面向交通流量预测的多头注意力时空卷积图网络模型

为了充分获取交通流量数据中隐藏的复杂动态时空相关性,提高交通流量预测精度,提出一种多头注意力时空卷积图网络模型MASCGN。首先,采用多头注意力机制为路网中的交通传感器节点自动分配注意力权重,实现对不同邻居节点的权值自适应匹配,充分获取空间相关性;其次,采用带有门控和注意力机制的时空卷积网络充分提取时间序列相关性,并使用残差块结构实现时空卷积层之间的连接,使得模型更具有泛化能力;最后,分别提取周相关、日相关、邻近时间的序列数据,输入三个并行的时空组件以挖掘周、日、邻近三个时间窗口间的时间周期相关性,并通过全连接层获取最终的交通流量预测结果。利用高速公路交通数据集PEMSO4、PEMSO8进行了15 min、30 min、45 min和60 min的交通流量预测实验。实验结果表明MASCGN模型与现有基线模型相比,在未来短期和长期的交通流量预测任务上都具有更优的建模能力。     

面向出租车空载时间预测的多任务时空图卷积网络

出租车空载时间严重影响交通资源的利用效率和司机的收益。准确的出租车空载时间预测可以有效地指导司机进行合理的路径规划,辅助打车平台进行高效的资源调度。然而,在实际场景中,城市不同区域的空载时间受到区域车流量、客流量以及历史空载时长等多方面因素的影响。为解决该问题,提出一种基于多任务框架的时空图卷积网络(MSTGCN)模型。MSTGCN采用一种新颖的时空图卷积结构,全面建模上述影响空载时间的各种时、空相关性因素。使用多任务学习框架从不同视角学习数据的特征表示,并提出一种多任务注意力融合机制,通过对辅助任务信息的筛选来提升主任务的信息获取能力和预测性能。将所提模型在两个公开的滴滴数据集上进行了充分的实验,其取得了优于其他方法的预测效果。     

基于多时间尺度时空图网络的交通流量预测模型

交通流预测在智能交通系统的建设中起着关键作用。但由于其复杂的时空依赖性和本身的不确定性使得研究变得极具挑战性。现有的一些方法主要是将单一的时间序列输入到循环神经网络以捕获时间依赖性,而且多数模型仅对时间模块和空间模块进行简单的堆叠,导致不能有效地融合时间和空间特征。为了解决以上问题,文中提出了一个多时间尺度时空图网络模型。模型先将序列数据划分为3种时间尺度序列,然后将序列输入到时空块(ST-Block)中提取数据的时空依赖性,最后进行预测。在时空块中使用图卷积网络和变体Transformer分别捕获数据中的时间和空间依赖性,并通过门控融合机制将两者提取到的特征进行融合。在两个真实的数据集上分别进行了短期和长期的预测实验,结果表明了MTSTGNN模型在交通流预测任务上的优秀性能。     

多视角融合的时空动态图卷积网络城市交通流量预测

城市交通流量预测是构建绿色低碳、安全高效的智能交通系统的重要组成部分.时空图神经网络由于具有强大的时空数据表征能力,被广泛应用于城市交通流量预测.当前时空图神经网络在城市交通流量预测中仍存在以下两方面局限性:1)直接构建静态路网拓扑图对城市空间相关性进行表示,忽略了节点的动态交通模式,难以表达节点流量之间的时序相似性,无法捕获路网节点之间在时序上的动态关联.2)只考虑路网节点的局部空间相关性,忽略节点的全局空间相关性,无法建模交通路网中局部区域和全局空间之间的依赖关系.为打破上述局限性,本文提出了一种多视角融合的时空动态图卷积模型用于预测交通流量.首先,从静态空间拓扑和动态流量模式视角出发,构建路网空间结构图和动态流量关联图,并使用动态图卷积学习节点在两种视角下的特征,全面捕获城市路网中多元的空间相关性.其次,从局部视角和全局视角出发,计算路网的全局表示,将全局特征与局部特征融合,增强路网节点特征的表现力,发掘城市交通流量的整体结构特征.接下来,设计了局部卷积多头自注意力机制来获取交通数据的动态时间相关性,实现在多种时间窗口下的准确流量预测.最后,在四种真实交通数据上的实验结果证明了本文模型的有效性和准确性.     

基于时空图卷积网络的机场地铁短时客流预测

机场地铁短时客流预测是实现机场旅客快速疏解、航站楼现场运力资源指挥调度的关键。考虑到机场复杂的空间结构与航班波动的影响,建立基于图卷积神经网络（GCN）和组合门控卷积（GLU）的机场地铁短时客流预测模型。通过图卷积神经网络融合机场空间路径点与地铁口的空间结构关系,同时,设计一种组合门控卷积模块挖掘航班波动下地铁客流的时变特征,有效地捕捉地铁客流的波动性。基于首都机场T3航站楼真实客流数据对模型的有效性进行检验,经多次实验结果表明,提出的时空图卷积短时客流预测模型在均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差均小于传统ARIMA预测模型与深度学习中LSTM、STGCN模型,该模型能捕捉地铁客流与航班客流的波动变化关系,具有较高的预测精度,提高了模型预测的鲁棒性。     

时空图卷积网络下的路网交通事故风险预测

路网交通事故预测是实现道路管控、路线规划的最重要方式之一。考虑到路网中各路段特征与环境因素的影响,建立基于图卷积神经网络（GCN）和门控循环单元（GRU）的时空门控图卷积（STGRGCN）模型预测交通事故风险。通过GCN提取出道路间的空间关联性,通过GRU提取出环境因素中的时间关联性,再通过GCN与GRU的复合模块提取出时空关联性。选取美国全国交通事故数据集中洛杉矶市和休斯顿市相关数据对模型进行检验,STGRGCN模型的均方根误差、平均绝对误差以及召回率在两个城市分别为4.09、2.14、0.714和5.79、3.24、0.683,优于已有统计模型、机器学习模型以及复合模型。设计该除各模块的消融实验,证明该模型各模块皆有助于提升预测性能。     

融合时空图卷积网络与非自回归模型的三维人体运动预测

当前人体运动预测的方法大多采用基于图卷积网络的自回归模型,没有充分考虑关节间的特有关系和自回归网络性能的限制,从而产生平均姿态和误差累积等问题。为解决以上问题,提出融合时空图卷积网络和非自回归的模型对人体运动进行预测。一方面利用时空图卷积的网络提取人体运动序列的局部特征,可以有效减少三维人体运动预测场景中的平均姿态问题和过度堆叠图卷积层引起的过平滑问题的发生;另一方面将非自回归模型与时空图卷积网络进行结合,减少误差累计问题的发生。利用Human3.6M的数据集进行80 ms、160 ms、320 ms和400 ms的人体运动预测实验。结果表明,NAS-GCN模型与现有方法相比,能预测出更精确的结果。     

基于时空图卷积循环神经网络的交通流预测

针对交通流预测模型中路网空间结构刻画和交通流时空特性挖掘不充分的问题,构建一种新型的有向时空图,通过定义节点相对临近度来表征路网结构关系,通过学习邻域节点对预测节点的影响权重来表征节点间时空维度的作用关系,从而能更好表达交通流的时空特性.将时空图作为预测模型的输入,采用图卷积获取交通流数据空间依赖关系,采用门控循环神经...     

面向动态交通流预测的双流图卷积网络

准确的交通流预测能够为管理部门提供合理的决策依据,为驾驶员提供实时的道路状况预警,是交通领域至关重要的问题.近年来,相关研究利用图卷积神经网络(GCN)处理非欧式空间结构的特点,对来自复杂路网的交通流数据进行空间相关性建模.然而,现有基于图卷积的交通流预测方法未能充分考虑空间相关性的有向性和动态性这两个重要特点.考虑到...     

基于组合图和多尺度时间建模的交通流量预测

交通流量预测作为现代智能速度管理系统的重要组成部分,是一项具有挑战性的任务。现有的方法主要是采用深度神经网络和图神经网络。然而,这些方法存在以下缺点：(1)大多数方法都是基于局部空间邻居来捕获空间相关性的。然而现实的交通道路情况复杂多变,捕获道路上下文的信息也至关重要。(2)现有的应用于交通流量预测的时间卷积网络感受野有限,不能捕捉到长时间的流量关联。基于以上问题,提出了一种组合自适应空间图和自适应语义邻居图的图卷积方案,并引入了多尺度时间卷积模块来扩大感受野。通过METR-LR和PEMS-BAY两个数据集验证的结果显示,该方法提高了模型预测的准确性。     

基于组合模型的短时交通流预测方法

准确、实时的交通流预测对交通规划、交通管理和交通控制具有重要意义.然而,由于道路网络拓扑结构约束和交通流随时间动态变化的空时相关特性,交通流预测仍然具有挑战性.为了同时捕获交通流的空间和时间相关性,提出一种将图卷积网络(GCN)和门控循环单元(GRU)相结合的组合模型方法.利用GCU能够灵活处理图结构数据的优点来捕捉各个路段的空间特征,继而发挥GRU在处理时间序列方面的优势挖掘交通流的内在时间规律,空时融合后得到最终预测结果.利用美国交通研究数据实验室的高速公路交通数据对该模型进行仿真验证,结果表明,所提出的GCN-GRU组合模型方法具有更高的预测精度,预测结果优于自回归积分滑动平均(ARIMA)模型和GRU模型等基准预测方法.     

基于信息增强传输的时空图神经网络交通流预测

交通问题不仅影响人们的出行,同时也会带来环境污染以及安全等问题,准确的交通流预测是构建智能交通系统、预防和缓解交通问题的关键.目前的预测方法大多没有考虑到交通流动态的时空相关性、周期性以及线性与非线性等特点.在充分考虑上述因素的基础上,提出一种基于信息增强传输的时空图神经网络模型,主要包含多特征注意力模块、信息增强传输模块、时间注意力模块以及线性与非线性融合模块.其中,多特征注意力模块捕获多种交通特征之间的内在联系,考虑交通流的周期性;信息增强传输模块充分利用了交通网络信息,以增强交通网络的信息传输能力,进而挖掘出复杂动态的空间依赖关系;时间注意力模块负责自适应地提取不同时间间隔之间的依赖关系;线性与非线性融合模块则同时考虑了数据的线性与非线性特征.论文在真实数据集上进行了大量对比实验,实验结果表明,对比目前较为先进的基线方法,提出的方法在交通流的预测性能方面,体现了较为明显的优势.     

基于时空卷积神经网络的数据缺失交通流预测

针对数据连续缺失情况下交通流预测精度下降甚至失效的问题,提出了一种时空卷积神经网络预测模型,根据横向分布的时间相关性和纵向分布的空间相关性,构建路网交通数据时空矩阵,引入掩码矩阵标记数据的缺失状况,利用卷积操作提取路网中各检测器之间隐含的非线性关联,建立当前时刻与未来交通状态的映射关系,实现数据缺失情况下的交通流预测....     

基于可变形卷积时空网络的乘车需求预测模型

随着滴滴、Uber等出租车服务的日益普及,用户的乘车需求预测逐渐成为智慧城市、智慧交通的重要组成部分.准确的预测模型既可以满足用户的出行需求,也可以降低道路车辆空载率,有效地避免资源浪费,并缓解交通压力.车辆服务商可以收集到大量GPS数据及用户需求数据,然而,如何合理运用数据进行需求预测,是关键且实用的问题.提出一种结合城市POI的可变形卷积时空网络（DCSN）模型来预测区域乘车需求,模型包括两部分——可变形卷积时空模型与POI需求关联模型：前者即通过DCN与LSTM建模未来需求与时空之间的相关性,后者则通过区域POI差异化指数与需求差异化指数捕捉区域间的相似关系.最后使用全连接网络将两个模型整合起来,进而得出预测结果.使用滴滴出行的大型真实乘车需求数据进行实验,最终实验结果表明,所提出的方法在预测精度上优于现有的预测方法.     

基于影响模型的短时交通流预测方法

根据复杂交通网络中多个节点之间交通流相互影响的特性,提出一种基于影响模型的短时交通流预测方法。分析交通网络中交通流预测的难点,引入随机过程中影响模型的理论对其进行建模。将每个节点的交通流处理为一个隐马尔科夫过程,整个网络由多个相互交互的隐马尔科夫过程组成,采用EM算法对模型参数进行训练。实验结果表明,该方法具有较高的预测精度,可较好地显示交通网络中多个节点之间交通流的交互规律以及动态演化规律。     

道路交通流短时预测方法综述

道路交通流预测预报是智能交通系统关键技术之一,短时预测是交通控制、车辆导航的技术基础,中长期预测预报可为交通规划、交通管理措施的制定提供科学依据。本文概述了道路交通流预测方法的发展历程,分析比较了各预测模型的优点、缺点及适用情况,给出了道路交通预测的一般流程。简介了模型的应用情况,提出交通流量预测今后可能的发展趋势。     

一种融合时空关联与社会事件的交通流预测方法

交通流预测作为智能交通系统的一个关键问题,是国内外交通领域的研究热点。交通流预测的主要挑战在于交通流数据本身具有复杂的时空关联,且易受各种社会事件的影响。针对这些挑战,提出一种用于交通流预测的深度学习框架。一方面,针对道路网络非欧氏的空间关联以及交通流时序数据的时间关联,设计了一种融合图卷积神经网络和循环神经网络的特征抽取子网络;另一方面,针对社会事件对交通流的潜在影响,设计了一种基于卷积神经网络的社会事件特征抽取子网络。最后,融合时空关联特征抽取子网络和社会事件特征抽取子网络,实现交通流预测模型。为了验证模型的有效性,文中基于真实交通流数据进行了实验。结果表明,所提模型与传统的预测模型相比具有较高的准确度,准确度提高了3%～6%。     

基于SNMP的天基网络流量的在线遥测与预测*

针对星上路由器的业务流量速率为遥测目标,使用SNMP报文来实时收集网络流量统计信息,并使用多分辨率分析与神经网络结合的方法,对测量的流量数据序列进行冗余小波变换,将分解后不同尺度的系数用于BP神经网络的输入来进行流量的在线短时预测.