基于線性回歸理論的智能交通算法

2022-02-10 08:42:16李志鵬

電視技術 2022年12期

李志鵬

（江西財經大學，江西南昌 330013）

0 引言

隨著經濟的快速發展，汽車越來越多，交通壓力越來越大，尤其是大城市上下班高峰期，在某些重要的交通路口，時常出現橫、縱向車交叉在一起的情況，造成長時間的擁堵。基于上述問題，本文提出了一種基于線性回歸理論的智能交通分析算法。若出現擁堵情況，可將當前狀況通過車載電視或者收音機播放給汽車聽眾，便于汽車司機及時做出處理。

智能交通算法可較好地解決交通擁堵情況，減少人工干預，很多人也對智能交通提出了不同的見解。羅素瑾提出了一種基于靜態圖片或動態視頻檢測目標對象的方法[1]，盧東祥分析了靜態與動態路徑規劃算法的優劣勢，用路徑規劃算法的未來研究趨勢及方法[2]，郭洋利用數據挖掘、優化和改進交通流量預測算法[3]，徐成對交通擁堵問題提出了車流量檢測的不定順序控制算法研究[4]。本文在線性回歸理論的基礎上設計算法，可改善交通擁堵問題，節省通行時間。

1 線性回歸相關理論

線性回歸理論是基于一次函數的特征，找出兩個變量之間的關系，通過數學方式解決實際問題。線性回歸模型表達式為y=bx+a，其中，b為斜率參數，a為截距參數。對于n個數據點(x1,y1)，(x2,y2)，…，(xn,yn)，通過式（1），計算出相應的斜率參數b^和截距參數a^[5-6]：

2 算法設計

以十字路口為例，對當前路口進行編號。隨機挑選相向行駛的兩個路口編號分別為1，2，另外相向行駛的兩個路口編號分別為3，4。以正前方直行編號為1，左轉編號為2。通過汽車計數器，檢測當前行駛車道由紅燈變綠燈期間的平均汽車數量，公交車和大貨車均以普通汽車的兩倍計數，計算當前各個車道的平均等待車數p，同時記錄當前車道由紅燈變綠燈等待的時間Td。將Td均分成6份，0-1/6Td的車輛作為當前行駛車道第1個縱坐標，0-2/6Td的總車輛作為當前行駛車道第2個縱坐標，0-3/6Td的總車輛作為當前行駛車道第3個縱坐標，以此類推，可得當前行駛車道第4，5，6個縱坐標。

將 1，2，3，4，5，6作為相應的橫坐標，用yuvw作為相應的縱坐標，其中，u=1,2,3,4表示路口編號，v=1,2表示行駛方式，w表示0-t/6Td(t=1,2,3,4,5,6)的總車輛。如路口編號1的正前方直行形成6個坐標分別為(1,y111)，(2,y112)，(3,y113)，(4,y114)，(5,y115)，(6,y116)，路口編號1的左轉形成的6個坐標分別為(1,y121)，(2,y122)，(3,y123)，(4,y124)，(5,y125)，(6,y126)。

同理，路口編號分別為2，3，4的正前方直行和左轉形成的坐標分別為：(1,y211)，(2,y212)，(3,y213)，(4,y214)，(5,y215)，(6,y216)；(1,y221)，(2,y222)，(3,y223)，(4,y224)，(5,y225)，(6,y226)；(1,y311)，(2,y312)，(3,y313)，(4,y314)，(5,y315)，(6,y316)；(1,y321)，(2,y322)，(3,y323)，(4,y324)，(5,y325)，(6,y326)；(1,y411)，(2,y412)，(3,y413)，(4,y414)，(5,y415)，(6,y416)；(1,y421)，(2,y422)，(3,y423)，(4,y424)，(5,y425)，(6,y426)。

由式（1）計算路口編號1，2，3，4的斜率參數buv，其中，u=1,2,3,4表示路口編號，v=1,2表示行駛方式，如路口編號1的正前方行駛斜率參數為b11，左轉斜率參數為b12。判斷斜率參數buv，若求得對應的斜率參數b小于等于0，則呈現負相關，表示車輛少，不做處理，按照當前設置的紅綠燈時間通行。如果斜率參數b大于0，則按以下步驟操作。

（1）判斷n次等待的時間的buvn，n=1,2,3,…表示第n次，并按照式（2）求h1：

式中：b11i是編號為1的直行的第i（i=1,2,3,…,n）次斜率參數，b12i是編號為1的左轉的第i次斜率參數。同理，按照式（3）分別求h2，h3，h4，h5，h6，h7，h8。

（2）比較hj(j=1,2,3,…,8)的大小，若h2+h4≤h1+h3，表明1，2號路口的直行車道的車輛數相近，1，2號路口的左轉車道的車輛數相近，則1，2號路口直行車道同時開通，1，2號路口左轉車道同時開通。若h2+h4＞h1+h3，表明1，2號路口各自直行及左轉車道車輛數均相近，則1號直行和左轉同時開通，2號直行和左轉同時開通；同理，若h6+h8≤h5+h7，則3，4號車道直行車道同時開通，3，4號左轉車道同時開通。若h6+h8＞h5+h7，則3號直行和左轉同時開通，4號直行和左轉同時開通。檢查hj(j=1,2,3,…,8)，如果發現其中某個hj(j=1,2,3,…,8)值過大，則告知交通部門，當前時間該行駛方式過于緊張，請及時處理。

（3）判斷n次等待時間中pn(n=1,2,3,…)的增長值，如果pn(n=1,2,3,…)呈現增長趨勢，則當前綠燈時間需要增加，需增加時間的計算公式為

式中：p1為當前計數的第1次等待對應車道車輛數平均值，pn為第n次等待對應車道車輛數平均值。為了表達方便，引入取整函數，如[1.02]=1，且以秒為單位，如果T+持續增加，則當前綠燈通行時間需設定上限值Tu，并通知交通部門，當前時間該通行方式過于緊張，請及時處理。

通過上述步驟，便于計算節省時間的通行方式，并作出相應的處理方案。具體流程如圖1所示。

圖1 數據處理流程圖

3 算法結果

以某十字路口上午八點的數據為例，設置次數n=2，單個行駛方向綠燈上限為60 s，1號路口第1次直行車道坐標為（1，2），（2，3），（3，5），（4，7），（5，8），（6，9），1號路口第 1次左轉車道坐標為（1，1），（2，2），（3，3），（4，4），（5，5），（6，7），2號口第1次直行車道坐標為（1，2），（2，4），（3，5），（4，7），（5，9），（6，10），2 號路口第 1次左轉車道坐標為（1，1），（2，2），（3，4），（4，4），（5，5），（6，7），3號口第 1次直行車道坐標為（1，2），（2，4），（3，5），（4，8），（5，8），（6，10），3號口第1次左轉車道坐標為（1，0），（2，1），（3，3），（4，4），（5，5），（6，6），4號口第 1次直行車道坐標為（1，0），（2，3），（3，5），（4，6），（5，8），（6，11），4號路口第1次左轉車道坐標為（1，0），（2，1），（3，3），（4，4），（5，5），（6，5）；1號口第2次直行車道坐標為（1，3），（2，5），（3，7），（4，8），（5，10），（6，12），1 號路口第 2 次左轉車道坐標為（1，2），（2，4），（3，6），（4，7），（5，9），（6，10），2號口第2次直行車道坐標為（1，1），（2，4），（3，7），（4，9），（5，12），（6，14），2號路口第2次左轉車道坐標為（1，1），（2，2），（3，4），（4，7），（5，8），（6，9），3 號口第2 次直行坐標為（1，2），（2，4），（3，6），（4，8），（5，10），（6，12），3號路口第2次左轉車道坐標為（1，2），（2，3），（3，5），（4，7），（5，9），（6，10），4號口第2次直行車道坐標為（1，3），（2，4），（3，6），（4，8），（5，10），（6，13），4 號路口第 2 次左轉車道坐標為（1，1），（2，2），（3，3），（4，5），（5，7），（6，8）。對應數值的斜率參數如表1和表2所示。