[發明專利]一種基于空間向量自回歸模型的多模式交通需求影響分析方法

有效

• 申請號: 201711220863.X
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107978153B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 馬曉磊;張憲;杜博文;于海洋;丁川
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G06Q10/06;G06Q50/30
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種基于空間向量自回歸模型的多模式交通需求影響分析方法，包括如下步驟：

1)、數據的處理：基于數字地圖的路網數據，限定基于區域的路網擁堵指數指標TCI，其定義如下：

M表示路段的數量，T_i表示第i條路段車輛實際行駛時間，T_i0表示第i條路段車輛在自由流條件下的期望行駛時間，V_i為第i條路段的流量；其中，為了方便表示自由流行駛時間這一指標，將T_i0定義為路長與限速的比值，即L_i表示第i條路的長度，v_i0表示第i條路的規定限速；

然后，根據地鐵站點和公交站點在所述地圖上的投影，以交通小區為單位，統計投影在每個交通小區內的全天內每15分鐘的所有地鐵乘客進站量和公交乘客上車量；同時統計投影在所在目標交通小區的所有路段的全部數字地圖數據，然后基于所述目標交通小區內各路段的長度、行駛時間、流量以及各路段的限速數據，計算各交通小區的擁堵指數TCI；

2)、構建spVAR模型：對應于所進行的區域間的多模式交通影響研究，當要研究N個交通小區間公交、地鐵、私家車間的相互影響時，即有三個變量，有Y_t＝P[Y′_1t,Y′_2t,…,Y′_nt,…,Y′_Nt]'，Y_nt表示第n個交通小區的交通需求，并且有Y_nt＝[Y_nt¹，Y_nt²，Y_nt³]'其中，Y_nt¹表示地鐵交通需求，即交通小區n中以15分鐘為粒度的地鐵進站量的時間序列，Y_nt²表示公交的交通需求，即交通小區n中以15分鐘為粒度的公交上車量的時間序列，Y_nt³表示私家車擁堵指數，即交通小區n中以15分鐘為粒度的路網交通擁堵指數值的時間序列；對變量構建如下模型：

C₀y_t＝α+C₁y_t-1+C₂y_t-2+…+C_py_t-p+ε_t

其中，y_nt^k表示第n個區域的第k種交通方式的需求量；α為獨立固定效應，p為時間滯后階數，ε_t為殘差項，C₀是表征spVAR模型同期相關性的系數矩陣：

其中，C_i,j⁰分別為對應變量的同期相關系數；

C_h是包含空間結構關系的系數矩陣：

上式中，A_kr^(h)表示在第h階時間滯后期數上第k種交通方式受到第r種交通方式在第h階時間滯后期數上的影響系數，包含空間權重系數矩陣；即有，

k,r＝1,2,…，K

h＝1,2,…，p

l＝1,2,…，s

展開C_h得到：

在上式中，h為時間滯后期數，l為空間滯后期數；Ψ_kr^(hl)表征區域間第r個變量對第k個變量在第h階時間滯后和第l階空間滯后上產生的影響作用，Ψ_ikr^(hl)表示第i個區域的第r個變量對其他各區域的第k個變量的總溢出效應，綜合溢出效應值通過構建的空間權重矩陣W_kr^(hl)分解到每個區域中；

3)、空間權重的確定：

在spVAR模型中，空間權重的表達形式為：

其中，d_ij表示區域j和區域i之間的距離，在此直接用第j交通小區和i交通小區地理的中心距離表示；Z_j和Z_i分別是表征j區域和i區域空間尺度效應的量；

為此，將各種屬性的興趣點在預定權重下的疊加值通過預定變換所得到的結果來表征該區域的空間尺度效應；在此，選取邏輯斯蒂回歸模型，即，

其中，X_i為交通小區中各屬性的興趣點的個數，是一個M維向量，M為該區域中興趣點的種類；ω_i同為M維向量，表示向量中的每個元素對應的興趣點的權重，通過梯度下降法訓練得到；T表示連續時間序列的觀測值的個數；

4)、參數的估計

spVAR參數的極大似然函數生成如下似然函數：

其中，是常數項，A_rr⁰滿足對于給定條件下三角分塊矩陣C₀有T表示連續時間序列的觀測值的個數；

通過極大似然法求解似然函數最小時各參數的值；

5)、脈沖響應求解

對于spVAR模型y_t＝μ+C₁y_t-1+C₂y_t-2…+C_hy_t-h…+C_py_t-p+ε_t，將其寫為滯后算子的形式，可得：

變量y_jt受到殘差一個標準差的沖擊時引起向量y_t+q的廣義脈沖響應如下：

其中，Σ_j表示ε_t協方差矩陣Σ的第j列元素，σ_jj表示殘差項ε_jt的方差，δ_j表示殘差項ε_jt受到的沖擊；

6)、多模式交通需求協同策略的制定

通過脈沖響應求解的分析，得到區域和變量間的相互影響關系和影響程度，由此制定區域多模式交通協同策略。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述交通協同策略主要包括如下(1)、(2)、(3)、(4)中的一種或多種：

(1)交通預警——因為人為因素或演唱會造成突發事件導致某區域的一種或幾種交通方式的需求量產生沖擊時，通過spVAR的脈沖響應結果可分析得到沖擊對該地區其他交通模式和對其他地區各交通模式需求量的影響狀況，從而對應發生較大影響的滯后期時間內采取預警措施，防止發生道路交通擁堵和公共交通供給不足的狀況；

(2)地鐵限流——研究分析地鐵對私家車擁堵指數的脈沖響應，如果地鐵進站量的沖擊在預定時間段內對私家車擁堵指數有正向影響時，可對地鐵進站量產生沖擊的地區進行限流，同時根據影響程度和對象決定限流程度和限流區域；

(3)公交調度——①當已知某區域的某種交通模式需求量發生沖擊時對公共交通需求量在預定時間內會有較大正向影響時，可根據影響的時間和大小對公交的調度進行調整或引導；②當某區域公共交通的需求量發生沖擊對私家車擁堵指數有負向影響時，可適當增加公交的發車頻次來增大公交上車量，從而達到對相應地區私家車擁堵狀況的緩解效果；

(4)道路交通疏導——當發現沖擊對某區域的私家車擁堵指數有正向較大程度影響時，可對該區域的交通進行疏導，防止發生過度擁堵情況。