統計學艦船交通數據特征分析

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隨著船舶出海數量的增加，出海口船舶交通擁堵日益加劇，為了緩解出海通擁堵，需要對船舶交通流量和區域擁堵信息數據進行準確評估和預測[1–2]，結合統計分析結果進行交通流量數據的在線監測，根據監測結果進行交通調度和管制，并指導海洋交通等控制系統進行智能交通調度，在一定程度上能緩解出海口的船舶交通擁堵。研究艦船交通數據的統計特征分析方法，對艦船交通數據進行關聯規則性特征提取和挖掘，分析艦船交通數據內部規律性特征，實現相關交通流量預測，從而提高區域的通行能力，受到人們的極大重視。

1交通網絡體系結構及艦船交通數據采集

為了實現基于現代統計學理論的艦船交通數據特征分析，需要首先構造船舶交通水網阻抗模型，采用Small-World拓撲結構構建交通水網分布式網格結構模型如圖1所示。N1,•••,NnL1,•••,LnPmin1,•••,Pminn在圖1所示的船舶交通網絡拓撲結構模型中，不同的區域之間的水域的船舶交通通行負載按照Small-World結構拓撲，假定當前交通水網區域及相鄰路口的船舶的數目為n，船舶通行過程中采集的流量序列為，它們的擁擠系數與負載性能分別為和，在區域阻抗模型下交通流調度問題是線性規劃問題一種。分析測量節點Ai運往目標Bj的區域行程時間，得到艦船交通數據統計分析的可靠度連接函數問題數學表達如下：min(f)=m∑i=1n∑j=1CijXij，(1)m∑j=1Xij=ai,i=1,2•••m，m∑i=1Xij=bi,j=1,2•••n，Xij⩾0,i=1,2•••m,j=1,2•••n。(2)m∑i=1ai>n∑j=1bj可見，通過上述函數構造，將艦船交通數據的特征分析問題轉換為一個求區域阻抗的平衡問題，當區域自由走行時間，考慮區域行程時間相關性，進行艦船交通數據特征提取和交通流調度，提高區域的負載能力。

2艦船交通數據的統計特征分析

2.1特征提取在根據區域和入海交叉口構造交通網絡體系結構的基礎上，采集的艦船交通數據有交通流量數據、行程時間、行駛船舶頻次，以此作為控制約束參量[3]，進行艦船交通數據特征提取，本文提出一種基于現代統計學理論的艦船交通數據特征分析方法，采用如圖2所示的一種簡化的交通網絡模型進行艦船交通數據的統計自回歸分析。Xij(i=1,2•••,m;j=1,2,•••,n)根據圖2所示的簡化的交通網絡模型，得到交通流量數據和行程時間的任一組變量的值，將區域的通行負載和交叉口看成一個基本單元，使其滿足約束條件：n∑j=1xij⩽ai，(i=1,2,•••m)，n∑i=1xij=bj，(j=1,2,•••n)，xij⩾0，(i=1,2,•••m;j=1,2,•••n)。(3)λn∑j=1m∑i=1CijXij在區域船舶自由走行時間滿足倍的概率條件下可靠，根據置信度條件，采用Sigma檢驗準則進行交通通行暢通度的可靠性評價，根據概率計算理論[4]，當艦船交通數據的關聯分布特征使目標函數S=值最小，即區域的暢通度達到最優，交通流達到平衡。2.2艦船交通數據現代統計特征分析x(k)x(k)假設輸入艦船交通數據統計特征分析模型中的流量比特序列為一組自適應調頻序列，運用兩階段法構建Copula模型，y（k）為艦船交通數據信號經過二階格型濾波和抽樣判決均衡處理后的輸出，對艦船交通數據在不低于奈奎斯特速率取樣，采用最小均方（LMS）算法得到艦船交通數據點落在中檢測準確概率，由隨機梯度概率密度模型進行艦船交通數據的干擾抵消，采用極大似然估計法進行統計特征提取。以交通通行的行程時間、行駛船舶頻次為約束自變量，采用自回歸分析模型進行艦船交通數據的統計特征分析，構造水網分布式可靠度的連接函數，根據路徑的行程時間可靠性評價，得到在相鄰的2個統計時間段t0和tj內，區域和入海交叉口的負載量為Lt，則路徑自由行程下，下式成立：t0=L0−LtPmin0=Lj+LtPmint=tj，(4)在實際交通網絡拓撲，采用現代統計的置信度回歸分析模型，對Lt求解最優解集，可得：Lt=L0Pminj−LjPmin0Pmin0+Pminj。(5)αRk=p(t0k<Tk<λt0k)Rkt0kλ在交通網絡的最小割集中，自由行程時間倍的概率為，為艦船交通數據測量節點k中通行的船舶頻次，為路徑k的交通網絡最小路集，為一常數，以行程時間可靠度為約束條件，進行統計分析，由此實現艦船交通數據的特征分析。

3仿真實驗與結果分析

為了測試本文方法在實現艦船交通數據特征分析中的應用性能，進行仿真實驗，采用Netlogo建立仿真場景，得到交通場景模型如圖3所示。在圖3所示的交通場景中，在180交叉口和200交叉口條件下進行艦船交通數據特征分析，對交通行程時間數據進行統計分析，得到結果如圖4所示。ˆχ2ˆχ2<χ20.05(k−r−1)分析圖4結果得知，船舶交通行程時間分布的值滿足，各區域船舶交通流量隨著λ的增加而顯著增加，采用本文方法進行艦船交通數據特征分析能準確預測交通流量信息，數據擬合性能較好，能實現對船舶交通流量和區域擁堵的準確預測評估，從而指導船舶交通調度和決策。

4結語

本文提出一種基于現代統計學理論的艦船交通數據特征分析方法，根據概率計算理論，進行交通調度平衡設計，研究表明，本文方法進行艦船交通數據統計特征分析可靠準確。

作者:魯曉麗 趙澤旭 史英杰 單位:海南熱帶海洋學院