基于公交车GPS数据的城市道路偶发性拥堵检测与系统实现

摘要

城市道路偶发性拥堵检测可为交通诱导、应急处理等提供支持和参考，有助于提高现代交通管理和服务水平。城市道路偶发性拥堵具有偶然性，发生的时间、地点不确定，现有的算法主要用于高速路，在城市道路偶发性拥堵检测方面难以取得满意的效果。近年来智能交通领域积累了海量的公交车GPS数据，这些数据覆盖面积广、实时性高、维护成本低和可靠性高，包含丰富的道路交通拥堵信息，反映了道路交通拥堵的变化过程，可为其偶发性拥堵检测提供支持。但如何利用这些数据检测城市道路偶发性拥堵，目前还缺乏有效的研究。
　　因此，论文以海量公交车GPS数据为基础，研究如何检测发生在城市道路上的偶发性交通拥堵。论文首先分析道路交通状态的历史情况，然后分析道路交通状态的实时变化趋势，结合历史情况和实时变化趋势，以检测城市道路偶发性拥堵，并进行相应的软件系统开发实现工作。因此，论文主要研究了以下3点内容：
　　①研究了基于公交车GPS数据的城市道路偶发性拥堵检测系统体系结构，将主要工作划分为若干模块，明确各模块的主要内容和各模块之间的关系；并在最后开发和实现基于公交车GPS数据的城市道路偶发性拥堵检测系统。
　　②研究了如何利用海量公交车GPS历史数据分析道路交通状态规律的技术：定义“路段延误时间指数”用以表征道路交通状态；针对交通偶发性拥堵的相对性和情景性的特点，提出基于T-检验的K-均值自适应聚类算法进行道路交通状态模式识别；引入“四分位差”的方法明确区分交通平常状态与偶发性拥堵；
　　③研究了道路交通状态实时变化趋势分析与偶发性拥堵检测的技术。针对单一的瞬时速度不完全可靠的特点，提取了4个速度参数用以表征道路交通实时状态；引入CVA（Canonical Variate Analysis，规范变量分析）算法用于检测偶发性拥堵：分析道路交通状态的实时变化趋势，通过比较交通状态实时变化趋势与历史阈值，从而实现偶发性拥堵的检测。
　　在软件系统实现的基础上，利用实际公交车GPS数据进行测试。测试结果表明，该系统不仅能实现城市道路偶发性拥堵的检测，在误报率低于35％的情况下，检测率达到90%，平均检测时间为3.2分钟，能取得较为满意的效果，可为城市道路交通管理和服务提供支持，具有实用意义。

目录

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目录

1绪论

1.1 课题背景

1.2 道路交通拥堵概述

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容、意义与目的

1.5 论文章节安排

2 总体方案设计

2.1 本章引言

2.2 基于公交GPS数据的道路交通偶发性拥堵检测系统体系结构

2.3 基于公交车GPS数据的道路交通偶发性拥堵检测方法

2.4 本章小结

3 基于公交车GPS历史数据的道路交通状态规律分析

3.1 本章引言

3.2 道路交通历史拥堵程度统计分析

3.3 基于K-均值聚类自适应算法的交通状态模式识别

3.4 基于四分位差的道路交通偶发性拥堵量化界定

3.5 本章小结

4 基于CVA的道路交通偶发性拥堵检测

4.1 本章引言

4.2 实时参数分析

4.3 CVA原理简介

4.4 CVA模型构建

4.5 道路交通偶发性拥堵的检测

4.6 本章小结

5 道路交通偶发性拥堵检测系统实现与应用

5.1 本章引言

5.2 系统的实现

5.3 评价指标体系的建立

5.4 检测结果分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间申请的发明专利目录

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录