Modeling the relationship between vehicle speed and density on the road is a fundamental problem in traffic flow theory. Recent research found that using the least-squares (LS) method to calibrate single-regime speed-density models is biased because of the uneven distribution of samples. This paper explains the issue of the LS method from a statistical perspective: the biased calibration is caused by the correlations/dependencies in regression residuals. Based on this explanation, we propose a new calibration method for single-regime speed-density models by modeling the covariance of residuals via a zero-mean Gaussian Process (GP). Our approach can be viewed as a generalized least-squares (GLS) method with a specific covariance structure (i.e., kernel function) and is a generalization of the existing LS and the weighted least-squares (WLS) methods. Next, we use a sparse approximation to address the scalability issue of GPs and apply a Markov chain Monte Carlo (MCMC) sampling scheme to obtain the posterior distributions of the parameters for speed-density models and the hyperparameters (i.e., length scale and variance) of the GP kernel. Finally, we calibrate six well-known single-regime speed-density models with the proposed method. Results show that the proposed GP-based methods (1) significantly reduce the biases in the LS calibration, (2) achieve a similar effect as the WLS method, (3) can be used as a non-parametric speed-density model, and (4) provide a Bayesian solution to estimate posterior distributions of parameters and speed-density functions.


翻译:模拟车辆速度和公路密度之间的关系是交通流量理论中的一个根本问题。最近的研究发现,使用最低平方(LS)方法校准单系统速度密度模型,由于样本分布不均,因此偏差偏差。本文从统计角度解释LS方法的问题:偏差校准是由回归残留物的关联/依赖性造成的。根据这一解释,我们提议了一个新的校准方法,用于单系统速度密度模型,通过零平高尔斯进程(GP)模拟残余物的变异性。我们的方法可以被视为通用的最小平方(GLS)方法,具有特定的共差结构(即内核功能),是现有LS和加权最低偏差(WLS)模型的概括性。我们用一个不甚明的近似近似近似近似近似近似近似的GPS(MMC)测算方法,以大幅降低超低速度速度速度(MCLS)的测序方法,以获取超高分辨率模型的离差法和最小度模型。

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