第三章 旅行時間預測模式建構
3.3 旅行時間預測模組
3.3.3 旅行時間預測模組開發
49
值以預測公式進行下一時階的預測動作。而每一時階的濾波值是根據濾波公式以 預測值加上觀測值與最佳觀測估計值的修正項計算而得，而在目前資料蒐集週期 為五分鐘的前提下，卡曼濾波遞推公式若以即時交通資料進行預測時理論上僅能 預測五分鐘後的旅行時間，因此為使卡曼濾波的遞推公式可以應用於未來多個時 階的旅行時間預測，以達到使用者對旅行時間預測的需求，本研究將建構兩種以 卡曼濾波為基礎的旅行時間預測方式，分別以歷史資料以及即時資料加預測資料 作為輸入變數。而於傅立葉轉換技術的預測方法中則以歷史資料預測旅行時間，
兩種預測方法的輸入變數說明如表 3-2 所示。
表3-2 旅行時間預測方式
旅行時間預測方法 輸入變數 代號
卡曼濾波法
(以 濾波器估計系統狀態變數)
歷史資料 KF1 即時資料 KF2
離散時間傅立葉轉換 歷史資料 DTFT
1. 卡曼濾波法
(1) 卡曼濾波預測模式一(KF1)：此預測方法以歷史資料作為每一時階的觀 測值，使卡曼濾波公式可以進行遞迴計算而得到旅行時間預測值，而歷史資 料庫中每種星期別(星期一~星期日)皆有 3 天，也就是儲存有完整 3 個禮拜 的歷史資料，因此歷史資料的選擇依據為歷史資料庫中與出發日期與時間相 同星期別且相同時階的歷史值再做平均。
K K-1
K-2
K-3 K+1 K+2
一到三階預測：
歷史觀測值
K+3
Time
圖3-12 卡曼濾波預測模式一(KF1)輸入變數
50
prediction 15 min prediction
K+1 K+2 K+3 圖3-13 卡曼濾波預測模式二(KF2)預測資料
51
52
KF1 與 KF2 的旅行時間預測流程如圖 3-14 所示，詳細步驟說明如下：
輸入起點、迄點與 預計出發時間
列出起迄點間 所有R2R區間
決定路段交通資 料時間
以交通資料時間 計算路段旅行時間
是否到達迄點 輸出總旅行時間與
抵達迄點時間 是
否
圖3-14 卡曼濾波預測模式(KF1、KF2)流程圖
步驟一：使用者根據其旅次需求設定起點、迄點以及預計出發時間，起迄點 可以是交流道或服務區，預計出發時間的格式為日期與時間。
步驟二：將起點與迄點之間的路徑根據交流道和服務區分成數個路段區間 步驟三：由於交通資料為每五分鐘的離散型資料，而以進入路段起點的時間 計算路段旅行時間時，路段交通資料時間的選擇依據為進入路段時間點所位 在的資料時間範圍，例如進入路段起點的時間為 am.09:07，則此路段需要使 用 am.09:10 的交通資料進行計算。
卡曼濾波預測模式一(KF1)
步驟四：從資料庫取得與出發日期相同日型態且相同時間範圍的交通資 料，並計算路段旅行時間。
卡曼濾波預測模式二(KF2)
步驟四：以多階卡曼濾波預測步驟三所決定的時間資料，若使用者是屬於 欲馬上出發，亦即預計出發時間等於目前時間，則先使用即時資料計算路 段旅行時間，直到累積旅行時間大於五分鐘，再使用預測資料計算路段旅 行時間；若使用者預計出發時間與目前時間差距超過五分鐘，則直接使用 預測資料計算路段旅行時間。
步驟四：將步驟四計算得到的路段旅行時間加到總旅行時間
步驟五：判斷是否到達路徑迄點，若已經到達迄點則結束旅行時間預測運算，
以預計出發時間加上總旅行時間作為抵達迄點時間，輸出總旅行時間與抵達
53
迄點時間；若尚未到達迄點則回到步驟三繼續計算下一路段的旅行時間。
2. 傅立葉轉換技術
(1) 離散時間傅立葉預測模式(DTFT)：建立各路段區間(交流道到交流道)全 天的旅行時間傅立葉轉換曲線，再根據使用者所設定的路徑起迄點與預計出 發時間查詢通過各路段所需花費的旅行時間，加總所有路段的旅行時間就可 以得到總旅行時間以及抵達迄點的時間，詳細預測流程如下圖所示。
輸入起點、迄點與 預計出發時
列出起迄點間 所有R2R區間
以進入路段時間查
詢路段旅行時間 計算累積旅行時間
是否到達迄點 輸出總旅行時間與
抵達迄點時間
是
否
圖3-15 離散時間傅立葉預測模式(DTFT)流程圖
步驟一：使用者根據其旅次需求設定起點、迄點以及預計出發時間，起迄點 可以是交流道或服務區，預計出發時間的格式為日期與時間。
步驟二：將起點與迄點之間的路徑根據交流道和服務區分成數個路段區間 步驟三：查詢歷史資料庫中該路段相同日型態的傅立葉參數，以使用者輸入 的預計出發時間加上累積旅行時間作為進入路段區間的時間，將此時間點代 入逆向傅立葉轉換公式中求得該路段的旅行時間。
步驟四：將步驟三計算得到的路段旅行時間加到總旅行時間
步驟五：判斷是否到達路徑迄點，若已經到達迄點則結束旅行時間預測運算，
以預計出發時間加上總旅行時間作為抵達迄點時間，輸出總旅行時間與抵達 迄點時間；若尚未到達迄點則回到步驟三繼續計算下一路段的旅行時間。
54