基于Attention-BiLSTM-LSTM神经网络的短期电力负荷预测方法

短期电力负荷预测是电力系统中的重要问题之一,准确的预测结果可以提高电力市场的灵活性和资源利用效率,对电力系统高效运行具有重要意义.为了提高预测精度,针对电网负荷数据的时序性特征,提出一种基于Attention-BiLSTM-LSTM神经网络的短期电力负荷预测方法.该方法首先针对电力负荷的影响因素(温度、节假日等)提取特征,并使用双向长短期记忆(BiLSTM)神经网络层进行双向时序的特征学习;将双向时序特征作为长短期记忆(LSTM)神经网络层的输入,用LSTM神经网络建模学习时序数据的内部变化规律;使用attention机制计算LSTM隐层状态的不同权重,以对隐层状态进行选择性地关注;结合注意力权重和LSTM神经网络进行负荷预测,最后使用全连接层输出负荷预测结果.使用EUNIT电力负荷数据集进行实验,采用提前单点预测模式,该方法的平均绝对百分比误差(MAPE)达到1.66％,均方根误差(RMSE)达到814.85.通过与单LSTM网络、基于attention机制的LSTM网络(Attention-LSTM)、前馈神经网络(FFNN)、卷积神经网络联合长短期记忆神经网络(CNN-LSTM)等4种典型的负荷预测模型结果对比,验证了Attention-BiLSTM-LSTM神经网络方法更加准确有效.     

基于卷积长短时记忆网络的CPI预测

针对消费价格指数(CPI)的预测值滞后于真实值的现象,提出一种基于卷积神经网络-长短期记忆(CNN-LSTM)深度网络的CPI预测模型,预测结果相较于传统方法有较小的均方根误差和平均绝对百分比误差,且预测结果的定向精度和Pearson相关系数显著高于传统方法.用卷积神经网络-长短期记忆深度网络学习期货数据的空间特征和时...     

VANETs中的车辆移动规律性及轨迹预测研究

车辆的移动是受人意识控制的,有规律的移动,通过对车辆已知轨迹数据的分析,建立历史轨迹模型,可以实现对其未来轨迹的预测。采集了大量真实的车辆轨迹数据,通过计算信息熵分析车辆运动的规律性,为预测车辆轨迹提供依据。根据车载自组织网络的特殊应用场景以及车辆移动的规律性,利用车辆轨迹的历史数据构建状态转移矩阵,提出了基于马尔科夫链的车辆轨迹预测方法,仿真结果表明,该方法可以实现对车辆轨迹的有效预测。对影响预测精度的一些因素进行了对比分析。     

基于并行双向时间卷积网络和双向长短期记忆网络的轴承剩余使用寿命预测方法

在基于深度学习的轴承剩余使用寿命(RUL)预测方法中,时间卷积网络(TCN)忽略了振动数据中未来时间信息的重要性,长短期记忆网络(LSTM)难以有效地学习振动数据的长时间序列特征.针对以上问题,提出一种基于并行双向时间卷积网络(Bi-TCN)和双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)的轴承RUL预测方法.首先,对多传感器数据进行归一化处理,并将每个传感器数据进行通道合并,实现多传感器数据的高效融合;然后,采用Bi-TCN和Bi-LSTM构建并行的双分支特征学习网络,其中Bi-TCN提取数据的双向长时间序列特征, Bi-LSTM提取数据的时间相关特征;同时,设计一种特征融合注意力机制,该机制分别计算Bi-TCN和Bi-LSTM的输出权重,以实现两种网络输出特征的自适应加权融合;最后,融合特征通过全连接层并输出轴承RUL的预测结果.利用西安交通大学轴承数据集和PHM 2012轴承数据集进行RUL预测实验,实验结果表明,与其他先进的预测方法相比,所提出方法可以准确预测更多类型轴承的RUL,同时具有更低的预测误差.     

改进果蝇算法优化CIAO-LSTM网络的时序预测模型

为了提高时间序列的预测精度,提出了一种基于改进果蝇算法优化直连长短期记忆网络的时间序列预测方法。将长短期记忆网络的多个时间步输入与输出进行全连接(CIAO-LSTM,直连长短期记忆网络),增强了对目标系统中线性成分的表征。提出了一种改进的果蝇优化算法(IFOA),通过动态改变果蝇的搜索半径和对适应度函数增加逃脱系数,提高了果蝇优化算法的全局寻优能力和局部收敛速度。使用IFOA优化CIAO-LSTM网络参数并构建预测模型(IFOA_CIAO-LSTM)。实验结果表明,优化后的时序预测方法相比传统的长短期记忆网络泛化能力更强、预测精度更高,对于波动较大的数据可以实现更好的拟合。     

基于深度强化学习的网联车辆队列纵向控制

针对车辆队列中多目标控制优化问题,研究基于强化学习的车辆队列控制方法.控制器输入为队列各车辆状态信息以及车辆间状态误差,输出为基于车辆纵向动力学的期望加速度,实现在V2X通信下的队列单车稳定行驶和队列稳定行驶.根据队列行驶场景以及采用的间距策略、通信拓扑结构等特性,建立队列马尔科夫决策过程(Markov decision process,MDP)模型.同时根据队列多输入-多输出高维样本特性,引入优先经验回放策略,提高算法收敛效率.为贴近实际车辆队列行驶工况,仿真基于PreScan构建多自由度燃油车动力学模型,联合Matlab/ Simulink搭建仿真环境,同时引入噪声对队列控制器中动作网络和评价网络进行训练.仿真结果表明基于强化学习的车辆队列控制燃油消耗更低,且控制器实时性更高,对车辆的控制更为平滑.     

基于一维卷积神经网络与长短期记忆网络结合的电池荷电状态预测方法

针对电池荷电状态（SOC）预测的精确度与稳定性问题以及深层神经网络的梯度消失问题,提出一种基于一维卷积神经网络（1D CNN）与长短期记忆（LSTM）循环神经网络（RNN）结合的电池SOC预测方法——1D CNN-LSTM模型。1D CNN-LSTM模型将电池的电流、电压和电阻映射到目标值SOC。首先,通过一层一维卷积层从样本数据中提取出高级数据特征,并充分地利用输入数据的特征信息;其次,使用一层LSTM层保存历史输入信息,从而有效地预防重要信息的丢失;最后,通过一层全连接层输出电池SOC预测结果。使用电池的多次循环充放电实验数据训练提出的模型,分析对比不同超参数设置下1D CNN-LSTM模型的预测效果,并通过训练模型来调节模型的权重系数和偏置参数,从而确定最优的模型设置。实验结果表明,1D CNN-LSTM模型具有准确且稳定的电池SOC预测效果。该模型的平均绝对误差（MAE）、均方误差（MSE）和最大预测误差分别为0.402 7%、0.002 9%和0.99%。     

基于时空注意力机制的加油站级客流量预测

加油站是重要的能源供给单位,对加油站站点的下一时段客流量进行精准预测,可为相关资源的调度与分配提供决策支撑。针对加油站级客流量预测问题,结合加油站客流数据的时空特征,提出一种基于注意力机制的时空网络模型。以路网结构建模的站级客流数据为输入,结合卷积神经网络、长短期记忆网络与注意力机制,解决站点间的空间依赖、短期与长期时序依赖以及长期时序依赖中的时间漂移问题,精准预测下一时段的站级客流量。在真实数据集上的实验结果表明,与历史平均模型、长短期记忆网络模型和双向长短期记忆网络模型等基线模型相比,该模型在均方误差（RMSE）、平均绝对误差与平均绝对百分比误差上均有所提升,其中RMSE提升22.89%。     

基于注意力机制的NewVGG16-BiGRU鼾声分类

针对已有的鼾声分类模型因未考虑实际睡眠时的其他声音而导致的泛化能力差、准确率较低等问题，提出一种基于注意力机制的NewVGG16双向门控循环单元（NVGG16-BiGRU-Att）算法用于鼾声识别。首先，生成每个声段的谱图，采用NVGG16网络提取语谱图、梅尔（Mel）时频图和恒Q变换（CQT）时频图组成的谱图特征矩阵；其次，将提取的特征向量输入BiGRU，结合注意力机制，增加分类过程中的重要特征信息的权重，改善分类效果；最后，经过全连接层输出鼾声与非鼾声。在采集的鼾声数据集上进行实验，实验结果表明，所提算法取得了较好的分类效果，其中Mel时频图效果最优，识别准确率达到96.18%；相较于卷积神经网络（CNN）+长短期记忆（LSTM）网络、卷积CNNsLSTMs-深度神经网络（DNNs）模型，在同特征输入下，所提算法的准确率提升了0.31%～2.39%，验证了所提算法具有较好的鲁棒性，能够提升分类性能。     

基于长短期记忆的机器人健康监测系统

针对工业机器人运行过程中存在着的非计划停机、维修反应慢等问题,构建了基于深度学习框架长短期记忆(LSTM)网络模型的机器人健康状态监测系统.首先,通过方差分析(ANOVA)确定了反映机器人状态变化的传感器信号;其次,通过主成分分析(PCA)融合多维传感器数据,并与机器人健康运行模式库中的特征数据分布进行相似度计算,获得能够表征机器人运行状态的健康指数;最后,根据LSTM网络的输入和输出节点,自适应确定网络隐藏层结构,最终实现机器人运行状态的健康度预测.理论分析和实际效果表明,基于LSTM模型预测的机器人健康状态的均方根误差为0.92％,说明该系统能够有效对机器人健康状态进行监测,并能对机器人运行状态趋势进行一定的预判,有助于企业在生产过程中对机器人进行维护.     

考虑换道意图的LSTM-AdaBoost车辆轨迹预测模型

不合理的车辆的换道行为是导致交通事故发生的主要原因之一,提前预知换道车辆的轨迹并及时做出相应调整有助于减少事故的发生。针对换道车辆轨迹预测问题,采用将深度学习和集成学习相结合的轨迹预测方法,并考虑了换道意图的影响。建立连续隐马尔可夫模型对车辆进行换道意图检测,提前判别车辆的换道状态,并输入至相应的轨迹预测模型中;将LSTM（long short term memory）作为AdaBoost算法（adaptive boosting）的基预测器,建立LSTM-AdaBoost模型,在多个基预测器同时进行轨迹预测的基础上,通过训练调整各个基预测器的权重并将结果加权集成,提升预测模型的精度和稳定性;通过NSGIM（next generation simulation）数据集对模型进行训练和测试,结果显示意图预测模型在变道前一秒的准确率在90%以上,LSTM-AdaBoost集成轨迹预测模型与单一的LSTM模型相比精度和稳定性显著提升,且预测结果中异常数据更少,具有较好的稳定性;同时预测对比结果也表明增加意图预测模块有助于提升换道轨迹预测的精度。     

联合注意力机制与目标点信息的车辆轨迹预测

对周围环境中运动物体未来状态的准确预测是影响自动驾驶车辆做出准确决策的重要影响因素,车辆是最常见也是最需要关注的运动物体之一。针对结构化道路下周围车辆轨迹预测的多模态输入问题,提出了基于注意力机制的深度预测网络。提出交互模块以提取目标车辆与周围车辆及车道线信息存在的交互特征;结合车道线信息对车辆运动的指引作用,加入目标点预测模块以预测目标车辆可能到达的目标点,增加预测准确性。在Argoverse公开数据集上进行实验,所提轨迹预测网络在3秒预测时长实现了1.45m最小平均距离误差及3.21m最小最终距离误差的预测精度,优于当前主流的预测算法。     

高速公路场景的车路视觉协同行车安全预警算法

目的 基于视觉的车辆行驶安全性预警分析技术是目前车辆辅助驾驶的一个重要研究方向,对前方多车道快速行驶的车辆进行精准的跟踪定位并建立稳定可靠的安全距离预警模型是当前研究难点。为此,提出面向高速公路场景的车路视觉协同行车安全预警算法。方法 首先提出一种深度卷积神经网络SF＿YOLOv4(single feature you look only once v4)对前方车辆进行精准的检测跟踪;然后提出一种安全距离模型对车辆刹车距离进行计算,并根据单目视觉原理计算车辆间距离;最后提出多车道预警模型对自车行驶过程的安全性进行分析,并对司机给予相应安全提示。结果 实验结果表明,提出的SF＿YOLOv4算法对车辆检测的准确率为93.55%,检测速度(25帧/s)领先对比算法,有效降低了算法的时间和空间复杂度;提出的安全距离模型计算的不同类型车辆的刹车距离误差小于0.1 m,与交通法建议的距离相比,本文方法计算的安全距离精确度明显提升;提出的多车道安全预警模型与马自达6(ATENZA)自带的前方碰撞系统相比,能对相邻车道车辆进行预警,并提前0.7 s对前方变道车辆发出预警。结论 提出的多车道预警模型充分...     

基于多项式的智能车辆换道轨迹规划

以智能车辆换道过程为研究对象,提出一种基于多项式理论的车辆换道轨迹规划算法。该算法采用矩形对换道车辆及障碍车辆进行包裹,结合换道车辆的边界条件由以时间为参数的多项式计算得到换道轨迹。由该算法生成的换道轨迹符合四段式车道变换模型,并适用于复杂道路环境。新算法将复杂道路环境中期望换道轨迹的求取问题转换为单一参数求取问题,简化了计算,同时考虑了车辆动力学限制对生成轨迹的影响。计算机仿真验证了算法的正确性及有效性,尤其是在复杂路面情况下体现了该换道轨迹规划算法的优势。     

车联网环境下高速公路合流区换道协调决策与控制系统设计

为了降低高速公路合流区车辆换道碰撞风险、提高道路通行质量,在车联网环境下,优化设计高速公路合流区换道协调决策与控制系统;通过安装车联网终端芯片、改装协调控制器,完成硬件系统的优化;根据高速公路合流区的物理结构,设置换道区域约束条件;在车联网环境下采集高速公路合流区车路信息,根据换道紧迫程度、跟随车辆换道行为、车间距离安全性的计算结果,作出换道协调决策;规划合流区最优协调换道轨迹作为系统控制目标,最终计算位置、速度控制量,在控制器支持下,实现高速公路合流区换道协调控制功能;通过系统测试得出结论：所设计系统的车辆换道碰撞概率和道路拥塞程度分别为0.15%和0.20%,道路车流量得到明显提升,车流量的平均值为356 pcu/d;车辆速度控制误差为0.05 km/h,实验结果表明所设计系统在决策与控制性能方面具有明显优势。     

Trajectory planning and yaw rate tracking control for lane changing of intelligent vehicle on curved road

The lateral control for lane changing of intelligent vehicle on curved road in automatic highway systems was studied. Based on trapezoidal acceleration profile, considering the curvature difference between starting lane and target lane, a new virtual trajectory planning method for lane changing on curved road was presented, and the calculating formulas for ideal states of vehicle in the inertial coordinate system during a lane changing maneuver were established. Applying the predetermined trajectory, the re...     

基于混合模糊多人多目标非合作博弈的车道选择模型

建立汽车安全驾驶辅助系统（包括安全驾驶预警系统）是保证交通安全的有效手段.准确预测车辆集群态势是汽车安全辅助驾驶的前提,车道选择是车辆集群态势发生转移最为根本的原因,也是交通流理论研究的基本内容.以往研究没有综合考虑车辆集群复杂态势下各运动实体特征及其操控者类型,以及多个车道间车辆的冲突对车道选择的影响.为此,本文综合考虑各运动实体特征及其操控者类型,基于混合模糊多人多目标非合作博弈方法,建立城市快速路基本路段上的驾驶员车道选择模型.通过分析各方驾驶员在不同车道选择策略下的收益,确定换道博弈的Nash均衡,得到驾驶员最优车道选择策略.研究结果表明:基于混合模糊多人多目标非合作博弈方法建构的驾驶员车道选择模型,其预测准确率可达到85.2%.     

改进深度Q网络的无人车换道决策算法研究

深度Q网络(deep Q network,DQN)模型已被广泛应用于高速公路场景中无人车换道决策,但传统的DQN存在过估计且收敛速度较慢的问题.针对此问题提出了基于改进深度Q网络的无人车换道决策模型.将得到的状态值分别输入到两个结构相同而参数更新频率不同的神经网络中,以此来减少经验样本之间的相关性,然后将隐藏层输出的无...     

结合状态机和动态目标路径的无人驾驶决策仿真

目的 决策系统是无人驾驶技术的核心研究之一。已有决策系统存在逻辑不合理、计算效率低、应用场景局限等问题,因此提出一种动态环境下无人驾驶路径决策仿真。方法 首先,基于规则模型构建适于无人驾驶决策系统的交通有限状态机;其次,针对交通动态特征,提出基于统计模型的动态目标路径算法计算状态迁移风险;最后,将交通状态机和动态目标路径算法有机结合,设计出一种基于有限状态机的无人驾驶动态目标路径模型,适用于交叉口冲突避免和三车道换道行为。将全速度差连续跟驰模型运用到换道规则中,并基于冲突时间提出动态临界跟车距离。结果 为验证模型的有效性和高效性,对交通环境进行虚拟现实建模,模拟交叉口通行和三车道换道行为,分析文中模型对车流量和换道率的影响。实验结果显示,在交叉口通行时,自主车辆不仅可以检测冲突还可以根据风险评估结果执行安全合理的决策。三车道换道时,自主车辆既可以实现紧急让道,也可以通过执行换道达成自身驾驶期望。通过将实测数据和其他两种方法对比,当车流密度在0.20.5时,本文模型的平均速度最高分别提高32 km/h和22 km/h。当车流密度不超过0.65时,本文模型的换道成功率最高分别提升37%和25%。结论 实验结果说明本文方法不仅可以在动态城区环境下提高决策安全性和正确性,还可以提高车流量饱和度,缓解交通堵塞。     

基于稀疏帧检测的交通目标跟踪

为了获取高速公路交通视频中目标车辆的行驶轨迹,提出一种基于视频的多目标车辆跟踪及实时轨迹分布算法,为交通管理系统和交通决策提供目标车辆交通信息.首先,使用YOLOv4算法检测目标车辆位置及置信度.其次,在不同场景条件下,使用提出的基于稀疏帧检测的跟踪方法,结合KCF跟踪算法,将车辆数据进行关联获取完整轨迹.最后,用车辆分布图和交通场景俯视图显示轨迹,便于交通管理与分析.实验结果表明,提出的跟踪方法在车辆跟踪中有较高的跟踪正确率,同时基于稀疏帧检测的跟踪方法处理速度也较快,实时轨迹分布正确反映了真实场景的车道信息以及目标车辆运动信息.