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原文传递基于信息融合的高速公路事件检测建模与仿真

论文题名：	基于信息融合的高速公路事件检测建模与仿真
关键词：	高速公路;交通监测;交通分析;信息融合;支持向量机
摘要：	高速公路为人们的出行和货物的运输开辟了一条安全、高效、舒适、方便的快速通道，并且产生了巨大的社会效益和经济效益。然而，随着高速公路里程的增长，汽车数量的增多，交通拥挤和各类交通事件的频繁发生，不仅使高速公路效率降低，而且给人们的生命、财产以及社会和经济均造成了不同程度的损失。为了运用先进的事件检测技术快速准确地检测、判断并及时排除因交通事件而造成的交通拥挤和阻塞，尽可能将事件的影响和损失降低到最低限度，关键是尽早地发现事件、确认事件的性质并及时采取救援措施和为其他驾驶员提供相关信息，这就要建立一个完善的事件管理系统，对事件实现快速、高效、恰当地处理。事件检测是事件管理的第一步，也是整个系统中最重要的组成。事件管理系统除了硬件检测设施外，最重要的就是一套完善的事件检测算法。40多年来，人们开发了各种各样的自动事件检测(AID)算法，取得了很多成果。世界上一些发达国家交通管理中心的事件管理系统采用一些算法成果进行真实交通事件检测。由于每种算法适用的交通流状况不相同，各种算法都有其优于和差于其它算法的一面，单个算法很难达到最佳的事件检测效果，通过算法融合却可以提高事件检测效果决定了在事件检测算法研究中考虑算法融合的必要性和迫切性。近年来，伴随着电子、检测、通信、计算机技术的飞速发展，交通检测器技术也得到了快速发展，获取的事件检测技术提供的信息源呈现多样化趋势，高速公路事件检测系统正面临着事件检测技术多信息源融合的现状决定了在事件检测研究中考虑事件检测技术信息融合的必要性和迫切性。到目前为止，国内高速公路事件管理系统事件检测问题的研究起步虽晚，但在理论和实践方面也取得了一些成果，将信息融合技术应用于高速公路事件检测研究的仍然很少，许多不尽人意的地方有待于进一步完善和改进。加快对高速公路事件管理系统的事件检测问题研究，一方面对促进我国高速公路事件管理系统水平的提高具有深远的意义；另一方面对丰富和发展信息融合技术在交通工程领域的应用研究具有重要的促进作用。首先，将信息融合技术引入到高速公路事件检测领域，从信息融合过程的输入/输出特性出发，以5种信息融合过程为构件，建立一种事件检测信息融合的理论框架，并对AID算法重新分类。最后，定义事件检测信息融合的“熵”、“条件熵”、“平均条件熵”和“互信息”的基本概念，通过论证事件检测信息融合的3个有效性定理来说明事件检测信息融合的有效性。在此基础上，详细分析了高速公路事件检测ANN模型和SVM模型、高速公路事件检测算法融合表决融合方法及高速公路事件检测技术信息融合D-S方法3种事件检测信息融合方法的建模与仿真问题。主要研究内容如下： 1．详细分析事件检测交通流机理；应用系统故障诊断方法分析基于特征输入/决策输出(FEI-DEO)信息融合过程的人工神经网络(ArtificialNeural Network，简称ANN)事件检测机理；分析基于特征输入/决策输出(FEI-DEO)信息融合过程的支持向量机(Support Vector Machine, 简称SVM)事件检测机理。 2．分别建立用于识别2类事件模式(无事件模式和有事件模式)的事件检测多层前向神经网络模型(Multi-Layer Feed-Forward NeuralNetworks，简称MLF)、事件检测概率神经网络模型(Probabilistic NeuralNetwork，简称PNN)和线性(Linear Function)、多项式(PolynomialFunction)和径向基(Radial Basis Function)3种核函数的事件检测支持向量机模型(Support Vector Machine，简称SVM)。 3．将事件检测SVM模型与PNN模型和MLF模型分别进行理论比较；采用经过收集、整理和分析的I-880实地线圈数据集和事件数据集验证模型，并将结果进行比较，得出了在I-880高速公路路段建立实地离线事件检测MLF模型、PNN模型和SVM模型的有意义的结论。 4．为解决高速公路事件检测算法融合问题，将表决融合方法引入到事件检测领域，并建立一种高速公路事件检测算法融合表决融合方法。尝试采用表决融合方法布尔代数式的“与”和“或”技术，定义事件检测算法融合表决融合方法的基本概念，并给出事件检测算法融合表决融合方法的具体步骤。 5．建立一种事件检测效果Monte Carlo仿真模型。通过Monte Carlo仿真模型仿真产生每种事件检测算法或每种事件检测技术的事件检测效果，从而有效克服了研究条件的限制，为定量分析方法的算例提供数据支持。 6．采用定量分析的方法，通过一个由事件检测MLF模型、PNN模型和SVM模型3项算法组成算法融合系统的算例来说明事件检测算法融合表决融合方法的具体应用过程，并分析方法的有效性。解决了算例应用过程中算法融合系统的算法组成、信任级别的确定、算法融合系统检测单元的组合模式、事件检测报表的确定及算法融合系统检测概率及误报概率布尔代数表达式推导4个关键问题。 7．给出一种事件检测算法融合表决融合系统逻辑的硬件实现方法。 8．在初步探讨各种事件检测技术的组合问题的基础上，为解决高速公路事件检测技术信息融合问题，将D-S证据理论引入到事件检测领域，并建立一种高速公路事件检测技术信息融合D-S方法。解决了建立D-S方法过程中的D-S方法融合对象的确定、D-S方法的基本可信度赋值及基本信任函数的决策方法3个关键问题。 9．构造5个命题，并通过对5个命题的证明来详细分析事件检测技术信息融合D-S方法的有效性。 10．采用定量分析的方法，通过一个由线圈检测器(Inductive LoopDetectors，简称ILD)、移动电话报告(Cellular Phone，简称CP)和闭录电视监控(Close Circuit TVs，简称CCTV)3种事件检测技术组成事件检测技术融合系统的算例来说明事件检测技术信息融合D-S方法的具体应用过程，并分析方法的有效性。
作者：	覃频频
专业：	交通工程
导师：	晏启鹏
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文