(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111032176.1 (22)申请日 2021.09.0 3 (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨 浦区四平路1239号 (72)发明人 李健　许鹏飞　李玮峰　 (74)专利代理 机构 上海科律专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 31290 代理人 叶凤 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 119/12(2020.01) (54)发明名称 一种考虑时空特征的城市路网拥堵演化分 析方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑时空间特征的城市 路网拥堵演化分析方法， 旨在从时间和空间两个 维度， 对多因素影 响下的路网拥堵变化特征进行 准确评估和分析。 本发明首先通过交通小区平均 车速数据构建车速时空矩阵， 以提取时空变化特 征； 接着使用鲁棒主成分分析方法(RPCA)从总体 特征中提取每个交通小区交通状态时间变化中 的共性特征和异质波动； 进而利用聚类方法提取 交通状态变化的典型场景， 并分析异质部分的时 空分布； 最后， 通过迭代累积平方和算法(ICSS) 分析了异质部分的波动特 征。 权利要求书2页 说明书3页 附图1页 CN 113947010 A 2022.01.18 CN 113947010 A 1.一种考虑时空特征的城市路网拥堵演化分析方法， 其特征是， 基于交通小区平均速 度数据， 提取拥堵演化的时空特征， 实现对各类事件影响下城市交通状态的评估分析； 该方 法首先通过各交通小区小时平均车速数据构建时空矩阵； 其次使用鲁棒主成分分析算法 (RPCA)将时空矩阵分解为同质性和异质性两部分； 接着使用K ‑means聚类算法识别非常态 场景； 最后对聚类中心应用迭代累积平方和(ICSS)算法对其各非常态场景的波动特征进 行 分析。 2.如权利要求1所述的考虑时空特征的城市路网拥堵演化分析方法， 其特征是， 其具体 步骤如下： Step1： 速度时空矩阵构建 首先清洗数据， 处理缺失数据， 之后计算时空矩阵M＝{mij}， 其中mij为第i交通小区在第 j小时的平均速度； Step2： 时空矩阵分解 对于时空矩阵M， 利用RPCA算法将其分解为一个低 秩矩阵L和一个稀疏矩阵S的和， 通过 系数λ平衡两个优化 目标， 其中， 低秩矩阵代表所有交通小区的共性变化特征， 而稀疏矩阵 反映了这些交通小区受各类因素影响而呈现出的异质性特征； 考虑到L0范数(非零元素个 数)不连续， 所以将L0范数替换为了L1范数， RPCA的目标函数如式(1)所示， 其中||L||*表示 低秩矩阵的核范 数， ||S||1表示稀疏矩阵的L1范 数； 该目标函数需要使用拉格朗日乘子改写为式(2)， 其中μ是为了保证算法收敛所添加的 惩罚因子， 为惩罚项的F 范数的平方； 对于上式 中的μ， 其推荐值由式(3)计算： 对于 λ， 其推荐值由式(4)计算： 其中n1， n2为矩阵M的行和 列数， σ 为假设误差矩阵中元素服从正态分布时 的方差， m ax表 示取最大值； 最后， 通过迭代阈值 算法来求解这一凸优化问题； Step3： 异质性波动的典型场景识别 基于上一步对时空矩阵分解所得 的稀疏矩阵S＝{Sij}， 其中第i行代表第i个交通小区 由异质性特征所形成的行程车速波动时间序列； 利用K ‑means聚类算法， 对 所有交通小区形 成的异质性波动时间序列进行聚类， 将异质性波动时间序列划分为若干个簇； 每个簇中的 元素具有相似的异质性波动特征， 每个簇分别对应于一个异质性波动的典型场景， 每个簇 聚类中心对应的时间序列表示该典型场景 下异质性波动时间序列的平均值； Step4： 异质性波动特 征分析 应用迭代累积平方和(ICSS)算法， 分析Step3中各簇聚类中心时间序列的波动特征， 首 先基于序列计算对数变化 率， 如式(5)所示：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113947010 A 2rt＝log vt‑log vt‑1          (5) 其中vt为某交通小区异质性波动时间序列在第 t个时间片的数值， log代表 取对数， 将rt 改写为式(6)： rt＝b+at           (6) 其中at是一个均值为0， 方差为 的随机变量， b 为拟合的偏置量， 即为累 积平方和序列， T为序列总长， 考虑其 正则化形式如式(7)： Dk＝Ck/CT‑k/T， k＝1， ...， T， 且D0＝DT＝0    (7) 如果 的最大值大于统计意义上的临界值， 则说明该位置存在一个变 点； 此外， 一个序列往 往具有多个变点， 需要通过不断迭代， 直到 搜寻到所有变点。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113947010 A 3