本發(fā)明涉及智能交通規(guī)劃
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體而言涉及一種基于交通流量的時(shí)間序列劃分方法與系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著車輛的急劇增多,車輛與路面的矛盾越來(lái)越突出。根據(jù)交通流的狀況,設(shè)計(jì)合理的配時(shí)對(duì)城市交通進(jìn)行控制,對(duì)于改善交通狀況,充分利用現(xiàn)有運(yùn)輸能力起到很大作用。我國(guó)目前的交通信號(hào)控制以單點(diǎn)控制為主,多時(shí)段定周期控制是單點(diǎn)交通控制中最常用的控制方式之一。多時(shí)段定周期控制的時(shí)段合理劃分直接決定了交通控制的效果。單交叉口信號(hào)控制系統(tǒng)大多采用多時(shí)段分時(shí)定時(shí)控制。多時(shí)段定時(shí)控制，是交通自動(dòng)控制的一種方式，它是根據(jù)受控路口以往的交通流量資料，在交通信號(hào)控制器中，設(shè)置多個(gè)適應(yīng)交通流量變化的時(shí)段，而每一時(shí)段又有一種控制方案與其對(duì)應(yīng)，因此多時(shí)段自動(dòng)控制能較好的適應(yīng)交叉口交通流量的變化。多時(shí)段定時(shí)控制系統(tǒng)中，交通時(shí)段的合理劃分直接決定了交通控制的效果。傳統(tǒng)的時(shí)段劃分方法一般是交通工程師根據(jù)交通調(diào)查的數(shù)據(jù)依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行劃分,因此有很大的主觀性,而且時(shí)段劃分后不能根據(jù)交通狀況進(jìn)行更新,因此不能適應(yīng)交通狀況的變化技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)以上時(shí)段劃分中存在的問(wèn)題,考慮到交通時(shí)段劃分的特殊性(交通流序列是有序的,劃分時(shí)順序不可打亂),本發(fā)明提出一種基于交通流量的時(shí)間序列劃分方法與系統(tǒng)。為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種基于交通流量的時(shí)間序列劃分方法，包括：步驟1、獲取路口前n天的數(shù)據(jù)流量，即以路口id作為下游路口id查表獲取所有路段id，并以設(shè)定的時(shí)間間隔t為周期獲取所有路段id對(duì)應(yīng)的在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的流量之和，其中共包含24*60/t個(gè)時(shí)間段，經(jīng)過(guò)處理獲得96個(gè)有序交通流量；步驟2、獲取路口平均的數(shù)據(jù)流量，即對(duì)前n天的交通流量進(jìn)行分組和清洗處理，獲取每一組的平均值；步驟3、對(duì)有序交通流量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；步驟4、設(shè)置初選的分段數(shù)z；步驟5、獲取在z分段情況下的最優(yōu)分類結(jié)果；步驟6、基于步驟5得到的最優(yōu)分類結(jié)果求解最優(yōu)聚類點(diǎn)，類直徑最??；步驟7、改變分段數(shù)z，返回步驟5，直到所有分段數(shù)均實(shí)現(xiàn)類直徑最小，進(jìn)入步驟8；步驟8、確定最優(yōu)分類數(shù)目。進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述的時(shí)間間隔t為15min。進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)包括：第1.1步：由路口id作為下游路口id查表獲取所有路段id，全部標(biāo)記為unvisited，然后開(kāi)始取其中一個(gè)標(biāo)記為unvisited的路段id，標(biāo)記為visited；轉(zhuǎn)到第1.2步進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗；第1.2步：查表路段15分鐘流量表獲取路段前n天的15min交通流量數(shù)據(jù)，每天包含96個(gè)有序交通流量；第1.3步：以上一步統(tǒng)計(jì)的交通流量按序列分組：將n天前的第一條、n-1天前的第一條、……、1天前的第一條分為一組；以此類推分組，直到將第96條分組完畢，即：將上述有序交通流量數(shù)據(jù)分成96組，每一組有n條數(shù)據(jù){v1,v2,v3，...，vn}；第1.4步：對(duì)于每一組數(shù)據(jù){v1,v2,v3，...，vn}按照下述方式處理：①如果數(shù)據(jù)全部為0，令平均值并返回第1.1步重新選取路段id；②如果數(shù)據(jù)不全部為0，首先去除其中為0的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算平均值n0為數(shù)據(jù)為0的個(gè)數(shù)；對(duì)于一組數(shù)據(jù){v1,v2,v3，...，vn}，如果或者則去除該數(shù)據(jù)vi；第1.5步：重復(fù)前述第1.4步的處理，直到96組數(shù)據(jù)均處理完成；第1.6步：轉(zhuǎn)第1.1步重新選取路段id進(jìn)行上述處理，直到所有路段id都標(biāo)記為visited。進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述步驟3中，標(biāo)準(zhǔn)化處理過(guò)程包括：將n個(gè)有序流量數(shù)據(jù){y1,y2,y3，...，yn}中的第i個(gè)數(shù)據(jù),根據(jù)以下公式對(duì)交通流序列進(jìn)行預(yù)處理：式中ymax、ymin分別表示流量的最大值和最小值；從而得到一組標(biāo)準(zhǔn)化的有序數(shù)據(jù){x1,x2,x3，...，xn}。進(jìn)一步的實(shí)施例中，在步驟4中，將每天24小時(shí)的分成z個(gè)時(shí)段，z初始值取值為2。進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述步驟5的具體實(shí)現(xiàn)包括：第i序列數(shù)據(jù)到第j序列數(shù)據(jù)的變差如下其中，則得到所有的變差矩陣n*n＝96*96的矩陣，如下：計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，即計(jì)算所有分類的總變差:其中s(i)為第i個(gè)分類的變差；設(shè)將n個(gè)有序數(shù)據(jù)分割為z類的某種分法記為b(n,z)，有序樣本數(shù)據(jù)有如下定理:其最優(yōu)z類分割一定是在某一個(gè)截尾子段進(jìn)行最優(yōu)z-1類分割的基礎(chǔ)上，再增加一類而形成的，故有如下遞推公式:b(n,z)＝min{b(nz-1,z-1)+d(z)}得到nz-1第z類的有序數(shù)據(jù)為其中nz-1然后找到第z-1個(gè)分點(diǎn)，使它滿足:b(nz-1,z)＝b(nz-2,z-1)+d(z-1)得到第z-1個(gè)分類的有序數(shù)據(jù)為利用同樣的方法得到所有分類{m1,m2，...，mz-1,mz}，即為分類數(shù)為z的最優(yōu)分類結(jié)果。進(jìn)一步的實(shí)施例中，在所述步驟8中確定最優(yōu)分類數(shù)目時(shí)，判定當(dāng)|b(n,z)-b(n,z-1)|＜ε時(shí)，z-1為最優(yōu)分類，其中ε為可配置參數(shù)，取0.3。由以上本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明提出的時(shí)間序列劃分方法，是一種基于有序聚類的交通時(shí)段劃分方案,對(duì)實(shí)時(shí)采集的交叉口流量進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)了交通時(shí)段的自動(dòng)劃分。根據(jù)劃分的結(jié)果,在交通高峰期采用多時(shí)段定周期控制,以獲得最大的通行能力。本方法克服傳統(tǒng)的時(shí)段劃分的主觀性,可有效改善道路的交通狀況。應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思以及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在這樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可以被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開(kāi)的發(fā)明主題的一部分。結(jié)合附圖從下面的描述中可以更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí)施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面的描述中顯見(jiàn)，或通過(guò)根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的具體實(shí)施方式的實(shí)踐中得知。附圖說(shuō)明附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同或近似相同的組成部分可以用相同的標(biāo)號(hào)表示。為了清晰起見(jiàn)，在每個(gè)圖中，并非每個(gè)組成部分均被標(biāo)記。現(xiàn)在，將通過(guò)例子并參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的各個(gè)方面的實(shí)施例，其中：圖1是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的基于交通流量的時(shí)間序列劃分方法的流程示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的公交車到站信息的示意圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的公交車實(shí)時(shí)到站位置的信息示意圖。具體實(shí)施方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實(shí)施例并配合所附圖式說(shuō)明如下。在本公開(kāi)中參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的各方面，附圖中示出了許多說(shuō)明的實(shí)施例。本公開(kāi)的實(shí)施例不必定意在包括本發(fā)明的所有方面。應(yīng)當(dāng)理解，上面介紹的多種構(gòu)思和實(shí)施例，以及下面更加詳細(xì)地描述的那些構(gòu)思和實(shí)施方式可以以很多方式中任意一種來(lái)實(shí)施，這是因?yàn)楸景l(fā)明所公開(kāi)的構(gòu)思和實(shí)施例并不限于任何實(shí)施方式。另外，本發(fā)明公開(kāi)的一些方面可以單獨(dú)使用，或者與本發(fā)明公開(kāi)的其他方面的任何適當(dāng)組合來(lái)使用。結(jié)合圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種基于交通流量的時(shí)間序列劃分方法，包括：步驟1、獲取路口前n天的數(shù)據(jù)流量，即以路口id作為下游路口id查表獲取所有路段id，并以設(shè)定的時(shí)間間隔t為周期獲取所有路段id對(duì)應(yīng)的在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)的流量之和，其中共包含24*60/t個(gè)時(shí)間段，經(jīng)過(guò)處理獲得96個(gè)有序交通流量；步驟2、獲取路口平均的數(shù)據(jù)流量，即對(duì)前n天的交通流量進(jìn)行分組和清洗處理，獲取每一組的平均值；步驟3、對(duì)有序交通流量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；步驟4、設(shè)置初選的分段數(shù)z；步驟5、獲取在z分段情況下的最優(yōu)分類結(jié)果；步驟6、基于步驟5得到的最優(yōu)分類結(jié)果求解最優(yōu)聚類點(diǎn)，類直徑最??；步驟7、改變分段數(shù)z，返回步驟5，直到所有分段數(shù)均實(shí)現(xiàn)類直徑最小，進(jìn)入步驟8；步驟8、確定最優(yōu)分類數(shù)目。本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，前述的時(shí)間間隔t優(yōu)選為15min。進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)包括：第1.1步：由路口id作為下游路口id查表獲取所有路段id，全部標(biāo)記為unvisited，然后開(kāi)始取其中一個(gè)標(biāo)記為unvisited的路段id，標(biāo)記為visited；轉(zhuǎn)到第1.2步進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗；第1.2步：查表路段15分鐘流量表獲取路段前n天的15min交通流量數(shù)據(jù)，每天包含96個(gè)有序交通流量；第1.3步：以上一步統(tǒng)計(jì)的交通流量按序列分組：將n天前的第一條、n-1天前的第一條、……、1天前的第一條分為一組；以此類推分組，直到將第96條分組完畢，即：將上述有序交通流量數(shù)據(jù)分成96組，每一組有n條數(shù)據(jù){v1,v2,v3，...，vn}；第1.4步：對(duì)于每一組數(shù)據(jù){v1,v2,v3，...，vn}按照下述方式處理：①如果數(shù)據(jù)全部為0，令平均值并返回第1.1步重新選取路段id；②如果數(shù)據(jù)不全部為0，首先去除其中為0的數(shù)據(jù)，然后計(jì)算平均值n0為數(shù)據(jù)為0的個(gè)數(shù)；對(duì)于一組數(shù)據(jù){v1,v2,v3，...，vn}，如果或者則去除該數(shù)據(jù)vi；第1.5步：重復(fù)前述第1.4步的處理，直到96組數(shù)據(jù)均處理完成；第1.6步：轉(zhuǎn)第1.1步重新選取路段id進(jìn)行上述處理，直到所有路段id都標(biāo)記為visited。進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述步驟3中，標(biāo)準(zhǔn)化處理過(guò)程包括：將n個(gè)有序流量數(shù)據(jù){y1,y2,y3，...，yn}中的第i個(gè)數(shù)據(jù),根據(jù)以下公式對(duì)交通流序列進(jìn)行預(yù)處理：式中ymax、ymin分別表示流量的最大值和最小值；從而得到一組標(biāo)準(zhǔn)化的有序數(shù)據(jù){x1,x2,x3，...，xn}。進(jìn)一步的實(shí)施例中，在步驟4中，將每天24小時(shí)的分成z個(gè)時(shí)段，z初始值取值為2。進(jìn)一步的實(shí)施例中，前述步驟5的具體實(shí)現(xiàn)包括：第i序列數(shù)據(jù)到第j序列數(shù)據(jù)的變差如下其中，則得到所有的變差矩陣n*n＝96*96的矩陣，如下：計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，即計(jì)算所有分類的總變差:其中s(i)為第i個(gè)分類的變差；設(shè)將n個(gè)有序數(shù)據(jù)分割為z類的某種分法記為b(n,z)，有序樣本數(shù)據(jù)有如下定理:其最優(yōu)z類分割一定是在某一個(gè)截尾子段進(jìn)行最優(yōu)z-1類分割的基礎(chǔ)上，再增加一類而形成的，故有如下遞推公式:b(n,z)＝min{b(nz-1,z-1)+d(z)}得到nz-1第z類的有序數(shù)據(jù)為其中nz-1然后找到第z-1個(gè)分點(diǎn)，使它滿足:b(nz-1,z)＝b(nz-2,z-1)+d(z-1)得到第z-1個(gè)分類的有序數(shù)據(jù)為利用同樣的方法得到所有分類{m1,m2，...，mz-1,mz}，即為分類數(shù)為z的最優(yōu)分類結(jié)果。進(jìn)一步的實(shí)施例中，在所述步驟8中確定最優(yōu)分類數(shù)目時(shí)，判定當(dāng)|b(n,z)-b(n,z-1)|＜ε時(shí)，z-1為最優(yōu)分類，其中ε為可配置參數(shù)，取0.3。下面結(jié)合附圖1所示，根據(jù)具體地說(shuō)明前述方法的示例性實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的前述方法所使用的交通流量原始數(shù)據(jù)來(lái)源于城市電子警察采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及城市道路基本信息(例如路口、車道等)并進(jìn)行存儲(chǔ)。例如路段基本信息、路段15分鐘流量表等。下表是路段基礎(chǔ)信息表(md_segment)的一個(gè)示例。下表是路段15分鐘流量表(ay_result_segmentvol_by15min)的示例。namecodedatatype數(shù)據(jù)編號(hào)data_idnumber(9)路段編號(hào)segment_idvarchar2(60)路段空間編號(hào)segment_id_geonumber發(fā)生時(shí)間timestampnumber(13)駛?cè)肓髁縱olume_invarchar2(60)駛出流量volume_outvarchar2(60)流量是否正常normalvarchar2(30)分區(qū)日期part_codedate第1步：獲取路口前n天的數(shù)據(jù)流量第1.1步：由路口id作為下游路口id查表md_segment中獲取所有路段id(十字交叉口一般為有4條路段)全部標(biāo)記為unvisited。然后開(kāi)始取其中一個(gè)標(biāo)記為unvisited的路段id，標(biāo)記為visited；轉(zhuǎn)到第1.2步進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗：第1.2步：查表ay_result_segmentvol_by15min獲取路段前n天的15min交通流量數(shù)據(jù)(每天96個(gè)有序交通流量)；第1.3步：以上一步統(tǒng)計(jì)的交通流量按序列分組：例如將n天前的第一條、n-1天前的第一條、……、1天前的第一條分為一組，以此類推分組，總而言之：即將上述數(shù)據(jù)分成96組，每一組有n條數(shù)據(jù){v1,v2,v3，...，vn}；第1.4步：對(duì)于每一組數(shù)據(jù){v1,v2,v3，...，vn}，按照下述方式處理：①如果數(shù)據(jù)全部為0，令并進(jìn)行第1.1步。②如果數(shù)據(jù)不全部為0，首先去除其中為0的數(shù)據(jù)(n0為數(shù)據(jù)為0的個(gè)數(shù))，然后計(jì)算平均值如果或者去除該數(shù)據(jù)；第1.5步：數(shù)據(jù)清洗過(guò)后最終計(jì)算出每一組得平均值轉(zhuǎn)第0.4步，直到96所有組處理完成；第1.6步：轉(zhuǎn)第1.1步，直到所有路段id都標(biāo)記為visited。將上述得到各個(gè)路段id的96個(gè)有序交通流量。如果某個(gè)路段id里面的96個(gè)有序流量有為0，去除該路段id。第2步：獲取路口平均的數(shù)據(jù)流量由上述所有路段id，進(jìn)一步獲取路口15min流量(上述所有路段id15min流量之和)。共有60*24/15＝96個(gè)時(shí)間段，即96個(gè)有序交通流量。將計(jì)算出來(lái)的路口96個(gè)有序交通流量保存對(duì)應(yīng)的字段volumn_by15_serial里。路口對(duì)應(yīng)的所有路段id保存第3步：數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理將n個(gè)有序數(shù)據(jù){y1,y2,y3，...，yn}第i個(gè)數(shù)據(jù)xi,根據(jù)以下公式對(duì)交通流序列進(jìn)行預(yù)處理。式中ymax、ymin分別表示流量的最大、最小。得到一組標(biāo)準(zhǔn)化的有序數(shù)據(jù){x1,x2,x3，...，xn}第4步：設(shè)置初選分段數(shù)即將每天24小時(shí)的分成z個(gè)時(shí)段(如早高峰、平峰、晚高峰等)。第5步：計(jì)算z分段情況下，所有可能類的直徑第i序列數(shù)據(jù)到第j序列數(shù)據(jù)的變差如下其中，則得到所有的變差矩陣n*n＝96*96的矩陣計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，即計(jì)算所有分類的總變差:其中s(i)為第i個(gè)分類的變差。設(shè)將n個(gè)有序數(shù)據(jù)分割為z類的某種分法記為b(n,z)，有序樣本數(shù)據(jù)有如下定理:其最優(yōu)z類分割一定是在某一個(gè)截尾子段進(jìn)行最優(yōu)z-1類分割的基礎(chǔ)上，再增加一類而形成的。故有如下遞推公式:b(n,z)＝min{b(nz-1,z-1)+d(z)}得到nz-1第z類的有序數(shù)據(jù)為其中nz-1然后找到第z-1個(gè)分點(diǎn)，使它滿足:b(nz-1,z)＝b(nz-2,z-1)+d(z-1)得到第z-1個(gè)分類的有序數(shù)據(jù)為相同的方法得到所有分類{m1,m2，...，mz-1,mz}，這就是分類數(shù)為z的最優(yōu)分類結(jié)果。第6步：求解最優(yōu)聚類點(diǎn)，類直徑最小第7步：改變z值，轉(zhuǎn)到第5步。第8步：直到所有分段數(shù)均實(shí)現(xiàn)，結(jié)束第9步：確定最優(yōu)分類數(shù)目當(dāng)|b(n,z)-b(n,z-1)|＜ε，ε為可配置參數(shù)(暫取0.3)即z-1為最優(yōu)分類。即通過(guò)繼續(xù)增加分類數(shù)，目標(biāo)函數(shù)沒(méi)有明顯的下降即認(rèn)為已達(dá)到最優(yōu)分類數(shù)。保存對(duì)應(yīng)字段到輸出表中。輸出數(shù)據(jù)的格式的一個(gè)示例如下表所示，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)oracle：ay_result_utc_time_div。路口編號(hào)intersection_idvarchar2(60)路口空間編號(hào)intersection_id_geonumber最優(yōu)分段數(shù)optimize_numnumber(3)時(shí)間段數(shù)serial_numnumber(3)時(shí)間段開(kāi)始時(shí)間start_timenumber(13)時(shí)間段結(jié)束時(shí)間end_timenumber(13)時(shí)間戳timestampnumber(13)雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)12