Ứng dụng một số kỹ thuật khai phá dữ liệu trong xây dựng mô hình dự báo lưu lượng giao thông theo loại hình phương tiện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN HÙNG CƯỜNG ỨNG DỤNG MỘT SỐ KỸ THUẬT KHAI PHÁ DỮ LIỆU TRONG XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO LƯU LƯỢNG GIAO THƠNG THEO LOẠI HÌNH PHƯƠNG TIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Thái Nguyên – 5/2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN HÙNG CƯỜNG ỨNG DỤNG MỘT SỐ KỸ THUẬT KHAI PHÁ DỮ LIỆU TRONG XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO LƯU LƯỢNG GIAO THƠNG THEO LOẠI HÌNH PHƯƠNG TIỆN Chun ngành : Khoa học máy tính Mã số : 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học Tiến sĩ: Nguyễn Việt Anh Số hóa Trung tâm Học liệu –Thái ĐHTNNguyên – 5/2016http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng em Các số liệu, luận văn sử dụng từ nguồn số liệu điều tra nghiên cứu khảo sát mẫu hộ gia đình thực năm 2014 Kết nghiên cứu chưa sử dụng nghiên cứu khác Thái Nguyên, tháng năm 2016 TÁC GIẢ Nguyễn Hùng Cường i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v LỜI NÓI ĐẦU vi CHƯƠNG TÌM HIỂU VỀ KHAI PHÁ DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG TRONG XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO GIAO THƠNG 1.1 Tìm hiểu khai phá liệu 1.1.1 Khái niệm khai phá liệu 1.1.2 Một số kỹ thuật khai phá liệu 1.1.3 Một số phương pháp khai phá liệu 1.1.4 Một số công cụ hỗ trợ khai liệu 1.2 Ứng dụng khai phá liệu dự báo giao thông 1.2.1 Khái niệm dự báo 1.2.2 Ứng dụng khai phá liệu dự báo giao thông 1.2.3 Mơ hình dự báo giao thơng phục vụ quy hoạch 1.2.4 Mơ hình dự báo giao thông bước: CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO LƯU LƯỢNG GIAO THƠNG THEO LOẠI HÌNH PHƯƠNG TIỆN ĐỐI VỚI HÀ NỘI 16 2.1 Xây dựng mơ hình dự báo 16 2.1.1 Dữ liệu xây dựng mơ hình 16 2.1.2 Lý thuyết mơ hình hồi quy tuyến tính 17 2.2 Thông tin liệu cần thu thập xây dựng mơ hình 18 2.2.1 Thông tin số liệu thống kê 18 2.2.2 Thông tin liệu từ điều tra hộ gia đình 19 2.3 Trích chọn thơng tin xây dựng mơ hình dự báo 24 2.3.1 Xây dựng mơ hình phát sinh, thu hút chuyến 24 2.3.1.1 Xây dựng mơ hình phát sinh chuyến 26 2.3.1.2 Xây dựng mơ hình thu hút chuyến 29 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii 2.3.2 Xây dựng mơ hình phân bổ chuyến 32 2.3.3 Xây dựng mơ hình phân chia phương tiện 36 CHƯƠNG KIỂM ĐỊNH TRÊN SỐ LIỆU HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO 43 3.1 Kiểm định số liệu trạng 43 3.1.1 Kiểm định mơ hình phát sinh chuyến 43 3.1.2 Kiểm định mơ hình thu hút chuyến 43 3.1.3 Kiểm định mơ hình phân bổ chuyến 45 3.1.4 Kiểm định mơ hình phân chia phương tiện 46 3.2 Sử dụng mơ hình cho dự báo tương lai 48 3.2.1 Dự báo phát sinh, thu hút chuyến năm 2020 49 3.2.2 Dự báo phân bổ chuyến năm 2020 50 3.2.3 Dự báo lưu lượng phương tiện năm 2020 51 KẾT LUẬN 52 KIẾN NGHỊ 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 PHỤ LỤC 56 Phụ lục 1: Code chương trình ngôn ngữ R 56 Phụ lục 2: Mẫu điều tra hộ gia đình 64 Phụ lục 3: Kết dự báo phân bổ chuyến năm 2020 77 Phụ lục 4: Kết dự báo lưu lượng giao thông phân theo phương tiện năm 2020 79 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt A Bike Bus CSDL Car G I Item J KPDL Moto PCU VOC VOT Tiếng Anh Attraction Bicycle Bus Database Car Generate Origin (i) Item Destination (j) Knowledge Discoversy and Data Mining Motobike Passenger Car Unit Value Of Cost Value Of Time Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Tiếng Việt Thu hút chuyến Xe đạp Xe bus công cộng Cơ sở liệu Xe Phát sinh chuyến Vùng (i) Khoản mục Vùng đến (j) Khai phá đữ liệu Xe máy Đơn vị quy đổi xe Chi phí cho sử dụng phương tiện Chi phí thời gian người sử dụng http://www.lrc.tnu.edu.vn iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Thống kế số lượng tiêu theo phường 18 Bảng 2: Chỉ tiêu số chuyến bình quân ngày .20 Bảng 3: tiêu số km bình qn phương tiện chi phí 20 Bảng 4: Chỉ tiêu thu nhập sở hữu phương tiện 20 Bảng 5: Số chuyến phân theo mục đích chuyến 21 Bảng 6: Số chuyến phân theo loại hình phương tiện 23 Bảng 1: Kết kiểm định mơ hình phát sinh, thu hút 44 Bảng 2: Kết kiểm định mơ hình phân bổ chuyến .45 Bảng 3: Kết kiểm định mơ hình phân chia phương tiện 47 Bảng 4: Dân số, số lao động học sinh, sinh viên năm 2020 .48 Bảng 5: Kết dự báo số chuyến phát sinh thu hút năm 2020 49 Bảng 6: Kết phân bổ chuyến năm 2020 .50 Bảng Tổng hợp dự báo lưu lượng theo loại hình phương tiện năm 2020 51 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Tiến trình phát tri thức Hình 2: Phát sinh thu hút chuyến Hình 3: Phân bổ chuyến 10 Hình 4: Phân chia phương tiện 10 Hình 5: Mơ chi phí tăng lên khối lượng phân bổ 11 Hình 6: Vận tốc giảm dần khối lượng tăng dần 12 Hình 7: Mơ hình dự báo bước 13 Hình Mơ hình hồi quy tuyến tính 17 Hình 2: Đánh giá độ tương quan tiêu đầu vào 26 Hình 3: Thơng số đánh kết phân tích mơ hình phát sinh .27 Hình 4: Thơng số đánh giá kết phân tích mơ hình phát sinh thêm HSDC .28 Hình 5: So sánh mối tương quan mơ hình phát sinh trước sau thêm HSDC 29 Hình 6: Thơng số đánh giá kết phân tích mơ hình thu hút .30 Hình 7: Thơng số đánh giá kết phân tích mơ hình thu hút thêm HSDC 31 Hình 8: So sánh mối tương quan mơ hình thu hút trước sau thêm HSDC 31 Hình 9: Mối tương quan số chuyến cự ly vận chuyển 33 Hình 10: Thơng số đánh giá, phân tích mơ hình phân bổ chuyến 34 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi Hình 11: Thơng số đánh giá, phân tích mơ hình phân bổ chuyến có biến giả 35 Hình 12: Số liệu thực tế với số liệu lý thuyết có khơng có biến giả 36 Hình 13: Thơng số đánh giá kết độ thỏa dụng xe đạp 38 Hình 14: Thơng số đánh giá kết độ thỏa dụng xe máy 39 Hình 15: Thơng số đánh giá kết độ thỏa dụng xe 40 Hình 16: Thơng số đánh giá kết độ thỏa dụng xe bus 40 LỜI NÓI ĐẦU Quy hoạch mạng lưới giao thơng có vai trị quan trọng quy hoạch thành phố Dự báo lưu lượng giao thông sở cho việc quy hoạch mạng lưới giao thông, nhằm đáp ứng tốt nhu cầu lại tương lai Hiện để dự báo giao thông người ta thường tiến hành điều tra, khảo sát biện pháp vấn, đếm xe để xây dựng ma trận nhu cầu lại dùng số kỹ thuật dự báo hệ số đàn hồi, tốc độ tăng trưởng để dự báo nhu cầu lại tương lai Việc sử dụng hệ số đàn hồi tốc độ tăng trưởng thường mang tính xu chung, khơng phản ánh xác nhu cầu lại cho Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii vùng loại hình phương tiện lại vùng đặc biệt cấu chuyến thay đổi hành vi, thói quen sử dụng phương tiện thay đổi Nhằm hạn chế bớt sai số việc dự báo nhu cầu giao thông, luận văn đề xuất ứng dụng số kỹ thuật Khai phá liệu việc xây dựng mơ hình dự báo lưu lượng giao thơng theo loại hình phương tiện dựa liệu khảo sát thực tế Dữ liệu khảo sát bao gồm thông tin nơi đi, nơi đến; chi phí, thời gian, cự ly, mục đích chuyến đi; đặc điểm nghề nghiệp, tuổi, giới tính người có chuyến v.v Nghiên cứu nhằm xây dựng mơ hình dự báo theo hướng tiếp cận đại mà nước phát triển nước phát triển sử dụng phương pháp dự báo bước Dự báo sở hỗ trợ cho việc hoạch định nhà quản lý sách đầu tư phát triển sở hạ tầng phù hợp nhu cầu người dân Với ý nghĩa tầm quan trọng đó, em lựa chọn đề tài “ Ứng dụng số kỹ thuật khai phá liệu xây dựng mơ hình dự báo lưu lượng giao thơng theo loại hình phương tiện” với mục đích tìm hiểu ứng dụng số kỹ thuật khai phá liệu vào toán từ nguồn số liệu điều tra hộ gia đình thực năm 2014 thành phố Hà Nội, Việt Nam Luận văn gồm chương với nội dung sau Chương 1: Trình bầy khái quát dự báo ứng dụng khai phá liệu xây dựng mơ hình dự báo giao thơng Chương 2: Trình bầy kỹ thuật khai phá liệu xây dựng mơ hình dự báo lưu lượng giao thơng từ bước đến bước tốn dự báo bước để xác định loại hình phương tiện thủ Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 75 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 76 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 77 Phụ lục 3: Kết dự báo phân bổ chuyến năm 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 78 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 79 Phụ lục 4: Kết dự báo lưu lượng giao thông phân theo phương tiện năm 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 80 Dự báo lưu lượng phương tiện xe đạp năm 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 81 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 82 Dự báo lưu lượng phương tiện xe máy năm 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 83 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 84 Dự báo lưu lượng phương tiện xe năm 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 85 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 86 Dự báo lưu lượng phương tiện xe bus năm 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 87 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... “ Ứng dụng số kỹ thuật khai phá liệu xây dựng mơ hình dự báo lưu lượng giao thơng theo loại hình phương tiện? ?? với mục đích tìm hiểu ứng dụng số kỹ thuật khai phá liệu vào toán từ nguồn số liệu. .. khái quát dự báo ứng dụng khai phá liệu xây dựng mơ hình dự báo giao thơng Chương 2: Trình bầy kỹ thuật khai phá liệu xây dựng mơ hình dự báo lưu lượng giao thông từ bước đến bước toán dự báo bước... số việc dự báo nhu cầu giao thông, luận văn đề xuất ứng dụng số kỹ thuật Khai phá liệu việc xây dựng mơ hình dự báo lưu lượng giao thơng theo loại hình phương tiện dựa liệu khảo sát thực tế Dữ