基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提出了一種基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，包括：獲取經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)；對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行基于時(shí)間相關(guān)性模型的修復(fù)，包括：采用二次指數(shù)平滑法對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)中連續(xù)點(diǎn)上缺失的交通進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到修復(fù)的觀測(cè)值對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行基于路段相關(guān)性模型的修復(fù)，包括：根據(jù)相鄰路段之間的相關(guān)，計(jì)算缺失數(shù)據(jù)路段上的車(chē)輛速度；根據(jù)vti,t和vsi,t計(jì)算基于時(shí)間相關(guān)性模型和路段相關(guān)性模型線(xiàn)性融合的i表示路段編號(hào)。本發(fā)明提高了數(shù)據(jù)修復(fù)的質(zhì)量和數(shù)據(jù)修復(fù)預(yù)測(cè)的精度，從而提高了道路交通狀態(tài)的檢測(cè)精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通及車(chē)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于時(shí)間和路段相關(guān)性的 數(shù)據(jù)修復(fù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著ITS(Intelligent Transport System，智能交通系統(tǒng)）的廣泛發(fā)展，動(dòng)態(tài)交通 數(shù)據(jù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。通常所說(shuō)的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)的清洗包括原始數(shù)據(jù)中異常數(shù)據(jù)的識(shí) 另IJ、過(guò)濾和修復(fù)等過(guò)程。由于數(shù)據(jù)過(guò)濾會(huì)引起信息的丟失，為保證城市道路交通狀態(tài)預(yù)測(cè)的 精確性，有必要使用數(shù)據(jù)修復(fù)方法對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。目前常用與數(shù)據(jù)修復(fù)的算法有 加權(quán)平均算法和指數(shù)平滑法等兩種。
[0003] (1)加權(quán)平均算法是一種優(yōu)先考慮相鄰時(shí)間對(duì)缺失數(shù)據(jù)的影響的算法。一般而言， 觀測(cè)值與缺失數(shù)據(jù)時(shí)間相隔越大，其對(duì)缺失數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)因子越小;觀測(cè)值與缺失數(shù)據(jù)時(shí)間 相隔越小，其對(duì)缺失數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)因子越大。但是該算法只考慮當(dāng)前相鄰時(shí)間間隔內(nèi)觀測(cè)值 對(duì)缺失數(shù)據(jù)的影響，并沒(méi)有不考慮缺失點(diǎn)的歷史趨勢(shì)，缺乏一定的靈活性。
[0004] (2)二次指數(shù)平滑法是在移動(dòng)平均方法基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的一種時(shí)間序列分析預(yù)測(cè)算 法，是對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)象中的實(shí)際觀測(cè)值計(jì)算兩次平滑值，并由此建立預(yù)測(cè)模型，對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)象進(jìn)行 預(yù)測(cè)的方法。相對(duì)于一次指數(shù)平滑法，二次指數(shù)平滑法適用于預(yù)測(cè)有明顯趨勢(shì)變化的市場(chǎng) 現(xiàn)象，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)象的多期預(yù)測(cè)和修復(fù)。
[0005] 二次指數(shù)平滑法修復(fù)缺失數(shù)據(jù)的關(guān)鍵在于平滑系數(shù)的取值，根據(jù)以往的研究資 料，如果樣本點(diǎn)整體波動(dòng)較大，則平滑系數(shù)的值應(yīng)取大一些，即增加近期樣本點(diǎn)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果 的影響。如果樣本點(diǎn)整體平穩(wěn)，則平滑系數(shù)的值應(yīng)取小一些。然而，實(shí)際的交通系統(tǒng)中，車(chē)輛 在道路網(wǎng)中采集的信息復(fù)雜多樣，并不能完全根據(jù)采集的交通信息就能判定出需要使用的 修復(fù)模型。此外，在相鄰時(shí)間間隔和相鄰路段采集的信息很難同步，這意味著如果只考慮交 通信息的路段相關(guān)性或時(shí)間相關(guān)性來(lái)修復(fù)數(shù)據(jù)，很大程度上將大大增大數(shù)據(jù)修復(fù)的誤差。
[0006] 因此，為提高數(shù)據(jù)修復(fù)和預(yù)測(cè)的精確度，有必要同時(shí)考慮城市道路網(wǎng)中路段的時(shí) 間相關(guān)性和路段相關(guān)性，對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0008] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，提高 了數(shù)據(jù)修復(fù)的質(zhì)量和數(shù)據(jù)修復(fù)預(yù)測(cè)的精度，從而提高了道路交通狀態(tài)的檢測(cè)精度。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù) 方法，包括如下步驟：
[0010]步驟S1，獲取經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)；
[0011]步驟S2，對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行基于時(shí)間相關(guān)性模型的修復(fù)，包括:采用二次指 數(shù)平滑法對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)中連續(xù)點(diǎn)上缺失的交通進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到修復(fù)的觀測(cè)值其 中，T表示待修復(fù)數(shù)據(jù)與已知采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔，t表示當(dāng)前時(shí)刻；
[0012] 步驟S3，對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行基于路段相關(guān)性模型的修復(fù)，包括:根據(jù)相鄰路 段之間的相關(guān)，計(jì)算缺失數(shù)據(jù)路段上的車(chē)輛速度<，r表示缺失數(shù)據(jù)所在的路段號(hào)；
[0013] 步驟S4,根據(jù)步驟S2中的計(jì)算出時(shí)間相關(guān)模型下的道路車(chē)輛速度vt1>t，根據(jù)步 驟S3中的vf計(jì)算出路段相關(guān)模型下的道路車(chē)輛速度 Vsi,t，根據(jù)vti,t和vsi,t計(jì)算基于時(shí)間相 關(guān)性模型和路段相關(guān)性模型線(xiàn)性融合的?, i表示路段編號(hào)。 ':，
[0014] 進(jìn)一步，在所述步驟S2中，
[0015] v-tvF = at -￥htT i
[0016] 其中，at，bt分別表示模型參數(shù)。
[0017] 進(jìn)一步，
[0020] 其中，vf表示一次指數(shù)平滑所得的值，vf1表示二次指數(shù)平滑所得的值，令 # = C = >VQ表示用于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的第一個(gè)速度值，〇1表示平滑常數(shù)，ai e (〇，1)。
[0021] 進(jìn)一步，對(duì)下式取最小值，得到CH，
[0025]其中，r表示缺失數(shù)據(jù)所在的路段號(hào)，礦表示與路段r相鄰的路段的總條數(shù)，表示相 鄰路段的序列號(hào)，表示相鄰路段h在時(shí)間t時(shí)的車(chē)輛速度;/?'表示權(quán)值因子
[0027]其中，<表示缺失數(shù)據(jù)所在路段r與其他相鄰路段之間的路段相關(guān)系數(shù)。
[0028] 進(jìn)一步，在所述步驟S4中，
[0029] = az · vt, , +(\-a2)· v.v,,
[0030] 其中，\表示路段^的道路交通速度，〇2表示平滑系數(shù)，α2 e (〇，1)。
[0031 ]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，將時(shí)間相關(guān)性修復(fù) 和路段相關(guān)性修復(fù)進(jìn)行融合，對(duì)缺失的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。提出的基于時(shí)間-路段相關(guān) 性模型進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)的方法是可行的。從實(shí)際的城市道路網(wǎng)來(lái)，路段之間錯(cuò)綜復(fù)雜，相互影 響。本發(fā)明相較于基于時(shí)間相關(guān)性模型的數(shù)據(jù)修復(fù)，修復(fù)結(jié)果更逼近實(shí)際觀測(cè)值，數(shù)據(jù)修復(fù) 的質(zhì)量更高，提高了數(shù)據(jù)修復(fù)預(yù)測(cè)的精度，從而提高了道路交通狀態(tài)的檢測(cè)精度，為后期交 通策略的制定提供了理論基礎(chǔ)。
[0032] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中：
[0034] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法的流程圖；
[0035] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的局部路段空間分布示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0037] 本發(fā)明提出一種基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，通過(guò)建立在完善的"端 (客戶(hù)端)-管(管理系統(tǒng))-云（云平臺(tái))"三層架構(gòu)之上。利用道路參數(shù)的閾值屬性，實(shí)現(xiàn)車(chē)云 平臺(tái)數(shù)據(jù)的清洗;根據(jù)缺失數(shù)據(jù)的類(lèi)型，使用城市道路網(wǎng)中路段的時(shí)間相關(guān)性和路段相關(guān) 性進(jìn)行缺失數(shù)據(jù)的修復(fù)。
[0038] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，包括如下步 驟：
[0039] 步驟S1，獲取經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)。
[0040] 具體地，如果采集的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)在相鄰一段時(shí)間間隔內(nèi)相對(duì)比較完整，則可以 采用交通信息的時(shí)間相關(guān)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)和預(yù)測(cè)。
[0041] 在道路網(wǎng)中相鄰路段信息比較完整的情況下，交通信息的路段相關(guān)模型更適用數(shù) 據(jù)的修復(fù)和預(yù)測(cè)。
[0042] 步驟S2,對(duì)動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行基于時(shí)間相關(guān)性模型的修復(fù)，包括:采用二次指數(shù)平 滑法對(duì)動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)中連續(xù)點(diǎn)上缺失的交通進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到修復(fù)的觀測(cè)值，
[0043] ν?+τ： = at + btf (: 1:)
[0044] 其中，T表示待修復(fù)數(shù)據(jù)與已知采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔，T = 1，2，…，t表示當(dāng)前時(shí)刻，中 間變量￡lt，bt分別表示模型參數(shù)。
[0045] at，bt可以通過(guò)以下公式計(jì)算得到：

[0048] 其中，表示一次指數(shù)平滑所得的值，vf表示二次指數(shù)平滑所得的值，令 # = vf = VU VQ表示用于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的第一個(gè)速度值，〇1表示平滑常數(shù)，aie (〇, 1)。 .，
[0049] 令絕對(duì)誤差
[0051]理論上預(yù)測(cè)值越接近實(shí)際觀測(cè)值，即ε越小，說(shuō)明數(shù)據(jù)修復(fù)越成功，此時(shí)的al即最 優(yōu)的平滑系數(shù)。因此，對(duì)公式(4)取最小值，得到的〇1即為最優(yōu)值。
[0052]圖2為單車(chē)道的局部路段空間分布示意圖。
[0053] 如圖2所示，黑色圓圈表示路口，實(shí)線(xiàn)表示道路(A1至A9路段），箭頭表示道路交通 流方說(shuō)向。由于以單車(chē)道為例，因此箭頭為單向箭頭。表1列出了圖2中非高峰時(shí)段內(nèi)路段A6 與其他路段之間的相關(guān)系數(shù)。由表1可知，相鄰路段的相關(guān)系數(shù)相對(duì)較大，路段之間的相關(guān) 系數(shù)隨著路段之間距離的增大而變小。需要注意的是，路段A6和上下流路段，即路段A5和路 段A9之間的相關(guān)系數(shù)相對(duì)其他路段要大，而平行路段之間的相關(guān)系數(shù)相對(duì)比較小。例如，路 段A6與路段A1、路段A2和路段A3之間的相關(guān)系數(shù)較小。因此，路段之間的相關(guān)系數(shù)可以通過(guò) 相鄰路段之間的道路平均速度計(jì)算得到。
[0054]
[0055] 表 1
[0056] 步驟S3，對(duì)動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行基于路段相關(guān)性模型的修復(fù)，包括:根據(jù)相鄰路段之 間的相關(guān)，計(jì)算缺失數(shù)據(jù)路段上的車(chē)輛速度<，r表示缺失數(shù)據(jù)所在的路段號(hào)；
[0058]其中，r表示缺失數(shù)據(jù)所在的路段號(hào)，礦表示與路段r相鄰的路段的總條數(shù)，表示相 鄰路段的序列號(hào)，<(/〇表示相鄰路段h在時(shí)間t時(shí)的車(chē)輛速度表示權(quán)值因子
[0060] 其中，r/表示缺失數(shù)據(jù)所在路段r與其他相鄰路段之間的路段相關(guān)系數(shù)。
[0061] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，路段之間的相關(guān)系數(shù)隨時(shí)間變化而變化，如果數(shù)據(jù)之 間沒(méi)有相關(guān)性，則 <可以取數(shù)據(jù)缺失日期之間一段時(shí)間內(nèi)的相關(guān)系數(shù)的平均值。
[0062] 步驟S4,根據(jù)步驟S2中的;;&計(jì)算出時(shí)間相關(guān)模型下的道路車(chē)輛速度vt1>t，根據(jù)步 驟S3中的 <計(jì)算出路段相關(guān)模型下的道路車(chē)輛速度vsi,t，根據(jù)vti,t和vsi,t計(jì)算基于時(shí)間相 關(guān)性模型和路段相關(guān)性模型線(xiàn)性融合的％ ^表示路段編號(hào)。
[0064] 其中，<表示路段^的道路交通速度，〇2表示平滑系數(shù)，a2 e (〇，1)。
[0065] 由此，&即為基于時(shí)間相關(guān)性和路段相關(guān)性進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)后得到的缺失數(shù)據(jù)。采 用上述方法對(duì)各個(gè)路段上的車(chē)輛缺失的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)，從而可以得到較為準(zhǔn)確道路交 通狀態(tài)，為后期應(yīng)用分析提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
[0066] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，將時(shí)間相關(guān)性修復(fù) 和路段相關(guān)性修復(fù)進(jìn)行融合，對(duì)缺失的交通狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)。提出的基于時(shí)間-路段相關(guān) 性模型進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)的方法是可行的。從實(shí)際的城市道路網(wǎng)來(lái)，路段之間錯(cuò)綜復(fù)雜，相互影 響。本發(fā)明相較于基于時(shí)間相關(guān)性模型的數(shù)據(jù)修復(fù)，修復(fù)結(jié)果更逼近實(shí)際觀測(cè)值，數(shù)據(jù)修復(fù) 的質(zhì)量更高，提高了數(shù)據(jù)修復(fù)預(yù)測(cè)的精度，從而提高了道路交通狀態(tài)的檢測(cè)精度，為后期交 通策略的制定提供了理論基礎(chǔ)。
[0067] 在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不 一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何 的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0068] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨 的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。本發(fā)明的范圍 由所附權(quán)利要求極其等同限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟S1，獲取經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清洗的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)； 步驟S2,對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行基于時(shí)間相關(guān)性模型的修復(fù)，包括:采用二次指數(shù)平 滑法對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)中連續(xù)點(diǎn)上缺失的交通進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到修復(fù)的觀測(cè)值,其中，T 表示待修復(fù)數(shù)據(jù)與已知采樣點(diǎn)的時(shí)間間隔，t表示當(dāng)前時(shí)刻； 步驟S3，對(duì)所述動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行基于路段相關(guān)性模型的修復(fù)，包括:根據(jù)相鄰路段之 間的相關(guān)，計(jì)算缺失數(shù)據(jù)路段上的車(chē)輛速度<，r表示缺失數(shù)據(jù)所在的路段號(hào)； 步驟S4,根據(jù)步驟S2中的;：w計(jì)算出時(shí)間相關(guān)模型下的道路車(chē)輛速度^i,t，根據(jù)步驟S3 中的 < 計(jì)算出路段相關(guān)模型下的道路車(chē)輛速度VSi,t，根據(jù)和VSi,t計(jì)算基于時(shí)間相關(guān)性 模型和路段相關(guān)性模型線(xiàn)性融合的i表示路段編號(hào)。2. 如權(quán)利要求1所述的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，其特征在于，在所述步 驟S2中，其中，at, bt分別表示模型參數(shù)。3. 如權(quán)利要求2所述的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，其特征在于，其中，V嚴(yán)表示一次指數(shù)平滑所得的值，咕"表示二次指數(shù)平滑所得的值，令皆j = vf = ?， VO表示用于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的第一個(gè)速度值，αι表示平滑常數(shù)，αι e (Ο，1)。4. 如權(quán)利要求3所述的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，其特征在于，對(duì)下式取 最小值，得到曰1，5. 如權(quán)利要求1所述的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，其特征在于，在所述步 驟S3中，其中，r表示缺失數(shù)據(jù)所在的路段號(hào)，HT表示與路段r相鄰的路段的總條數(shù)，表示相鄰路 段的序列號(hào)，<林)表示相鄰路段h在時(shí)間t時(shí)的車(chē)輛速度;爲(wèi)表示權(quán)值因子其中，語(yǔ)表示缺失數(shù)據(jù)所在路段r與其他相鄰路段之間的路段相關(guān)系數(shù)。6.如權(quán)利要求1所述的基于時(shí)間和路段相關(guān)性的數(shù)據(jù)修復(fù)方法，其特征在于，在所述步 驟S4中，其中，表示路段ri的道路交通速度，表示平滑系數(shù)，e (0，1)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106096302SQ201610459938
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】劉化勝, 李從萍, 董文杰
【申請(qǐng)人】江蘇迪納數(shù)字科技股份有限公司