Πρόβλεψη ταχύτητας σε ελεύθερες λεωφόρους με χρήση μοντέλων χρονοσειρών με χωρο-χρονικές συσχετίσεις

Abstract

Οι στόχοι της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη και αξιολόγηση των μοντέλων πρόβλεψης της ταχύτητας σε ελεύθερη λεωφόρο μέσω των υποδειγμάτων ARIMAκαι των παραγώγων τους, η εφαρμογή, για πρώτη φορά, και αξιολόγηση της ακρίβειας πρόβλεψης των παραμετρικών μοντέλων Vecmκαι τέλος η διερεύνηση της βελτίωσης της ικανότητας πρόβλεψης του μοντέλου από την εισαγωγή εξωγενών μεταβλητών σε αυτό καθώς επίσης και του μεγέθους της επιρροής των καιρικών φαινομένων, ως εξωγενών παραμέτρων, στην κυκλοφορία. Η προέλευση των δεδομένων που αξιοποιήθηκαν είναι από τμήμα του αυτοκινητοδρόμου της «Αττικής Οδού». Η βάση δεδομένων χωρίζεται σε δύο περιόδους στις οποίες διερευνάται η βελτίωση της ακρίβειας πρόβλεψης κατά την ανάλυση ανά λωρίδα, ανά διατομή καθώς και με την εισαγωγή σε αυτή εξωγενών παραμέτρων όπως του φόρτου και της βροχόπτωσης. Για την επίτευξη αυτού, αναπτύσσονται μοντέλα ARIMA, ARFIMA, ARIMAX, ARFIMAX καιVecm. Τελικά συμπεράσματα είναι η βελτίωση της πρόγνωσης λόγω διαχωρισμού σε δύο περιόδους μελέτης και λόγω μελέτηςτης οδού συνολικά και όχι ανά λωρίδα, η καλή απόδοση των μοντέλων Vecmκαι η αισθητή βελτίωση λόγω εισαγωγής των εξωγενών μεταβλητών. Η επιρροή της βροχόπτωσης βρίσκεται ασθενής.

The objectives of this thesis is to develop and evaluate predictive models of speed in freeways through ARIMA models and their derivatives, the application, for the first time, and evaluation of the prediction accuracy of the parametric models Vecm,the improvement of the models’ predictability by introducing exogenous variables in it as well as the investigation of the magnitude of the weather phenomena’s influence in traffic. The origin of the data exploited is a section of motorway "AttikiOdos". The database is divided into two periods in which forecasting accuracy improvement is explored in the analysis per lane, per section as well as in the introduction of extrinsic parameters such as volume and rainfall. To achieve this, the models ARIMA, ARFIMA, ARIMAX, ARFIMAX and Vecm were developed. Final conclusions are forecasting improvement due to segregation into two periods of study, better predictability throughper section analysis opposed to per lane analysis, the good performance of the Vecm models and marked improvement because of the introduction of exogenous variables. Finally, the influence of rainfall is found to be weak.