앙상블 경험적 모드 분해법을 이용한 도시부 단기 통행속도 예측 (Short-term Prediction of Travel Speed in Urban Areas Using an Ensemble Empirical Mode Decomposition)

서지정보

· 발행기관 : 대한토목학회
· 수록지 정보 : 대한토목학회논문집(국문) / 38권 / 4호 / 579 ~ 586페이지
· 저자명 : 김의진, 김동규

초록

단기 통행속도 예측을 위해 데이터 기반 비모수적 기법들을 활용한 다양한 연구들이 수행되고 있다. 그럼에도 교통신호 및 교차로로 인한 복잡한 동적 특성을 가지는 도시부의 예측 연구는 상대적으로 부족한 실정이다. 본 연구는 도시부 통행 속도를 예측하기 위해 앙상블 경험적 모드 분해법(EEMD)과 인공신경망(ANN)을 이용한 하이브리드 접근법을 제안하는 것을 목적으로 한다. EEMD는 통행속도의 시계열 자료를 고유모드 함수(IMF)와 오차항으로 분해한다. 분해된 IMF는 시간단위의 국지적 특성을 반영하며, ANN을 통해 개별적으로 예측된다. IMF는 원본데이터가 가진 비선형성, 비정상성, 진동 등의 복잡성을 완화하기 때문에, 원래의 통행속도에 비하여 더 정확하게 예측될 수 있다. 예측된 IMF들은 합산되어 예측 통행속도를 표현한다. 본 연구에서 제시된 방법을 검증하기 위하여 대구시의 DSRC로부터 구득된 통행속도 데이터가 활용된다.
성능평가는 도시부 링크 중 특히 예측이 어려운 지점에 대해 수행되었으며, 분석 결과 제시된 모형은 15분 후 예측에 대해 각각 평상시 10.41%, 와해상태시 25.35%의 오차율을 가지며, 단순 ANN 기법에 비하여 우수한 성능을 보이는 것으로 확인된다. 본 연구에서 개발된 모형은 도시교 통관리체계의 신뢰성 있는 교통정보를 제공하는 데에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

영어초록

Short-term prediction of travel speed has been widely studied using data-driven non-parametric techniques. There is, however, a lack of research on the prediction aimed at urban areas due to their complex dynamics stemming from traffic signals and intersections. The purpose of this study is to develop a hybrid approach combining ensemble empirical mode decomposition (EEMD) and artificial neural network (ANN) for predicting urban travel speed. The EEMD decomposes the time-series data of travel speed into intrinsic mode functions (IMFs) and residue. The decomposed IMFs represent local characteristics of time-scale components and they are predicted using an ANN, respectively. The IMFs can be predicted more accurately than their original travel speed since they mitigate the complexity of the original data such as non-linearity, non-stationarity, and oscillation. The predicted IMFs are summed up to represent the predicted travel speed. To evaluate the proposed method, the travel speed data from the dedicated short range communication (DSRC) in Daegu City are used. Performance evaluations are conducted targeting on the links that are particularly hard to predict. The results show the developed model has the mean absolute error rate of 10.41% in the normal condition and 25.35% in the break down for the 15-min-ahead prediction, respectively, and it outperforms the simple ANN model. The developed model contributes to the provision of the reliable traffic information in urban transportation management systems.

참고자료

· 없음