5G核心网业务模型的智能化预测研究

摘 要：核心网业务模型的建立是5G网络容量规划和网络建设的基础，通过现有方法得到的理论业务模型是静态不可变的且与实际网络存在偏离。为了克服现有5G核心网业务模型与现网模型适配性较差以及规划设备无法满足用户实际业务需求的问题，提出了一种长短期记忆（long short-term memory，LSTM）网络与卷积LSTM （convolution LSTM，ConvLSTM）网络双通道融合的 5G 核心网业务模型预测方法。该方法基于人工智能（artificial intelligence，AI）技术以实现高质量的核心网业务模型的智能预测，形成数据反馈闭环，实现网络自优化调整，助力网络智能化建设。     

基于组合数据清洗与NL-ConvLSTM模型的多步风电功率预测

针对风电数据在采集与传输过程中会产生大量缺失值和异常值,采用DBSCAN算法和最优组内差分法(OIV)组合筛删异常值,随机森林(RF)算法填补缺失值,提升数据准确性;并建立基于以ConvLSTM为单元的编码-预测(EF)网络的风电多气象输入多步预测模型,为了更好利用气象特征信息,在ConvLSTM模型的输入侧添加具有自注意力机制的非局部(NL)模块增强数据特征表现,从而搭建组合数据清洗方法的NL-ConvLSTM多步风电功率预测模型。实验结果表明,该方法能够进一步提高风电功率多步预测精度和稳定性。     

基于ConvLSTM的空间进动锥体目标HRRP序列预测

宽带雷达对空间进动锥体目标进行持续探测能够形成高分辨距离像（high resolution range profile,HRRP）序列。HRRP序列携带空间进动锥体目标的空间几何信息和运动规律等信息,是进行目标关联跟踪和分类识别的重要依据,因此研究空间进动锥体目标的HRRP序列预测具有重要意义。卷积长短时记忆（ConvLSTM）网络将CNN和LSTM二者的特点有效结合,能够充分挖掘HRRP序列的空间和时间特性,完成对HRRP的预测。本文基于空间锥体目标的进动模型建立了多种尺寸、运动速度和运动方向等不同参数的HRRP序列数据集,并利用此数据集根据HRRP特性设计实现了适用于空间进动椎体目标HRRP预测的ConvLSTM网络模型。为了测试本文设计的ConvLSTM网络预测效果,将ConvLSTM网络与二维卷积神经网络模型进行预测效果对比分析。仿真实验结果表明,ConvLSTM网络预测结果与物理光学法计算得到的HRRP一致性高,皮尔逊相关系数高达0.973 1,平均绝对误差低至0.033 4,相较于二维卷积神经网络预测结果更加准确。证明本文设计的ConvLSTM网络模型能够有效提取HRRP序列的时间和空间特征,实现对HRRP序列的高精度预测。     

基于时间注意力机制和EfficientNet的视频暴力行为检测

针对一般的暴力行为检测方法模型参数量大、计算复杂度高、准确率较低等问题,提出一种基于时间注意力机制和EfficientNet的视频暴力行为检测方法。首先将通过对数据集进行预处理计算得到的前景图输入到网络模型中提取视频特征,同时利用轻量化EfficientNet提取前景图中的帧级空间暴力特征,并利用卷积长短时记忆网络（ConvLSTM）进一步提取视频序列的全局时空特征;接着,结合时间注意力机制,计算得到视频级特征表示;最后将视频级特征表示映射到分类空间,并利用Softmax分类器进行视频暴力行为分类并输出检测结果,实现视频的暴力行为检测。实验结果表明,该方法能够减少模型参数量,降低计算复杂度,在有限的资源下提高暴力行为检测准确率,提升模型的综合性能。     

结合Attention-ConvLSTM的双流卷积行为识别

针对传统方法在通过视频数据进行人体行为识别的过程中,无法准确分析长时间范围的运动信息,不能很好地利用运动信息中的局部特征和其空间关系.提出将基于注意力机制的卷积长短时记忆神经网络(Attention-ConvLSTM)与传统的双流卷积进行结合,实现了对视频数据中运动信息的非线性特征更好的学习,对局部显著特征及其空间关系更好的利用.本文还设计了新的正则交叉熵损失函数,使得扩展之后的神经网络实现更快的收敛.本文的方法在UCF101和HMDB51两个通用人体行为视频数据集上的表现相较于传统的方法有明显的提升.     

基于ConvLSTM网络的维度情感识别模型研究

学业情绪能够影响和调节学习者的注意、记忆、思维等认知活动,情绪自动识别是智慧学习环境中情感交互和教学决策的基础。目前情绪识别研究主要集中在离散情绪的识别,其在时间轴上是非连续的,无法精准刻画学生学业情绪演变过程,为解决这个问题,基于众包方法建立真实在线学习情境中的中学生学习维度情感数据集,设计基于连续维度情感预测的深度学习分析模型。实验中根据学生学习风格确定触发学生学业情绪的学习材料,并招募32位实验人员进行自主在线学习,实时采集被试面部图像,获取157个学生学业情绪视频;对每个视频进行情感Arousal和Valence二维化,建立包含2 178张学生面部表情的维度数据库;建立基于ConvLSTM网络的维度情感模型,并在面向中学生的维度情感数据库上进行实验,得到一致性相关系数（Concordance Correlation Coefficient,CCC）均值为0.581,同时在Aff-Wild公开数据集上进行实验,得到的一致相关系数均值为0.222。实验表明,提出的基于维度情感模型在Aff-Wild公开数据集维度情绪识别中CCC相关度系数指标提升了7.6%~43.0%。     

基于时空相关属性模型的公交到站时间预测算法

公交车辆到站时间的预测是公交调度辅助决策系统的重要依据,可帮助调度员及时发现晚点车辆,并做出合理的调度决策.然而,公交到站时间受交通拥堵、天气、站点停留和站间行驶时长不固定等因素的影响,是一个时空依赖环境下的预测问题,颇具挑战性.提出一种基于深度神经网络的公交到站时间预测算法STPM,算法采用时空组件、属性组件和融合组件预测公交车辆从起点站到终点站的总时长.其中,利用时空组件学习事物的时间依赖性与空间相关性.利用属性组件学习事物外部因素的影响.利用融合组件融合时空组件与属性组件的输出,预测最终结果.实验结果表明,STPM能够很好地结合卷积神经网络与循环神经网络模型的优势,学习关键的时间特征与空间特征,在公交到站时间预测的误差百分比和准确率上的表现均优于已有的预测方法.     

基于时空注意力网络的中国手语识别

手语识别广泛应用于聋哑人与正常人之间的交流中。针对手语识别任务中时空特征提取不充分而导致识别率低的问题,提出了一种新颖的基于时空注意力的手语识别模型。首先提出了基于残差3D卷积网络(Residual 3D Convolutional Neural Network,Res3DCNN)的空间注意力模块,用来自动关注空间中的显著区域；随后提出了基于卷积长短时记忆网络(Convolutional Long Short-Term Memory,ConvLSTM)的时间注意力模块,用来衡量视频帧的重要性。所提算法的关键在于在空间中关注显著区域,并且在时间上自动选择关键帧。最后,在CSL手语数据集上验证了算法的有效性。     

基于CNN-ATT-ConvLSTM的行人属性识别

针对现有行人属性识别方法忽视行人属性的互相关性和空间信息导致识别性能较低的问题,将任务视为时空序列多标签图像分类问题,提出基于卷积神经网络(CNN)和卷积长短期记忆网络(ConvLSTM)并融合通道注意力机制的模型。用CNN和通道注意力提取行人属性的显著性和相关性视觉特征;用ConvLSTM进一步提取视觉特征的空间信息和属性相关性;以优化序列对行人属性进行预测。在两个常用行人属性数据集PETA和RAP上进行大量实验,取得了最佳性能,证明了该方法的优越性和有效性。     

多层次特征融合与超图卷积的生成对抗壁画修复

针对现有深度学习图像修复方法在修复壁画时,存在特征利用率低及对上下文信息关注不足等问题,提出了一种多层次特征融合与超图卷积的生成对抗壁画修复模型。首先,设计金字塔特征提取层结构,利用金字塔特征分层对壁画进行多尺度层次特征提取,并采用混合空洞卷积单元扩大多层特征提取感受野,克服了单尺度卷积操作对于壁画特征提取能力不足的问题。然后,提出多分支短链融合层及门控机制融合多分支特征,将相邻分支间的特征信息进行融合,使融合后的壁画特征图中既有同分支的特征,又有相邻分支的特征,提高特征信息的利用率,并引入门控机制对特征进行选择融合,减少细节信息的丢失。接着,将融合特征通过ConvLSTM特征注意力,增强对壁画上下文信息的关注。最后,设计超图卷积壁画长程特征增强模块,通过在编码器和解码器的跳跃连接之间建立超图卷积层,利用超图卷积来捕获编码器的空间特征信息,将其迁移到解码器中,有助于解码器更好地生成壁画图像,加强特征的长程依赖关系,并与SN-PatchGAN判别网络对抗完成壁画修复。通过对人为添加破损和真实破损壁画图像进行数字化修复实验,结果可以发现：所提方法在PSNR和SSIM等客观评价指标均优于对比算法。多组实验结果表明：所提方法的对于破损壁画修复结果更加清晰自然。