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    重庆时时彩后三不定位毒胆: 基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN200910217952.8

    申请日:

    2009.12.04

    公开号:

    CN101710449A

    公开日:

    2010.05.19

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G08G 1/01公开日:20100519|||实质审查的生效IPC(主分类):G08G 1/01申请日:20091204|||公开
    IPC分类号: G08G1/01; G08G1/052; G01P11/02 主分类号: G08G1/01
    申请人: 吉林大学
    发明人: 姜桂艳; 常安德; 张玮; 牛世峰; 李琦
    地址: 130022 吉林省长春市人民大街5988号吉林大学南岭校区交通学院
    优先权:
    专利代理机构: 吉林长春新纪元专利代理有限责任公司 22100 代理人: 赵正
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200910217952.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2011.12.21|||2010.07.07|||2010.05.19

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法,涉及智能交通领域中的交通信息采集与处理技术,其解决步骤是通过GIS将城市道路段进行等级划分;确定各等级道路速度阈值K1和K2;通过GIS将城市道路进行子路段划分;获得公交车辆车载GPS系统采集的一定时段所有公交车通过子路段速度的平均值;速度的平均值与该子路段的阈值K1和K2进行比较,确定该子路段的交通流运行状态。本发明提供的基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法,能显著提高交通流运行状态识别精度、减小时间延迟,同时提供交通拥堵的类型,从而可为出行者选择更加便捷的出行路线提供依据,并为交通管理部门制定拥堵疏导方案提供更加有力的决策支持。

    权利要求书

    1: 一种基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法,其特征在于包括如下步骤: (1)通过GIS将城市道路段进行等级划分; (2)确定各等级道路交通流运行状态的识别标准,确定各等级道路速度阈值K 1 和K 2 ,保存于计算机处理器当中,其中K 1 是道路畅通与阻滞之间的临界速度值,K 2 是道路阻滞与拥堵之间的临界速度值; (3)再通过GIS将城市道路进行子路段划分; (4)获得公交车辆车载GPS系统采集的一定时段所有公交车通过子路段速度的平均值,传送至计算机处理器; (5)公交车通过子路段速度的平均值与该子路段的阈值K 1 和K 2 进行比较,确定该子路段的交通流运行状态; 其中步骤(1)是通过相交道路的等级,以及承担交通流量的大小,采用重要性较强的交叉口位置作为边界划分基本路段; 步骤(2)是按照我国城市规划理论普遍采用的分级依据对城市道路进行等级划分,同时对不同等级城市道路的交通流运行特性进行分析;按照我国设置路段交通流运行状态的评价指标及评价标准,并且结合各级城市道路的最高设计速度,递推得到各个等级城市道路交通流运行状态的识别标准,即得到该等级道路速度阈值K 1 和K 2 ; 步骤(3)是根据道路特性的变化,以及道路交通条件的变化,选择位置点进行子路段划分; 步骤(4)是当公交车辆经过子路段边界,采用内插的方法利用路段边界两侧的GPS数据估计路段边界时刻,从而获取单车路段行程时间,进而引入路段长度计算得到单车路段行程速度,通过一定时段子路段经过公交车辆的数量,得到公交车通过子路段速度的平均值; 步骤(5)是将公交车通过子路段速度的平均值输送至计算机处理器,与该子路段的阈值K 1 和K 2 通过计算机处理器进行比较,速度的平均值大于阈值K 1 ,则反应出道路畅通,速度的平均值小于阈值K 1 同时大于阈值K 2 ,则道路阻滞,速度的平均值小于阈值K 2 ,则道路拥堵。
    2: 根据权利要求1所述的交通流运行状态识别方法,其特征在于:各等级道路阈值K 1 和K 2 的确定方法是将城市道路分为快速路、主干路、次干路和支路四个等级,主干路的交通流运行状态识别阈值根据《城市道路交通管理评价指标体系》中规定的五级速度选取主干路阈值K 1 和K 2 ,四个等级的道路在交通部门设计建设时都确定最高限速,通过各等级道路最高限速与主干路最高限速比值,再乘上主干路的畅通、拥堵临界速度值,得到各等级道路的阈值K 1 和K 2 。
    3: 根据权利要求1所述的交通流运行状态识别方法,其特征在于:根据GPS序列的位置坐标、瞬时速度与航向数据的特点进行车辆运行状态进行识别,剔除非正常行驶公交车的单车速度值。

    说明书


    基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法

        【技术领域】

        本发明涉及智能交通领域中的交通信息采集与处理技术,具体是一种基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法。

        背景技术

        伴随交通拥堵而来的出行延误增加、燃油消耗增大、交通事故频繁、环境质量恶化等一系列问题,严重影响着城市的协调发展和人们的日常生活?;竦米既?、实时、充足的动态交通信息,并以此识别出路网当中已经发生或者即将发生的交通拥堵,同时给出交通拥堵的性质,对于制定合理有效的拥堵疏导策略具有重要意义。由于公交车的运营机制具有较强的时空稳定性,从而便于发现交通流的异常运行状态,可以准确地识别出交通拥堵。另外,近年GPS与GIS技术在公交车辆监控调度系统中的应用,已为基于公交车GPS数据的交通信息采集技术的实现奠定了良好的基础。

        目前,基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法的研究现状,以及存在的主要问题可以归结如下:我国《城市道路交通管理评价指标体系》中只规定了利用行程速度评价城市主干路交通流运行状态的标准,而未涉及其它等级道路交通流运行状态的评价标准;通常认为公交车的路段行程速度即为交通流的路段行程速度,没有充分考虑不同类型车辆运行特点的差异;通常采用公交线路相邻交叉口位置或者相邻公交站点位置作为边界划分路段,没有考虑路段长度、道路线形变化、道路功能变化等因素;通常假设公交车辆匀速经过路段边界,从而估算单车路段行程速度,没有考虑城市道路车辆运行速度的非稳定性;通常假设公交车辆连续经过公交站点,从而估算路段行程速度,忽略了公交车辆停车服务时间对所得路段平均行程速度获取结果的影响;通常只是输出交通流运行状态的类型,而没有对识别结果的可靠性进行必要的分析。

        【发明内容】

        本发明要解决的技术问题是提供一种基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法。

        本发明利用全球定位系统(Global?Position?System,GPS)采集的GPS信息并从地理信息系统(Geographic?Information?System,GIS)获取路网空间信息,研究基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法,具体包括交通流运行状态识别标准确定方法、路段划分方法、路段行程速度估计方法以及交通流运行状态识别方法四个步骤。路段划分方法主要包括基本路段划分方法和子路段划分方法两个内容;路段行程速度估计方法主要包括单车路段行程速度估计方法和路段平均行程速度估计方法两个内容;交通流运行状态识别方法主要包括交通流运行状态识别流程和识别结果可靠性分析方法两个内容。

        具体实现技术方案的步骤为:

        1、通过GIS将城市道路段进行等级划分;

        2、确定各等级道路交通流运行状态的识别标准,确定各等级道路速度阈值K1和K2,保存于计算机处理器当中,其中K1是道路畅通与阻滞之间的临界速度值,K2是道路阻滞与拥堵之间的临界速度值;

        3、再通过GIS将城市道路进行子路段划分;

        4、获得公交车辆车载GPS系统采集的一定时段所有公交车通过子路段速度的平均值,传送至计算机处理器;

        5、公交车通过子路段速度的平均值与该子路段的阈值K1和K2进行比较,确定该子路段的交通流运行状态。

        其中步骤1是通过相交道路的等级,以及承担交通流量的大小,采用重要性较强的交叉口位置作为边界划分基本路段。

        步骤2是按照我国城市规划理论普遍采用的分级依据对城市道路进行等级划分,同时对不同等级城市道路的交通流运行特性进行分析;按照我国《城市道路交通管理评价指标体系》(2007版)设置路段交通流运行状态的评价指标及评价标准,并且结合各级城市道路的最高设计速度,递推得到各个等级城市道路交通流运行状态的识别标准,即得到该等级道路速度阈值K1和K2,从而为交通流运行状态识别方法的设计提供依据。

        步骤3是根据道路特性(如车道数量、道路线形等)的变化,以及道路交通条件(如限制速度、公交站点等)的变化,选择位置点进行子路段划分。

        步骤4是当公交车辆经过子路段边界,采用内插的方法利用路段边界两侧的GPS数据估计路段边界时刻,从而获取单车路段行程时间,进而引入路段长度计算得到单车路段行程速度,通过一定时段子路段经过公交车辆的数量,得到公交车通过子路段速度的平均值。

        步骤5是将公交车通过子路段速度的平均值输送至计算机处理器,与该子路段的阈值K1和K2通过计算机处理器进行比较,速度的平均值大于阈值K1,则反应出道路畅通,速度的平均值小于阈值K1同时大于阈值K2,则道路阻滞,速度的平均值小于阈值K2,则道路拥堵,此结果可以传送给交通指挥部门,报告此子路段交通流运行状态,便于交通指挥部门对交通状况及时掌握,并进行及时处理。

        以下描述交通流运行状态识别阈值的确定,将城市道路分为快速路、主干路、次干路和支路四个等级,主干路的交通流运行状态识别阈值根据《城市道路交通管理评价指标体系》中规定的五级速度选取主干路阈值K1和K2,四个等级地道路在交通部门设计建设时都确定最高限速,通过各等级道路最高限速与主干路最高限速比值,再乘上主干路的畅通、拥堵临界值,得到各等级道路的阈值K1和K2。

        为了准确地获得子路段速度的平均值,应当剔除因故抛锚等非正常行驶的公交车的单车速度值,根据GPS序列的位置坐标、瞬时速度与航向数据的特点进行车辆运行状态进行识别。

        本发明的显著效果在于:本发明提供的基于公交车GPS数据的交通流运行状态识别方法克服了已有方法应用效果不够理想的问题,在降低系统成本的同时,能显著提高交通流运行状态识别精度、减小时间延迟,同时提供交通拥堵的类型,从而可为出行者选择更加便捷的出行路线提供依据,并为交通管理部门制定拥堵疏导方案提供更加有力的决策支持。

        【附图说明】

        图1是交通流运行状态识别方法流程图示。

        【具体实施方式】

        1)对于不同物理结构、不同功能效用的道路,交通流运行状态识别的标准通常存在差别,因此,需要根据交通流运行状态识别技术的要求对城市道路进行分级,同时对不同等级道路的交通运行特性进行分析。

        按照我国城市规划理论普遍采用的分级方法,以及行业标准《城市道路设计规范》对城市道路级别划分的有关规定,将城市道路分为快速路、主干路、次干路和支路四个等级。

        (1)快速路

        城市快速路又称快速干道,其是城市道路交通的主动脉,也是城市与高速道路的联系通道。我国1991年颁布施行的《城市道路设计规范》对于快速路的定义:“快速路应为城市中运量大、距离长、速度要求高的交通服务??焖俾范韵虺档乐溆ι柚屑涓衾氪?,进出口应采用全控制或部分控制措施?!?br>
        (2)主干路

        城市主干路又称主干线道路,其与快速路共同构成城市交通的主要骨架。为了不让进出功能影响道路的通行功能,主干路一般将普通车道与路侧车道进行分离,通常采用行车4车道、路侧2车道的合计6车道的断面形式。

        (3)次干路

        城市次干路是城市区域性的交通干路,主要为区域交通集散服务,配合主干路组成干道路网。次干路主要负担城市中、短出行长度的交通任务,一般设有4个车道,还要设有足够的停车空间。

        (4)支路

        城市支路又称城市地方性道路,作为次干路和街坊路的连接线,负担城市集散交通的任务负,以服务功能为主。

        下面将从时间和空间两个方面,分别对各个等级城市道路的交通流运行特性进行分析。

        (1)时间范畴

        对于存在信号交叉口的城市主干路、次干路路段,交通流的速度跟随信号周期发生周期性变化。如果交通流运行状态识别的时间间隔小于信号周期,则获取的交通数据具有较强的随机性,难以准确体现交通流运行状态变化的规律性。对于城市快速路以及没有信号交叉口的城市支路路段,交通流运行较为平稳,分析时间间隔可以较短。

        (2)空间范畴

        快速路多以高架道路的形式建设,即使对于采用平面形式的情况,也需在与其它道路相交的路口采用立体交叉形式,而且受到信号控制措施的影响较小,以便保证车辆可以连续、高速行驶。因此,快速路路段的划分相对简单,采用均分法即可。对于没有信号交叉口的支路路段也可以采用与快速路相似的划分方法。

        本发明将交通流状态划分为畅通状态、阻滞状态和拥堵状态三种。

        (1)畅通状态

        对于畅通状态,车辆较少,车流密度较小,驾驶员能根据自己的驾驶特性(个人驾驶技巧、驾驶倾向性、身体状况、情绪、出行的紧迫性等)、车辆条件、道路条件及环境条件进行驾驶,基本不受或少受其它运行车辆的影响,通??梢员3纸细叩某邓?。

        (2)阻滞状态

        阻滞状态是指车辆不能自由的任意行驶,车辆速度受到前车的制约,但是车辆行驶状态比较稳定。对于畅通状态,交通流量可以达到通行能力,此时出现的干扰会使车流产生较大的波动,车流抗干扰能力明显下降。

        (3)拥堵状态

        对于拥堵状态,车流密度很大,行驶自由度很小,速度受前车制约性很强,车速忽高忽低,稳定性较差,车辆走走停停,驾驶员以及乘客的感觉极差。因此,拥堵状态正是交通工程人员的研究重点。

        我国《城市道路交通管理评价指标体系》(2007版)设置了与路段交通流运行状态有关的基本指标,指建成区早、晚交通流高峰时段主干路机动车的平均行程车速,即车辆通过某段道路的长度与通过道路所需的时间之比(包括中间停车时间和延误时间),平均行程车速是所测车辆样本行程速度的算术平均值。

        由于我国《城市道路交通管理评价指标体系》已经在城市道路交通管理评价中得到了广泛应用,结合其关于主干路平均车速分级指数的规定,本发明将高于第一级最高速度对应的交通流运行状态定义为顺畅,第一、第二级速度对应的交通流运行状态定义为阻滞,第三、第四、第五级速度对应的交通流运行状态定义为拥堵。

        然而,《城市道路交通管理评价指标体系》没有规定城市主干路之外其它级别道路的交通流运行状态评价标准,本发明将根据主干路的评价标准给定其它类型道路交通拥堵的评价标准。由于特定类型城市的各级道路设计速度是一个标准值,可取各级城市道路的最高设计速度,然后计算城市主干路路段交通流运行状态评价标准与相应的设计速度最高值之比,作为递推其它等级道路交通流运行状态评价标准的基础。

        2)对于城市快速路而言,由于快速路一般采用高架形式或是在交叉口处采用立交形式,车辆可以连续的行驶,受到控制信号措施的影响较小,同时城市快速路的出入口是城市快速路的重要组成部分,起着连接城市快速路网和其他等级道路的功能,因此可以采用快速路的出入口匝道之间的道路定义为快速路的基本路段。

        按照快速路主路与辅路之间出入口的不同组合,可以将快速路基本路段分为四类,即入口-出口、出口-入口、入口-入口和出口-出口四种??焖俾坊韭范蔚某ざ仁且栽训廊肟?或匝道出口)前的位置为起点到出口匝道(或入口匝道)前的位置为终点。

        对于其它等级的城市道路,由于存在大量的交叉口,而且交叉口多为信号交叉口,导致到达的车辆在时间上容易出现分离,并且由于交叉口处的各种管制措施,使得车辆在经过交叉口前发生频繁的加减速、停车及换车道等行为。因此,可以采用交叉口区域作为基本路段划分的分界点。

        然而,仅对基本路段进行划分还不能满足交通流运行状态识别技术的要求。一方面,如果基本路段过长,当交通处于拥堵状态的时候,车辆的行驶速度很低,车辆从驶入路段到离开路段需要很长的时间,使得采集得到的数据产生延误,无法满足交通流运行状态识别实时性的要求;另一方面,交通管理部门不仅需要获得路段的交通流运行状态,同时希望能得到发生交通拥堵的具体位置,以及拥堵的空间传播过程。因此,需对基本路段继续进行分解,形成子路段。

        对于子路段的划分,不需考虑道路的等级,重点考虑特定路段的道路特性、交通条件以及交通流运行状态识别实时性的需要,子路段分界点的选择主要包括如下三种情况:

        (1)从道路特性考虑:车道数发生变化的地点;道路平纵线形变化显著的地点。

        (2)从交通条件考虑:车道功能发生变化的地点(例如某条车道的部分作为公交专用车道等);设置有公交车站的地点。

        (3)从交通流运行状态识别实时性的需要考虑:子路段不可过长,否则获取的GPS数据时间延迟过大,会影响交通流运行状态识别的实时性。

        3)传统的单车路段行程速度获取方法假设公交车辆匀速经过路段边界,从而估算单车路段行程速度,没有考虑城市道路车辆运行速度的非稳定性。本发明假设公交车辆保持匀加(减)速经过路段边界,采用内插的方法利用路段边界两侧的GPS数据估算路段边界时刻,进而获取单车路段行程速度。如果v(t)=v(t-1),则路段边界时刻按照公式(1)计算,否则按照公式(2)计算。

        t′′(t)=t(t)-L′(t)v(t)---(1)]]>

        t′′(t)=t(t)-[t(t)-t(t-1)]t(t)v(t)-v(t-1)-[t(t)-t(t-1)]2v(t)2+2[t(t)-t(t-1)][v(t)-v(t-1)]L′(t)v(t)-v(t-1)]]>

        (2)]]>

        式中:t″(t)——路段终点边界时刻;

        t″(t+1)——下游路段起点边界时刻;

        t(t)、t(t-n4(t))——GPS与前一GPS数据的定位时刻;

        v(t)、v(t-n4(t))——GPS与前一GPS数据的瞬时速度;

        L′(t)——GPS与路段终点边界的距离。

        由于公交车的运行特性,车辆会出现中途停车的情况,例如公交车在各个公交站点需要停车进行乘客上下车服务等。然而,公交车站点停车服务耗费的这一部分时间并不是由交通拥堵所引起,而是由公交车本身的运行特性所决定,因此,这部分时间的存在导致公交车的运行状态不能很好的反映道路交通流的运行特性,同时这部分时间的大小由个人习惯、上下客的数量等随机因素密切相关,导致其是一个不确定的值,因此,有必要对公交车辆的停车进行识别,以便剔除停车服务时间。

        GPS接收设备采集的车辆空间状态数据主要包括位置坐标、瞬时速度、航向。同时,根据GPS序列的位置坐标、瞬时速度与航向数据的特点能够进行车辆运行状态识别。对于车辆停车状态,GPS序列通常表现为位置坐标集中分布,或者瞬时速度持续偏低,或者航向变化幅度较大。另外,为了避免停车状态误判情况的发生,进行方法设计的过程中应引入持续检验环节。本发明依据GPS序列的位置坐标、瞬时速度以及航向数据分别设计车辆停车状态判断方法。不同的道路环境(路网结构、周围建筑特点、气候情况等),以及不同型号的GPS接收设备,GPS数据的特点(数据精度、缺失情况、GPS数据采样时间间隔等等)通常有所差别,此时应该根据实际条件确定更加有效的车辆停车状态判断方法。例如,对于中小城市,由于周围建筑设施规模较小,使得GPS位置数据的精度较高,同时数据缺失情况较少,因此一般适于采用基于位置坐标的停车状态判断方法。除此以外,如果经过实验证明,GPS位置坐标、瞬时速度以及航向不止一项数据精度满足要求,此时上述多种方法可以融合使用。得到停车持续时间以后,然后将停车持续时间与最大红灯时长比较,经验值可取120s。

        本发明利用按照公式(3)进行路段平均行程速度的估算。

        ΔVi(t)=L1nΣi=1nTi---(3)]]>

        式中:n表示单车路段行程速度数据个数;Ti表示第i个单车路段行程速度数据;L表示路段长度。

        4)对于多数城市,由于公交车辆数量较大,基本可以覆盖整个城市路网,并且分布较为均匀;城市公交车辆行驶过程中与出租车、私人车辆相比,灵活性小,公交车辆是按照固定线路运行,沿线设有固定的站点,而且公交车发车时间、发车间隔相对固定,所以采集的数据适于和历史趋势数据进行对比分析,从而容易发现异常的交通流运行状态。交通流运行状态识别方法流程如图1所示。

        (1)如果基于公交车的路段平均行程速度Vi(t)大于阈值K1,则可认为路段i顺畅;如果Vi(t)大于阈值K2,小于阈值K1,则可认为路段i阻滞;如果Vi(t)小于阈值K2,则可认为路段i发生拥堵,其中K1和K2根据实施方式1)中的交通流运行状态识别标准进行确定;

        (2)如果路段处在拥堵状态,则输入不同星期同一日期(周一、周二、…、周日)同一时段的历史趋势数据,然后按照公式(4)计算路段平均行程速度实测数据与历史趋势数据的差值ΔVi(t)。

        ΔVi(t)=Vi(t)-V′i(t)?????????????????????????????????(4)

        式中:Vi(t)表示路段平均行程速度的实测数据;V′i(t)表示路段平均行程速度的历史趋势数据。

        (3)按照公式(5)进行判断,如果公式成立则可认为路段i发生了偶发性拥堵,否则发生了常发性拥堵。

        |ΔVi(t)ΔVi(t-T)|≥K3---(5)]]>

        式中:ΔVi(t-T)表示当天前一时段路段平均行程速度实测数据与历史趋势数据的差值,K3需要通过分析实测数据进行确定。

        当路段上公交车的数量大于最小样本量时,可以满足交通流运行状态识别的精度要求。然而,由于许多路段的公交车数量达不到最小样本量的要求,导致行程速度数据的精度降低,使得交通流运行状态识别结果的可靠性降低。公交车的样本量不足时的交通流运行状态识别的结果不是完全不可靠,因此,除了需要给出交通流运行状态识别结果以外,还应给出识别结果的可靠度。

        浮动车最小样本量的确定是一件非常复杂的工作,受到路段长度、路段划分方式、信号控制方式、道路线形变化等多种因素的影响。如果综合考虑各种因素对每条路段逐一进行确定,则工作量之大、成本之高导致研究工作难以接受。因此,本发明利用统计分析手段采用行程时间相对误差作为评价指标,同时区分不同道路等级进行浮动车最小样本量的确定。本发明采用路段平均行程速度作为划分交通流运行状态的依据。

        如果浮动车样本数量满足最小样本数量的要求,则可认为交通流运行状态识别结果比较可靠,否则获取结果的可靠程度有所降低。

        一些学者认为浮动车样本数量N近似服从均匀分布,并且依此计算交通流运行状态识别结果的可靠度,显然这种假设不够合理。本发明假设每周同一日期同一时段的N近似服从正态分布,并且按照公式(6)计算交通流运行状态识别结果的可靠度。

        I=∫0Nf(x)dx∫0Nminf(x)dx×100%---(6)]]>

        式中:I表示当交通流运行状态识别结果的可靠度;f(x)表示随机变量N的正态分布概率密度函数。

    关 键 词:
    基于 公交车 GPS 数据 通流 运行 状态 识别 方法
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