KR102082341B1 - Traffic state prediction system based on bayesian network and operating method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템은, 복수의 측정 장비로부터 교통정보를 수신하는 교통정보 입력부, 및 상기 교통정보를 입력 변수로 하여 베이지안 네트워크 구조를 설정하고, 학습 데이터를 기반으로 베이지안 네트워크 모수를 학습하고, 상기 베이지안 네트워크 구조 및 상기 베이지안 네트워크 모수를 이용하여 교통상태를 확률적으로 예측하는 교통상태 예측부를 포함할 수 있다.Bayesian network-based traffic condition prediction system according to an embodiment of the present invention, the traffic information input unit for receiving traffic information from a plurality of measuring equipment, and the Bayesian network structure by setting the traffic information as an input variable, and the learning data It may include a traffic state prediction unit for learning a Bayesian network parameter based on the prediction, and probabilistically predict the traffic state using the Bayesian network structure and the Bayesian network parameters.

Description

베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템 및 그것의 동작 방법{TRAFFIC STATE PREDICTION SYSTEM BASED ON BAYESIAN NETWORK AND OPERATING METHOD THEREOF}TRAFFIC STATE PREDICTION SYSTEM BASED ON BAYESIAN NETWORK AND OPERATING METHOD THEREOF

본 발명은 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템 및 그것의 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Bayesian network-based traffic condition prediction system and its operation method.

교통운영 측면에서 교통상태 예측은 중요한 이슈이다. 교통운영의 중요한 목적 중 하나가 교통류 화해현상을 예방하는 것이다. 따라서 동적으로 변화하는 교통상태를 예측하고, 그에 따라 미리 대응하여 교통혼잡을 줄이는 것이 필요하다. 그러나 교통류 상태는 다양한 요인(기하구조, 운전자, 날씨, 돌발상황 등)에 의해 복잡하고 동시다발적인 영향을 받으며, 정확한 예측과 이해가 부족한 현실이다. 교통상태를 정확하게 예측하기 위해 모수적 방법론(시계열 분석, 칼만필터, 회귀분석 등)들이 시도되었으나 그 예측 정확도가 높지 않았다. 모수적 방법론은 변수들 간의 관계를 선형관계로 가정하기 때문에 복잡하고 비선형적 특성을 지닌 교통상태 예측에 한계를 가질 수 있다. 이를 개선하기 위해 기계학습 기반의 방법론(Neural Network, Support Vector Machine, Nearest Neighbors 등)이 적용되어 예측력을 향상시켰으나 black-box와 같은 특성으로 인해 교통현상을 해석하고 이해하는데 한계가 있다. 즉, 어떤 변수가 어떠한 방향으로 얼마나 큰 영향을 주는지 분석하는데 어려움이 있으며, 개선된 모형을 만들기 위해서는 여러 번의 시행착오 또는 변수 선정 방법론을 통한 추가 분석이 필요하다. 교통상태를 예측하기 위해 활용된 방법론은 모형에 포함된 입력변수 중 일부가 누락될 경우 결과 도출이 불가능하거나 편의된 결과를 도출하게 된다. 이를 예방하기 위해 누락정보 생성 및 보정을 위한 방법론이 고려되고 있으나 정확한 보정을 하기에는 한계가 있다. 특히 실제 도로에 설치된 차량검지기(loop, 영상, 레이더 등)는 비교적 높은 누락정보를 가질 수 있으므로 누락정보에도 편의되지 않는 결과를 도출할 수 있는 교통상태 예측 방법론이 필요하다. In terms of traffic operation, traffic condition prediction is an important issue. One of the main objectives of the traffic operation is to prevent traffic flow reconciliation. Therefore, it is necessary to anticipate the dynamically changing traffic conditions and to correspondingly reduce the traffic congestion. However, traffic flow conditions are complex and simultaneous influenced by various factors (geometry, drivers, weather, accidents, etc.), and there is a lack of accurate prediction and understanding. Although parametric methodologies (time series analysis, Kalman filter, regression analysis, etc.) have been tried to accurately predict traffic conditions, the prediction accuracy is not high. Parametric methodology assumes a linear relationship between variables, which may limit the prediction of traffic conditions with complex and nonlinear characteristics. To improve this, the machine learning based methodology (Neural Network, Support Vector Machine, Nearest Neighbors, etc.) is applied to improve the predictive power. In other words, it is difficult to analyze which variables influence how much and in what direction, and further analysis is needed through multiple trials and errors or variable selection methodologies in order to create an improved model. The methodology used to predict traffic conditions may result in the inability or convenience of results if some of the input variables included in the model are missing. In order to prevent this, a methodology for generating and correcting missing information is considered, but there is a limit to accurate correction. In particular, vehicle detectors (loops, images, radars, etc.) installed on actual roads may have relatively high missing information, so a traffic condition prediction methodology is required to produce a result that is not convenient for missing information.

등록특허: 10-1370735, 등록일: 2014-02-27, 제목: 베이지안 네트워크를 이용한 컴퓨터 기반 적응적 평가 시스템 및 방법Patent Registration: 10-1370735, Registered Date: 2014-02-27, Title: Computer-based Adaptive Evaluation System and Method using Bayesian Network 공개특허: 10-2013-0089685, 공개일: 2013-08-13, 제목: 클라우드 환경의 교통정보 서비스를 위한 조건부 확률추론을 이용한 가상머신 할당 장치 및 방법Korean Patent Application Publication No. 10-2013-0089685, Publication Date: 2013-08-13, Title: Apparatus and method for allocating virtual machine using conditional probabilistic reasoning for traffic information service in cloud environment 미국등록특허: US 9,371,009, 등록일: 2016-06-21, 제목: Modular Intelligent Transportation SystemUnited States Patent: US 9,371,009, Registered: 2016-06-21, Title: Modular Intelligent Transportation System 일본공개특허: JP 2009-529186, 공개일: 2009-08-13, 제목: 장래의 교통 조건의 동적 시계열 예측Japanese Patent Publication: JP 2009-529186, Publication date: 2009-08-13, Title: Dynamic time series prediction of future traffic conditions

본 발명의 목적은 교통상태를 예측하는 신규한 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템 및 그것의 동작 방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a novel Bayesian network-based traffic condition prediction system for predicting traffic conditions and a method of operating the same.

본 발명의 실시 예에 따른 교통상태 예측 시스템의 동작 방법은: 타겟 지점, 상류 지점, 하류 지점, 진입 연결로, 및 진출 연결로의 측정 장비로부터 교통정보를 수신하는 단계; 및 상기 교통정보로부터 설정된 베이지안 네트워크를 이용하여 교통상태를 예측하는 단계를 포함하고, 상기 교통정보는 연속형 변수이고, 상기 교통상태는 이산형 변수이고, 상기 연속형 변수와 상기 이산형 변수 사이 및 이산형 변수들 사이의 조건부 확률 관계가 성립될 수 있다.An operation method of a traffic state prediction system according to an exemplary embodiment of the present invention includes: receiving traffic information from measurement equipment of a target point, an upstream point, a downstream point, an entry route, and an entry route; And estimating a traffic condition using a Bayesian network set from the traffic information, wherein the traffic information is a continuous variable, the traffic condition is a discrete variable, between the continuous variable and the discrete variable, and Conditional probabilistic relationships between discrete variables can be established.

실시 예에 있어서, 상기 측정 장비는 일정 시간을 기준으로 교통량, 속도 및 점유율을 갖는 상기 교통정보를 측정하는 지점 검지기를 포함할 수 있다.In an embodiment, the measurement equipment may include a point detector for measuring the traffic information having a traffic volume, speed, and occupancy based on a predetermined time.

실시 예에 있어서, 상기 측정 장비는 일정 시간을 기준으로 구간 통행 속도, 통행시간 및 통과 교통량을 갖는 상기 교통정보를 측정하는 구간 검지기를 포함할 수 있다.In an embodiment, the measuring equipment may include a section detector for measuring the traffic information having a section passage speed, a passage time, and a traffic volume based on a predetermined time.

실시 예에 있어서, 상기 측정 장비는 링크 통행 시간 및 통행 속도를 갖는 상기 교통정보를 측정하는 차량 내의 GPS 장치를 포함할 수 있다.In an embodiment, the measurement equipment may include a GPS device in a vehicle measuring the traffic information having a link travel time and a travel speed.

실시 예에 있어서, 상기 교통상태를 예측하는 단계는, 수집된 교통정보를 입력 변수로 하여 베이지안 네트워크 구조를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the estimating the traffic state may further include setting a Bayesian network structure using the collected traffic information as an input variable.

실시 예에 있어서, 사기 교통상태를 예측하는 단계는, 상기 설정된 베이지안 네트워크 구조를 검증하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the estimating the fraudulent traffic state may further include verifying the set Bayesian network structure.

실시 예에 있어서, 상기 교통상태를 예측하는 단계는, 학습 데이터를 기반으로 베이지안 네트워크 모수를 학습하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the predicting the traffic state may further include learning a Bayesian network parameter based on learning data.

실시 예에 있어서, 상기 교통상태를 예측하는 단계는, 상기 설정된 베이지안 네트워크 구조 및 상기 베이지안 네트워크 모수를 분석 지표를 이용하여 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the estimating the traffic state may further include analyzing the set Bayesian network structure and the Bayesian network parameters by using an analysis index.

실시 예에 있어서, 상기 교통상태를 예측하는 단계는, 상기 분석 지표를 이용하여 분석한 결과로써 상기 베이지안 네트워크의 개선 방향을 도출할 경우, 상기 베이지안 네트워크 구조 혹은 모수를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the estimating the traffic state may further include changing the Bayesian network structure or parameter when deriving an improvement direction of the Bayesian network as a result of analysis using the analysis index. have.

실시 예에 있어서, 상기 분석 지표는 CoC(Cost-of-Omission), MMB(Minimum and Maximum Beliefs) 혹은 NL(Normalized Likelihood) 분석 지표를 포함할 수 있다.In some embodiments, the analysis indicator may include Cost-of-Omission (CoC), Minimum and Maximum Beliefs (MMB), or Normalized Likelihood (NL) analysis indicators.

실시 예에 있어서, 상기 이산형 변수들 사이의 조건부 확률은 조건부 확률 표 형태로 구성되고, 상기 연속형 변수와 상기 이산형 변수는 MoGs(Mixture of Gaussians) 분포를 이용하여 모형화될 수 있다.In an embodiment, the conditional probability between the discrete variables may be configured in a conditional probability table form, and the continuous variable and the discrete variable may be modeled using a distribution of Gaussians (MoGs) distribution.

본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템은: 복수의 측정 장비로부터 교통정보를 수신하는 교통정보 입력부; 및 상기 교통정보를 입력 변수로 하여 베이지안 네트워크 구조를 설정하고, 학습 데이터를 기반으로 베이지안 네트워크 모수를 학습하고, 상기 베이지안 네트워크 구조 및 상기 베이지안 네트워크 모수를 이용하여 교통상태를 확률적으로 예측하는 교통상태 예측부를 포함할 수 있다.Bayesian network-based traffic condition prediction system according to an embodiment of the present invention includes: a traffic information input unit for receiving traffic information from a plurality of measurement equipment; And setting a Bayesian network structure using the traffic information as an input variable, learning a Bayesian network parameter based on learning data, and probably predicting a traffic state using the Bayesian network structure and the Bayesian network parameter. It may include a prediction unit.

본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템 및 그것의 동작 방법은, 교통정보를 변수로 하는 베이지안 네트워크를 이용하여 확률적으로 교통상태 예측뿐 아니라 도로 위에서 발생하는 여러 가지 상황에 대한 예측에도 활용할 수 있다.Bayesian network-based traffic condition prediction system and its operation method according to an embodiment of the present invention, using the Bayesian network with the traffic information as a variable for probabilistic traffic condition prediction and various situations occurring on the road It can also be used for prediction.

본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템 및 그것의 동작 방법은, 교통안전 분야에서 도로 및 차량에서 수집되는 교통정보를 바탕으로 사고발생 위험도 예측하는데 활용될 수 있다. Bayesian network-based traffic condition prediction system and its operation method according to an embodiment of the present invention can be used to predict the risk of accidents based on traffic information collected from roads and vehicles in the field of traffic safety.

이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템의 필요성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 구조 내 교통상태와 측정된 교통정보의 관계를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 교통상태와 지점 검지기 교통정보 간의 베이지안 네트워크 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 CoO 분석 지표를 통한 결과를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 MMB 분석 지표를 통한 결과를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 NL 분석 지표를 통한 결과를 예시적으로 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 교통상태 예측 시스템의 예측 성능을 평가한 표이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings are provided to assist in understanding the present embodiment, and provide embodiments with a detailed description. However, technical features of the present embodiment are not limited to the specific drawings, and the features disclosed in the drawings may be combined with each other to constitute a new embodiment.
1 is a view for explaining the necessity of the traffic state prediction system based on Bayesian network according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a traffic state prediction system based on a Bayesian network according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a method of operating a traffic state prediction system based on Bayesian network according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a relationship between traffic conditions and measured traffic information in a Bayesian network structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a Bayesian network structure between a traffic state and a point detector traffic information according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a Bayesian network structure according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a result through the CoO analysis index according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a result through the MMB analysis index according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a result through the NL analysis index according to an embodiment of the present invention.
10 is a table evaluating the prediction performance of the traffic condition prediction system according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 도면들을 이용하여 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 내용을 명확하고 상세하게 기재할 것이다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the contents of the present invention will be described clearly and in detail so that those skilled in the art can easily carry out the drawings.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.As the inventive concept allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific form disclosed, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 혹은 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may exist in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 혹은 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring to," and "directly neighboring to" should be interpreted as well. The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 혹은 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 혹은 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 혹은 이들을 조합한 것들의 존재 혹은 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof that is implemented, and that one or more other features or numbers are present. It should be understood that it does not exclude in advance the possibility of the presence or addition of steps, actions, components, parts or combinations thereof. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. .

본 발명은 실시간으로 수집되는 교통정보를 활용하여 미래 교통상태를 확률적으로 예측하는 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템을 개시한다. 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템은, 크게 도식화된 변수들의 구조와 확률 분포인 모수로 구분될 수 있다. 교통상태 예측을 위한 도식화된 변수들의 구조는 측정되는 교통정보와 교통상태 간의 관계를 나타낸다. 교통상태 예측을 위한 도식화된 변수들의 구조는 측정되는 교통정보의 범위와 종류에 따라 달라질 수 있다. 도식화된 변수들의 구조가 완성되면, 측정된 교통정보를 학습데이터로 활용하여 각 변수들 간의 관계가 확률 분포로 도출될 수 있다. 도출된 변수들의 구조와 모수를 가진 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템은, 실시간으로 수집되는 교통정보를 기반으로 미래 교통상태를 확률적으로 예측할 수 있다.The present invention discloses a traffic state prediction system based on Bayesian network that probabilistically predicts future traffic conditions by using traffic information collected in real time. Bayesian network-based traffic condition prediction system can be divided into parameters, which are structures and probability distributions of largely illustrated variables. The structure of the plotted variables for traffic condition prediction indicates the relationship between the measured traffic information and the traffic condition. The structure of the plotted variables for traffic condition prediction may vary depending on the range and type of traffic information measured. When the structure of the plotted variables is completed, the relationship between each variable may be derived as a probability distribution by using the measured traffic information as learning data. The Bayesian network-based traffic condition prediction system having the structure and parameters of the derived variables can predict the future traffic condition based on traffic information collected in real time.

본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템에서 도출된 정확한 교통상태 예측 결과는 ITS(Intelligent transportation system)에 중요한 정보로 향후 발생할 교통혼잡 예방을 위한 정보로 활용될 수 있다.The accurate traffic condition prediction result derived from the Bayesian network-based traffic condition prediction system according to an embodiment of the present invention may be used as information for preventing future traffic congestion as important information in an intelligent transportation system (ITS).

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템의 필요성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining the necessity of the traffic state prediction system based on Bayesian network according to an embodiment of the present invention.

교통 상태는 상류에서의 교통량 부하, 하류에서의 고장 및 동요, 연결로에서 진입하는 차량의 합류 및 충격파 전이 또는 본선에서 진출하는 차량의 차로 변경으로 인한 속도 저하 등 많은 요인에 영향을 받는다. 이러한 요인들은 복잡하고 교통 상태의 변화와 동시적이다. 따라서, 교통 상태 천이(예, 와해현황)는 확률적 과정이고 단지 확률의 측면에서만 예측 가능하다.  따라서, 교통 상태 예측의 확률로 이러한 확률적 특성을 반영하는 방법론을 채택하는 것이 필요하다. Traffic conditions are affected by many factors, such as traffic loads upstream, breakdowns and fluctuations downstream, confluence of vehicles entering the connecting road and shockwave transitions, or slowdowns due to lane changes of vehicles entering the main track. These factors are complex and concurrent with changes in traffic conditions. Thus, traffic state transitions (e.g., disruption) are probabilistic processes and only predictable in terms of probability. Therefore, it is necessary to adopt a methodology that reflects these probabilistic characteristics as the probability of traffic condition prediction.

교통운영 측면에서 교통상태 예측은 중요한 이슈이다. 교통운영의 중요한 목적 중 하나가 교통류 와해현상(flow breakdown)을 예방하는 것이다. 따라서 동적으로 변화하는 교통상태를 예측하고, 그에 따라 미리 대응하여 교통혼잡을 줄이는 것이 필요하다. 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템은 도로에서 실시간으로 수집되는 교통정보를 입력변수로 활용하여 교통상태를 확률적으로 예측할 수 있다. 일반적으로 베이지안 네트워크는, 변수 집합과 변수 사이에 방향 에지 집합이 존재하고, 각 변수는 상호 배타적인 상태의 유한한 집합이고, 에지들과 함께 각 변수들은 무환 방향 그래프(DAG; acyclic directed graph)를 형성하고, 부모(B1,... BN)와 함께 각각의 변수(A)에 조건부 확률 테이블 P(A|B1, ..., BN)로 첨부되도록 구성된다.Traffic condition prediction is an important issue in terms of traffic operation. One of the main objectives of the traffic operation is to prevent flow breakdown. Therefore, it is necessary to anticipate the dynamically changing traffic conditions and to correspondingly reduce the traffic congestion. A traffic state prediction system based on a Bayesian network according to an embodiment of the present invention may probably predict a traffic state by using traffic information collected in real time on a road as an input variable. In general, a Bayesian network has a set of directional edges between a set of variables, and each variable is a finite set of mutually exclusive states, and together with the edges each variable forms an acyclic directed graph (DAG). And a conditional probability table P (A | B 1 , ..., B N ) to each variable A together with the parents B 1 , B N.

베이지안 네트워크를 구성하기 위해서는 크게 도식화된 변수들의 구조와 확률분포인 모수로 구분된다. 베이지안 네트워크의 구조는 변수들 간의 인과관계를 반영하며 전문가적 지식 혹은 인공 지능에 기반하여 구축될 수 있다.To construct a Bayesian network, it is divided into the structure of the schematic variables and the parameter which is the probability distribution. The structure of Bayesian networks reflects the causal relationship between variables and can be built on expert knowledge or artificial intelligence.

본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템은 교통상태 예측에 적합한 네트워크 구조를 제시하고, 이를 기반으로 예측 모형에 대한 올바른 해석을 할 수 있다. 베이지안 네트워크의 구조가 검증 및 평가를 통해 최종 결정되면, 측정된 교통정보를 학습데이터로 활용하여 각 변수들 간의 관계를 조건부 확률분포로 도출될 수 있다. 구축된 베이지안 네트워크는 실시간으로 수집되는 교통정보를 기반으로 미래 교통상태를 확률적으로 예측할 수 있다. 또한 일부 누락정보가 있더라도 편의 되지 않은 결과가 도출될 수 있다. 이러한 베이지안 네트워크의 장점은, 민감도 분석 기반의 모형 해석을 가능하도록 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 기반의 교통상태 예측 시스템은 수집된 교통정보(변수)들이 교통상태 예측에 어떠한 영향을 주는지 분석하기 위해 CoO(cost-of-omission), MMB(minimum and maximum beliefs), NL(normalized likelihood)라는 세 가지 분석 지표를 이용할 수 있다. 한편, 본 발명의 분석 지표가 여기에 제한되지 않는다고 이해되어야 할 것이다.The Bayesian network-based traffic condition prediction system according to an embodiment of the present invention proposes a network structure suitable for traffic condition prediction, and can correctly interpret the prediction model based on this. Once the structure of the Bayesian network is finally determined through verification and evaluation, the measured traffic information can be used as learning data to derive the relationship between the variables as a conditional probability distribution. The established Bayesian network can probabilistically predict future traffic conditions based on traffic information collected in real time. In addition, even if some missing information may result in uncomfortable results. The advantage of these Bayesian networks is that they enable model analysis based on sensitivity analysis. Bayesian-based traffic condition prediction system according to an embodiment of the present invention to analyze how the collected traffic information (variables) affect traffic condition prediction, cost-of-omission (CoO), minimum and maximum beliefs (MMB) In addition, three analytical indicators are available: normalized likelihood (NL). On the other hand, it should be understood that the analytical index of the present invention is not limited thereto.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템을 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 교통상태 예측 시스템(100)은 도로/차량 내 교통정보 측정 장비에서 측정된 실시간 교통정보가 입력되는 교통정보 입력부(110)와 이를 통해 교통상태를 예측하는 교통상태 예측부(120)를 포함할 수 있다.2 is a diagram illustrating a traffic state prediction system based on a Bayesian network according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, the traffic state prediction system 100 may include a traffic information input unit 110 through which real-time traffic information measured by traffic information measuring equipment in a road / vehicle is input and a traffic state predictor that predicts traffic conditions through the traffic information input unit 110. 120).

교통정보 입력부(110)에 입력되는 실시간 교통정보는 측정 장비의 유형에 따라 다양하게 구분될 수 있다. 실시 예에 있어서, 측정 장비가 지점 검지기의 경우, 일정 시간(30초, 1분, 5분, 15분, 30분 등)을 기준으로 한 교통량, 속도, 점유율 등이 측정될 수 있다. 실시 예에 있어서, 측정 장비가 구간 검지기의 경우, 일정 시간을 기준으로 구간 통행속도, 통행시간, 통과교통량 등이 측정될 수 있다. 또한 차량 내 GPS(global positioning system) 장치 기반의 교통정보에서도 링크 통행시간, 통행속도 등이 측정될 수 있다. 다양한 유형의 교통정보를 모두 활용하여 본 발명의 교통상태 예측 시스템(100)이 구성될 수 있다. 이렇게 입력된 교통정보는 측정된 구간에 따라 구분되며 같은 구간 안에서 다양한 교통정보(교통량, 속도, 점유율 등)를 모두 활용하여 교통상태 예측 시스템(100)이 구성될 수 있다.The real-time traffic information input to the traffic information input unit 110 may be variously classified according to the type of measurement equipment. In an embodiment, when the measurement equipment is a point detector, traffic volume, speed, occupancy, etc. based on a predetermined time (30 seconds, 1 minute, 5 minutes, 15 minutes, 30 minutes, etc.) may be measured. In an embodiment, when the measurement equipment is a section detector, section passage speed, passage time, traffic volume, etc. may be measured based on a predetermined time. In addition, link travel time, travel speed, etc. may be measured even in a vehicle based global positioning system (GPS) based traffic information. The traffic state prediction system 100 of the present invention may be configured by utilizing all types of traffic information. The traffic information thus input is classified according to the measured section, and the traffic state prediction system 100 may be configured by utilizing all of various traffic information (traffic volume, speed, share, etc.) in the same section.

교통상태 예측부(120)의 베이지안 네트워크의 구조 및 모수가 최종 구축되면, 실시간 교통정보 입력부의 자료형태도 그에 적합하도록 구성될 것이다.When the structure and parameters of the Bayesian network of the traffic state prediction unit 120 are finally established, the data format of the real-time traffic information input unit may be configured to be suitable therefor.

교통상태 예측부(120)는 베이지안 네트워크를 기반으로 구축되고, 교통정보 입력부(110)의 실시간 교통정보를 통해 미래 교통상태를 확률적으로 예측할 수 있다. 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측부(120)는 다음과 같이 교통상태를 예측할 수 있다.The traffic state prediction unit 120 may be constructed based on a Bayesian network, and may probably predict a future traffic state through real-time traffic information of the traffic information input unit 110. The Bayesian network-based traffic state prediction unit 120 may predict the traffic state as follows.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템의 동작 방법을 예시적으로 보여주는 도면이다.3 is a diagram illustrating a method of operating a traffic state prediction system based on Bayesian network according to an embodiment of the present invention.

먼저 학습데이터 및 기초분석자료로 활용할 교통정보가 수집될 수 있다(S110). 다음으로 수집된 교통정보를 입력변수로 하여 베이지안 네트워크 구조가 설정될 수 있다(S120). 교통상태 예측을 위한 베이지안 네트워크의 기본구조는 아래에서 자세하게 설명하겠다. 이후 베이지안 네트워크 구조가 검증될 수 있다(S130). 이후, 학습데이터를 기반으로 베이지안 네트워크 모수(parameter)가 학습될 수 있다(S140). 실시 예에 있어서, 모수 학습은 일괄 학습 혹은 온라인 학습일 수 있다. 여기서 일괄 학습은 매개 변수를 한번만 완전히 추정하는데 사용될 수 있다. 온라인 학습은 각 데이터를 업데이트할 수 있다.First, traffic information to be used as learning data and basic analysis data may be collected (S110). Next, the Bayesian network structure may be set using the collected traffic information as an input variable (S120). The basic structure of Bayesian network for traffic condition prediction is explained in detail below. After that, the Bayesian network structure may be verified (S130). Then, a Bayesian network parameter may be learned based on the learning data (S140). In an embodiment, the parameter learning may be batch learning or online learning. Batch learning can be used here to fully estimate the parameters only once. Online learning can update each data.

구축된 구조와 모수를 가진 베이지안 네트워크는 제시된 해석지표를 활용해 분석될 수 있다(S150). 실시 예에 있어서, 해석 지표 분석은 정해진 알고리즘에 의거하여 수행될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 해석 지표 분석은 인공지능(artificial intelligence)을 탑재한 장치로부터 수행될 수 있다. 이를 통해 교통상태 예측 시스템의 개선방향이 도출될 수 있다(S160). 개선방향을 반영해 베이지안 네트워크의 구조 및 모수가 변경될 수 있다. 최종적으로 교통상태 예측을 위한 베이지안 네트워크가 도출될 수 있다(S170).The Bayesian network with the constructed structure and parameters can be analyzed using the presented analysis indicators (S150). In an embodiment, the analysis index analysis may be performed based on a predetermined algorithm. In another embodiment, the analysis index analysis may be performed from a device equipped with artificial intelligence. Through this, the improvement direction of the traffic state prediction system may be derived (S160). The structure and parameters of the Bayesian network may change to reflect the direction of improvement. Finally, a Bayesian network for traffic condition prediction may be derived (S170).

본 발명에 따른 단계들 및/또는 동작들은 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해될 수 있는 것과 같이, 다른 순서로, 또는 병렬적으로, 또는 다른 에포크(epoch) 등을 위해 다른 실시 예들에서 동시에 일어날 수 있다.The steps and / or actions according to the invention may occur simultaneously in different embodiments in different order, in parallel, or for other epochs, etc., as would be understood by one skilled in the art. Can be.

실시 예에 따라서는, 단계들 및/또는 동작들의 일부 또는 전부는 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된 명령, 프로그램, 상호작용 데이터 구조(interactive data structure), 클라이언트 및/또는 서버를 구동하는 하나 이상의 프로세서들을 사용하여 적어도 일부가 구현되거나 또는 수행될 수 있다. 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체는 예시적으로 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 논의된 "모듈"의 기능은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 및/또는 그것들의 어떠한 조합으로 구현될 수 있다.In some embodiments, some or all of the steps and / or actions may be directed to instructions, programs, interactive data structures, clients, and / or servers stored on one or more non-transitory computer-readable media. At least some may be implemented or performed using one or more processors. One or more non-transitory computer-readable media may be illustratively software, firmware, hardware, and / or any combination thereof. In addition, the functionality of the "module" discussed herein may be implemented in software, firmware, hardware, and / or any combination thereof.

본 발명의 실시 예들의 하나 이상의 동작들/단계들/모듈들을 구현/수행하기 위한 하나 이상의 비-일시적 컴퓨터-판독가능 매체 및/또는 수단들은 ASICs(application-specific integrated circuits), 표준 집적 회로들, 마이크로 컨트롤러를 포함하는, 적절한 명령들을 수행하는 컨트롤러, 및/또는 임베디드 컨트롤러, FPGAs(field-programmable gate arrays), CPLDs(complex programmable logic devices), 및 그와 같은 것들을 포함할 수 있지만, 여기에 한정되지는 않는다. One or more non-transitory computer-readable media and / or means for implementing / performing one or more operations / steps / modules of embodiments of the present invention may be used in application-specific integrated circuits (ASICs), standard integrated circuits, A controller that performs appropriate instructions, including a microcontroller, and / or an embedded controller, field-programmable gate arrays (FPGAs), complex programmable logic devices (CPLDs), and the like. Does not.

한편, 수집되는 교통정보는 지점 검지기, 구간 검지기, 차량 내 GPS 등 다양한 형태를 가질 수 있다. 수집된 교통정보를 바탕으로 베이지안 네트워크 구조가 설정될 수 있다. 베이지안 네트워크는 논리적 인과관계를 반영하여 구성되어야 한다. 논리적 인과관계가 보장되어야 올바른 모형 분석이 수행될 수 있다.Meanwhile, the collected traffic information may have various forms such as a point detector, a section detector, and an in-vehicle GPS. A Bayesian network structure may be set based on the collected traffic information. Bayesian networks should be constructed to reflect logical causality. Logical causality must be ensured so that correct model analysis can be performed.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 구조 내 교통상태와 측정된 교통정보의 관계를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 4를 참조하면, 교통상태와 측정된 교통정보 간의 관계는 한 지점에 대한 베이지안 네트워크 구조를 보여준다.4 is a diagram illustrating a relationship between traffic conditions and measured traffic information in a Bayesian network structure according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the relationship between traffic conditions and measured traffic information shows a Bayesian network structure for a point.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 교통상태와 지점 검지기 교통정보 간의 베이지안 네트워크 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 측정된 교통정보는 교통상태에 의해 드러나는 결과 또는 샘플이며, 직접적인 인과의 원인이 될 수 없다. 이에 반해 시공간적인 교통상태는 다른 시공간적인 교통상태에 영향을 줄 수 있다. 교통상태는 측정된 교통정보에 의해 관측될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 교통상태 예측 시스템(100)의 예시로 고속도로 한 지역의 지점 검지기로부터 t시점의 교통량, 속도, 점유율을 얻을 수 있다면, t시점의 교통상태와 도 5에 도시된 구조를 가지게 된다.5 is a diagram illustrating a Bayesian network structure between a traffic state and a point detector traffic information according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the measured traffic information is a result or sample revealed by the traffic state and cannot directly cause causality. In contrast, spatio-temporal traffic conditions can affect other spatio-temporal traffic conditions. The traffic condition can be observed by the measured traffic information. As an example of the traffic condition prediction system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention, if the traffic volume, speed, and occupancy of time t can be obtained from a point detector of an area of a highway, the traffic state of time t and the structure shown in FIG. To have.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 베이지안 네트워크 구조를 예시적으로 보여주는 도면이다. 실제 고속도로 타겟 지점의 미래 교통상태 예측을 수행하기 위해 타겟 지점, 상류, 하류, 진입 연결로, 진출 연결로의 교통정보를 수집할 수 있다면 도 6에 도시된 베이지안 네트워크 구조를 가질 수 있다. t시점의 교통정보를 활용하여 5분 후의 교통상태를 예측하는 베이지안 네트워크 구조이다.6 is a diagram illustrating a Bayesian network structure according to an embodiment of the present invention. If the traffic information of the target point, the upstream, the downstream, the entry road, and the exit road can be collected to perform the future traffic state prediction of the actual highway target point, the Bayesian network structure shown in FIG. 6 may be provided. Bayesian network structure that predicts traffic condition after 5 minutes using traffic information at time t.

베이지안 네트워크 구조가 만들어지면 그에 대한 검증절차가 수행될 수 있다. 검증은 조건부 독립 및 종속관계를 고려한 논리적 판단에 의해 수행될 수 있다. 특정 두 변수 간의 관계는 주변 변수의 유무에 따라 독립 및 종속관계가 달라질 수 있다. 모든 상황에서 특정 두 변수가 올바른 논리적 관계를 가지고 있는지 판단하게 된다.Once the Bayesian network structure is created, verification procedures can be performed. Verification can be performed by logical judgment that takes into account conditional independence and dependencies. The relationship between two specific variables can be independent and dependent depending on the presence or absence of surrounding variables. In all situations, you will determine whether two specific variables have the correct logical relationship.

구조에 대한 검증절차를 마친 베이지안 네트워크는 주어진 구조 내에서 모수를 학습할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 교통상태 예측 시스템(100) 에서 측정되는 교통정보는 연속형 변수이고, 교통상태는 이산형 변수로 정의하겠다. 따라서 본 발명의 실시 예에 따른 교통상태 예측 시스템(100) 내에서는 연속형 변수와 이산형 변수 간 그리고 이산형 변수와 이산형 변수 간의 조건부 확률관계를 구성할 수 있다.Bayesian networks that have completed the verification process for the structure can learn the parameters within a given structure. Traffic information measured in the traffic condition prediction system 100 according to an embodiment of the present invention is a continuous variable, traffic state will be defined as a discrete variable. Therefore, in the traffic state prediction system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention, a conditional probabilistic relationship between a continuous variable and a discrete variable and between a discrete variable and a discrete variable can be constructed.

이산형 변수들 간의 조건부 확률은 간단히 조건부 확률 표 형태로 구성될 수 있다. 반면에 연속형 변수와 이산형 변수를 모형화하기 위해 MoGs(Mixture of Gaussians) 분포를 이용할 수 있다. MoGs는 가중치를 가진 유한한 가우시안 분포들의 합으로 정의할 수 있다. 만약

Figure 112018010530866-pat00001
가 측정된 교통정보인 연속형 변수이며,
Figure 112018010530866-pat00002
가 교통상태를 나타내는 이산형 변수라면
Figure 112018010530866-pat00003
의 MoGs는 다음과 같이 계산될 수 있다.Conditional probabilities between discrete variables can simply be configured in the form of a conditional probability table. On the other hand, MoGs (Mixture of Gaussians) distribution can be used to model continuous and discrete variables. MoGs can be defined as the sum of finite Gaussian distributions with weights. if
Figure 112018010530866-pat00001
Is a continuous variable that is measured traffic information.
Figure 112018010530866-pat00002
Is a discrete variable representing a traffic condition
Figure 112018010530866-pat00003
MoGs can be calculated as follows.

Figure 112018010530866-pat00004
Figure 112018010530866-pat00004

여기서,

Figure 112018010530866-pat00005
,
Figure 112018010530866-pat00006
는 차례로 평균, 분산, 가중치 (
Figure 112018010530866-pat00007
,
Figure 112018010530866-pat00008
,
Figure 112018010530866-pat00009
) here,
Figure 112018010530866-pat00005
,
Figure 112018010530866-pat00006
In turn average, variance, weight (
Figure 112018010530866-pat00007
,
Figure 112018010530866-pat00008
,
Figure 112018010530866-pat00009
)

변수의 유형에 따라 다음과 같은 계산 방식을 가진다. 앞서 수집한 학습데이터에 의해 조건부 확률이 학습될 수 있다. 구조와 모수가 구축된 베이지안 네트워크는 입력된 정보에 대응하는 미래 교통상태를 도출할 수 있게 된다.Depending on the type of variable, it has the following calculation method. Conditional probabilities may be learned by the previously collected learning data. The Bayesian network, with its structure and parameters, can derive future traffic conditions corresponding to the inputted information.

구축된 베이지안 네트워크는 다음의 분석지표를 통해 교통현황 및 교통상태 예측에 대한 해석을 수행할 수 있다. 다음의 분석지표는 각 변수들이 교통상태 변화에 어떠한 영향을 주는지 해석할 수 있는 정량적 결과를 제시한다.The established Bayesian network can analyze the traffic status and traffic condition through the following analysis indicators. The following analytical indicators provide quantitative results that can be used to interpret how each variable affects traffic conditions.

<Cost-of-Omission (CoO)>Cost-of-Omission (CoO)

Figure 112018010530866-pat00010
Figure 112018010530866-pat00010

<Minimum and Maximum Beliefs (MMB)>Minimum and Maximum Beliefs (MMB)

Figure 112018010530866-pat00011
,
Figure 112018010530866-pat00012
Figure 112018010530866-pat00011
,
Figure 112018010530866-pat00012

<Normalized Likelihood (NL)>Normalized Likelihood (NL)

Figure 112018010530866-pat00013
Figure 112018010530866-pat00013

분석지표 결과를 바탕으로 구축된 베이지안 네트워크 모형의 개선방향을 도출하고 새로운 구조와 모수를 가진 베이지안 네트워크 모형이 설정될 수 있다. 이렇게 도출된 베이지안 네트워크 모형은 교통상태 예측부의 역할을 수행할 수 있다. 아래는 세 가지 분석지표를 통한 분석결과 예시들이다.Based on the analysis index results, the Bayesian network model can be derived and the Bayesian network model with new structure and parameters can be established. The derived Bayesian network model can play the role of a traffic condition prediction unit. The following are examples of analysis results through three analysis indicators.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 CoO 분석 지표를 통한 결과를 예시적으로 보여주는 도면이다. CoO는 각 시공간적 교통상태가 미래 교통상태 예측에 미치는 영향을 평가하는 것으로, 큰 값을 가질 수록 미래 교통상태 예측에 높은 정보를 가지고 있음을 의미한다. 도 7은 미래 교통상태가 원활(free-flow) 또는 혼잡(congested) 예측에 미치는 영향을 구분하여 제시하고 있으며 이에 대한 합(sum)도 제시하고 있다. 분석 결과, 타겟지점이 가장 높은 정보를 가지고 있으며, 상대적으로 진입 또는 진출 연결로에 의한 정보는 낮은 것으로 분석되었다. 모형의 간결성과 효율성을 위해 미래 교통상태 예측에 대한 정보가 낮은 지점은 모형에서 제외될 수 있다.7 is a diagram illustrating a result through the CoO analysis index according to an embodiment of the present invention. CoO evaluates the effect of each spatio-temporal traffic condition on the prediction of future traffic conditions. The larger the value, the higher the information on the prediction of future traffic conditions. FIG. 7 shows the effects of future traffic conditions on free-flow or congested prediction, and also sums them. As a result, the target point has the highest information, and the information by the entry or exit link is relatively low. For the sake of simplicity and efficiency of the model, points with low information about future traffic conditions may be excluded from the model.

도 8는 본 발명의 실시 예에 따른 MMB 분석 지표를 통한 결과를 예시적으로 보여주는 도면이다. MMB는 입력변수에 의해 미래 교통상태가 얼마나 변화할 수 있는지 그 범위를 평가하는 것으로, 그 범위가 넓을수록 입력변수의 영향이 큼을 의미한다. 분석 결과, 타겟지점의 교통량, 속도, 점유율은 미래 교통상태 예측에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었다. 또한 상류지점은 미래 교통상태가 혼잡일 때 큰 영향을 줄 수 있으며, 하류지점은 미래 교통상태가 원활일 때 큰 영향을 줄 수 있다. 상대적으로 연결로 교통량이 미래 교통상태 예측에 미치는 영향은 작았다. 모형의 간결성과 효율성을 위해 미래 교통상태 예측에 대한 정보가 낮은 지점은 모형에서 제외될 수 있다.8 is a diagram illustrating a result through the MMB analysis index according to an embodiment of the present invention. The MMB evaluates the range of future traffic conditions that can be changed by the input variables. The wider the range, the greater the influence of the input variables. As a result, the traffic volume, speed, and occupancy of the target site were found to have a great influence on the prediction of future traffic conditions. In addition, the upstream point can have a big influence when the future traffic conditions are heavy, and the downstream point can have a big influence when the future traffic conditions are smooth. Relatively, the impact of connecting road traffic on the prediction of future traffic conditions was small. For the sake of simplicity and efficiency of the model, points with low information about future traffic conditions may be excluded from the model.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 NL 분석 지표를 통한 결과를 예시적으로 보여주는 도면이다. NL은 입력변수와 미래 교통상태 간의 관계를 분석할 수 있는 지표로, 입력변수의 변화가 미래 교통상태 예측에 미치는 영향을 평가할 수 있다. NL이 1에 가까우면 그 입력변수는 미래 교통상태 예측에 영향이 없는 것으로 평가되며, 1 보다 작을수록 미래 교통상태가 원활한 상태를 예측하는데 큰 영향을 주며, 1 보다 클수록 미래 교통상태가 혼잡할 상태를 예측하는데 큰 영향을 준다. 분석결과, 속도는 그 값이 빨라질수록 미래 교통상태가 원활할 확률이 높아지며, 점유율과 반대의 결과를 보여준다. 교통량의 경우, 일정 수준까지는 교통량이 많아질수록 혼잡할 확률이 높아지지만 그 이후로는 교통상태 예측의 영향력이 작아짐을 보여준다. 또한 상대적으로 연결로 교통량이 미래 교통상태 예측에 미치는 영향은 작았다. 모형의 간결성과 효율성을 위해 미래 교통상태 예측에 대한 정보가 낮은 지점은 모형에서 제외될 수 있다.9 is a diagram illustrating a result through the NL analysis index according to an embodiment of the present invention. NL is an indicator for analyzing the relationship between input variables and future traffic conditions. It can evaluate the effect of changes in input variables on the prediction of future traffic conditions. If the NL is close to 1, the input variable is evaluated as having no influence on the prediction of future traffic conditions.The smaller the value is, the larger the value is, the larger the value is. Has a big impact on predicting As a result, the faster the speed, the more likely the future traffic condition is, and the opposite of the occupancy rate. In the case of traffic volume, up to a certain level, the higher the traffic volume, the higher the probability of congestion, but after that, the influence of the traffic condition prediction becomes smaller. In addition, the impact of the traffic volume on the road link to the prediction of future traffic conditions was small. For the sake of simplicity and efficiency of the model, points with low information about future traffic conditions may be excluded from the model.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 교통상태 예측 시스템의 예측 성능을 평가한 표이다. 다른 방법론들과 비교하여 본 발명의 실시 예에 따른 교통상태 예측 시스템(100)의 활용가능성이 평가 되었다. 기존의 모수적 방법론인 Logistic regression에 비해 높은 성능을 가지며, ANN과 유사한 결과를 보였다.10 is a table evaluating the prediction performance of the traffic condition prediction system according to an embodiment of the present invention. Compared with other methodologies, the applicability of the traffic condition prediction system 100 according to the embodiment of the present invention was evaluated. Compared with the existing parametric methodology, Logistic regression, it has higher performance and shows similar results with ANN.

본 발명의 실시 예에 따른 교통상태 예측 시스템(100)은 교통상태 예측뿐 아니라 도로 위에서 발생하는 여러 가지 상황에 대한 예측문제 활용될 수 있다. 교통안전 분야에서 도로 및 차량에서 수집되는 교통정보를 바탕으로 사고발생 위험도 예측을 위한 기술로 활용될 수 있다. The traffic condition prediction system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention may be used to predict traffic conditions and predict problems for various situations occurring on a road. In the field of traffic safety, it can be used as a technology for predicting the risk of accidents based on traffic information collected from roads and vehicles.

한편, 상술 된 본 발명의 내용은 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들에 불과하다. 본 발명은 구체적이고 실제로 이용할 수 있는 수단 자체뿐 아니라, 장차 기술로 활용할 수 있는 추상적이고 개념적인 아이디어인 기술적 사상을 포함할 것이다.On the other hand, the contents of the present invention described above are only specific embodiments for carrying out the invention. The present invention will include not only specific and practically usable means per se, but also technical ideas as abstract and conceptual ideas that can be utilized in future technologies.

100: 교통상태 예측 시스템
110: 교통정보 입력부
120: 교통상태 예측부
100: traffic condition prediction system
110: traffic information input unit
120: traffic condition prediction unit

Claims (12)

교통상태 예측 시스템의 동작 방법에 있어서:
타겟 지점, 상류 지점, 하류 지점, 진입 연결로, 및 진출 연결로의 측정 장비로부터 교통정보를 수신하는 단계; 및
상기 교통정보로부터 설정된 베이지안 네트워크를 이용하여 미래 교통상태를 예측하는 단계를 포함하고,
상기 미래 교통상태를 예측하는 단계는, 수집된 교통정보의 연속형 변수와 상기 교통정보에 의해 관측된 교통상태의 이산형 변수를 입력 변수로 하여 베이지안 네트워크 구조를 설정하는 단계와, 학습 데이터를 기반으로 베이지안 네트워크 모수를 학습하는 단계와, 상기 설정된 베이지안 네트워크 구조 및 상기 베이지안 네트워크 모수를 분석 지표를 이용하여 분석하는 단계를 더 포함하고,
상기 연속형 변수와 상기 이산형 변수 사이 및 이산형 변수들 사이의 조건부 확률 관계가 성립되고,
상기 분석 지표는, 시공간적 교통상태가 미래 교통상태 예측에 미치는 영향을 평가하는 CoC(Cost-of-Omission), 입력변수에 의해 미래 교통상태가 얼마나 변화할 수 있는 지 그 범위를 평가하는 MMB(Minimum and Maximum Beliefs) 혹은 입력변수의 변화가 미래 교통상태 예측에 미치는 영향을 평가하는 NL(Normalized Likelihood) 분석 지표를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
In the operation method of the traffic condition prediction system:
Receiving traffic information from the measurement equipment of the target point, the upstream point, the downstream point, the entry route, and the entry route; And
Predicting future traffic conditions using a Bayesian network set up from the traffic information;
The predicting of the future traffic conditions may include setting a Bayesian network structure using continuous variables of the collected traffic information and discrete variables of the traffic conditions observed by the traffic information as input variables, and based on learning data. Further comprising: learning a Bayesian network parameter, and analyzing the set Bayesian network structure and the Bayesian network parameter using analysis indicators,
A conditional probability relationship is established between the continuous variable and the discrete variable and between the discrete variable,
The analytical indicators include: Cost-of-Omission (CoC), which evaluates the effect of spatiotemporal traffic conditions on the prediction of future traffic conditions, and MMB (Minimum), which evaluates the extent to which the future traffic conditions can be changed by input variables. and Maximum Normalized Likelihood (NL) analytical indicators that assess the impact of changes in input variables or Maximum Beliefs on future traffic conditions.
제 1 항에 있어서,
상기 측정 장비는 일정 시간을 기준으로 교통량, 속도 및 점유율을 갖는 상기 교통정보를 측정하는 지점 검지기를 포함하는 방법.
The method of claim 1,
The measuring equipment includes a point detector for measuring the traffic information having a traffic volume, speed and occupancy based on a predetermined time.
제 1 항에 있어서,
상기 측정 장비는 일정 시간을 기준으로 구간 통행 속도, 통행시간 및 통과 교통량을 갖는 상기 교통정보를 측정하는 구간 검지기를 포함하는 방법.
The method of claim 1,
The measuring equipment includes a section detector for measuring the traffic information having a section passage speed, a passage time and the amount of traffic passing based on a predetermined time.
제 1 항에 있어서,
상기 측정 장비는 링크 통행 시간 및 통행 속도를 갖는 상기 교통정보를 측정하는 차량 내의 GPS 장치를 포함하는 방법.
The method of claim 1,
And the measuring equipment comprises a GPS device in a vehicle measuring the traffic information having a link travel time and a travel speed.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 미래 교통상태를 예측하는 단계는,
상기 설정된 베이지안 네트워크 구조를 검증하는 단계를 더 포함하는 방법.
The method of claim 1,
Predicting the future traffic conditions,
Verifying the established Bayesian network structure.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 미래 교통상태를 예측하는 단계는,
상기 분석 지표를 이용하여 분석한 결과로써 상기 베이지안 네트워크의 개선 방향을 도출할 경우, 상기 베이지안 네트워크 구조 혹은 모수를 변경하는 단계를 더 포함하는 방법.
The method of claim 1,
Predicting the future traffic conditions,
Changing the Bayesian network structure or parameter when a direction of improvement of the Bayesian network is derived as a result of analysis using the analysis indicator.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 이산형 변수들 사이의 조건부 확률은 조건부 확률 표 형태로 구성되고,
상기 연속형 변수와 상기 이산형 변수는 MoGs(Mixture of Gaussians) 분포를 이용하여 모형화되는 방법.
The method of claim 1,
The conditional probability between the discrete variables is configured in the form of a conditional probability table,
The continuous variable and the discrete variable are modeled using a Mixture of Gaussians (MoGs) distribution.
베이지안 네트워크 기반의 교통상태 예측 시스템에 있어서:
복수의 측정 장비로부터 교통정보를 수신하는 교통정보 입력부; 및
상기 교통정보의 연속형 변수와 상기 교통정보에 의해 관측된 교통상태의 이산형 변수를 입력 변수로 하여 베이지안 네트워크 구조를 설정하고, 학습 데이터를 기반으로 베이지안 네트워크 모수를 학습하고, 상기 베이지안 네트워크 구조 및 상기 베이지안 네트워크 모수를 이용하여 미래 교통상태를 확률적으로 예측하는 교통상태 예측부를 포함하고,
상기 교통상태 예측부는, 상기 설정된 베이지안 네트워크 구조 및 상기 베이지안 네트워크 모수를 분석 지표를 이용하여 분석하고,
상기 분석 지표는, 시공간적 교통상태가 미래 교통상태 예측에 미치는 영향을 평가하는 CoC(Cost-of-Omission), 입력변수에 의해 미래 교통상태가 얼마나 변화할 수 있는 지 그 범위를 평가하는 MMB(Minimum and Maximum Beliefs) 혹은 입력변수의 변화가 미래 교통상태 예측에 미치는 영향을 평가하는 NL(Normalized Likelihood) 분석 지표를 포함하는 것을 특징으로 하는 교통상태 예측 시스템.
In Bayesian network based traffic condition prediction system:
A traffic information input unit configured to receive traffic information from a plurality of measurement equipments; And
A Bayesian network structure is set by using the continuous variables of the traffic information and the discrete variables of the traffic state observed by the traffic information as input variables, and learning Bayesian network parameters based on learning data. A traffic state prediction unit probabilistically predicting future traffic conditions using the Bayesian network parameter,
The traffic state prediction unit analyzes the set Bayesian network structure and the Bayesian network parameters by using an analysis index,
The analytical indicators include: Cost-of-Omission (CoC), which evaluates the effect of spatiotemporal traffic conditions on the prediction of future traffic conditions, and MMB (Minimum), which evaluates the extent to which the future traffic conditions can be changed by input variables. and Maximum Beliefs (NL) or Normalized Likelihood (NL) analysis indicators that assess the impact of changes in input variables on future traffic conditions prediction.
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