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专利号: 2016102360104
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 信号装置
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于PCA和LZW编码的道路交通空间数据压缩方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:

1)基于同一模态下、空间上不同路段的道路交通数据建立道路交通特征参考序列;基于PCA方法,选取具有相关性的道路交通路段集合,其过程如下:从道理交通特征参考序列中提取s条路段的道路交通历史数据,每条路段的采集数据为r,并将其变换为s×r的矩阵,记为:Asⅹr;

矩阵Asⅹr第j列的均值为:

基于aj,获得Asⅹr的归一化矩阵SAsⅹr:

归一化矩阵SA的协方差矩阵CSA为:

获得协方差矩阵CSA的特征值D和特征向量V,则D=[λ1,λ2…λr];λ1≥λ2≥…≥λr;对应的特征向量为:V=[v1,v2…vr];

选取λ1,λ2对应的特征向量构成的投影矩阵VAr×2=[v1,v2],基于投影矩阵和归一化的训练矩阵,求取Asⅹr的主成分矩阵APCr×2:APCs×2=SAsⅹr×VAr×2   (4)

基于APCs×2,在二维平面上画出s条路段的分布,点的分布疏密表示对应路段相关性强度,通过相关性分析,设定阈值δ,选择相关性大于δ的p+1条路段,其过程如下:其中,i,j分别表示第i、j条路段,0

2)选择基准路段,并将其数据作为空间上的道路交通基准数据;提取同一模态下、空间上其它路段的历史数据,作为训练数据,基于同一模态下、空间上的道路交通基准数据,确定空间道路交通差值数据的最优阈值,其过程如下:Si(m*Δt,Mgh)=STi(m*Δt,Mgh)-SB(m*Δt,Mgh)   (6)ei(m,Mgh)=[Si(Δt,Mgh)Si(2*Δt,Mgh)...Si(m*Δt,Mgh)]   (7)pei(n,Mgh)=w(hei(m,Mgh))   (9)

pei(n,Mgh)=[Si'(1,Mgh)Si'(2,Mgh)...Si'(n,Mgh)]   (10)其中,Δt为道路交通状态数据的采集周期;(m*Δt)为第m个道路交通状态数据采集周期,0≤m≤N,N表示每天采集的交通信息的数量;i(1≤i≤p)表示第i条路段;STi(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻i路段的道路交通数据;SB(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻基准路段的基准数据;Si(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻i路段的训练数据与基准路段的基准数据的差值数据;ei(m,Mgh)表示模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段i路段的训练数据与基准路段的基准数据的差值数据;hei(m,Mgh)表示模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段阈值处理后i路段的训练数据与基准路段的基准数据的差值数据;Ei(m,Mgh)表示模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段i路段选取的阈值;pei(n,Mgh)表示模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段i路段与基准路段的差值数据经LZW编码后的结果;Si’(n,Mgh)为模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段i路段与基准路段的差值数据经LZW编码后的结果中第n个数据;m表示在模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段压缩前的i路段与基准路段的差值数据的数量;n表示在模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段压缩后的道路交通数量;w表示LZW编码;压缩比为

3)提取空间上其它路段的数据,作为实时数据;模态Mgh下、基于空间上的道路交通基准数据,获取道路交通差值数据,其一般表达式如下:MSj(m*Δt,Mgh)=SMj(m*Δt,Mgh)-SB(m*Δt,Mgh)   (11)errj(m,Mgh)=[MSj(Δt,Mgh)MSj(2*Δt,Mgh)...MSj(m*Δt,Mgh)]   (12)其中,j(1≤i≤p)表示第j条路段;SMj(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻j路段的实时数据;MSj(m*Δt,Mgh)为模态Mgh下、(m*Δt)时刻j路段的实时数据与基准路段的基准数据的差值数据;errj(m,Mgh)为模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段j路段的实时数据与基准路段的基准数据的差值数据;

4)基于LZW编码实现道路交通空间数据的压缩,其过程如下:

将i路段与基准路段的差值数据训练的最佳阈值引入到同一模态Mgh、j路段与基准路段的差值数据中,结合LZW编码,实现j路段与基准路段差值数据的压缩,其一般表达式如下:herrsp(m*Δt,Mgh)=[herr1(m*Δt,Mgh)herr2(Δt,Mgh)...herrp'(m*Δt,Mgh)]   (14)perrp'(m*Δt,Mgh)=w(herrsp(m*Δt,Mgh))   (15)perrp'(m*Δt,Mgh)=[MS1(m*Δt,Mgh)MS2(m*Δt,Mgh)...MSp'(m*Δt,Mgh)]   (16)其中,Eopt(Mgh)表示训练的最优阈值;herrj(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻阈值处理后j路段的实时数据与基准路段的基准数据的差值数据;m表示模态Mgh下、Δt到(m*Δt)时段压缩前j路段与基准路段的差值数据的数量;herrsp(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻p条路段差值数据的数量集合;Perrp’(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻p条路段压缩后差值数据的数量集合;MSj’(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻,j路段的差值数据压缩后的数量;p’表示(m*Δt)时刻LZW编码后的数量;压缩比为:

2.如权利要求1所述的基于PCA和LZW编码的道路交通空间数据压缩方法,其特征在于:所述压缩方法还包括如下步骤:

5)基于LZW解码技术,实现道路交通空间数据重构,其过程如下:

对p条路段与基准路段的差值数据进行重构,结合基准数据,实现p条路段实时数据的解压缩,其一般表达式如下:dperrp(m*Δt,Mgh)=w'(perrp'(m*Δt,Mgh))   (17)dperrj(m,Mgh)=w'(perrj(Tn,Mgh))   (18)

CSMj(m,Mgh)=SB(m,Mgh)+dperrj(m,Mgh)   (19)其中,w’表示LZW的解码;dperrp(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻解码后的p路段与基准路段的差值数据;CSMp(m*Δt,Mgh)表示模态Mgh下、(m*Δt)时刻重构的p条路段的道路交通数据。