[發(fā)明專利]一種基于交叉路口轉(zhuǎn)移計算的交通預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110373408.3
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN112989539B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王偉烽;潘哲逸;張偉楠
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G06F30/18
• 分類號: G06F30/18;G06F30/27;G06Q10/04;G06Q50/30;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發(fā)明公開了一種基于交叉路口轉(zhuǎn)移計算的交通預(yù)測方法，涉及交通預(yù)測領(lǐng)域，通過包含了路段和路口的地理信息以及路網(wǎng)的拓撲數(shù)據(jù)的路網(wǎng)屬性圖學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)交通歷史數(shù)據(jù)，通過堆疊的包含了門控時序卷積網(wǎng)絡(luò)和交叉路口轉(zhuǎn)移圖卷積網(wǎng)絡(luò)的時空特征挖掘模塊對未來的交通進行預(yù)測。本發(fā)明將圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到交通預(yù)測領(lǐng)域，提供了一種精準的交通預(yù)測方法，不僅能夠作為政府部門的決策依據(jù)，幫助政府實行更科學(xué)有效的交通管控，也可以給市民提供更充足的路況信息，幫助駕駛員做出更優(yōu)的路徑選擇。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交通預(yù)測領(lǐng)域，尤其涉及一種基于交叉路口轉(zhuǎn)移計算的交通預(yù)測方法。

背景技術(shù)

城市交通和我們每個人的生活息息相關(guān)，隨著城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，信息化程度不斷增強，數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧交通應(yīng)用如雨后春筍快速地發(fā)展起來，成為了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的領(lǐng)域，城市交通預(yù)測便是其中一個重要的分支。城市交通預(yù)測是利用城市歷史交通狀況和城市的地理，天氣等輔助信息預(yù)測城市未來交通狀況的任務(wù)。準確高效的交通預(yù)測系統(tǒng)在城市交通管理，公共安全和市民出行等方面具有極其重要的價值。有序的交通一方面能夠節(jié)省居民的通行效率，避免時間的浪費，另一方面可以減少機動車油氣能源的消耗及尾氣污染排放，有利于生態(tài)環(huán)境。

現(xiàn)有的城市交通預(yù)測系統(tǒng)從方法上大概可以分為基于統(tǒng)計學(xué)習(xí)的系統(tǒng)和基于深度學(xué)習(xí)的系統(tǒng)。其中基于深度學(xué)習(xí)的系統(tǒng)通常具有更高的預(yù)測精度。近年來，一些前沿的工作將圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于城市交通預(yù)測任務(wù)，由于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常適合城市道路之間空間相關(guān)性建模，基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交通預(yù)測系統(tǒng)是現(xiàn)有技術(shù)中準確度最高的。

城市路網(wǎng)中，多個路段之間在交叉路口連接匯合，一條路段上的車輛經(jīng)過交叉路口轉(zhuǎn)移到另一條相鄰的路段。根據(jù)連接路段的條數(shù)，交叉路口可以分為十字路口，丁字路口，直行路口等不同的種類。不同種類的路口上的交通模式也有差別，直行路口規(guī)定車輛只能向一條路段轉(zhuǎn)移，路段之間也沒有交互和沖突，因此交通模式相對簡單直接。十字路口的交通規(guī)則比較復(fù)雜，一條路段可以駛向不同的方向，各個路段的車輛在路口有一些沖突點，通行過程中需要路段之間的配合。因為交叉路口對城市交通的影響，在做城市交通預(yù)測的任務(wù)時應(yīng)當將交叉路口考慮進去。之前的基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的城市交通預(yù)測工作在建圖的工程中將路段作為圖的節(jié)點，路段之間的距離或連接關(guān)系作為圖的邊。這種做法忽略了路網(wǎng)結(jié)構(gòu)中重要的交叉路口的作用，具有局限性。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種基于交叉路口轉(zhuǎn)移計算的交通預(yù)測方法，不僅能夠作為政府部門的決策依據(jù)，實行更科學(xué)有效的交通管控，也可以給市民提供更充足的路況信息，幫助駕駛員做出更優(yōu)的路徑選擇。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是對交叉路口進行建模，基于歷史交通數(shù)據(jù)，采用機器學(xué)習(xí)的方法，對未來的交通路況進行預(yù)測。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于交叉路口轉(zhuǎn)移計算的交通預(yù)測方法，包括以下步驟：

步驟1：將多個時空特征挖掘模塊堆疊；時空特征挖掘模塊的直接輸出連接到后一個時空特征挖掘模塊；時空特征挖掘模塊還包括跳躍連接；全部時空特征挖掘模塊的跳躍連接收集到一個全連接網(wǎng)絡(luò)；

步驟2：將路網(wǎng)屬性圖，以及過去N_in個時間片的交通歷史數(shù)據(jù)輸入到第一個時空特征挖掘模塊；路網(wǎng)屬性圖為其中，邊集合代表路網(wǎng)中所有路段，點集合代表路網(wǎng)中所有的交叉路口；交通歷史數(shù)據(jù)為一個張量其中N_t是交通數(shù)據(jù)的時間片總數(shù)，N_r是路網(wǎng)中路段的總數(shù)，D是數(shù)據(jù)的維度；

步驟3：全連接網(wǎng)絡(luò)輸出未來N_out個時間片的交通預(yù)測結(jié)果

進一步地，時空特征挖掘模塊包括級聯(lián)的門控時序卷積網(wǎng)絡(luò)和交叉路口轉(zhuǎn)移圖卷積網(wǎng)絡(luò)，時空特征挖掘模塊的輸入連接至門控時序卷積網(wǎng)絡(luò)，門控時序卷積網(wǎng)絡(luò)的輸出連接至交叉路口轉(zhuǎn)移圖卷積網(wǎng)絡(luò)和跳躍連接，交叉路口轉(zhuǎn)移圖卷積網(wǎng)絡(luò)的輸出連接至?xí)r空特征挖掘模塊的輸出。