基于Kalman濾波的高速公路交通流實(shí)時狀態(tài)估計方法研究.pdf

1、近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)水平不斷的提高，我國高速公路有了迅猛的發(fā)展，在社會經(jīng)濟(jì)活動中扮演著重要的運(yùn)輸作用，但是頻發(fā)的高速公路交通事故也給社會經(jīng)濟(jì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。快速、準(zhǔn)確地掌握和估計高速公路交通流狀態(tài)，對于制定合理、有效的高速公路管控策略具有重要的意義，有利于緩解高速公路交通擁堵和提高高速公路安全性。然而，由于有限的檢測設(shè)備無法提供高速公路全方位交通運(yùn)行狀態(tài)，因此，本文依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高速公路車速離散特征、機(jī)理及控制方法研究”

2、和南京市科技局項(xiàng)目“高速公路交通流狀態(tài)估計與安全預(yù)警系統(tǒng)”，從實(shí)測數(shù)據(jù)出發(fā)，深入研究高速公路連續(xù)多斷面交通流參數(shù)的時空關(guān)聯(lián)特性，通過建立基于卡爾曼濾波的高速公路交通流實(shí)時狀態(tài)估計方法，實(shí)時估計路段檢測盲區(qū)的交通流狀態(tài)，為制定高效的高速公路管控策略提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。
　　首先，從實(shí)測數(shù)據(jù)出發(fā)，在統(tǒng)計學(xué)層面上引入交通流參數(shù)時空相關(guān)系數(shù)，分析高速公路多斷面連續(xù)檢測器交通流參數(shù)的時間相關(guān)性和空間相關(guān)性，為下文檢測盲區(qū)的交通流狀態(tài)估計

3、提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時確定下文模型狀態(tài)估計的路段區(qū)域長度。
　　其次，研究不同宏觀交通流模型實(shí)際估計效果，通過遺傳算法對不同宏觀交通流模型參數(shù)進(jìn)行在線標(biāo)定，并將標(biāo)定后的模型應(yīng)用于時空關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的斷面進(jìn)行狀態(tài)估計，以統(tǒng)計學(xué)評價指標(biāo)最優(yōu)為目標(biāo)，選取交通流狀態(tài)估計的最佳交通流模型;同時對模型的參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析。進(jìn)一步對模型精度與檢測間隔和路段距離的關(guān)系進(jìn)行探討。最終選取Jiang-Zhu-Wu模型作為交通流狀態(tài)估計模型，其中自由流速度和

4、阻塞傳播速度為模型關(guān)鍵參數(shù)，模型在檢測間隔為30s、路段劃分距離為800m時狀態(tài)估計效果最優(yōu)。
　　再次，以Kalman濾波“遞推-估計-修正”原理為基礎(chǔ)，分別構(gòu)建了基于擴(kuò)展Kalman濾波和基于無跡Kalman濾波的高速公路交通流狀態(tài)估計模型，并給出狀態(tài)估計的步驟。
　　最后，基于實(shí)測數(shù)據(jù)對所構(gòu)建的的交通流狀態(tài)估計模型進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用并評價其效果，主要包括兩種狀態(tài)估計模型對交通流狀態(tài)突變的追蹤能力、狀態(tài)估計誤差的對比分析等。同