The purpose of this research is to formulate a multi-commodity network flow model for vehicular traffic in a geographic area and develop a procedure for estimating traffic counts based on available partial traffic data for a selected subset of highway links. Due to the restriction of time and cost, traffic counts are not always observed for every highway link. Typically, about 50% of the links have traffic counts in urban highway networks. Also, it should be noted that the observed traffic counts are not free from random errors during the data collection process. As a result, an incoming flow into a highway node and an outgoing flow from the node do not usually match. They need to be adjusted to satisfy a flow conservation condition, which is one of the fundamental concepts in network flow analysis. In this dissertation, the multi-commodity link flows are estimated in a two-stage process. First, traffic flows of "empty" links, which have no observation data, are filled with deterministic user equilibrium traffic assignments. This user equilibrium assignment scheme assumes that travelers select their routes by their own interests without considering total cost of the system. The assignment also considers congestion effects by taking a link travel cost as a function of traffic volume on the link. As a result, the assignment problem has a nonlinear objective function and linear network constraints. The modified Frank-Wolfe algorithm, which is a type of conditional gradient method, is used to solve the assignment problem. The next step is to consider both of the observed traffic counts on selected links and the deterministic user equilibrium assignments on the group of remaining links to produce the final traffic count estimates by the generalized least squares optimization procedure. The generalized least squares optimization is conducted under a set of relevant constraints, including the flow conservation condition for all highway intersections.

Comprehensive information on traffic flow is essential for vehicular emission monitoring and traffic control. However, such information is not observable everywhere and anytime on the road because of high installation costs and malfunctions of stationary sensors. In order to compensate for stationary sensors’ weakness, this thesis analyses an approach for inferring traffic flows from mobile data provided by INRIX, a commercial crowd-sourced traffic dataset with wide spatial coverage and high quality. The idea is to develop Artificial Neural Network (ANN)-based models to automatically extract relations between traffic flow and INRIX measurements, e.g., speed and travel time, from historical data considering temporal and spatial dependencies. We conducted experiments using four weeks of data from INRIX and stationary sensors on two adjacent road segments on the E4 highway in Stockholm. Models are validated via traffic flow estimation based on one week of INRIX data. Compared with the traditional approach that fits the stationary flow-speed relationship based on the multi-regime model, the new approach greatly improves the estimation accuracy. Moreover, the results indicate that the new approach’s models have better resistance to the drift of input variables and can decrease the deterioration of estimation accuracy on the road segment without a stationary sensor. Hence, the new approach may be more appropriate for estimating traffic flows on the nearby road segments of a stationary sensor. The approach provides a highly automated means to build models adaptive to datasets and improves estimation and imputation accuracy. It can also easily integrate new data sources to improve the models. Therefore, it is very suitable to be applied to Intelligent Transport Systems (ITS) for traffic monitor and control in the context of the Internet of Things (IoT) and Big Data. / Information om trafikflödet är nödvändig för övervakning av fordonsutsläpp och trafikstyrning. Trafikflöden kan dock inte observeras överallt och när som helst på vägen på grund av höga installationskostnader och t.ex. funktionsstörningar hos stationära sensorer. För att kompensera för stationära sensorers svagheter analyseras i detta arbete ett tillvägagångssätt för att estimera trafikflöden från mobila data som tillhandahålls av INRIX. Detta kommersiella dataset innehåller restider som kommer från användare av bl.a. färdnavigatorer i fordon och som har en bred rumslig täckning och hög kvalitet. Idén är att utveckla modeller baserade på artificiellt neuronnät för att automatiskt extrahera samband mellan trafikflödesdata och restidsdata från INRIX-mätningarna baserat på historiska data och med hänsyn till tidsmässiga och rumsliga beroenden. Vi utförde experiment med fyra veckors data från INRIX och från stationära sensorer på två intilliggande vägsegment på E4:an i Stockholm. Modellerna valideras med hjälp av estimering av trafikflöde baserat på en veckas INRIX- data. Jämfört med det traditionella tillvägagångssättet som anpassar stationära samband mellan trafikflöde och hastighet baserat på fundamentaldiagram, förbättrar det nya tillvägagångssättet noggrannheten avsevärt. Dessutom visar resultaten att modellerna i den nya metoden bättre hanterar avvikelser i ingående variabler och kan öka noggrannheten på estimatet för vägsegmentet utan stationär sensor. Den nya metoden kan därför vara lämplig för att uppskatta trafikflöden på vägsegment närliggande en stationär sensor. Metodiken ger ett automatiserat sätt att bygga modeller som är anpassade till datamängderna och som förbättrar noggrannheten vid estimering av trafikflöden. Den kan också enkelt integrera nya datakällor. Metodiken är lämplig att tillämpa på tillämpningar inom intelligenta transportsystem för trafikövervakning och trafikstyrning.