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山东科技大学硕士论文 摘要
1
摘 要
交通流预测是建立交通诱导系统的核心技术,也是建立智能交通系统的重要方面。
对于短时交通流的预测,现在已经有很多分析和研究。本论文详细阐述了小波变换的基
本原理以及 Mallat 分解与重构算法、灰色马尔可夫预测模型的基本理论及方法,在前人
研究成果基础上,提出了一种 Matlab 环境下基于 Daubechies-5 小波变换的灰色马尔可
夫的短时交通流预测模型及算法,本文的基本思路如下:
首先对原始交通流数据利用 Matlab 小波工具进行 db5 尺度为 5
小波分解,并将分
解
得到的近似部分和各细节部分进行单支重构到原始级别上。
其次本文只对重构后得到的交通流近似部分数据建立灰色马尔可夫组合预测模型。
本文利用单因素灰色模型即 GM(1,1)首先对重构后的数据进行拟合及预测,然后在拟合
数据的基础上对拟合残差进行状态划分,求得一步至五步状态转移概率。本文选用加权
马尔可夫链进行预测,对于拟合残差首先进行“马氏性”检验,经验证交通流数据满足
“马氏性”要求。然后根据状态转移概率及状态频数求得各阶自相关系数,进而得到各
步的权重,根据权重及各步状态转移概率,求得加权状态转移概率,取各加权状态转移
概率最大值即为下一信号周期交通流数据灰色预测的残差状态。根据灰色预测模型得到
的预测值及加权马尔可夫预测得到的残差状态值,可进一步求得下一信号周期交通流数
据的预测值。
本文数据来自于山东省泰安,结合现场采集数据及交通监察录像,获取了东岳大街
上邮电局岗东向的 200 个连续信号周期的交通流数据。本文对组合预测模型进行 10 组数
据实验,实验证明,在小波变换基础上进行灰色马尔可夫预测比直接在原始交通流数据
上建模进行预测精度要高,而且马尔可夫预测模型可以有效弥补灰色模型的不足之处,
修正灰色预测残差,可进一步提高预测准确度。
关键词:交通流预测 小波变换 灰色模型 加权马尔可夫预测模型
山东科技大学硕士论文 摘要
2
Abstract
Abstract
Abstract
Abstract
The prediction of short time traffic flow is the key of the Traffic Guidance
System(TGS),and it
’
s an important part of the Intelligent Transportation System(ITS).There
have been many research methods for short time traffic flow prediction. The paper studies the
theory of wavelet transformation and algorithms of decompose and reconstruction with Mallat,
and the theory of Gray-Markove forecasting model and the methods of prediction in detail.
Then we put forward the Gray-Markove forecasting Model based on wavelet transformation
with Daubechies 5 in Matlab.
Th
e basic thought of this paper is followed:
Firstly, with the wavelet toolbox in the Matlab we decompose the original traffic flow
data in 5 levels with the db5 and we can get the 5 detail parts and 1 aprroximation part. Then
we reconstruct the approximation part to the original level, and so do
th
e detail parts.
Secondly, we make the Gray–markov forecasting model on the reconstructed
aprroximation part .This paper use the GM(1,1),which is a single factor model to simulate the
history data and predict the traffic flow data of the next signal period. On the basis of the
fitting data ,we can acquire the errors .And now according to the fitting errors we partition to
five states and work out the transition probability of several shifts from one to five. According
to the the transition probability and the times that every state appears, we can verify whether or
not traffic flow data can satisfy the exclusive characteristic of the Markov Model that the
prediction is independent of the history. Experiment prove that the traffic flow data fill this
exclusive characteristic. .In this paper ,we apply the Markov
’
s chain Model with weight to
forecast the traffic flow. According to the transition probability matrix, the autocorrelation
coefficients can be calculated, and then we can get the weights of every rank .On the basis of
the results above, we can calculate the transition probability with weight. The maximum in the
transition probability matrix is the forecasting state of the error of the next signal period. Then
we can work out the final predicted traffic flow data.
In this paper the experimental data comes from Taian of Shandong province, including the
data acquired in the locale and the traffic monitoring video. From all the data we pick up 200
traffic flow data of continuous signal periods at the Post port of Dongyue Street to test the
山东科技大学硕士论文 摘要
3
combined model. The experiment prove that the Gray-Markov forecasting Model based on the
wavelet transformation can improve the precision of the prediction, and the precision is better
than the precision of the forecasting result which is worked out with all kinds of models
directly. Further more the Markov
’
s chain with weight model can make up the defects of the
GM(1,1) and
it
can correct the forecasting errors. Consequently the forecasting precision is
improved greatly.
Keywords:
Keywords:
Keywords:
Keywords:
traffic
traffic
traffic
traffic
flow
flow
flow
flow
prediction;
prediction;
prediction;
prediction;
wavelet
wavelet
wavelet
wavelet
transform;
transform;
transform;
transform;
GM(1,1);Markov
GM(1,1);Markov
GM(1,1);Markov
GM(1,1);Markov
’
’
’
’
s
s
s
s
chain
chain
chain
chain
Model
Model
Model
Model
with
with
with
with
weight
weight
weight
weight
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1.1 论文研究背景及意义…………………………………………………………………1
1.2 课题来源及研究内容…………………………………………………………………4
1.3 论文的组织结构………………………………………………………………………5
2
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小波变换
小波变换
小波变换
小波变换
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2.1 概述……………………………………………………………………………………6
2.2 小波定义概述…………………………………………………………………………7
2.3 小波变换及分类………………………………………………………………………9
2.4 二进小波……………………………………………………………………………13
2.5 多分辨分析…………………………………………………………………………15
2.6 小波变换在短时交通流预测中的作用……………………………………………19
3
3
3
3
灰色-马尔可夫模型
灰色-马尔可夫模型
灰色-马尔可夫模型
灰色-马尔可夫模型
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3.1 灰色预测理论………………………………………………………………………21
3.2 马尔可夫链预测……………………………………………………………………25
4
4
4
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泰安城市交通流预测实例
泰安城市交通流预测实例
泰安城市交通流预测实例
泰安城市交通流预测实例
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4.1 泰安城市交通状况…………………………………………………………………34
4.2 数据来源……………………………………………………………………………35
4.3 小波分解与重构……………………………………………………………………40
4 . 4 灰色 - 马 尔 可 夫 模 型 进 行 预 测 … … … … … … … … … … … … … … … … 4 4
5
5
5
5
混合预测模型预测效果评价及可视化
混合预测模型预测效果评价及可视化
混合预测模型预测效果评价及可视化
混合预测模型预测效果评价及可视化
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5.1 评价指标体系………………………………………………………………………52
5.2 模型预测结果及评价………………………………………………………………53
5.3 小结………………………………………………………………………………55
结论与展望
结论与展望
结论与展望
结论与展望
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发表文献………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
............66
............66
............66
............66
山东科技大学硕士学位论文 Contents
2
contents
1
1
1
1
Introduction
Introduction
Introduction
Introduction
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
1
1
1
1
1.1 The History and Present Situation of the Study of Prediction……………………………1
1.2 Source and The Goal of the Project……………………………………………………… 4
1.3 Contents and framework……………………………………………………………… 5
2
2
2
2
Wavelet
Wavelet
Wavelet
Wavelet
Transform
Transform
Transform
Transform
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
………………………………………………………………………
6
6
6
6
2.1 Introduction……………………………………………………………………………… 6
2.2 Definition of Mother Wave and Main Classification…………………………………… 7
2.3 Wavelet Transformation and Claasification………………………………………………9
2.4 Two Enters Wavelet Transformation……………………………………………………
.
13
2.5 Multiresolution analysis……………………………………………………………………………15
2.6 Effect of Wavelet Transformation on the Prediction………………………………………………19
3
3
3
3
G
G
G
G
re y
re y
re y
re y
mark o v
mark o v
mark o v
mark o v
Predi ctive
Predi ctive
Predi ctive
Predi ctive
Mode l
Mode l
Mode l
Mode l
………… ……… …………………… ……………… …
………… ……… …………………… ……………… …
………… ……… …………………… ……………… …
………………… …………………… ……… ……… …
21
21
21
21
3.1 Theory of gray model……………………………………………………………………………21
3.2 Introduciton of Markov chain model………………………………………………………………25
4
4
4
4
The
The
The
The
P
P
P
P
rediction
rediction
rediction
rediction
of
of
of
of
S
S
S
S
hort-time
hort-time
hort-time
hort-time
T
T
T
T
raffic
raffic
raffic
raffic
F
F
F
F
low
low
low
low
D
D
D
D
ata
ata
ata
ata
of
of
of
of
Taian
Taian
Taian
Taian
………………………………
………………………………
………………………………
………………………………
34
34
34
34
4.1 Present situation of Taian Transportation…………………………………………………………34
4.2 Source of Experiment Data………………………………………………………………………35
4.3 Wavelet
T
ransformation……………………………………………………………………………40
4.4 Forecasting Process with Gray-Markove Model…………………………………………………44
5
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Assessment
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of
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the
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Predicted
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Predicted
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Traffic
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Flow
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Data
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………………………………………
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………………………………………
52
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5.1 System of Evaluation Indicators…………………………………………………………………52
5.2 The Predicted Results and Assessment of Precision………………………………………………53
5.3 Conclusion……………
……………………………………………………………………………55
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Conclusion
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and
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Research
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infuture
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during
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