1.基于烟花差分进化混合算法-极限学习机的短时交通流预测模型,其特征在于:建模步骤如下:S1:将UTC/SCOOT系统所采集的某路段车流量数据,作为原始交通流时间序列数据;
S2:采用奇异谱分析(SSA)方法对S1所得数据进行降噪处理,作为交通流预测模型的建模数据;
S3:进行相空间重构,采用C-C算法估算嵌入窗宽τw、时间延迟τ,计算嵌入维数m,确定极限学习机(ELM)网络模型的结构;嵌入维数m的计算公式如下:τw=(m-1)τ (1)
S4:以降噪及相空间重构后的交通流时间序列数据,生成训练样本和测试样本;
S5:将S4中的训练样本作为ELM网络的训练样本;采用烟花差分进化(FWADE)混合优化算法确定ELM网络输入层与隐含层之间的连接权值和隐含层神经元的阈值;其中,FWADE混合优化算法,是将烟花算法(FWA)和差分进化算法(DE)有机结合,得到的一种烟花差分进化混合优化算法;
S6:保存S5中优化后的ELM网络连接权值和阈值,建立短时交通流预测的ELM网络模型;
S7:S4中的测试样本,是未经训练的交通流时间序列数据,作为ELM网络模型的测试样本,评估优化后的ELM网络模型的预测性能。
2.根据权利要求1所述的基于烟花差分进化混合算法-极限学习机的短时交通流预测模型,其特征在于所述的采用SSA方法,是滤除原始交通流数据中包含的噪声成分,是将现场采集到含有噪声成分的原始交通流时间序列数据YN=[y1,y2,...,yN]转化为轨迹矩阵X;
对矩阵XXT进行奇异值分解,得到L个特征值λ1≥λ2≥...≥λL≥0及对应的特征向量;将每个特征值所代表的信号进行分析组合,重构出新的时间序列G=[g0,g1,...,gN-1]。
3.根据权利要求1或2所述的基于烟花差分进化混合算法-极限学习机的短时交通流预测模型,其特征在于所述的采用SSA方法对数据进行降噪处理,处理过程包括嵌入、奇异值分解、分组与重构四个步骤;
S21:嵌入,选取窗口长度L(1<L<N,K=N-L+1),将数据YN转化为轨迹矩阵X,即TS22:奇异值分解,对矩阵XX进行奇异值分解,得到L个特征值λ1≥λ2≥...≥λL≥0及对应的正交特征向量U1,...,UL,令d=max{i,λi≥0},记 则矩阵X的奇异值分解为
X=X1+...+Xd (3)
其中, 为矩阵X的奇异值,Ui为左特征向量,Vi分别为右特征向量;
S23:分组,根据所提取成分的不同,将Xi分为m个不同的组I1,I2,...,Im,并将每组内所包含的矩阵相加,设第IJ组包含的子集为IJ={i1,...,ip},则X相应被分解为
S24:重构,将每一个成分子组 重构为长度为N的序列G;设矩阵Y=(yij)(i=1,...,L,j=1,...,K),定义L*=min(L,K),K*=max(L,K),y*ij=yij(若L<K)或y*ij=yji(若L≥K),重构序列G=[g0,…,gk,…,gN-1]可通过如下公式计算求得:重构过程保留了原始交通流时间序列中前m个较大奇异值的成分,舍弃了那些由噪声引起的较小奇异值成分;原始交通流时间序列经过SSA的过滤处理,得到降噪后的重构时间序列G,用于建立短时交通流预测模型。
4.根据权利要求1所述的基于烟花差分进化混合算法-极限学习机的短时交通流预测模型,其特征在于所述的FWADE混合优化算法,初始阶段采用标准DE算法搜索,对于每个目标向量,通过变异和交叉运算产生试验向量;若试验向量的适应度优于目标向量,则将其作为下一代候选解;否则,算法进入FWA算法搜索阶段,利用烟花算法搜索机制产生新的候选解;
FWADE算法实现步骤如下:
S51:算法的初始化,根据待优化问题确定种群规模N1、最大迭代次数N2、个体成员的初始值Xi(k);设置FWA算法爆炸半径调节常数R、爆炸火花数调节常数M、爆炸火花数下限系数a、爆炸火花数上限系数b和高斯变异火花数G初始值,DE算法的比例因子F和交叉率CR参数初始值;设定迭代次数k=1;
S52:根据待优化问题的数学模型,计算各个体成员的适应度值f(Xi(k));
S53:DE算法搜索阶段。步骤如下:
S531:变异操作,随机选择种群中两个不同的个体,参照DE算法原理对种群中每个目标向量Xi(k)进行变异操作,产生变异向量Vi(k);
S532:交叉操作,对每对目标向量Xi(k)和对应的变异向量Vi(k)进行交叉操作,形成新的试验向量Ui(k);
S533:选择操作,根据待优化问题的数学模型,评价每个试验向量Ui(k)与对应目标向量Xi(k)的适应度值f;若Ui(k)的适应度值更优,则将其作为下一次迭代的候选解并转至步骤S55;否则进入步骤S54,即FWA算法搜索阶段;
S54:FWA算法搜索阶段,参照FWA算法的优化机制对种群执行搜索,计算种群的适应度值,择优产生新的候选解;
S55:对种群中每个个体都进行相同操作,个体序号i=i+1,如果i≤N1转至步骤S53,否则转至步骤S56;
S56:更新全局最优解和迭代次数,根据新产生的候选解,评估每个个体的适应度值并更新全局最优解,更新迭代次数k=k+1;
S57:算法终止条件(即群体的最优适应度值满足要求或迭代次数达到最大迭代次数N2)判断。若满足终止条件转步骤S58,否则重复步骤S53~步骤S57;
S58:输出FWADE算法的全局最优解。
5.根据权利要求1所述的基于烟花差分进化混合算法-极限学习机的短时交通流预测建模方法,其特征在于所述的S4中的训练样本作为ELM网络的训练样本,建模过程的参数设置情况:ELM网络结构为9-11-1,激活函数为Sigmoid函数;ELM权阈值优化算法的适应度函数为由训练样本计算的均方根误差(RMSE);FWADE算法的种群规模为40,群成员维数为110,最大迭代次数设为5000次;FWA算法的爆炸半径调节常数R=210,爆炸火花数调节常数M=
220,爆炸火花数下限系数a=0.04,爆炸火花数上限系数b=0.8,高斯变异火花数G=60;DE算法的杂交参数CR=0.6,缩放比例因子F=0.5。