[發明專利]一種基于ETC門架數據的高速公路車輛速度預測方法

在審

• 申請號: 202211739020.1
• 申請日: 2022-12-31
• 公開（公告）號: CN116311964A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 鄒復民;任強;邢悅;羅旭;黃世彬;王浩琳;李楠;吳松洋;林子楊
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G08G1/052
• 分類號: G08G1/052;G08G1/01
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明公開一種基于ETC門架數據的高速公路車輛速度預測方法，采集獲取ETC門架數據，根據高速公路路網拓撲對ETC門架數據按交易時間進行排序形成時空OD數據集；在對部分軌跡的缺失數據進行插值后得到各區段的車輛行駛時間，并利用車輛通行時間異常值檢測算法進行異常檢測，以構建區段速度數據集；將區段速度時間序列數據采用多尺度小波分解和重構得到單分支重構后的區段速度，利用圖卷積網絡GCN捕捉區段速度的空間特征信息，并利用門控循環單元GRU捕獲區段速度的時間特征信息；輸出每個重構單分支序列的預測值的數值總和，得到考慮時空特征的整體速度預測結果。本發明將GCN與GRU結合起來，考慮到節點的空間特征以及節點的時間序列特征，以更好地改進預測結果。

技術領域

本發明涉及高速公路交通信息預測技術領域，尤其涉及一種基于ETC門架數據的高速公路車輛速度預測方法。

背景技術

高速公路憑借其高容量和低時間成本，成為城市間出行的首選方式。由于社會和經濟發展，傳統的交通管理技術難以應對日益增加的交通壓力，高速公路迫切需要開發一套智能交通系統(Intelligent?Transportation?Systems，ITS)。對ITS交通信息的準確預測，出行者可以在出發前制定合理的出行路線，提高出行的效率,道路管理部門]可以有效地進行交通誘導，緩解交通擁堵等問題。如何更有效的利用ETC門架系統所能提供的海量信息，為高速公路運營管理和服務提供支持，是當前高速公路運營管理和服務的難題之一。

高速公路交通速度預測是交通管控的一個重要環節，目前的研究多以車輛檢測器數據和浮動車數據等為基礎進行預測，在取消了省界收費站后，基于ETCI架系統的速度預測與評估的相關研究相對較少，因此，利用ETC門架數據進行速度預測研究的課題較為新穎。采用車輛檢測器數據和浮動車數據進行速度預測，其結果存在如下問題。車輛檢測器密度低，損壞率高,嚴重影響了數據的完整性，使最終結果精度較低；浮動車數據存在著檢測對象隨機性和不全面性等缺點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于ETC門架數據的高速公路車輛速度預測方法。

本發明采用的技術方案是：

一種基于ETC門架數據的高速公路車輛速度預測方法，其包括以下步驟：

步驟1，構建高速公路路網時空OD數據：采集獲取ETC門架數據，根據高速公路路網拓撲對ETC門架數據按交易時間進行排序形成時空OD數據集；

步驟2，OD數據預處理：在對部分軌跡的缺失數據進行插值后得到各區段的車輛行駛時間，并利用車輛通行時間異常值檢測算法進行異常檢測，以構建區段速度數據集；

步驟3，時空特征提取：將區段速度時間序列數據采用多尺度小波分解得到分解后的區段速度，利用圖卷積神經網絡(Graph?Convolutional?Networks，GCN)捕捉區段速度的空間特征信息，并利用門控循環單元(Gated?Recurrent?Unit，GRU)捕獲區段速度的時間特征信息；

步驟4，輸出結果：輸出每個重構單分支序列的預測值的數值總和，得到考慮時空特征的整體速度預測結果。

進一步地，步驟1中根據高速公路路網拓撲OBU?Plate和Flag?ID組中的數據、ETC、MTC交易數據迭代，對交易時間進行排序形成時空OD數據集。

進一步地，步驟2中車輛通行時間離群值檢測算法同時利用箱線圖的上下限和距離數據統計分布的中心點閾值來進行異常點檢測，確定異常通行時間數據過濾的閾值區間并將在閾值之外的數據剔除，進而在海量的ETC門架交易數據中快速濾除異常數據。

具體地，通行時間數據過濾的閾值區間如下：

t_down＝max(t_25％-1.5×(t_75％-t_25％),t_mean-2σ)