1.一种结合道路网络拓扑结构与语义关联的拥堵指数预测方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)道路网络拓扑结构图构建:基于道路网络的空间拓扑结构建立一个无向图;
(2)道路网络语义关联图构建:首先计算道路历史拥堵指数数据间相似度,然后基于该相似度建立一个加权无向图,最后对该加权无向图进行嵌入得到表征道路的语义向量;
(3)基于混合深度神经网络的预测模型构建:基于图卷积网络抽取短期拥堵指数变化特征,基于循环神经网络抽取长期拥堵指数变化特征,在此基础上融合道路语义向量建立预测模型。
2.如权利要求1所述的一种结合道路网络拓扑结构与语义关联的拥堵指数预测方法,其特征在于,所述步骤(1)中,道路网络拓扑结构图构建的过程如下:(1-1)道路网络拓扑结构图建立:首先,将道路网络中每条道路Ri创建为一个节点;然后,若车辆能从道路Ri直接到达道路Rj或从道路Rj直接到达道路Ri,则在节点Ri和节点Rj之间创建一条边,记最后建立的无向图为TG;
(1-2)道路网络拓扑结构图表示:采用一个邻接矩阵表示TG。
3.如权利要求1或2所述的一种结合道路网络拓扑结构与语义关联的拥堵指数预测方法,其特征在于,所述步骤(2)中,道路网络语义关联图构建的过程如下:(2-1)历史拥堵指数向量距离计算:对每条道路Ri,首先,对Ri的历史拥堵指数按周进行分割;然后,对Ri每周的历史拥堵指数进行平均,得到历史拥堵指数向量CVi;最后,基于DTW算法(动态时间归整算法)计算任意两个历史拥堵指数向量CVi和CVj的距离dist(CVi,CVj);
(2-2)道路网络语义关联图建立:首先,将任意两个历史拥堵指数向量的距离dist(CVi,CVj)转化为相似度sim(CVi,CVj)=exp(-dist(CVi,CVj));然后,将道路网络中每条道路Ri创建为一个节点,若sim(CVi,CVj)>相似度阈值δ,则在节点Ri和节点Rj之间创建一条边,其权重wij=sim(CVi,CVj);记最后建立的加权无向图为SG;
(2-3)道路语义向量生成:采用图嵌入算法对SG进行表征学习,得到表征每条道路的语义向量,则整个道路网络的语义矩阵为SM。
4.如权利要求1或2所述的一种结合道路网络拓扑结构与语义关联的拥堵指数预测方法,其特征在于,所述步骤(3)中,基于混合深度神经网络的预测模型构建的过程如下:(3-1)训练样本集构建:假定训练样本St当前时刻为t,预测间隔为g,则St=(WDt,Xt),其中,WDt为St的数据部分,跨度为一周,表示为一个N×(168×d1)维的矩阵,其中,d1为每条道路在1小时内的拥堵指数采样个数,WDt[i]代表道路Ri在t前一周的拥堵指数向量,Xt为St的标注部分,表示为一个N维向量,Xt[i]为道路Ri在t+g时刻的真实拥堵指数,对道路网络的历史拥堵指数数据进行分割得到大量训练样本,从而建立训练样本集;
(3-2)预测模型构建:融合图卷积网络、循环神经网络和道路语义向量构建预测模型,对网络结构的解释如下:输入层:网络的输入为样本St的数据部分WDt,将WDt以1小时为单位分割成168个N×d1维的小矩阵WDt1,WDt2,...,WDt168;
卷积层:对每个小矩阵WDtk,将其和TG一起输入一个图卷积网络,该图卷积网络的输出为一个N×d2维的矩阵,则卷积层的最终输出为一个包含了168个N×d2维矩阵的序列;
循环层:将卷积层的输出输入一个长短期记忆网络,每个N×d2维矩阵输入一个长短期记忆网络单元,则长短期记忆网络的输出为一个包含了168个N×d3维矩阵的序列,取最后一个N×d3维矩阵作为循环层的输出;
融合层:将循环层的输出与道路网络语义矩阵SM进行横向拼接,得到一个N×(d3+k)维的矩阵作为输出;
输出层:首先将融合层的输出输入一个全连接层,然后将全连接层的输出输入一个softmax层,最终softmax层的输出为一个N维向量Yt,其中,Yt[i]代表为道路Ri在t+g时刻的预测拥堵指数。