交通流數據清洗與狀態辨識及優化控製關鍵理論方法

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頁數:231
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出版時間:2011-1
價格:49.00元
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isbn號碼:9787030295781
叢書系列:
圖書標籤:
  • 交通
  • 交通流
  • 數據清洗
  • 狀態辨識
  • 優化控製
  • 智能交通
  • 大數據
  • 機器學習
  • 信號處理
  • 係統辨識
  • 控製理論
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具體描述

《交通流數據清洗與狀態辨識及優化控製關鍵理論方法》是作者在交通流辨識及優化控製領域近十年研究成果的係統總結。在全麵總結國內外交通流辨識及優化控製研究現狀及發展趨勢的基礎上,《交通流數據清洗與狀態辨識及優化控製關鍵理論方法》著重介紹作者在這一領域的研究成果,主要包括交通流數據清洗關鍵理論及方法、交通流狀態辨識關鍵理論及方法、交通流優化控製關鍵理論及方法。

《交通流數據清洗與狀態辨識及優化控製關鍵理論方法》可為交通運輸工程、控製科學與工程、係統科學與工程、車輛工程以及智能科學等多學科交叉領域從事交通流狀態辨識及優化控製研究的相關專業技術人員提供參考,也可作為相關專業研究生和高年級本科生教材。

本書聚焦於現代交通係統中的一個核心難題:如何從海量、多源、異構的交通數據中提取有效信息,並在此基礎上實現交通狀態的精準辨識以及運行狀態的最優化控製。全書共分為三個主要部分,層層遞進,係統闡述瞭解決這一問題的關鍵理論與核心方法。 第一部分:交通流數據清洗與預處理 在復雜多變的交通環境下,原始采集的交通數據往往伴隨著噪聲、缺失、異常值等問題,嚴重影響後續分析的準確性。本部分將深入探討交通流數據清洗與預處理的係統性方法。 數據源與特點分析: 詳細介紹當前主流的交通數據采集方式,包括但不限於綫圈檢測器、地磁傳感器、GPS、雷達、視頻監控、浮動車數據(手機信令、網約車軌跡)等。分析不同數據源在采集精度、覆蓋範圍、數據粒度、更新頻率、成本效益以及固有的誤差類型上的差異。理解數據的特性是有效清洗的前提。 噪聲識彆與過濾技術: 針對交通流數據中的隨機噪聲和係統性噪聲,介紹多種有效的過濾算法。例如,基於統計方法的如滑動平均、指數平滑、卡爾曼濾波;基於信號處理方法的如小波變換、傅裏葉變換;以及機器學習方法如支持嚮量機(SVM)、隨機森林等在噪聲識彆和剔除中的應用。重點分析不同方法在處理不同類型噪聲時的優缺點和適用場景。 缺失數據處理策略: 交通數據的缺失是普遍存在的現象,如傳感器故障、通信中斷等。本部分將係統梳理多種缺失數據填充技術。包括簡單的插值法(綫性插值、樣條插值)、基於統計的填充(均值、中位數填充)、以及更復雜的模型驅動方法,如基於時間序列模型(ARIMA)的預測填充,以及利用深度學習模型(如LSTM、GAN)進行上下文感知的智能填充。討論不同填充方法對後續模型性能的影響。 異常值檢測與修正: 異常值可能源於傳感器誤報、人為乾擾或極端交通事件。介紹多種異常值檢測算法,如基於閾值的方法、基於統計分布的方法(Z-score、IQR)、聚類分析(DBSCAN)以及基於機器學習的異常檢測模型(One-Class SVM、Isolation Forest)。對於檢測到的異常值,將探討其修正策略,包括移除、替換或使用異常值附近的有效數據進行插補。 數據融閤與標準化: 隨著數據源的多樣化,如何有效地融閤來自不同傳感器、不同時間尺度、不同精度的交通數據成為關鍵。本部分將介紹多源數據融閤的理論框架與技術,包括基於權重的融閤、基於貝葉斯理論的融閤以及深度學習中的多模態融閤技術。同時,闡述數據標準化和歸一化的必要性,以及常用的標準化方法,為後續模型訓練奠定基礎。 第二部分:交通流狀態辨識理論與方法 在完成數據清洗與預處理後,如何準確地辨識交通流的當前狀態,是實現智能交通控製的關鍵。本部分將聚焦於交通流狀態辨識的理論基礎和技術手段。 交通流基本理論迴顧: 簡要迴顧經典的交通流理論,如宏觀交通流模型(Lighthill-Whitham-Richards模型、Payne-Whitham模型)、元胞自動機模型等,為理解交通流的動態演化提供理論支撐。 交通狀態的定義與指標: 深入探討不同交通狀態的定義,如自由流、穩定流、擁堵流、臨界流等,並界定相應的辨識指標。例如,車速、車頭時距、車道占有率、流量、密度等宏觀參數,以及微觀參數如換道行為、加減速模式等。 基於統計模型的辨識方法: 介紹基於統計學原理的交通狀態辨識方法。例如,利用概率分布模型(如高斯混閤模型)對不同交通狀態下的參數進行建模,再通過最大似然估計或貝葉斯推理進行狀態判彆。 基於機器學習的辨識模型: 重點闡述各類機器學習模型在交通狀態辨識中的應用。包括: 監督學習方法: 如支持嚮量機(SVM)、決策樹、隨機森林、梯度提升樹(如XGBoost、LightGBM)等,利用已標記的交通數據集訓練分類器,識彆當前交通狀態。 無監督學習方法: 如聚類算法(K-means、譜聚類)用於發現交通流數據中潛在的、未被預先定義的交通狀態模式。 深度學習方法: 重點介紹捲積神經網絡(CNN)在處理空間結構化的交通數據(如路段流量矩陣、圖像數據)中的優勢,以及循環神經網絡(RNN)、長短期記憶網絡(LSTM)、門控循環單元(GRU)在捕捉交通流時間序列動態性方麵的能力。以及Transformer模型在長程依賴性建模方麵的潛力。 混閤辨識模型與集成學習: 探討如何結閤不同模型的優勢,構建混閤辨識模型或利用集成學習技術(如Bagging、Boosting、Stacking)來提高辨識的魯棒性和準確性。 實時性與魯棒性要求: 強調交通狀態辨識在實際應用中對實時性和魯棒性的高要求,分析如何設計計算效率高且能夠抵禦數據擾動的辨識算法。 第三部分:交通流優化控製關鍵理論與方法 基於精確的交通狀態辨識,本部分將深入探討如何對交通流進行優化控製,以提升交通效率、緩解擁堵、保障安全。 交通控製目標與優化準則: 明確交通優化的目標,如減少行程時間、降低延誤、減少停車次數、提高通行能力、降低排放、提升安全性等。介紹常用的優化準則,如最小化總延誤、最大化通行量、最小化擁堵範圍等。 信號控製優化: 傳統信號配時方法: 迴顧並分析Webster法、飽和度法等經典信號配時方法。 自適應信號控製: 重點介紹基於實時交通數據的自適應信號控製策略,包括基於排隊論的控製、基於強化學習(如Q-learning、Deep Q-Network, DQN)的自適應信號控製,以及基於模型預測控製(MPC)的信號優化。 區域協調控製: 探討如何實現交叉口之間的信號協調,形成綠波帶,提高乾綫通行效率。 匝道控製與流量調節: 分析高速公路入口匝道控製(ramp metering)的原理與技術,介紹各種匝道控製算法,如ALINEA、AC07、MMAC等,以及基於預測的匝道控製策略。 齣行誘導與路徑優化: 介紹可變信息標誌(VMS)、導航係統等齣行信息發布方式,以及如何基於實時交通信息進行動態路徑誘導,引導車輛選擇最優路徑,分散交通流量。 協同控製策略: 探討不同交通控製子係統的協同,如信號控製與匝道控製、信號控製與公共交通優先、車輛與基礎設施協同(V2I)等,以實現全局最優。 仿真與評估: 強調交通仿真在優化控製策略驗證和評估中的重要性。介紹常用的交通仿真軟件(如VISSIM, SUMO)以及仿真結果的分析與評估方法。 麵嚮未來的交通控製: 展望未來交通控製的發展方嚮,如基於人工智能的預測性控製、車聯網(V2X)驅動的協同控製、以及對新興交通方式(如自動駕駛車輛)的適應性控製。 本書內容嚴謹,理論紮實,方法實用,旨在為交通工程、計算機科學、控製工程等領域的科研人員、工程師以及高等院校師生提供一份全麵而深入的參考。通過對交通流數據清洗、狀態辨識和優化控製關鍵理論方法的係統性闡述,期望能夠推動智能交通係統的理論研究與工程實踐。

作者簡介

目錄資訊

目錄
前言
1 緒論
1.1 its發展背景
1.2 國內外its研究曆史與發展現狀
1.2.1 國外its研究曆史與發展現狀
1.2.2 我國its研究曆史與發展現狀
1.2.3 its主要功能子係統
1.3 交通流數據清洗與狀態辨識及優化控製概述
1.4 本書主要內容
參考文獻
第一篇 交通流數據清洗關鍵理論及方法
2 交通流數據清洗概述
2.1 研究背景
2.2 研究的必要性及數據清洗
2.2.1 必要性
2.2.2 交通流數據清洗的主要內容
2.3 國內外相關研究狀況
2.3.1 數據清洗研究狀況
2.3.2 交通流數據清洗研究狀況
2.4 本篇主要研究內容
2.5 本章小結
參考文獻
3 交通流丟失數據補齊算法
3.1 丟失數據的分析
3.2 基於粗集理論的交通流丟失數據補齊算法
3.2.1 粗集理論
3.2.2 roustida算法流程
3.2.3 模型應用與結果分析
3.2.4 結論
3.3 基於最小二乘支持嚮量機的交通流丟失數據補齊算法
3.3.1 支持嚮量機和最小二乘支持嚮量機的原理
3.3.2 交通流丟失數據補齊模型及仿真
3.3.3 結論
3.4 本章小結
參考文獻
4 交通流錯誤數據判彆和修正算法
4.1 錯誤數據判彆模型
4.1.1 孤立點檢測算法
4.1.2 邊界檢測算法
4.1.3 閾值理論與交通流理論的組閤檢測算法
4.2 錯誤數據修正模型
4.2.1 灰色gm(1,1)模型
4.2.2 錯誤數據修正模型
4.3 應用實例
4.3.1 數據來源
4.3.2 算法流程
4.3.3 模型應用
4.3.4 結果分析
4.4 結論
4.5 本章小結
參考文獻
5 交通流冗餘數據約簡算法
5.1 冗餘數據識彆和約簡方法
5.1.1 基於等級分組法的冗餘數據識彆方法
5.1.2 冗餘數據的約簡方法
5.2 應用實例
5.2.1 數據來源
5.2.2 算法流程
5.2.3 模型應用
5.2.4 結果分析
5.3 結論
5.4 本章小結
參考文獻
6 本篇內容總結及其展望
6.1 總結
6.2 未來的研究方嚮
第二篇 交通流狀態辨識關鍵理論及方法
7 交通流狀態辨識係統框架
7.1 交通流狀態辨識係統框架結構
7.2 係統框架的主要組成部分
7.2.1 交通狀態判彆子係統
7.2.2 動態交通信息采集子係統
7.2.3 交通流數據清洗子係統
7.2.4 交通流控製子係統
7.2.5 調度子係統
7.2.6 交通信息發布子係統
7.2.7 事件數據管理子係統
7.2.8 通信子係統
7.3 本篇主要研究內容與方法
7.4 本章小結
參考文獻
8 交通流狀態預辨識方法
8.1 交通流預測方法簡介
8.1.1 基於統計理論的模型
8.1.2 基於非綫性預測理論的模型
8.1.3 基於神經網絡理論的模型
8.1.4 基於動態分配理論的模型
8.1.5 基於微觀交通仿真的模型
8.2 基於非參數迴歸樣條的交通流短時預測方法
8.2.1 非參數迴歸
8.2.2 非參數迴歸樣條擬閤方法
8.2.3 非參數迴歸樣條擬閤方法在交通流短時預測中的應用
8.3 基於投影尋蹤自迴歸的短時交通流預測方法
8.3.1 投影尋蹤技術
8.3.2 pp自迴歸模型[ppar(k)]
8.3.3 交通流ppar迴歸預測
8.3.4 結論
8.4 本章小結
參考文獻
9 交通流量變檢測方法
9.1 概述
9.2 指數分布概率變點模型研究
9.2.1 指數分布參數的變點
9.2.2 均值變點搜索方法
9.2.3 模型應用與結果分析
9.3 二項分布概率變點模型研究
9.3.1 纍次計數法
9.3.2 模型應用與結果分析
9.4 本章小結
參考文獻
10 交通流質變檢測方法
10.1 交通事件檢測方法簡介
10.1.1 交通事件
10.1.2 主要事件檢測算法及評價指標
10.2 交通流突變分析的變點統計方法
10.2.1 概述
10.2.2 交通流突變分析的最小二乘法
10.2.3 交通流突變分析的局部比較法
10.3 基於多分辨分析的交通事件自動檢測方法
10.3.1 多分辨分析mallat算法
10.3.2 小波濾波器及mallat算法的具體實現
10.3.3 多分辨分析在交通事件自動檢測中的應用
10.4 本章小結
參考文獻
11 信息融閤技術在交通流狀態實時辨識中的應用
11.1 信息融閤及交通信息融閤簡介
11.1.1 信息融閤
11.1.2 信息融閤的層次級彆
11.1.3 信息融閤方法
11.2 基於支持嚮量機的交通信息融閤方法研究
11.2.1 支持嚮量機簡介
11.2.2 基於svm的信息融閤方法在交通流狀態實時辨識中的應用
11.2.3 結論
11.3 基於遺傳算法的交通信息模糊融閤方法
11.3.1 模糊控製和遺傳算法
11.3.2 基於遺傳算法的信息模糊融閤方法在交通流狀態實時辨識中的應用
11.4 本章小結
參考文獻
12 本篇內容總結及其展望
第三篇 交通流優化控製關鍵理論及方法
13 交通流優化控製
13.1 研究的背景和意義
13.2 dta問題
13.2.1 國外研究現狀
13.2.2 我國研究現狀
13.3 最短路徑問題
13.4 本篇主要內容
參考文獻
14 蟻群算法概述
14.1 算法的基本理論
14.1.1 基本原理
14.1.2 基本模型
14.1.3 理論基礎
14.1.4 算法框架
14.1.5 算法的特點
14.2 算法的研究進展
14.2.1 理論研究
14.2.2 應用研究
14.2.3 我國研究情況
14.3 本章小結
參考文獻
15 基於自適應蟻群算法的交通網絡中最短路徑搜索方法
15.1 交通網絡中最短路徑問題
15.1.1 交通網絡的錶示
15.1.2 最短路徑問題的描述
15.2 用自適應蟻群算法求解交通網絡中最短路徑問題
15.2.1 尋優思路
15.2.2 算法設計
15.2.3 算法的具體實現步驟
15.2.4 算法流程圖
15.3 仿真實驗
15.4 本章小結
參考文獻
16 基於混沌蟻群算法的動態用戶最優配流方法
16.1 基本問題
16.1.1 交通分配理論概述
16.1.2 dta特徵
16.1.3 動態交通網絡配流原則
16.1.4 動態交通網絡約束條件
16.2 離散型動態用戶最優配流模型
16.3 dta方法
16.3.1 混沌蟻群算法
16.3.2 用caco求解離散型動態用戶最優配流問題
16.4 仿真實驗
16.5 本章小結
參考文獻
17 本篇內容總結及其展望
17.1 總結
17.2 研究展望
附錄
附錄a 王曉原主持的科研項目
附錄b 作者的代錶性論著
· · · · · · (收起)

讀後感

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

評分☆☆☆☆☆

用戶評價

评分☆☆☆☆☆

我花瞭相當大的精力去鑽研其中關於“狀態辨識”的部分,因為它直接關係到我們如何準確地推斷齣隱藏在觀測數據背後的真實交通狀況。理論上,作者提齣的基於卡爾曼濾波的擴展模型似乎很有前景,它試圖整閤多種異構傳感器數據,以期達到更高的魯棒性。然而,在實際操作層麵,這本書對如何確定濾波器的初始協方差矩陣和過程噪聲協方差矩陣的經驗性描述幾乎為零。它隻是輕描淡寫地提到瞭這些參數的重要性,卻完全沒有提供任何關於如何根據實際交通數據特性去“調優”這些關鍵參數的實踐建議或啓發式規則。這就好比,給瞭你一個極其精密的引擎藍圖,卻沒告訴你應該用什麼標號的機油纔能讓它平穩運行。對於希望將這套理論應用於實際交通管理係統的工程師來說,這無疑是一個巨大的鴻溝。我們需要的不僅僅是“是什麼”,更需要知道“怎麼辦”以及“在什麼情況下應該怎麼調”。這種理論與實踐之間的巨大信息缺失,使得這本書在作為一本實用參考手冊方麵,顯得力不從心,更像是一篇停留在概念驗證階段的研究報告的集閤。

评分☆☆☆☆☆

關於優化控製的章節,作者采用瞭非常前沿的次梯度算法來處理大規模交通網絡下的非光滑優化問題,這在理論上代錶瞭學科的前沿方嚮。然而,在實際應用中,這類算法對計算資源的需求是極其苛刻的,並且其收斂速度和穩定性往往受到初始點和步長選擇的強烈影響。這本書對於這些實際操作中的“陷阱”幾乎沒有提及,它隻是給齣瞭算法的收斂性證明,這對於那些需要在有限算力(比如車載計算單元或邊緣服務器)上實時運行控製策略的工程師來說,參考價值大打摺扣。一個更實用的處理方式,或許是引入一些工程上更魯棒、對計算復雜度友好的近似算法,或者至少提供一些關於如何在資源受限環境下對復雜優化算法進行“剪枝”或“近似化”的工程策略。現在這本書給齣的方案,雖然在數學上是“最優”的,但在工程實踐中,可能因為計算延遲過高而完全無法部署。它像是一個完美的理論模型,卻忘記瞭我們生活在一個充滿約束和不確定性的真實世界裏,這種對工程現實的“失焦”,讓這本書的實用價值大打摺扣。

评分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格,用一個詞來形容就是“極度學術化”,它似乎是直接從多篇高水平的期刊論文中整閤而來,缺乏一種連貫的、麵嚮讀者的引導性敘事。每一個章節的切換都顯得有些生硬,仿佛是不同研究者在不同時間段獨立完成的工作拼湊在一起。例如,前一章還在討論宏觀交通流模型的演進,下一章立刻跳躍到微觀層麵關於車輛跟馳行為的隨機微分方程建模,兩者之間的過渡和邏輯銜接非常突兀,讀者需要自己花費大量精力去構建知識點之間的橋梁。我希望能看到一種更具邏輯遞進的敘事結構,比如先建立數據獲取與預處理的通用流程,再引入基礎的狀態估計方法,最後纔深入到復雜的優化控製策略,形成一個從低階到高階、由淺入深的知識體係。目前這種零散的知識點堆砌,雖然內容密度很高,但對於建立一個係統性的認知框架來說,幫助非常有限,讀起來感覺像是“在知識的海洋中遊泳,卻找不到燈塔指引方嚮”。這種結構上的鬆散感,讓原本就復雜的理論更難被消化和吸收。

评分☆☆☆☆☆

這本書的書名,光是“交通流數據清洗與狀態辨識及優化控製關鍵理論方法”這幾個字眼組閤在一起,就足以讓人感到一種撲麵而來的專業氣息和硬核深度。我抱著極大的期待翻開瞭它,希望能在這本書中找到解決實際工作中那些棘手問題的鑰匙。然而,當我深入閱讀後,發現這本書的敘事方式和內容組織,似乎更像是一部嚴謹的學術專著,而不是我期待中那種能讓我快速掌握“怎麼做”的實操指南。它花瞭大量的篇幅去闡述那些基礎性的數學模型和統計學原理,這對於希望快速上手進行數據預處理和模型構建的工程師來說,可能有些過於晦澀和繁瑣瞭。比如,在討論數據清洗的章節,作者深入探討瞭傅裏葉變換在去除周期性噪聲中的應用,盡管理論上無懈可擊,但對於那些日常隻需處理傳感器漂移或測量誤差的讀者而言,可能感覺像是在用牛刀殺雞,並且這把“牛刀”的說明書過於復雜。我更期望看到一些關於實際數據集的案例分析,哪怕隻是一個簡化的模擬場景,來展示這些復雜理論在實際應用中是如何落地的。坦白說,這本書的深度毋庸置疑,但它的“可讀性”對於非專業研究人員來說,確實是一個不小的挑戰。我總覺得,作者似乎更專注於構建一個理論的完美閉環,而不是在引導讀者完成一次流暢的學習體驗。

评分☆☆☆☆☆

這本書的版式設計和排版風格,給我留下瞭一種強烈的“上世紀末教科書”的印象,這多少影響瞭我的閱讀心情。大量的公式、復雜的符號,以及幾乎沒有留白的緊湊布局,使得眼睛在長時間閱讀後感到非常疲憊。我嘗試在其中尋找一些能讓我眼前一亮的圖錶或示意圖來輔助理解那些抽象的概念,但很遺憾,圖例稀少,且很多關鍵流程圖的繪製也顯得非常簡陋,幾乎完全依賴文字來描述一個動態的優化過程。例如,在介紹多智能體協同控製算法時,理論描述非常詳盡,涉及瞭復雜的博弈論基礎,但如果沒有一張清晰的交互網絡圖來輔助理解不同智能體間的依賴關係,光靠文字來想象整個係統的運行邏輯,實在是一項考驗腦力的工作。我甚至懷疑,這本書的審校過程中,是否充分考慮瞭現代讀者的閱讀習慣?在如今這個視覺信息爆炸的時代,一本技術書籍如果不能用直觀的圖形語言來傳遞復雜信息,無疑會大大降低讀者的吸收效率。我希望作者能在後續的修訂中,能夠增加更多高質量的插圖和流程圖,將那些深奧的理論“視覺化”,讓數據流動的軌跡和控製信號的傳遞過程不再是抽象的數學符號,而是可以被直觀觀察到的實體。

评分☆☆☆☆☆

讀瞭第一篇:交通流數據清洗關鍵理論及方法,較全。

评分☆☆☆☆☆

讀瞭第一篇:交通流數據清洗關鍵理論及方法,較全。

评分☆☆☆☆☆

讀瞭第一篇:交通流數據清洗關鍵理論及方法,較全。

评分☆☆☆☆☆

讀瞭第一篇:交通流數據清洗關鍵理論及方法,較全。

评分☆☆☆☆☆

讀瞭第一篇:交通流數據清洗關鍵理論及方法,較全。

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