缺失交通信息補全裝置及其方法
2023-06-14 06:36:41
缺失交通信息補全裝置及其方法
【專利摘要】本發明提供一種缺失交通信息補全裝置及其方法，缺失交通信息補全裝置(200)包括：當前交通樣本生成單元(210)，針對缺失交通信息數據的目標路鏈，根據當前時間以及所述目標路鏈的周邊路鏈的交通信息數據生成當前交通樣本；歷史交通樣本比較單元(220)，將所述當前交通樣本與所述目標路鏈的多個歷史交通樣本相比較，計算所述當前交通樣本與每個歷史交通樣本的差異度，得到差異度較小的預定數量的歷史交通樣本；以及填充數據計算單元(230)，根據由所述歷史交通樣本比較單元(220)得到的所述預定數量的歷史交通樣本，推算用於填充所述目標路鏈所缺失的交通信息的數據。
【專利說明】缺失交通信息補全裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及智能交通領域，更具體地，涉及一種缺失交通信息補全裝置及其方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，交通信息服務逐漸進入了人們的日常生活當中。該服務可以向公眾提供 道路上的交通擁堵情況、旅行速度、旅行時間等交通信息，幫助人們制定出行計劃，避讓擁 堵，提1?出行效率。
[0003] 通常，上述交通信息（各道路的擁堵等級、旅行速度、旅行時間等）可以通過浮動 車、監控攝像頭、地面線圈、路側傳感器等來源獲取並計算加工而成。但是，由於上述數據採 集裝置覆蓋率不足、故障或採集環境不適宜等原因，道路上的交通信息有時存在數據缺失 的現象。具體表現為：從空間上看，在某一時刻，有的道路上有交通信息，有的道路上沒有交 通信息；從時間上看，在某條道路上，有的時段有交通信息，有的時段沒有交通信息。
[0004] 針對交通信息的缺失問題，現有技術（中國專利申請號CN201010212549. 9)採用 如下方法填補缺失數據。將當前缺失信息道路（下稱"目標道路"）的周邊道路按照與目標 道路的位置關係分為：同一線路、平行線路、其他，這三種類型。然後，在與當前缺失信息的 時刻屬於同一日期類型（工作日/假日等）、同一時間段內的歷史數據中，計算以上三種類 型的周邊道路與當前道路的相關度。按照各類型周邊道路與當前道路相關度的大小排序， 利用當前時刻有交通信息且相關度最高的那一類周邊道路上交通信息的均值填充缺失信 肩、。
[0005] 但是，在上述現有技術中存在如下問題：
[0006] 第一，填充的交通信息是根據周邊道路上的數值而不是當前道路上曾出現的數值 計算的。因此即使周邊道路相關度被判定為最高，也不一定適合當前道路。
[0007] 第二，當目標道路的周邊道路也恰好全部發生數據缺失時，現有技術無法對目標 道路上缺失數據進行填充。
[0008]專利文獻I:CN201010212549. 9
【發明內容】
[0009] 本發明鑑於上述問題而研發，其目的在於提供一種缺失交通信息補全裝置及其方 法，利用與當前交通樣本最相似的一個或多個歷史交通樣本中同一條道路上的交通信息計 算填充值。與現有技術相比，一方面，計算的填充數據更適合當前道路、更精確；另一方面， 當目標道路的部分或全部周邊道路也存在數據缺失時，仍然可以進行數據填充，從而使得 填充後的交通信息與現有技術相比有更高的覆蓋率。
[0010] 為了實現上述目的，本發明提出了一種缺失交通信息補全裝置，其特徵在於，包 括：當前交通樣本生成單元，針對缺失交通信息數據的目標路鏈，根據當前時間以及所述目 標路鏈的周邊路鏈的交通信息數據生成當前交通樣本；歷史交通樣本比較單元，將所述當 前交通樣本與所述目標路鏈的多個歷史交通樣本相比較，計算所述當前交通樣本與每個歷 史交通樣本的差異度，得到差異度較小的預定數量的歷史交通樣本；以及填充數據計算單 元，根據由所述歷史交通樣本比較單元得到的所述預定數量的歷史交通樣本，推算用於填 充所述目標路鏈所缺失的交通信息的數據。
[0011] 此外，本發明的缺失交通信息補全裝置的特徵在於，所述差異度，是根據所述當前 交通樣本與歷史交通樣本各自的時間點的差異、以及周邊路鏈上交通信息的差異來計算 的。
[0012] 此外，本發明的缺失交通信息補全裝置的特徵在於，所述周邊路鏈，包括與所述目 標路鏈直接相連的上遊路鏈以及下遊路鏈。
[0013] 此外，本發明的缺失交通信息補全裝置的特徵在於，所述周邊路鏈，包括與所述目 標路鏈的距離在一定範圍內、並且直接或間接與所述目標路鏈相連的上遊路鏈以及下遊路 鏈。
[0014] 此外，本發明的缺失交通信息補全裝置的特徵在於，利用差異度對由所述歷史交 通樣本比較單元得到的所述預定數量的歷史交通樣本中所述目標路鏈的交通信息數據進 行加權平均，得到用於填充所述目標路鏈所缺失的交通信息的數據。
[0015] 此外，本發明的缺失交通信息補全裝置的特徵在於，所述當前交通樣本，包括缺失 交通信息數據的時間點以及各所述周邊路鏈上的交通信息數據。
[0016] 此外，本發明的缺失交通信息補全裝置的特徵在於，所述歷史交通樣本，包括歷史 時間點、所述目標路鏈以及各所述周邊路鏈上的歷史交通信息數據。
[0017] 此外，為了實現上述目的，本發明提出了一種缺失交通信息補全方法，其特徵在 於，包括：當前交通樣本生成步驟，針對缺失交通信息數據的目標路鏈，根據當前時間以及 所述目標路鏈的周邊路鏈的交通信息數據生成當前交通樣本；歷史交通樣本比較步驟，將 所述當前交通樣本與所述目標路鏈的多個歷史交通樣本相比較，計算所述當前交通樣本與 每個歷史交通樣本的差異度，得到差異度較小的預定數量的歷史交通樣本；以及填充數據 計算步驟，根據由所述歷史交通樣本比較步驟得到的所述預定數量的歷史交通樣本，推算 用於填充所述目標路鏈所缺失的交通信息的數據。
[0018] 根據本發明，能夠獲得如下有益技術效果。
[0019] 填充的數據是根據同一條道路上曾出現過的歷史交通信息計算的，與現有技術使 用周邊道路的交通信息填充相比，填充數據更適合當前道路，更精確可靠。
[0020] 此外，在計算與歷史數據的差異度時，不僅考慮了當前樣本與歷史交通樣本的交 通信息的差異，也考慮到了兩者在時間點上的差異。因此即使目標路鏈的周邊路鏈上也全 部缺失了交通信息，目標路鏈的填充工作也可以進行。因此與現有技術相比，有更多的缺失 數據可以被填補，提高了填補後的交通信息覆蓋率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021] 通過參考以下組合附圖對所採用的優選實施方式的詳細描述，本發明的上述目 的、優點和特徵將變得更顯而易見，其中：
[0022] 圖1是缺失交通信息補全裝置以及輸入輸出數據的系統結構圖。
[0023] 圖2是某條目標路鏈及其周邊路鏈的示意圖。
[0024] 圖3是一個當前交通樣本A的範例。
[0025] 圖4是一個歷史交通樣本B的範例。
[0026] 圖5是樣本A與樣本B對比並計算差異度的範例。
[0027] 圖6是樣本A與其四個最接近的歷史交通樣本B1-B4的差異度、權重的範例。
【具體實施方式】
[0028] 在本發明中，地圖中的道路通過路鍊表示。在本【技術領域】，"路鏈"是構成道路網絡 的有向邊[IS019133]，路鏈的方向代表車輛的行駛方向。
[0029] 在本發明中，缺失交通信息補全裝置通過計算當前交通樣本與歷史交通樣本之間 的差異度，尋找差異度較小的預定數量的歷史交通樣本。例如，按差異度從小到大排序，取 得排名最靠前的預定數量（一個或多個）的歷史交通樣本。其中，兩樣本之間的差異度代 表了二者存在差異的程度。在本發明中，差異度是根據兩樣本各自時間點的差異、周邊路鏈 上交通信息（如路鏈上的旅行速度等）的差異計算的。在差異度的計算過程中，允許當前 或歷史交通樣本中目標路鏈的一條或多條周邊路鏈上也存在交通信息的缺失。以下，對於 差異度較小的預定數量的歷史交通樣本，有時也表述為差異度最小（最接近）的一個或多 個歷史交通樣本。
[0030] 此外，本發明中的"周邊路鏈"是指，與目標路鏈直接相連的上遊路鏈以及下遊路 鏈。此外，本發明中的"周邊路鏈"也可以指與目標路鏈的距離在一定範圍內、並且直接或 間接與目標路鏈相連的上遊路鏈以及下遊路鏈。
[0031] 根據本發明，在找到與當前交通樣本最接近的多個歷史交通樣本後，對所述最接 近的歷史交通樣本中目標路鏈的交通信息進行加權平均，最終得到用於填充缺失數據的 值。
[0032]下面，參考附圖來詳細描述本發明的實施方式。
[0033]下面，對本發明的系統組成進行說明。
[0034] 圖1是缺失交通信息補全裝置以及輸入輸出數據的系統結構圖。圖1所示的結 構圖中，包括缺失交通信息補全裝置、輸入輸出資料庫。具體而言，該結構圖包含一個缺 失交通信息補全裝置200、地圖數據110、填充前的交通信息（也稱為"填充前的交通信息 資料庫"）120、歷史交通資料庫130、填充後的交通信息（也稱為"填充後的交通信息數據 庫")310。其中，缺失交通信息補全裝置200是本發明的主體；地圖數據110、填充前的交通 信息120、歷史交通資料庫130是裝置的輸入數據；填充後的交通信息310是裝置的輸出數 據。
[0035] 首先，對輸入數據進行說明。
[0036] 地圖數據110,即計算、發布交通信息所需的地圖信息，包括路鏈的編號、位置、路 鏈之間的連通關係等等。
[0037] 填充前的交通信息資料庫120,是待處理的、存在缺失數據的交通信息。其中每一 條記錄包含時間、路鏈編號、發布的交通信息（旅行速度、旅行時間或者擁堵等級等）等。
[0038]歷史交通資料庫130,存放了歷史的交通信息，這些信息用於為缺失數據的補全提 供可參考的歷史交通樣本。
[0039] 接下來，對缺失交通信息補全裝置200進行說明，它是本發明的主體系統。它的功 能包括：根據缺失交通信息的路鏈及其周邊路鏈生成待填充的當前交通樣本、然後與歷史 資料庫中的樣本計算差異度，找到差異度最小（即最接近）的一個或多個歷史交通樣本，最 後通過加權平均計算最終填充值輸出。
[0040] 缺失交通信息補全裝置200包括當前交通樣本生成單元210、歷史交通樣本比較 單元220、填充數據計算單元230。下面分別對這些單元進行說明。
[0041] 當前交通樣本生成單元210的功能是為每條缺失了數據的路鏈查找其周邊路鏈 當前的交通信息，生成一條當前交通樣本。
[0042] 歷史交通樣本比較單元220的功能是將當前交通樣本與歷史資料庫中的數據進 行對比，計算歷史交通樣本與當前交通樣本的差異度，並篩選得到一個或多個差異度最小 (即最接近）的歷史交通樣本。
[0043] 填充數據計算單元230的功能是根據歷史交通樣本比較單元220中找到的、與當 前交通樣本最接近的一個或多個歷史交通樣本，推算最終填充當前缺失交通信息的數值。
[0044] 最後，對填充後的交通信息資料庫310進行說明。填充後的交通信息資料庫310 存儲了經過補全後的交通信息結果。數據格式與填充前的交通信息資料庫120相同，但部 分原先缺失的交通信息得到了填補。
[0045] 接下來，對實施方式的具體實施步驟進行說明。
[0046] 實施步驟可以分為當前交通樣本生成、歷史交通樣本比較、填充數據計算三個部 分。以下分別進行說明。
[0047]〈當前交通樣本生成〉
[0048] "當前交通樣本生成"這一步驟由圖1中的當前交通樣本生成單元210完成。這一 步驟的功能是為每條缺失數據的記錄生成一個當前交通樣本，其中包含了缺失數據的時間 點以及周邊路鏈上的交通信息。
[0049] 下面以圖2為例說明當前交通樣本的生成方法。圖2中LO是缺失了數據的目標 路鏈，Ll至L5是與目標路鏈LO直接相連的五個周邊路鏈。假設當前時刻是10:15,Ll至 L5上發布的速度值分別為：缺失、45km/h、25km/h、缺失、15km/h。那麼系統可以為此生成一 條如圖3所示的當前交通樣本A，其中Ta代表當前時刻，Sai至Sa5代表在路鏈Ll至L5上的 速度值，符號代表Ta時刻在某路鏈上的速度值發生了缺失。
[0050] 至此，當前交通樣本生成的步驟結束。
[0051] 〈歷史交通樣本比較〉
[0052] "歷史交通樣本比較"這一步驟由圖1中的歷史交通樣本比較單元220完成。這一 步驟的功能是將當前交通樣本與歷史資料庫中的數據進行對比，計算歷史交通樣本與當前 交通樣本的差異度，並篩選得到一個或多個差異度最小（即最接近）的歷史交通樣本。
[0053] 首先，尋找目標路鏈及其周邊路鏈在歷史交通資料庫130中的歷史交通樣本。每 條歷史交通樣本包含的信息有：歷史時刻點、目標路鏈及其每條周邊路鏈上的歷史交通信 息（如在此路鏈上的旅行速度等）。與當前交通樣本相比，歷史交通樣本中增加了目標路鏈 上的交通信息。
[0054] 在本發明中，為了算法所需，尋找到的歷史交通樣本裡，目標路鏈上的交通信息必 須是有值的，而周邊路鏈上的交通信息則允許有缺失。圖4給出了一條歷史交通樣本B的 示例，Sbci代表目標路鏈上的速度是40km/h，Tb代表樣本的時刻點是10:30,Sbi至Sb5代表在 周邊路鏈上的速度分別為：39km/h、30km/h、20km/h、缺失、13km/h。
[0055] 接下來，逐條計算歷史交通樣本與當前交通樣本的差異度。以前述的當前交通樣 本A與歷史交通樣本B為例，下面介紹如何計算二者的差異度。
[0056] 公式1給出了計算樣本A和B差異度的方法。DistAB代表樣本A與B的差異度，Dt 代表依據兩樣本的時間差異計算的差異度，DS代表依據兩樣本的速度差異計算的差異度，WT 是時間因素在差異度計算時的權重值，是一個可調的參數，通過變更Wt可以調整時間因素 與速度因素在計算〇1^#時的重要程度，N代表目標路鏈的周邊路鏈總數，如本例中，目標 路鏈有5條周邊路鏈，因此N= 5。
[0057] (公式 1)
[0058] 公式1中的Dt可以通過公式2計算：
[0059] Dt = (Ta-Tb)2 (公式 2)
[0060] 優選地，Ta與Tb的差值單位為"分鐘"。此外，也可以根據實際情況使用其他時間 單位。
[0061] 公式1中的Ds可以通過公式3和公式4計算：
【權利要求】
1. 一種缺失交通信息補全裝置，其特徵在於，包括： 當前交通樣本生成單元，針對缺失交通信息數據的目標路鏈，根據當前時間以及所述 目標路鏈的周邊路鏈的交通信息數據生成當前交通樣本； 歷史交通樣本比較單元，將所述當前交通樣本與所述目標路鏈的多個歷史交通樣本相 比較，計算所述當前交通樣本與每個歷史交通樣本的差異度，得到差異度較小的預定數量 的歷史交通樣本；以及 填充數據計算單元，根據由所述歷史交通樣本比較單元得到的所述預定數量的歷史交 通樣本，推算用於填充所述目標路鏈所缺失的交通信息的數據。
2. 根據權利要求1所述的缺失交通信息補全裝置，其特徵在於， 所述差異度，是根據所述當前交通樣本與歷史交通樣本各自的時間點的差異、以及周 邊路鏈上交通信息的差異來計算的。
3. 根據權利要求1所述的缺失交通信息補全裝置，其特徵在於， 所述周邊路鏈，包括與所述目標路鏈直接相連的上遊路鏈以及下遊路鏈。
4. 根據權利要求1所述的缺失交通信息補全裝置，其特徵在於， 所述周邊路鏈，包括與所述目標路鏈的距離在一定範圍內、並且直接或間接與所述目 標路鏈相連的上遊路鏈以及下遊路鏈。
5. 根據權利要求1所述的缺失交通信息補全裝置，其特徵在於， 利用差異度對由所述歷史交通樣本比較單元得到的所述預定數量的歷史交通樣本中 所述目標路鏈的交通信息數據進行加權平均，得到用於填充所述目標路鏈所缺失的交通信 息的數據。
6. 根據權利要求1所述的缺失交通信息補全裝置，其特徵在於， 所述當前交通樣本，包括缺失交通信息數據的時間點以及各所述周邊路鏈上的交通信 息數據。
7. 根據權利要求1所述的缺失交通信息補全裝置，其特徵在於， 所述歷史交通樣本，包括歷史時間點、所述目標路鏈以及各所述周邊路鏈上的歷史交 通信息數據。
8. -種缺失交通信息補全方法，其特徵在於，包括： 當前交通樣本生成步驟，針對缺失交通信息數據的目標路鏈，根據當前時間以及所述 目標路鏈的周邊路鏈的交通信息數據生成當前交通樣本； 歷史交通樣本比較步驟，將所述當前交通樣本與所述目標路鏈的多個歷史交通樣本相 比較，計算所述當前交通樣本與每個歷史交通樣本的差異度，得到差異度較小的預定數量 的歷史交通樣本；以及 填充數據計算步驟，根據由所述歷史交通樣本比較步驟得到的所述預定數量的歷史交 通樣本，推算用於填充所述目標路鏈所缺失的交通信息的數據。
【文檔編號】G08G1/00GK104376712SQ201310359209
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】李嵐, 劉勃 申請人:株式會社日立製作所