一種城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法：首先對(duì)歷史交通數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從歷史交通數(shù)據(jù)中挖掘交通模式，包括路段鏈的相關(guān)性；然后根據(jù)輸入的起點(diǎn)和終點(diǎn)及出行時(shí)刻給出基于歷史信息的推薦路由；車輛行駛過程中，輸入實(shí)時(shí)交通事件，基于新的起點(diǎn)重新進(jìn)行預(yù)測，修正推薦路由，從而將該預(yù)測方法應(yīng)用于實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)。本發(fā)明能有效綜合考慮城市歷史交通模式，對(duì)城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間進(jìn)行有效預(yù)測，方法簡單易行，運(yùn)行條件容易滿足，可以對(duì)城市動(dòng)態(tài)路徑的行程時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，從而引導(dǎo)車輛合理選擇出行路線，對(duì)于緩解城市交通擁堵有重要作用，并且易于在大中型城市中推廣應(yīng)用。
【專利說明】一種城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，屬于道路交通【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 在智能交通研究領(lǐng)域，如何提高交通服務(wù)水平，許多國家和地區(qū)已經(jīng)開展了城市 道路行程時(shí)間預(yù)測的研究，并已成為國際研究的熱點(diǎn)之一。目前已有的行程時(shí)間預(yù)測方法 主要側(cè)重于靜態(tài)路徑的行程時(shí)間預(yù)測。
[0003] 現(xiàn)有的城市路徑行程時(shí)間預(yù)測方法預(yù)測精度不高，如果能夠?qū)F(xiàn)有的預(yù)測方法進(jìn) 行一定的融合，形成交通規(guī)則，在預(yù)測過程中考慮各種交通特征，動(dòng)態(tài)調(diào)整各種交通事件對(duì) 行程時(shí)間影響的權(quán)值，將大大提高車輛行程時(shí)間預(yù)測的精度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，能有效挖掘浮動(dòng)車 數(shù)據(jù)，可以對(duì)城市路徑的行程時(shí)間進(jìn)行預(yù)測，從而引導(dǎo)車輛合理選擇出行路線。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測 方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟一：創(chuàng)建基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的歷史交通模式；
[0007] 步驟二：創(chuàng)建默認(rèn)交通模式，分別為不同時(shí)間維和空間維的路段定義道路擁堵級(jí) 另IJ，同時(shí)設(shè)定歷史交通模式權(quán)值a和默認(rèn)交通模式權(quán)值3 ;
[0008] 步驟三：設(shè)置交通參數(shù)，依據(jù)設(shè)置的交通參數(shù)查找滿足條件的歷史交通模式和默 認(rèn)交通模式，確定路段的擁堵級(jí)別，從而獲得路段的平均速度；
[0009] 步驟四：讀取實(shí)時(shí)交通參數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)交通參數(shù)調(diào)整歷史交通模式權(quán)值a和默認(rèn) 交通模式權(quán)值0，定義交通模式的最小支持度閾值x和最小可信度閾值6;
[0010] 步驟五：根據(jù)設(shè)置的交通參數(shù)，產(chǎn)生m條候選路徑，用戶根據(jù)需要從候選路徑中選 擇一條最佳路徑，加權(quán)計(jì)算最佳路徑基于歷史交通模式的路徑行程時(shí)間Th和基于默認(rèn)交通 模式的路徑行程時(shí)間I；，最佳路徑的預(yù)測行程時(shí)間T，計(jì)算公式為：T=aTh+01；，其中，a 和@采用經(jīng)過所述步驟四調(diào)整后的值；
[0011] 步驟六：如果在行車過程中發(fā)生了突發(fā)交通事故或臨時(shí)交通管制，需要調(diào)整最佳 路徑的實(shí)時(shí)權(quán)值和交通模式，則重新選擇最佳路徑，并預(yù)測剩下路徑行程時(shí)間。
[0012] 進(jìn)一步的，所述交通參數(shù)至少包括車輛出行的起點(diǎn)、終點(diǎn)、出行時(shí)刻、出行日期、天 氣狀況和是否突發(fā)交通事故和臨時(shí)交通管制。
[0013] 進(jìn)一步的，所述歷史交通模式的具體創(chuàng)建方法如下：
[0014] 1-1)定義時(shí)空維：時(shí)間維分為年、季節(jié)、月、星期、小時(shí)、半小時(shí)；空間維分為路段 鏈；
[0015] 1-2)將道路通行級(jí)別分為10級(jí)：
[0016] 平均速度為0?5km/h定義為9級(jí)；
[0017] 平均速度為6?lOkm/h定義為8級(jí)；
[0018] 平均速度為11?15km/h定義為7級(jí)；
[0019] 平均速度為16?20km/h定義為6級(jí)；
[0020] 平均速度為21?25km/h定義為5級(jí)；
[0021] 平均速度為26?30km/h定義為4級(jí)；
[0022] 平均速度為31?35km/h定義為3級(jí)；
[0023] 平均速度為36?40km/h定義為2級(jí)；
[0024] 平均速度為40?60km/h定義為1級(jí)；
[0025] 平均速度為大于60km/h定義為0級(jí)；
[0026] 1-3)定義城市道路網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)無向帶權(quán)圖G= (V，E，Q)，其中：V是頂點(diǎn)的集合， E是邊的集合，城市道路網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)交叉路口即為無向帶權(quán)圖中的一個(gè)頂點(diǎn)，用ni表示， niGV，并對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，城市道路網(wǎng)絡(luò)中的一條路段e即為無向帶權(quán)圖中的一條 邊，用一個(gè)二元組（叫，rij)表示,eGE,ni，rij表示路段e的結(jié)點(diǎn)GV，rijGV，Q為正的實(shí) 數(shù)集合，表示路段所對(duì)應(yīng)的長度；
[0027] 1-4)定義路段鏈歷史交通模式為STP: (W，TI，H，L(ni，nj)，D，R，S，C)，其中W表示星 期幾，值為1?7 ;
[0028] TI為時(shí)間索引，值為1?48,分別表示一天的每半小時(shí)；
[0029] H代表是否為假期，值為0和1，1表示假期，0表示工作日；
[0030] L(ni，nj)為路段鏈；D為方向，值為0和1，0表示起點(diǎn)編號(hào)大于終點(diǎn)編號(hào)，1表示起 點(diǎn)編號(hào)小于終點(diǎn)編號(hào)；
[0031 ] R為道路通行級(jí)別，值為0?9 ;
[0032] S為支持度，S定義為出行日期所在月份中，滿足H的天數(shù)占當(dāng)月總天數(shù)的百分比， 且S大于最小支持度x;
[0033] C為可信度，C定義為當(dāng)月中時(shí)間索引TI，并且擁堵級(jí)別為R的天數(shù)占當(dāng)月滿足H 的天數(shù)的百分比，且C大于最小可信度閾值S;
[0034] 所述路段鏈的有效歷史交通模式為：if工作日/假期&時(shí)間&路段鏈&方向&支 持度為S&可信度為Cthen道路通行級(jí)別為R;
[0035] 1-5)定義路段鏈的時(shí)空交叉模式CSTP，指一段時(shí)間范圍內(nèi)，兩路段鏈間的時(shí)空模 式關(guān)系，包含兩個(gè)空間信息和一個(gè)時(shí)間信息；
[0036] 計(jì)算兩路段鏈相關(guān)性：Co(A，B) =P(A)八P(B)/P(A)P(B)，其中，P(A)表示路段鏈 A發(fā)生交通擁堵的次數(shù)，P(B)表示路段鏈B發(fā)生擁堵的次數(shù)，P(A)~P(B)表示A和B在一段 時(shí)間范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)生擁堵的次數(shù)，如果相關(guān)性值大于1，則為正相關(guān)，指車流的狀態(tài)由前驅(qū) 路段鏈向后轉(zhuǎn)移的趨勢；如果相關(guān)性值小于1，則為負(fù)相關(guān)，指兩路段鏈相互獨(dú)立。
[0037] 進(jìn)一步的，步驟六所述的重新選擇最佳路徑指重新選擇與當(dāng)前路段A相鄰且負(fù)相 關(guān)的路段B，即滿足Co(A,B)〈1。
[0038] 進(jìn)一步的，所述默認(rèn)交通模式的創(chuàng)建方法如下：
[0039] 由交通管理部門或?qū)＜覄?chuàng)建默認(rèn)交通模式為路段鏈模式為STP' ：（W'，TI'，H'，L(n ，D，，R，，S，，C，）；
[0040] 其中：W'表示星期幾，值為1?7 ;
[0041]TI'為時(shí)間索引，值為1?48,分別表示一天的每半小時(shí)；
[0042] H'代表是否為假期，值為0和1，1表示假期，0表示工作日；
[0043]LO^np' 為路段鏈；
[0044] D'為方向，值為0和1，0表示起點(diǎn)編號(hào)大于終點(diǎn)編號(hào)，1表示起點(diǎn)編號(hào)小于終點(diǎn)編 號(hào)；
[0045] R'為道路通行級(jí)別，值為0?9 ;
[0046] S'和C'的取值分別取最小支持度閾值x和最小可信度閾值6 ;
[0047] 所述默認(rèn)交通模式即為：if工作日/假期&時(shí)間&路段鏈&方向&支持度為x& 可信度為Sthen道路通行級(jí)別為R'。
[0048] 進(jìn)一步的，所述歷史交通模式權(quán)值a和默認(rèn)交通模式權(quán)值@滿足： aG[0, 1], 0G[0, 1]且a+0 = 1，最小支持度閾值x和最小可信度閾值6滿足： XG[0, 1]，SG[0, 1]。
[0049] 進(jìn)一步的，所述歷史交通模式權(quán)值a和默認(rèn)交通模式權(quán)值0的調(diào)整方法如下：
[0050]依據(jù) 1:if浮動(dòng)車稀少thena=a-5 %, 0=0+5 %;
[0051]依據(jù) 2:if惡劣天氣thena=a+5%,6 =P-5%;
[0052] 依據(jù)3:if缺乏匹配的歷史交通模式thena= 〇, @ = 1 ;
[0053] 依據(jù)4 :if缺乏默認(rèn)交通模式thena= 1,P= 〇 ;
[0054] 所述浮動(dòng)車稀少是指歷史數(shù)據(jù)庫中路段鏈上浮動(dòng)車覆蓋率低于3% ;所述惡劣天 氣是指氣象學(xué)上所指的發(fā)生突然、移動(dòng)迅速、天氣劇烈、破壞力極大的嚴(yán)重影響交通出行的 災(zāi)害性天氣。
[0055] 進(jìn)一步的，所述加權(quán)計(jì)算基于歷史交通模式的路徑行程時(shí)間的方法為：
[0056] 對(duì)于每條候選路徑，根據(jù)設(shè)置的交通參數(shù)結(jié)合候選路徑中的路段鏈，查找匹配的 歷史交通模式，進(jìn)一步獲得該候選路徑的所有路段鏈的道路擁堵級(jí)別；
[0057] 再根據(jù)路段鏈的道路擁堵級(jí)別獲得相應(yīng)的路段鏈的車輛平均行駛速度Vi，最后 計(jì)算出每條路段鏈i的行程時(shí)間h=Li/Vi，則基于歷史交通模式的路徑行程時(shí)間Th為：

【權(quán)利要求】
1. 一種城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：創(chuàng)建基于浮動(dòng)車數(shù)據(jù)的歷史交通模式； 步驟二：創(chuàng)建默認(rèn)交通模式，分別為不同時(shí)間維和空間維的路段定義道路擁堵級(jí)別，同 時(shí)設(shè)定歷史交通模式權(quán)值a和默認(rèn)交通模式權(quán)值運(yùn)； 步驟三：設(shè)置交通參數(shù)，依據(jù)設(shè)置的交通參數(shù)查找滿足條件的歷史交通模式和默認(rèn)交 通模式，確定路段的擁堵級(jí)別，從而獲得路段的平均速度； 步驟四：讀取實(shí)時(shí)交通參數(shù)，根據(jù)實(shí)時(shí)交通參數(shù)調(diào)整歷史交通模式權(quán)值a和默認(rèn)交通 模式權(quán)值0，定義交通模式的最小支持度閾值x和最小可信度閾值6 ; 步驟五：根據(jù)設(shè)置的交通參數(shù)，產(chǎn)生m條候選路徑，用戶根據(jù)需要從候選路徑中選擇一 條最佳路徑，加權(quán)計(jì)算最佳路徑基于歷史交通模式的路徑行程時(shí)間Th和基于默認(rèn)交通模式 的路徑行程時(shí)間I；，最佳路徑的預(yù)測行程時(shí)間T，計(jì)算公式為：T=aTh+01；，其中，a和3 采用經(jīng)過步驟四調(diào)整后的值； 步驟六：如果在行車過程中發(fā)生了突發(fā)交通事故或臨時(shí)交通管制，需要調(diào)整最佳路徑 的實(shí)時(shí)權(quán)值和交通模式，則重新選擇最佳路徑，并預(yù)測剩下路徑行程時(shí)間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，所述交通參 數(shù)至少包括車輛出行的起點(diǎn)、終點(diǎn)、出行時(shí)刻、出行日期、天氣狀況和是否突發(fā)交通事故和 臨時(shí)交通管制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，所述歷史交 通模式的具體創(chuàng)建方法如下： 1-1)定義時(shí)空維：時(shí)間維分為年、季節(jié)、月、星期、小時(shí)、半小時(shí)；空間維分為路段鏈； 1-2)將道路通行級(jí)別分為10級(jí)： 平均速度為〇?5km/h定義為9級(jí)； 平均速度為6?10km/h定義為8級(jí)； 平均速度為11?15km/h定義為7級(jí)； 平均速度為16?20km/h定義為6級(jí)； 平均速度為21?25km/h定義為5級(jí)； 平均速度為26?30km/h定義為4級(jí)； 平均速度為31?35km/h定義為3級(jí)； 平均速度為36?40km/h定義為2級(jí)； 平均速度為40?60km/h定義為1級(jí)； 平均速度為大于60km/h定義為0級(jí)； 1-3)定義城市道路網(wǎng)絡(luò)為一個(gè)無向帶權(quán)圖G= (V，E，Q)，其中：V是頂點(diǎn)的集合，E是邊 的集合，城市道路網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)交叉路口即為無向帶權(quán)圖中的一個(gè)頂點(diǎn)，用^表示，nieV， 并對(duì)每個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，城市道路網(wǎng)絡(luò)中的一條路段e即為無向帶權(quán)圖中的一條邊，用一 個(gè)二元組（rii,np表示，eGE，]^，rij表示路段e的結(jié)點(diǎn)，叫GV，rijGV，Q為正的實(shí)數(shù)集合， 表示路段所對(duì)應(yīng)的長度； 1-4)定義路段鏈歷史交通模式為STP: (1，11，11，1(叫，11』)，0，1?，5,〇，其中1表示星期幾，值為1?7 ; TI為時(shí)間索引，值為1?48,分別表示一天的每半小時(shí)； H代表是否為假期，值為0和1，1表示假期，0表示工作日； LO^np為路段鏈；D為方向，值為0和1，0表示起點(diǎn)編號(hào)大于終點(diǎn)編號(hào)，1表示起點(diǎn)編 號(hào)小于終點(diǎn)編號(hào)； R為道路通行級(jí)別，值為0?9 ; S為支持度，S定義為出行日期所在月份中，滿足H的天數(shù)占當(dāng)月總天數(shù)的百分比，且S大于最小支持度x; C為可信度，C定義為當(dāng)月中時(shí)間索引TI，并且擁堵級(jí)別為R的天數(shù)占當(dāng)月滿足H的天 數(shù)的百分比，且C大于最小可信度閾值S; 所述路段鏈的有效歷史交通模式為：if工作日/假期&時(shí)間&路段鏈&方向&支持度 為S&可信度為Cthen道路通行級(jí)別為R; 1-5)定義路段鏈的時(shí)空交叉模式CSTP，指一段時(shí)間范圍內(nèi)，兩路段鏈間的時(shí)空模式關(guān) 系，包含兩個(gè)空間信息和一個(gè)時(shí)間信息； 計(jì)算兩路段鏈相關(guān)性：Co(A，B) =P(A)八P(B)/P(A)P(B)，其中，P(A)表示路段鏈A發(fā) 生交通擁堵的次數(shù)，P(B)表示路段鏈B發(fā)生擁堵的次數(shù)，P(A)~P(B)表示A和B在一段時(shí)間 范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)生擁堵的次數(shù)，如果相關(guān)性值大于1，則為正相關(guān)，指車流的狀態(tài)由前驅(qū)路段 鏈向后轉(zhuǎn)移的趨勢；如果相關(guān)性值小于1，則為負(fù)相關(guān)，指兩路段鏈相互獨(dú)立。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，步驟六所述 的重新選擇最佳路徑指重新選擇與當(dāng)前路段A相鄰且負(fù)相關(guān)的路段B，即滿足Co(A，B)〈1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，所述默認(rèn)交 通模式的創(chuàng)建方法如下： 由交通管理部門或?qū)＜覄?chuàng)建默認(rèn)交通模式為路段鏈模式為STP' ：（W'，TI'，H'，L(ni，nj'，D'，R'，S'，C'）； 其中：W'表示星期幾，值為1?7 ; TI'為時(shí)間索引，值為1?48,分別表示一天的每半小時(shí)； H'代表是否為假期，值為0和1，1表示假期，0表示工作日； LO^np'為路段鏈； D'為方向，值為0和1，〇表不起點(diǎn)編號(hào)大于終點(diǎn)編號(hào)，1表不起點(diǎn)編號(hào)小于終點(diǎn)編號(hào)； R'為道路通行級(jí)別，值為0?9 ; S'和C'的取值分別取最小支持度閾值x和最小可信度閾值S; 所述默認(rèn)交通模式即為：if工作日/假期&時(shí)間&路段鏈&方向&支持度為x&可信 度為5then道路通行級(jí)別為R'。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，所述歷史交 通模式權(quán)值a和默認(rèn)交通模式權(quán)值0滿足：ae[〇, 1]，0G[〇, 1]且a+ 0 = 1，最小 支持度閾值x和最小可信度閾值6滿足：xG[〇，1]，6G[〇，1]。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，所述歷史交 通模式權(quán)值a和默認(rèn)交通模式權(quán)值卩的調(diào)整方法如下： 依據(jù) 1:if浮動(dòng)車稀少thena=a-5%,0 = 0+5%; 依據(jù) 2:if惡劣天氣thena=a+5%,0 = 0 -5%; 依據(jù)3 :if缺乏匹配的歷史交通模式thena= 〇，0 = 1 ; 依據(jù)4 :if缺乏默認(rèn)交通模式thena= 1，0 = 〇 ; 所述浮動(dòng)車稀少是指歷史數(shù)據(jù)庫中路段鏈上浮動(dòng)車覆蓋率低于3% ;所述惡劣天氣是 指氣象學(xué)上所指的發(fā)生突然、移動(dòng)迅速、天氣劇烈、破壞力極大的嚴(yán)重影響交通出行的災(zāi)害 性天氣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，加權(quán)計(jì)算基 于歷史交通模式的路徑行程時(shí)間的方法為： 對(duì)于每條候選路徑，根據(jù)設(shè)置的交通參數(shù)結(jié)合候選路徑中的路段鏈，查找匹配的歷史 交通模式，進(jìn)一步獲得該候選路徑的所有路段鏈的道路擁堵級(jí)別； 再根據(jù)路段鏈的道路擁堵級(jí)別獲得相應(yīng)的路段鏈的車輛平均行駛速度Vi，最后計(jì) 算出每條路段鏈i的行程時(shí)間h=Li/Vi，則基于歷史交通模式的路徑行程時(shí)間Th為：
，h為路段鏈i的距離，n為一條候選路徑中路段鏈的條數(shù)； 加權(quán)計(jì)算基于默認(rèn)交通模式的路徑行程時(shí)間的方法為： 對(duì)于每條候選路徑，根據(jù)設(shè)置的交通參數(shù)結(jié)合候選路徑中的路段鏈，查找匹配的默認(rèn) 交通模式，進(jìn)一步獲得該候選路徑的所有路段鏈的道路擁堵級(jí)別，再根據(jù)路段鏈的道路擁 堵級(jí)別獲得相應(yīng)的路段鏈的車輛平均行駛速度V'i。 最后計(jì)算出每條路段鏈i的行程時(shí)間t'iilvVp則基于默認(rèn)交通模式的路徑行 程時(shí)間Td為
，n為一條候選路徑中路段鏈的條數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的城市動(dòng)態(tài)路徑行程時(shí)間預(yù)測方法，其特征在于，加權(quán)計(jì)算基 于歷史交通模式、默認(rèn)交通模式的路徑行程時(shí)間中所述的相應(yīng)路段鏈的車輛平均行駛速度 是指：定義每一道路擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為該擁擠級(jí)別的平均速度范圍的中間 值，具體為： 9級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為2. 5km/h; 8級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為8km/h; 7級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為13km/h; 6級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為16km/h; 5級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為23km/h; 4級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為28km/h; 3級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為33km/h; 2級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為38km/h; 1級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度為50km/h; 0級(jí)擁堵級(jí)別車輛的平均行駛速度定義為60km/h。
【文檔編號(hào)】G08G1/0968GK104408958SQ201410632399
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月11日
【發(fā)明者】劉文婷 申請(qǐng)人:河海大學(xué)