淮阴工学院张楚童获国家专利权
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龙图腾网获悉淮阴工学院申请的专利一种基于交通流预测的智能应急车道开放系统及其实现方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120279703B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-03发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202510397394.7,技术领域涉及:G08G1/01;该发明授权一种基于交通流预测的智能应急车道开放系统及其实现方法是由张楚童;杭专正;戚佳华;辛坦;王支晴;侯兴田;胡微;纪捷;黄慧;黄小龙;王建国设计研发完成,并于2025-03-31向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于交通流预测的智能应急车道开放系统及其实现方法在说明书摘要公布了:本发明公开了一种基于交通流预测的智能应急车道开放系统及其实现方法,所述系统包括数据采集模块、数据处理模块、中央控制模块、供电模块以及显示屏模块;所述方法包括采集并处理一段时间内的交通流量,构造交通流量的时空特征矩阵;构造CNN‑GRU‑Attention预测模型;利用改进大蔗鼠算法IGCRA优化CNN‑GRU‑Attention预测模型参数,包括权重矩阵和偏置向量;基于优化后的模型得出交通流量预测结果;基于得到的交通流量预测结果,判断是否需要开放应急车道。本发明能够精准预测交通流量,在拥堵发生前及时判断并开放应急车道,为车辆提供额外通行空间,避免交通流过度集中,从而有效缓解交通拥堵状况,减少车辆等待时间,提升整体通行效率。
本发明授权一种基于交通流预测的智能应急车道开放系统及其实现方法在权利要求书中公布了:1.一种基于交通流预测的智能应急车道开放系统的实现方法,其特征在于,包括如下步骤: 步骤1:采集并处理一段时间内的交通流量,构造交通流量的时空特征矩阵; 步骤2:基于步骤1采集的交通流量数据,构造CNN-GRU-Attention预测模型; 步骤3:基于步骤2得到的模型,利用改进大蔗鼠算法IGCRA优化CNN-GRU- Attention预测模型参数,包括权重矩阵和偏置向量; 步骤4:基于步骤3优化后的模型得出交通流量预测结果; 步骤5:基于步骤4得到的交通流量预测结果,判断是否需要开放应急车道; 所述步骤2中,CNN-GRU-Attention预测模型建立过程如下: 步骤2.1:利用卷积神经网络CNN中的卷积层提取交通流数据的时间和空间特征,其输出表示为: ; 其中,和分别表示第层卷积层的权重和偏置;*表示卷积操作;是激活函数,通常选用校正线性单元; 步骤2.2:GRU神经网络单元由更新门和重置门两部分组成,其运行机制如下所示: ; ; ; ; 其中,为当前时刻输入的交通流信息;为上一时刻的隐藏状态;为传递到下一时刻的隐藏状态;为候选隐藏状态;、分别为重置门和更新门;为sigmoid激活函数;为激活函数,将数据归至分别为各控制门的权重和偏置矩阵; 步骤2.3:在CNN-GRU模型的基础上引入注意力机制,进行权重的重新分配计算并生成特征序列,其表达式如下: 其中,为样本数量;为注意力分布函数;为注意力打分函数,常采用缩放点积模型;为利用信息选择机制对输入的信息进行汇总的加权和; 所述步骤3中,利用改进大蔗鼠算法优化CNN-GRU-Attention模型的权重矩阵、、和偏置常量、、的过程如下: 步骤3.1:初始化种群和参数,大蔗鼠在搜索空间中的初始位置是随机分配的,其种群矩阵如下: ; 其中,为大蔗鼠种群;为第只大蔗鼠提出的第个问题变量的值;为样本数量;是决策变量的个数; 步骤3.2:将随机生成的大蔗鼠位置带入目标函数进行评估,每只大蔗鼠代表一个优化问题的候选解决方案,目标函数公式如下: ; 其中,为样本数量;为真实值;为预测值; 步骤3.3:更新种群成员,根据优势雄鼠位置确定剩余鼠群在搜索空间中的新位置,即更新最优的权重矩阵、、和偏置常量、、,位置公式如下: ; ; ; 其中,为第只大蔗鼠的新位置,为其第维度的值;为大蔗鼠当前位置的值;为优势雄鼠位置;为随机选取的雌鼠位置;为最新的目标函数值;为当前的目标函数值;为优势雄鼠的目标函数值;为问题空间边界内定义的随机数;为模拟丰富的食物来源的影响;为当前迭代次数;为最大迭代次数;为模拟食物来源减少的系数;为促使大蔗鼠转移到繁殖区域内其他可用的丰富食物来源的系数;为之间的随机数; 步骤3.4:更新搜索空间,根据雌鼠位置开发食物来源丰富地区,即更新最优的权重矩阵、、和偏置常量、、,位置公式如下: ; 步骤3.5:判定是否满足终止条件,若不满足终止条件,则返回步骤3.3;若满足约束条件,则转至步骤3.6; 步骤3.6:输出得到最优的权重矩阵、、和偏置常量、、; 所述步骤3.4中,引入自适应权重因子改进新生成的粒子的位置,提高IGCRA局部寻优能力,计算公式如下: ; 其中,ω为自适应权重因子。
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