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专利号: 2023111410969
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
更新日期:2025-02-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于多特征双判别器的交通数据补偿方法,其特征在于,包括:

S1:从数据平台提供的API接口中获取卡口交通数据和路网的真实交通流图像x;所述交通数据包括卡口传感器信息和外部属性信息;

S2:将路网转化为交通路网结构图;

S3:从卡口传感器信息提取相关属性,所述相关属性包括车辆轨迹、卡口和路网交通流量;

S4:根据卡口传感器数据提取的相关属性和建立的交通路网结构图,从车辆轨迹分析卡口之间的影响关系,采用RoadNetPixel算法生成路网交通流图像R;

根据卡口传感器数据提取的相关属性,从车辆轨迹分析卡口之间的影响关系,采用RoadNetPixel算法来生成路网交通流图像R,包括:车辆轨迹由多个卡口组成,输入车辆轨迹样本,引入skip‑gram算法从轨迹中挖掘出卡口的高维特征表示,得到卡口高维特征向量表示[c1,c2,…,cN],引入t‑SNE方法对卡口的高维特征向量[c1,c2,…,cN]进行降维处理,将其映射到低维空间;

计算高维空间中每个卡口与邻接卡口之间的相似度pij,以及计算低维空间中的每个卡口与邻接卡口的相似度qij;

通过最小化KL散度来不断调整低维空间中卡口的位置,将低维空间中的相似度与高维空间中的相似度尽可能接近,得到最终输出的低维空间中的卡口特征向量[f1,f2,…,fN];

对低维空间横向和纵向进行切割,让像素空间包含所有的卡口;

对于包含过多卡口的像素点,以包含最大交通流量卡口为中心,其余卡口向外扩张一圈进行分散,若外圈的像素点没有包含卡口,则占用此像素点,否则向外继续扩张一圈,直到所有卡口分散到最近的像素点,当像素空间每个像素点最多包含一个卡口时,得到路网像素化矩阵P;

将对应的卡口交通流量填充到路网像素化矩阵P,矩阵中缺失的卡口用0填充,生成路网交通流图像R;

S5:根据路网交通流图像R捕获交通路网中隐藏的时空特征;

S6:通过多头注意力机制拼接外部因素,并赋予不同的权重系数,挖掘外部属性信息的外部特征;

S7:将时空特征和外部特征进行特征融合,得到融合特征;

S8:建立ST‑DDGAN组件模型;

所述ST‑DDGAN组件模型,包括:生成器G和判别器D;

所述生成器G为自动编码器‑解码器的结构,自动编码器采用残差网络中的残差块取代卷积层,每个残差块包含两个相同的卷积核的卷积操作和批归一化;

所述判别器D为双判别器结构,包括全局判别器DG和局部判别器DL;

S9:将融合特征和路网交通流图像R输入ST‑DDGAN组件模型,根据路网的真实交通流图像x进行对抗训练,通过训练完成后的ST‑DDGAN组件模型对数据缺失的交通数据进行补全。

2.根据权利要求1所述的一种基于多特征双判别器的交通数据补偿方法,其特征在于,将路网转化为交通路网结构图,包括:将路网转化为图G=(V,E,A),其中,V表示节点的集合,每个节点表示记录交通数据的卡口,E表示边的集合,每个边表示两个卡口连通的一条交通道路,A表示路网的邻接矩阵,路网的邻接矩阵A中每个元素的值表示相应节点之间是否相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于多特征双判别器的交通数据补偿方法,其特征在于,根据路网交通流图像R捕获交通路网中隐藏的时空特征,包括:构造一个过滤器作用于图的节点上,通过一阶邻域捕获节点之间的空间特征,将节点自身特征与其邻居节点特征进行聚合来更新节点的特征表示,通过叠加多个卷积层,提取更复杂的拓扑结构和特征表示,每个卷积层的输出作为下一层的输入,形成层层传递的特征更新过程,得到改进的GCN网络;

将路网邻接矩阵与多个时间步长路网交通流图像R输入改进的GCN网络,改进的GCN网络根据输入数据的拓扑信息,选择相邻节点,相邻节点和目标节点通过一阶过滤运算进行聚合,经过一系列卷积操作后,逐步提取路网的高层次空间特征,最终生成序列化的空间图Rs;

将序列化的空间图Rs输入GRU网络,GRU网络利用重置门和更新门来学习控制交通信息在时间序列中的流动,当前t时刻,输入当前时刻的空间图 和前一时刻的隐藏层状态信息ht‑1,计算t时刻的隐藏层状态信息,并根据t时刻的隐藏层状态信息能够得到t时刻的输出时空特征

4.根据权利要求1所述的一种基于多特征双判别器的交通数据补偿方法,其特征在于,通过多头注意力机制拼接外部因素,并赋予不同的权重系数,挖掘外部属性信息的外部特征,包括:将外部信息中的天气、星期几和时间段进行独热编码离散化,转换为固定长度的向量,将三个外部因素向量进行拼接,得到拼接后的向量为E;

将向量E输入到多头注意力机制模型的多头注意力层,将向量E的查询Q,键K和值V向量通过线性变换转换到相同的维度;

计算向量E的Q和K的缩放点积,挖掘出天气,星期几和时间段之间的相互联系,捕获向量E的内部依赖关系;

将外部因素纳入到多个注意力层中,每个注意力层可以独立关注外部因素不同部分,对每个注意力层分别计算,并将结果拼接在一起;

将多头注意力的结果合并成一个向量;

将多头注意力的结果进行残次连接,并通过规范化层对结果进行归一化,输出外部特征FeE。

5.根据权利要求1所述的一种基于多特征双判别器的交通数据补偿方法,其特征在于,时空特征和外部特征进行特征融合,得到融合特征,包括:F=FeST·wST+FeE·wE

其中,F表示融合特征,FeST表示时空特征,FeE表示外部特征,wST和wE分别表示时空特征和外部特征的权重。

6.根据权利要求1所述的一种基于多特征双判别器的交通数据补偿方法,其特征在于,将融合特征和路网交通流图像R输入ST‑DDGAN组件模型,根据路网的真实交通流图像x进行对抗训练,包括:将融合特征F与路网交通流图像R输入生成器G,生成器G的编码器将路网交通流图像卷积,得到隐层特征,生成器G的解码器对隐层特征和融合特征进行反编码,生成路网交通流图像z;将生成的路网交通流图像z和路网的真实交通流图像x输入判别器D,判别器D的全局判别器DG从全局上判别路网交通流图像z和真实交通流图像x的真假,并建立全局判别器DG的损失函数;判别器D的局部判别器DL分析路网交通流图像z和真实交通流图像x的局部区域的真实性,并建立局部判别器DL的损失函数;将全局判别器DG和局部判别器DL的判别结果反馈给生成器G,约束生成器G生成更真实的路网交通流图像,当全局判别器DG的损失函数和局部判别器DL的损失函数的损失最小时,固定ST‑DDGAN组件模型的参数,完成ST‑DDGAN组件模型的训练。

7.根据权利要求6所述的一种基于多特征双判别器的交通数据补偿方法,其特征在于,所述全局判别器DG的损失函数和局部判别器DL的损失函数,包括:全局判别器DG的损失函数:

局部判别器DL的损失函数:

其中, 表示全局判别器DG的损失函数,G表示生成器G,x表示真实路网

交通流图像,G(z)表示生成器生成的路网交通流图像z,DG(x)表示全局判别器在真实路网交通流图像x的判断结果,DG(G(z))表示全局判别器在生成数据G(z)的判断结果, 表示所有数据都是真实数据时的期望, 表示所有数据都是生成数据时的期望,pg(x)表示真实路网交通流图像x的概率分布函数,ps(z)表示生成的路网交通流图像z的概率分布函数;xc表示真实路网交通流图像x的局部区域,G(z)c表示生成器生成的路网交通流图像z的局部区域。

8.根据权利要求1所述的一种基于多特征双判别器的交通数据补偿方法,其特征在于,通过训练完成后的ST‑DDGAN组件模型对数据缺失的交通数据进行补全,包括:Y'=Recover(Rr,F)

其中,Y'表示对缺失数据进行补全后的路网交通流图像,Rr表示数据缺失的路网交通流图像,F表示数据缺失的交通数据的融合特征,Recover()表示ST‑DDGAN组件对卡口缺失的交通数据进行补全操作。