[發明專利]基于時空卷積網絡的機動車尾氣遙測數據的多重補全方法

有效

• 申請號: 202110694200.1
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113408629B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 凌強;費習宏;李峰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G06V10/72
• 分類號: G06V10/72;G06V10/82;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 金怡

本發明涉及一種基于時空卷積網絡的機動車尾氣遙測數據的多重補全方法及系統，其中方法包括：步驟S1：獲取檢測區域路網遙測點拓撲結構信息和路網中遙測設備遙測的機動車尾氣排放濃度多重缺失數據，并進行處理，分別構建空間路網的拓撲結構圖數據和機動車尾氣排放濃度時間序列數據；步驟S2：將空間路網的拓撲結構圖數據和機動車尾氣排放濃度時間序列數據輸入到時空圖卷積網絡進行補全計算，得到最終補全的機動車尾氣排放濃度時間序列數據。本發明通過獲取檢測區域路網遙測點拓撲結構信息，來實現對路網中遙測設備遙測的機動車尾氣排放濃度多重缺失數據進行補全。

技術領域

本發明屬于數據處理領域，特別涉及了一種基于時空卷積網絡的機動車尾氣遙測數據的多重補全方法及系統。

背景技術

隨著城市機動車保有量增加，造成機動車尾氣排放量的激增，即城市尾氣排放所造成的自然和環境問題也日益嚴重，進而帶來一個重大的社會問題，因此機動車排氣污染監控工作面臨著嚴峻的風險。機動車尾氣排放產生的溫室氣體，是城市空氣污染的主要源頭，同時會對人體健康造成一定危害。尤其是老舊的排放未達標和機動車問題造成的尾氣排放超標的機動車會產生大量對大氣環境有害的氣體，有必要進行對超標尾氣排放有效的監管。

雖然國內遙測技術已經開始普及，但是考慮到遙測設備的復雜性、現場環境干擾，容易造成采集到的機動車尾氣排放數據缺失，而缺失的數據會造成我們后續分析尾氣排放等問題帶來源頭上的失真。現有的數據值數據補全，大多采用均值、眾數或者中位數方法，或者采用回歸方式對單個缺失數據進行補全，這些方法只是粗略的對缺失值部分進行了填充或者只是的單個數據的補全，無法給多重的缺失數據集進行有效填充。同時檢測區域各個遙測點之間存在著地理聯系和遙測數據的時間依賴性，沒有考慮這些因素來補全數據會造成巨大的補全誤差。因此，現有尾氣排放濃度缺失數據補全的方法不能有效的進行對尾氣排放缺失數據進行補全。

發明內容

為了解決上述技術問題，克服現有技術的不足。本發明提供一種基于時空卷積網絡的機動車尾氣遙測數據的多重補全方法及系統。基于檢測區域的各個遙測設備點之間存在空間依賴性和時間依賴性，本發明引入了路網空間拓撲結構信息和尾氣排放數據時間段內的周期時間段內的尾氣排放數據對缺失數據濃度的影響，使得本發明能夠獲得對機動車尾氣排放濃度缺失數據集更好的補全效果。

本發明技術解決方案為：一種基于時空卷積網絡的機動車尾氣遙測數據的多重補全方法，包括：

步驟S1：獲取檢測區域路網遙測點拓撲結構信息和路網中遙測設備遙測的機動車尾氣排放濃度多重缺失數據，并進行處理，分別構建空間路網的拓撲結構圖數據和機動車尾氣排放濃度時間序列數據；

步驟S2：將所述空間路網的拓撲結構圖數據和機動車尾氣排放濃度時間序列數據輸入到時空圖卷積網絡進行補全，所述的時空圖卷積網絡包括自注意力機制時空圖卷積網絡和改進型最近鄰算法，所述的空間路網的拓撲結構圖數據輸入到所述自注意力機制時空圖卷積網絡得到路網的時空特征結果，所述的時空特征結果用于改進型最近鄰算法中對機動車尾氣排放濃度時間序列缺失數據進行多重缺失數據補全，得到最終完整的機動車尾氣排放濃度時間序列數據。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1、本發明提供的基于時空卷積網絡的機動車尾氣遙測數據的多重補全方法及系統是基于檢測區域遙測設備拓撲結構和一定時間段內的尾氣排放時間序列數據。選擇檢測區域的拓撲結構信息來提取其中的時空特征；然后聯合時空特征來處理尾氣時間序列數據時間軸上的多個時間間隔周期(每小時、每日、每周)組建成尾氣排放的時間序列缺失數據進行數據補全，提升了補全結果準確率。

2、本發明提供的基于時空卷積網絡的機動車尾氣遙測數據的多重補全方法及系統，可以補全遙測機動車尾氣排放濃度缺失數據。首次使用時空圖卷積和自注意力機制來提取空間和時間依賴性，生成帶有權重的時空特征，而且基于時空特征結果使用改進型最近鄰方法進行尾氣排放濃度數據補全。

附圖說明