預(yù)先對很多的路段進(jìn)行學(xué)習(xí)。 [預(yù)測處理的選擇]本實施方式的行程時間預(yù)測裝置ioo具有利用所述3種預(yù)測機構(gòu)和取 得的行程時間實時數(shù)據(jù)，求出各路段的適當(dāng)?shù)念A(yù)測方法，進(jìn)行有效的預(yù)測 處理的功能。首先，預(yù)先決定成為各預(yù)測的對象的期間。例如，決定如果為現(xiàn)在時刻t。時，關(guān)于1^t。+6，作為短期預(yù)測的對象，關(guān)于t。+7^t^t。+25，作 為中期預(yù)測的對象，此后，原封不動地輸出行程時間推移模式存儲DB104 的值(長期預(yù)測)。如果時間間隔為5分鐘，所述規(guī)則就意味著從現(xiàn)在時刻到30分鐘后， 進(jìn)行短期預(yù)測，此后到120分鐘后，進(jìn)行中期預(yù)測，再之后進(jìn)行長期預(yù)測。本實施方式的行程時間預(yù)測裝置IOO判定關(guān)于所述短期預(yù)測和中期預(yù) 測對象時間，是進(jìn)行短期預(yù)測和中期預(yù)測，還是原封不動使用行程時間推 移模式存儲DB104的值。關(guān)于短期預(yù)測，使用AR模型時，為了進(jìn)行預(yù)測，按照AR模型的次數(shù) 追溯到過去的實時數(shù)據(jù)成為必要。例如使用m次的AR模型時，相當(dāng)于t。-m ^ t ^ t。的期間的行程時間實時數(shù)據(jù)是必要的。本實施方式的行程時間預(yù)測裝置100是該期間的行程時間實時數(shù)據(jù) 101和行程時間推移模式存儲DB104的值的差異大時，使短期預(yù)測算法工 作，如果不這樣，就原封不動使用行程時間推移模式存儲DB104的值進(jìn)行例如，以下的量比預(yù)先決定的閾值A(chǔ)s還大時，進(jìn)行短期預(yù)測，不是 這樣時，不進(jìn)行。 [數(shù)學(xué)式9]1 古o這里，As的具體值可以用必要的行程時間的精度決定。例如如果1 分鐘的精度是必要的，就每隔1分鐘，能夠只在必要的時候，輸出基于所 述短期預(yù)測的行程時間。關(guān)于中期預(yù)測，同樣，相當(dāng)于t。-I/a St^t。的期間的行程時間實時 數(shù)據(jù)成為必要。這時，根據(jù)把所述數(shù)學(xué)式7的m置換為1/ a而取得的量是 否比預(yù)先決定的值am還大，能判定是否要執(zhí)行中期預(yù)測。Am也與所述As 同樣，可以用必要的精度決定，但是一般中期預(yù)測與短期預(yù)測相比，不能 期待更高精度，所以設(shè)定As的數(shù)倍左右是適當(dāng)?shù)?例如，5分鐘)。如上所述，通過適宜設(shè)定AM和As，能控制與預(yù)測處理有關(guān)的計算成本。[預(yù)測處理的分組]例如，關(guān)于同一道路上的連續(xù)的2個路段的行程時間實時數(shù)據(jù)在很多 的時候，能期待具有非常相似的統(tǒng)計性質(zhì)。此外，關(guān)于并行的2個道路上 的路段，也同樣。特別是如果考慮行程時間實時數(shù)據(jù)和行程時間推移模式 的差分，就能吸收道路固有的性質(zhì)，期待相關(guān)更清楚。因此，本實施方式 的行程時間預(yù)測裝置IOO預(yù)先對路段的集合，根據(jù)形成時間推移模式存儲 DB104的值，進(jìn)行群集，把表現(xiàn)相似的傾向的路段分組。因此，關(guān)于各組，決定一個代表路段。如果關(guān)于中期預(yù)測，只關(guān)于該 代表路段，求出中期預(yù)測中使用的變換參數(shù)(a帽(t。) ，b帽(t。))，就 能對屬于該組的路段，進(jìn)行預(yù)測。在對于無法取得現(xiàn)在時刻的實時數(shù)據(jù)的 路段，預(yù)測也成為可能(實質(zhì)上能把全國全部的道路作為預(yù)測對象)的方 面，和能夠削減計算時間的方面這2方面在中期預(yù)測中是特別有利的。該群集有必要對成為預(yù)測對象的全部路段進(jìn)行，但是，因為認(rèn)為在地理上遠(yuǎn)離的路段彼此原本沒有相關(guān)，所以只在分塊化的地區(qū)內(nèi)處理。例如， 以考慮這些地理關(guān)系的階層構(gòu)造(地域/2次網(wǎng)格/路段組/路段/)保持行 程時間推移模式，能把所述群集容易化。此外，如上所述，用階層構(gòu)造管 理行程時間推移模式在負(fù)荷分散和擴張性的方面也有利。此外，所述的群集處理基本上作為前處理進(jìn)行一次，沒必要實時進(jìn)行。作為具體的群集方法，能使用Ward法、k-means等古典的方法(例如參照 基于神島敏弘的"數(shù)據(jù)開采領(lǐng)域的群集方法(1)-使用群集，試試看！ -" 人工智能學(xué)會雜志、vol. 18、 no. 1、 pp.59-65 (2003))、基于T. Kohonen 的書籍("Self-OrganizingMaps， " Springer-Verlag， Berlin, 2001)中提 出的SOM (Self Organized Map二自組織圖)等。 [預(yù)測處理的調(diào)度]接著，說明本實施方式的行程時間預(yù)測裝置100的動作(預(yù)測處理的 調(diào)度)。圖9、圖10是表示本實施方式的行程時間預(yù)測裝置100的動作(預(yù)測 處理的調(diào)度)的流程圖。如果參照圖9，行程時間預(yù)測裝置100就按照預(yù) 測對象路段的集合與預(yù)測對象時間，從行程時間推移模式存儲DB104加載 必要的行程時間推移模式(步驟S201)。然后，行程時間預(yù)測裝置100定期執(zhí)行圖9所示的預(yù)測信息的更新處 理(步驟S202)。如果參照圖10，則首先行程時間預(yù)測裝置100根據(jù)到現(xiàn)在時刻為止的 行程時間實時數(shù)據(jù)、在步驟S201中加載的行程時間推移模式、預(yù)測對象 時間，判定短期預(yù)測、中期預(yù)測是否必要(步驟S211)。行程時間預(yù)測裝置100從預(yù)測對象路段所屬的組選擇代表路段(步驟 S212)。行程時間預(yù)測裝置100如果在步驟S211中判定為需要中期預(yù)測，就 執(zhí)行中期預(yù)測處理(步驟S213)。同樣，如果在步驟S211中判定為需要短 期預(yù)測，行程時間預(yù)測裝置100就執(zhí)行短期預(yù)測處理(步驟S214)。最后，行程時間預(yù)測裝置100綜合各預(yù)測結(jié)果，輸出與預(yù)測對象路段 和預(yù)測對象時間對應(yīng)的行程時間預(yù)測結(jié)果(步驟S215)。在本實施方式中，如所述"預(yù)測處理的選擇"中所述那樣，組合短期預(yù)測、中期預(yù)測、長期預(yù)測各自的優(yōu)點，以少的計算量能取得保證一定精 度的預(yù)測結(jié)果。此外，如所述的"預(yù)測處理的分組"中所述，關(guān)于包含由 于成本等事情，實質(zhì)上不可能取得實時數(shù)據(jù)的路段(道路區(qū)間)的路線的 預(yù)測也成為可能。此外，按所述計算的精度高的預(yù)測數(shù)據(jù)在個人司機、運送旅客或物品 的運輸業(yè)從業(yè)者、出租車從業(yè)者、公共汽車從業(yè)者等各種運輸業(yè)者中，成為進(jìn)行路線選擇或?qū)谜叩亩蔚男畔⒎?wù)上的有用的信息。能使用具有提供由所述的行程時間預(yù)測裝置100輸出的行程時間預(yù)測 結(jié)果的機構(gòu)的交通信息提供系統(tǒng)，進(jìn)行交通信息提供服務(wù)。這些信息內(nèi)容 鑒于其有用性，能以設(shè)定一定的配送期間的固定制或與信息配送次數(shù)或配 送尺寸等對應(yīng)的按量制等任意的收費體系有償配送。此外，或者與給定廣 告組合配送，從而如果使該廣告主負(fù)擔(dān)系統(tǒng)運營費，就能免費配送。不僅行程時間預(yù)測結(jié)果，也可以適當(dāng)付與注釋，也一并配送所述變換 參數(shù)。以上，說明了本發(fā)明的理想的各實施方式，但是這些實施方式記載本 申請人:所能夠知道的理想的實施方式，在不脫離本發(fā)明的要旨的范圍中， 當(dāng)然能加以各種變形。
權(quán)利要求
1.一種行程時間預(yù)測裝置，把從全部路段集合中指定為預(yù)測對象的路段、預(yù)測對象的日期時間、關(guān)于所述指定的路段逐次輸入的行程時間的時間系列數(shù)據(jù)作為輸入，輸出所述指定的路段和日期時間的預(yù)測行程時間，該行程時間預(yù)測裝置從保持至少按日期種類統(tǒng)計處理過各路段的過去的時間系列數(shù)據(jù)的行程時間推移模式的數(shù)據(jù)庫，取得與所述指定的路段以及日期種類對應(yīng)的行程時間推移模式；計算該行程時間推移模式和所述逐次輸入的行程時間的時間系列數(shù)據(jù)之間的誤差減小的行程時間推移模式的變換參數(shù)；使用根據(jù)該計算出的變換參數(shù)，變換所述行程時間推移模式而取得的預(yù)測函數(shù)，進(jìn)行預(yù)測。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的行程時間預(yù)測裝置，其特征在于 計算行程時間推移模式的變換參數(shù)，所述行程時間推移模式和所述逐次輸入的行程時間之間的加權(quán)誤差，與補償項之和減小。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的行程時間預(yù)測裝置，其特征在于 通過減小預(yù)測隨機復(fù)雜性，把所述加權(quán)誤差的加權(quán)系數(shù)和補償項的大小最優(yōu)化。 '
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置，其特 征在于作為所述變換參數(shù)，至少計算所述行程時間推移模式的常數(shù)倍參數(shù)和 水平移動參數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置，其特 征在于作為所述變換參數(shù)，至少計算所述行程時間推移模式的垂直移動參數(shù) 和水平移動參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置，其特 征在于根據(jù)所述逐次輸入的過去一定時間中觀測的給定個數(shù)的行程時間的 時間系列數(shù)據(jù)，與使用應(yīng)用/不應(yīng)用按每次計算減小的方式?jīng)Q定的暫時變動 寬度的多個模式的暫時變換參數(shù)所計算出的預(yù)測值之間的誤差的出現(xiàn)概 率，通過重復(fù)給定次數(shù)所述暫時變換參數(shù)的更新和所述誤差的計算，決定 所述行程時間推移模式的變換參數(shù)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置，其特征在于還具有利用自動回歸模型，進(jìn)行直到將來給定時間的行程時間的短期 預(yù)測的短期預(yù)測機構(gòu)；關(guān)于超過所述短期預(yù)測機構(gòu)的預(yù)測范圍的部分，進(jìn)行使用所述預(yù)測函 數(shù)的行程時間中期預(yù)測。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置，其特 征在于還具有利用自動回歸模型，進(jìn)行直到將來給定時間的行程時間的短期 預(yù)測的短期預(yù)測機構(gòu)；關(guān)于超過所述短期預(yù)測機構(gòu)的預(yù)測范圍的部分，進(jìn)行使用所述預(yù)測函 數(shù)的行程時間中期預(yù)測；在所述短期預(yù)測和中期預(yù)測中，只當(dāng)所述逐次輸入的行程時間的時間 系列數(shù)據(jù)和所述數(shù)據(jù)庫中存儲的行程時間推移模式故意不同時，執(zhí)行預(yù)
9.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置，其特 征在于還具有利用自動回歸模型，進(jìn)行直到將來給定時間的行程時間的短期預(yù)測的短期預(yù)測機構(gòu)；關(guān)于超過所述短期預(yù)測機構(gòu)的預(yù)測范圍的部分，進(jìn)行使用所述預(yù)測函 數(shù)的行程時間中期預(yù)測；關(guān)于全部預(yù)測對象路段，劃分為預(yù)先設(shè)定的組，對所述各組的每一個 的代表路段，事先求出所述變換參數(shù)；對屬于與所述代表路段相同的組的路段，使用所述變換參數(shù)的值進(jìn)行 預(yù)測。
10. —種交通信息提供系統(tǒng)，與權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置連接； 還具有對給定的終端，提供包含由所述行程時間預(yù)測裝置輸出的預(yù) 測行程時間的交通信息的機構(gòu)。
11. 一種交通信息提供系統(tǒng)，與權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置連接； 還具有對給定的終端，提供包含由所述行程時間預(yù)測裝置輸出的預(yù) 測行程時間的交通信息的機構(gòu)；以及所述交通信息的配送期間被固定的固定制的收費機構(gòu)。
12. —種交通信息提供系統(tǒng)，與權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置連接； 還具有對給定的終端，提供包含由所述行程時間預(yù)測裝置輸出的預(yù) 測行程時間的交通信息的機構(gòu)；以及與所述交通信息的配送次數(shù)對應(yīng)的按量制的收費機構(gòu)。
13. —種交通信息提供系統(tǒng)，與權(quán)利要求1 3中的任意一項所述的行程時間預(yù)測裝置連接； 還具有對給定的終端，提供包含由所述行程時間預(yù)測裝置輸出的預(yù)測行程時間的交通信息的機構(gòu)；與所述交通信息一起，提供所述預(yù)測函數(shù)的變換中使用的所述變換參數(shù)的值。
14. 一種使用計算機的行程時間預(yù)測方法，把從全部路段集合中指定 為預(yù)測對象的路段、預(yù)測對象的日期時間、關(guān)于所述指定的路段逐次輸入 的行程時間的時間系列數(shù)據(jù)作為輸入，輸出所述指定的路段和日期時間的 預(yù)測行程時間，該方法包括所述計算機從保持至少按日期種類統(tǒng)計處理過各路段的過去的時間 系列數(shù)據(jù)的行程時間推移模式的數(shù)據(jù)庫，取得與所述指定的路段以及日期 種類對應(yīng)的行程時間推移模式的步驟；所述計算機計算所述行程時間推移模式和所述逐次輸入的行程時間 的時間系列數(shù)據(jù)之間的誤差減小的行程時間推移模式的變換參數(shù)的步驟；所述計算機根據(jù)所述計算出的變換參數(shù)，變換所述行程時間推移模式，取得預(yù)測函數(shù)的步驟；以及所述計算機使用所述預(yù)測函數(shù)，預(yù)測所述指定的路段和日期時間的預(yù) 測行程時間并輸出的步驟。
15. —種使計算機執(zhí)行的程序，把從全部路段集合中指定為預(yù)測對象 的路段、預(yù)測對象的日期時間、關(guān)于所述指定的路段逐次輸入的行程時間 的時間系列數(shù)據(jù)作為輸入，輸出所述指定的路段和日期時間的預(yù)測行程時 間，使計算機執(zhí)行以下的處理-從保持至少按日期種類統(tǒng)計處理過各路段的過去的時間系列數(shù)據(jù)的 行程時間推移模式的數(shù)據(jù)庫，取得與所述指定的路段以及日期種類對應(yīng)的 行程時間推移模式的處理；計算該行程時間推移模式和所述逐次輸入的行程時間的時間系列數(shù) 據(jù)之間的誤差減小的行程時間推移模式的變換參數(shù)的處理；根據(jù)所述計算出的變換參數(shù)，變換所述行程時間推移模式，取得預(yù)測 函數(shù)的處理；以及使用所述預(yù)測函數(shù)，預(yù)測所述指定的路段和日期時間的預(yù)測行程時間 并輸出的處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種行程時間預(yù)測裝置和方法、交通信息提供系統(tǒng)和程序，組合現(xiàn)狀和統(tǒng)計信息，能以高精度進(jìn)行行程時間的中期預(yù)測。行程時間預(yù)測裝置從保持按日期種類統(tǒng)計處理各路段的過去的時間系列數(shù)據(jù)的行程時間推移模式的行程時間推移模式存儲DB(104)，取得與指定的路段以及日期種類對應(yīng)的行程時間推移模式，計算出該行程時間推移模式和所述逐次輸入的行程時間實時數(shù)據(jù)(101)之間的誤差減小的行程時間推移模式的變換參數(shù)，使用根據(jù)該所算出的變換參數(shù)，變換所述行程時間推移模式而取得的預(yù)測函數(shù)進(jìn)行預(yù)測。此外，計算的預(yù)測值和變換參數(shù)作為交通信息配送。
文檔編號G06Q10/00GK101236620SQ200710181628
公開日2008年8月6日 申請日期2007年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月20日
發(fā)明者中田貴之, 杉崎康弘, 竹內(nèi)純一, 藤田貴司 申請人:日本電氣株式會社;Nec軟件有限公司