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申请/专利权人：常州数据科技有限公司

摘要：本发明属于数据传输技术领域，本发明公开了基于人工智能的城市多区域数据传输汇总方法及系统；包括：采集来自城市n个区域的原始城区数据；将原始城区数据进行预处理，并基于预处理后的原始城区数据构建异构信息网络；将异构信息网络输入至异构图神经网络中，得到节点嵌入向量；基于节点嵌入向量，构建多区域数据传输优化模型；将多区域数据传输优化模型利用模拟改进退火算法，求解得到n个区域的最优数据传输策略；将n个区域的最优数据传输策略应用于数据传输汇总管理终端；能够显著提升城市多区域数据传输和汇总的效率、全面性和准确性，为城市管理和决策提供更加优质的数据传输汇总支撑。

主权项：1.一种基于人工智能的城市多区域数据传输汇总方法，其特征在于，包括：S1、采集来自城市个区域的原始城区数据；将原始城区数据进行预处理，并基于预处理后的原始城区数据构建异构信息网络；S2、将异构信息网络输入至异构图神经网络中，得到节点嵌入向量；S3、基于节点嵌入向量，构建多区域数据传输优化模型；将多区域数据传输优化模型利用模拟改进退火算法，求解得到个区域的最优数据传输策略；将个区域的最优数据传输策略应用于数据传输汇总管理终端；所述将原始城区数据进行预处理的方式包括：将原始城区数据进行标准化或归一化，使原始城区数据在相同的数值范围内；得到标准城区数据集；将标准城区数据采用密度聚类算法，识别出标准城区数据中存在的异常值，将识别出的异常值剔除得到预处理后的原始城区数据；所述异构信息网络的构建方式包括：定义异构信息网络包括节点以及节点间的边，根据预处理后的原始城区数据的语义，将具有相同属性和功能的实体划分为同一类的节点类型；对于复杂的实体，进一步细分；对于预处理后的原始城区数据中抽象的数据，视为节点的属性而不是单独的节点类型；根据实体之间的语义关联，定义边类型；边类型包括拓扑相邻边、交通流边、包含边和影响边；拓扑相邻边为连接相邻的路段节点和建筑物节点；交通流边为连接产生交通流量数据的起点节点和终点节点；包含边为建筑物节点包含人口节点和能源节点；影响边为交通流量数据影响能源消耗以及人口密度影响交通流量数据；对于无向关系，使用无向边；对于有方向的关系，使用有向边；所有边均携带属性信息，属性信息包括权重和时间戳；即完成了异构信息网络的基础框架；将预处理后的原始城区数据中的不同实体按照设计的节点类型匹配和映射到基础框架中；将实体之间的关系按照设计的边类型的连接到基础框架中；所述节点嵌入向量的获取方式包括：定义异构图神经网络的网络架构；网络架构包括输入层、节点级别嵌入层、边级别嵌入层、层次化聚合层和输出层；所述输入层用于输入根据异构信息网络获取的节点特征矩阵和不同边类型对应的邻接矩阵；节点级别嵌入层，对于节点特征矩阵，使用嵌入函数进行转换；得到嵌入表示；将2层全连接神经网络作为嵌入函数；嵌入函数的表达式为：；其中，表示在节点的嵌入表示；是第一层全连接神经网络的可训练权重矩阵；是第一层全连接神经网络的偏置向量；表示节点的节点特征矩阵；是第二层全连接神经网络的可训练权重矩阵；是第二层全连接神经网络的偏置向量；为非线性激活函数，如ReLU函数；边级别嵌入层，使用边嵌入函数对邻接矩阵进行转换，得到注意力权重的邻接矩阵；边嵌入函数的表达式为：；为边类型的注意力权重的邻接矩阵；为边类型对应的度矩阵；为针对边类型卷积权重矩阵；层次化聚合层使用K层邻居聚合函数，聚合每个节点的邻居信息，得到更新节点表示；邻居聚合函数的表达式为：；其中，为第层的节点的嵌入表示；第层对于节点的邻居聚合函数；表示第层对于节点的聚合表示；表示第层对于节点的聚合表示；为邻接矩阵的数量；为边类型的索引；所述邻居聚合函数为均值最大池化、注意力机制或门控循环单元；通过K层的聚合，节点表示能够融合K阶邻居的信息；将K层邻居聚合函数最后一层得到的嵌入表示作为输出层的输出，即为节点嵌入向量；所述多区域数据传输优化模型的构建方式包括：定义多区域数据传输优化模型的模型层析结构；模型层析结构包括优化目标层和约束条件层；并定义多区域数据传输优化模型的决策变量；其中，表示从区域到第一个区域的数据传输量；表示从区域到最后一个区域的数据传输量；城市个区域中的每个区域都有一个对应的节点嵌入向量；即完成多区域数据传输优化模型的构建；所述优化目标层利用时延函数使区域间的数据传输的总时延最小化；时延函数；其中，表示从区域到区域的单位数据传输时延；表示从区域到区域的数据传输量；和为不同区域的索引；约束条件层利用综合约束分段函数约束每个区域的出入数据量平衡、约束每个区域的带宽容量限制以及约束数据传输在相邻区域之间进行；所述综合约束分段函数的表达式为：；其中，为区域的带宽容量上限；表示从区域到区域的数据传输量；为区域的节点嵌入向量和区域的节点嵌入向量的相似度函数；为预设的相似度阈值；表示对于所有区域；表示对于所有区域和；所述个区域的最优数据传输策略的求解方式包括：最优数据传输策略初始化生成一个初始可行解，其中，；设置模拟改进退火算法的初始温度、冷却系数和终止温度；的数值范围在区间[0，1]内；计算初始解初始可行解对应的总时延；并进入模拟退火循环；所述模拟退火循环的方式包括：设置当前模拟改进退火算法的温度；且当时，生成一个新解，新解通过对当前解进行扰动操作得到；在生成新解时，均通过约束条件层进行约束；计算新解对应的总时延；并计算目标函数值的变化量；其中，为当前解对应的总时延；若，则接受新解，即；若，则以概率接受新解，并降低温度，即将降低至；所述扰动操作的方式包括：随机选择一个区域，将区域的数据传输量加上一个扰动值，得到区域新的数据传输量；对于其他区域；根据约束条件层调整数据传输量；并用新解替换当前解；当温度小于终止温度时，终止循环；当达到终止温度时，输出当前最优解作为多区域数据传输的最优策略。

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