一種基于lzw編碼的道路交通數(shù)據(jù)壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于道路交通數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，涉及道路交通數(shù)據(jù)的分析與壓縮，是一種道 路交通數(shù)據(jù)的壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著智能交通系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷發(fā)展，基于連續(xù)采集得到的智能交通數(shù) 據(jù)，交通領(lǐng)域即將面臨海量數(shù)據(jù)問題，必須對(duì)其進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)壓縮，才能進(jìn)行處理、分析 和存儲(chǔ)。
[0003] 交通流數(shù)據(jù)的內(nèi)在特征主要包括：周期性、相似性、相關(guān)性等。鄰近路段的交通流 之間存在著復(fù)雜的時(shí)空關(guān)聯(lián)關(guān)系，往往相似性較高，同一交通流在時(shí)間上表現(xiàn)出極強(qiáng)的相 關(guān)性與周期性。這些相似性表明數(shù)據(jù)中存在大量的冗余信息。
[0004] 基于交通流相似性的特征，目前已有多種方法應(yīng)用到道路交通數(shù)據(jù)壓縮領(lǐng)域中。 主要包括：主成分分析法（PCA)、獨(dú)立成分分析（ICA)、預(yù)測(cè)編碼與字典編碼串聯(lián)法、基于小 波（包）變換方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法。其主要利用變換域的思想，將道路交通數(shù)據(jù)進(jìn)行 多尺度變換并進(jìn)行相關(guān)處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮，并且取得較好的效果。但是算法實(shí)現(xiàn)較為復(fù) 雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服已有道路交通數(shù)據(jù)壓縮方法的算法復(fù)雜、處理速度較慢的不足，本發(fā)明 提供一種簡(jiǎn)化算法、提升處理速度的基于LZW編碼的道路交通數(shù)據(jù)壓縮方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于LZW編碼的道路交通數(shù)據(jù)壓縮方法，所述方法包括如下步驟：
[0008] 1)建立道路交通特征參考序列，獲取不同模態(tài)下的道路交通基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；
[0009] 2)提取道路交通訓(xùn)練數(shù)據(jù)，基于同一模態(tài)下的道路交通基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，獲取道路交通 差值數(shù)據(jù)，選取道路交通差值數(shù)據(jù)的最優(yōu)閾值；
[0010] 3)提取道路交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，基于同一模態(tài)下的道路交通基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，獲取道路交通 差值數(shù)據(jù)；
[0011] 4)基于LZW編碼實(shí)現(xiàn)道路交通差值數(shù)據(jù)壓縮；
[0012] 5)基于LZW解碼實(shí)現(xiàn)道路交通數(shù)據(jù)重構(gòu)。
[0013] 進(jìn)一步，所述步驟1)中，建立道路交通特征參考序列，獲取不同模態(tài)下的道路交 通基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，包括如下步驟：
[0014] 1. 1)設(shè)計(jì)道路交通特征參考序列的結(jié)構(gòu)
[0015] 設(shè)定道路交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集周期是△t，則道路交通信息模板的時(shí)間格式如圖 1所示。
[0016] 道路交通特征參考序列的表格式如表1和表2所示。
[0017] 表1.道路交通特征參考序列信息表
[0018]
[0019] 1. 2)通過相關(guān)的數(shù)據(jù)預(yù)處理，建立道路交通運(yùn)行特征參考序列
[0020] 道路交通運(yùn)行模態(tài)的劃分分為兩個(gè)層次：路網(wǎng)層和路段層，設(shè)定路網(wǎng)層的交通運(yùn) 行模態(tài)的劃分標(biāo)識(shí)將道路的交通運(yùn)行模態(tài)劃分為g種子模態(tài)，路段層的交通運(yùn)行模態(tài)的劃 分標(biāo)識(shí)將道路的交通運(yùn)行模態(tài)劃分為h種子模態(tài)，則道路的交通運(yùn)行模態(tài)一共劃分為gXh 種，記為集合Μ_= {Mil，M12，…，Mgh}，其中g(shù)和h的取值根據(jù)所選交通運(yùn)行模態(tài)的劃分 標(biāo)識(shí)確定；
[0021] 獲取目標(biāo)路段的具有代表性的道路交通狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，將經(jīng)過數(shù) 據(jù)預(yù)處理后的道路交通狀態(tài)數(shù)據(jù)輸入道路交通特征參考序列中，從而建立道路交通特征參 考序列。
[0022] 再進(jìn)一步，所述步驟2)中，提取道路交通訓(xùn)練數(shù)據(jù)，基于同一模態(tài)Mgh的道路交通 基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，獲取道路交通差值數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼，基于壓縮比，訓(xùn)練道路交通差值數(shù)據(jù)的最 優(yōu)閾值，其一般表達(dá)式如下：
[0023]
[0024]
[0025]
[0026]
[0027]
[0028] 其中，Mgh為模態(tài)；At為道路交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集周期；（i*At)為第i個(gè)道路 交通狀態(tài)數(shù)據(jù)采集周期，〇 <i<N，N表示每天采集的交通信息的條數(shù)；57% (ΡΔ/)表 示（i*At)時(shí)刻的訓(xùn)練數(shù)據(jù)；表示（i*At)時(shí)刻的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；S(i*At)表示 (i*At)時(shí)刻訓(xùn)練數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)00表示模態(tài)Mgh下、At到（m*At)時(shí) 段訓(xùn)練數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)；(m)表示模態(tài)Mgh下、At到（m*At)時(shí)段閾值 處理后的差值數(shù)據(jù)；表示At到（m*At)時(shí)段選取的閾值；為在模態(tài)Mgh 下、Δt到（m*Δt)時(shí)段的閾值處理的LZW編碼后的差值數(shù)據(jù)；S'（η)為模態(tài)Mgh下、Δt到 (m*Δt)時(shí)段壓縮后的第η個(gè)數(shù)據(jù)；m表示在模態(tài)Mgh下、△t到（m* △t)時(shí)段的壓縮前差值 數(shù)據(jù)的數(shù)量;W表示LZW編碼；η表示在模態(tài)Mgh下、△t到（m* △t)時(shí)段的選取的閾值對(duì)應(yīng) 差值數(shù)據(jù)壓縮后的數(shù)量；壓縮比為2 η0
[0029] 更進(jìn)一步，所述步驟3)中，提取道路交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，基于同一模態(tài)Mgh的道路交通 基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，獲取道路交通差值數(shù)據(jù)，其一般表達(dá)式如下：
[0030] (6)
[0031] (f)
[0032] 其中，為模態(tài)Mgh下、（i*At)時(shí)刻的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；MS(i*At)為模態(tài) Mgh下、（i*At)時(shí)刻的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)；為模態(tài)Mgh下、At到 (m* △t)時(shí)段的道路交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)。
[0033] 所述步驟4)中，基于LZW編碼實(shí)現(xiàn)道路交通差值數(shù)據(jù)壓縮，將訓(xùn)練的最佳閾值引 入到同一模態(tài)Mgh的測(cè)試數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)中，結(jié)合LZW編碼，實(shí)現(xiàn)差值數(shù)據(jù)的壓 縮，其一般表達(dá)式如下：
[0034] 衡
[0035] (9)
[0036] (1〇)
[0037] 其中，仏表示最優(yōu)閾值；如)為在模態(tài)Mgh下、Δt到（m*Δt)時(shí)段經(jīng) 最佳閾值處理后的差值數(shù)據(jù)；m表示在模態(tài)Mgh下、At到（m*At)時(shí)段的壓縮前差值數(shù)據(jù) 的數(shù)量；表示模態(tài)Mgh下、Δt到（m*Δt)時(shí)段的壓縮后的差值數(shù)據(jù)；Τη表示模 態(tài)Mgh下、At到（m*At)時(shí)段的差值數(shù)據(jù)壓縮后的數(shù)量;MS'（Τη)表示模態(tài)Mgh下、At到 (m*At)時(shí)段壓縮后的第Τη個(gè)數(shù)據(jù)；壓縮比為$ In°
[0038] 所述步驟5)中，基于LZW解碼實(shí)現(xiàn)道路交通差值數(shù)據(jù)重構(gòu)，結(jié)合基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)測(cè) 試數(shù)據(jù)的解壓縮，其一般表達(dá)式如下：
[0041] 其中，w'表示LZW的反解碼；, ("0:為在模態(tài)Mgh下、Δt到（m*Δt)時(shí)段解
[0039]
[0040] 碼后的道路交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)；(m)表示在模態(tài)Mgh下、△ t到 (m*Δt)時(shí)段的重構(gòu)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
[0042] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：提出了一種基于LZW編碼的道路交通數(shù)據(jù)壓縮方法，充分 利用了同一交通流在時(shí)間上表現(xiàn)出極強(qiáng)的相關(guān)性與周期性的特點(diǎn)。提取同一時(shí)間段的道路 交通數(shù)據(jù)，并將之分為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、訓(xùn)練數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù) 進(jìn)行閾值化處理，將處理后的差值數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮?；趬嚎s比，選取最佳 閾值。利用最佳閾值對(duì)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值化處理，將處理后的差值 數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。通過LZW反編碼實(shí)現(xiàn)差值數(shù)據(jù)的重構(gòu)，結(jié)合基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的重構(gòu)。
[0043] 本方法僅在數(shù)據(jù)之間作減法處理，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)計(jì)算，可 以有效的提高處理速度。
[0044] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：通過將同一模態(tài)Mgh的道路交通訓(xùn)練數(shù)據(jù)和基準(zhǔn) 數(shù)據(jù)的差值數(shù)據(jù)進(jìn)行閾值化處理，結(jié)合LZW編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)差值數(shù)據(jù)的壓縮，根據(jù)差值數(shù)據(jù) 的壓縮比，確定最佳閾值。通過將最佳閾值引入到同一模態(tài)Mgh的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的差 值數(shù)據(jù)當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)差值數(shù)據(jù)的閾值化處理，結(jié)合LZW編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)差值數(shù)據(jù)的壓縮，間接 實(shí)現(xiàn)道路交通實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的壓縮。通過對(duì)壓縮后的差值數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW解碼技術(shù)，獲得重構(gòu)的 差值數(shù)據(jù)，結(jié)合基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的重構(gòu)。
【附圖說明】
[0045] 圖1是道路交通信息模板的時(shí)間格式的示意圖。
[0046] 圖2是道路交通運(yùn)行模態(tài)劃分示意圖。
[0047] 圖3是基于LZW編碼的道路交通數(shù)據(jù)壓縮方法的流程圖。
[0048] 圖4是基于LZW解碼的道路交通數(shù)據(jù)重構(gòu)方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0050] 參照?qǐng)D1~與4, 一種基于LZW編碼的道路交通數(shù)據(jù)壓縮方法，包括以下步驟：
[0051] 1)建立道路交通特征參考序列，獲取不同模態(tài)下的道路交通基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，包括如下 步驟：
[0052] 1. 1)設(shè)計(jì)道路交通特征參考序列的結(jié)構(gòu)
[0053] 設(shè)定道路交通狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集周期是△t，則道路交通信息模板的時(shí)間格式如圖 1所示。
[005