基于动态时间规整和长短期记忆的空中交通流量短期预测

空中交通流量短期预测对于精准实施空中交通流量管理具有重要意义。为提高空中交通流量短期预测准确性,充分利用历史运行数据,提出了基于动态时间规整和长短期记忆(dynamic time warping-long short-term memory, DTW-LSTM)的空中交通流量短期预测模型。首先,分析了空中交通流的时空相关性特征,采用DTW算法衡量扇区之间交通流相关性;其次,依据相关性度量结果构建数据集,在不同输入条件下建立LSTM网络预测模型;最后,在不同时空参数组合模型间展开预测性能对比及分析。实验结果表明,相较于不考虑时空相关性的LSTM模型,本模型平均绝对误差(mean absolute error, MAE)降低24.5%,均方根误差(root mean squared error, RMSE)降低31.4%,相较于时空相关性的支持向量回归(support vector regression, SVR)模型,MAE降低36.4%,RMSE降低30.6%。由此可见,通过考虑交通流时空相关性可以有效提升流量短期预测的准确性,为空中交通流预测提供有益参考。     

基于GCN-GRU组合模型的基坑周边管线沉降预测

为提高基坑变形预测结果的准确性，在传统的单点时间序列预测基础上，引入监测数据的空间特征对预测方法进行改进.基于图卷积神经网络(graph convolutional network, GCN)和门控循环单元(gate recurrent unit, GRU),构建一种能捕获数据时空关联性的变形预测模型GCN-GRU,并将其应用于上海某基坑周边管线沉降的变形预测.结果表明，相比于GRU时间序列预测模型，考虑了空间关联性的GCN-GRU模型在单步预测中的均方根误差(root mean square error, RMSE)和平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)分别降低了27.3%和25.0%,多步预测中的RMSE和MAPE降低了37.2%和37.3%,预测结果准确性较高.该方法可为同类基坑工程周边管线沉降变形预测提供参考.     

面向经编机产能的预测算法设计

针对经编机产能预测的高度非线性和不确定性,采用BP(back propagation)神经网络和RBF(radial basis function)神经网络对其进行求解。同时,针对BP神经网络的权值和阈值以及RBF网络隐节点中心向量值、基宽向量和连接权值难确定的问题,采用PSO(particle swarm optimization)算法和GA(genetic algorithm)对其优化求解,设计PSO-BP、GA-RBF和PSO-RBF等3种预测算法实现经编机产能的预测,并采用RMSE(root mean square error)值、MAPE(mean absolute percentage error)值和预测精度作为网络性能评价指标。试验结果显示,相比较PSO-BP和GARBF算法,PSO-RBF算法的各项网络性能指标均为最佳,其中预测精度达到了95.71%。因此,PSO-RBF算法在解决经编机产能预测问题上具有可行性、可靠性和优势性。     

基于GA-tBP模型的城市道路交通量预测

针对城市道路交通量时间差异性强的问题,提出了一种使用遗传算法(genetic algorithm,GA)优化BP(back propagation)神经网络并考虑时间特性的模型(GA-tBP)预测道路交通量。从月、周、日3个维度统计分析了历史交通量数据存在的差异,得出影响城市道路交通量的时间因素。以江西省南昌市赣江中大道交通量为例,对未来24 h内每5 min交通量进行预测,对比分析了不同模型在预测精度和学习能力等方面的表现。研究结果表明,同不考虑时间特性的模型及其他传统预测模型相比较,GA-tBP模型的预测效果最好,其均方误差(mean squared error, MSE)及平均绝对误差(mean absolute error, MAE)分别为14.87 veh/5 min和2.44 veh/5 min,故该模型具有可行性和有效性。     

基于Holt-Winters及长短期记忆的云资源组合预测模型

云资源的预测分析对于响应资源请求并及时做出决策非常重要,针对容器云资源的过度调配、供应不足的资源管理问题以及云资源预测精度低、数据波动性等问题,为使云资源的预测能够为工作负载的需求提前响应并做出合理分配,提出了一种基于Holt-Winters和长短期记忆神经网络(long short-term memory, LSTM)(HW-LSTM)的云资源组合预测模型,并以预测残差的变异系数赋权。对亚马逊CPU数据集的预测实验表明,提出的组合模型比Holt-Winters、LSTM及卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)模型预测性能及稳定性更好,均方根误差(root mean squared error, RMSE)、平均绝对误差(mean absolute error, MAE)、平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error, MAPE)、平均绝对比例误差(mean absolute scaled error, MASE)、方差D(n)优化范围分别为0.065～1.026、0.023～0.269、0.001～0....     

犯罪时间序列的混沌特征分析与短期预测

现有犯罪时间序列预测方法侧重于捕捉序列自相关性来构建预测模型,但缺少对犯罪时间序列所反映的社会治安系统非线性和复杂性特征的考虑。 针对这一不足,提出了一种基于混沌分析的长短期记忆(long short-term memory, LSTM)LSTM 预测方法(Chaos-LSTM)。 首先将犯罪时间序列进行相空间重构得到其重构参数以及高维特征,然后计算犯罪时间序列的 Lyapunov 指数判断其混沌特性,最后对符合混沌特征的犯罪时间序列利用重构参数进行序列重建,输入 LSTM 模型进行时序预测。 以北方某特大城市 2007—2014 年的抢劫、入室盗窃、抢夺、诈骗类犯罪的日序列数据进行了实验验证,结果表明:4类案件的时序数据均表现出明显的混沌特征。 Chaos-LSTM 模型在预测精度上较 LSTM 模型有明显提升,平均绝对百分误差(mean absolute percentage error, MAPE)提 升 度 最 高 可 达 19. 7% ,百 分 比 均 方 根 误 差 (percentage root mean square error,PRMSE)提升度最高为 4. 19% ,其中对稀疏性数据序列的提升效果更为明显,显示出该方法对稀疏犯罪时间序列具有更好的适应性。     

考虑注意力和时空特征深度学习的网约车行程时间预测

行程时间预测做为智能交通领域中重要的组成部分,在道路导航、乘客出行过程中起着重要的作用。现有方法很少考虑到交通拥堵变化所产生的影响。本文提出了一种基于注意力机制的时空特征深度学习模型,模型通过卷积神经网络去学习行程过程中所花费的时间和距离以及交通拥堵状态信息,通过注意力机制从通道和空间上两个角度去捕获影响行程中路段通行时间的异常信息,采用双层的长短时记忆网络去学习行程中的路段序列信息,最后通过多任务的学习机制从路径和路段两个角度出发去预测路径通行时间。本文提出的方法与DEEPTRAVEL模型相比,预测精度在平均绝对误差(MAE)和平均绝对百分比误差(MAPE)分别提升了8.23%和20.79%。     

基于混沌理论和MEA-BPNN模型的快速路短时交通流预测

为提高短时交通流预测的精度,在分析北京市二环路实测交通流数据时空特性和混沌性的基础上,利用混沌理论方法对交通流量时间序列进行相空间重构,并基于思维进化算法提出一种改进的BP神经网络模型,将重构的时间序列数据作为模型输入进行交通流预测。结果表明,基于该模型的预测结果与基于传统BPNN模型的预测结果相比,均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分误差分别下降31.11%、20.71%和37.28%,证明了模型具有更精确的预测能力。     

基于门控循环单元神经网络的公交到站时间预测

为提高用户公交出行积极性、方便管理部门合理调度公交班次,利用大数据分析公交浮动车辆历史GPS数据,考虑不同线路、公交站点地理位置、不同驾驶员、气象情况、时间分布等多因素的影响,建立了一种基于门控循环单元(gated recurrent unit, GRU)神经网络的公交到站时间预测模型。该模型结合5 000多万条原始数据,借助分布式Hadoop集群中的Spark弹性分布式数据集进行数据清理,并运用站点匹配算法进行源数据匹配、Lasso算法优化特征选项及去除干扰。实验仿真结果表明:改进的GRU模型R-square拟合度达到94.547%,并且算法效率较传统长短期记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络提高了近14%,为进一步提高公交到站时间的预测精度与效率提供了参考。     

基于长短时记忆网络的Encoder-Decoder多步交通流预测模型

交通流序列多为单步预测.为实现交通流序列的多步预测,提出一种基于编码器解码器(encoder-decoder,ED)框架的长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)模型,即ED LSTM模型.将自回归滑动平均、支持向量回归机、XGBOOST、循环神经网络、卷积神经网络、LSTM作为对照组进行实验验证.实验结果表明,当预测时间步长增加时,ED框架能够减缓模型性能的下降趋势,LSTM能够充分挖掘时间序列中的非线性关系.除此之外,在单变量输入的情况下,在PEMS-04数据集上,当预测时间步长为t+1到t+12的12个时间步时,ED LSTM模型的均方根误差(root mean squard error,RMSE)及平均绝对误差(mean absolute error,MAE)分别下降0.210～5.422、0.061～0.191.相较于单因素输入,多因素输入的ED LSTM模型在12个预测时间步长下,RMSE、MAE分别下降0.840、0.136.实验证明了ED LSTM模型能够有效地用于交通流序列的多步及单因素、多因素预测任务.     

基于集成学习的交通流短时特性分析与神经网络预测方法

为揭示交通流的内在动态特性,利用分析法对交通流分形特性进行研究,表明该城市交通流序列具有长程相关性;为达到更精准的短期交通预测效果,同时提出一种基于思维进化算法(MEC)对神经网络最优初始参数的定向搜索,解决神经网络易陷入局部最优的问题;并用自适应增强算法(adaptive enhancement algorithm,Adaboost)对优化过的神经网络集成,弥补神经网络对新样本集的泛化性能差缺陷,在此基础上通过预测误差平方和倒数准则重新调整Adaboost算法对弱预测器权值分布,使每个预测器最大程度提高网络预测精度.验证结果表明,改进MEC-BP_Adaboost模型与BP模型相比,均方误差和平均绝对误差分别下降78.2％和46.4％,证明本文改进方法对交通流预测具有合理性,对不同的交通流状态具有较好的适应性.     

基于深度学习的城市区域短时交通拥堵预测算法

城市的交通拥堵已经成为了各个城市中的普遍现象,严重影响了城市日常交通以及人们的出行。针对城市区域交通流的研究与分析,本文为了准确的对城市交通状态进行预测,通过网格划分的方法,把城市区域划分为多个区域,根据城市交通数据流的时空特征,提出了一种基于深度学习的城市交通拥堵预测模型（CS-Transformer）。该模型通过使用卷积神经网络(CNN)提取基于网格划分的城市区域交通数据的空间特征,然后采用全连接神经网络增强模型的表达能力,再通过相似性位置编码机制(SPEM)把位置信息加入交通数据中,最后运用Transformer网络捕捉交通数据的时间依赖特征。用成都市出租车GPS数据对模型进行验证,结果表明该模型预测结果优于卷积神经网络（CNN）、Transformer和CNN-Transformer等模型,以均方误差（MSE）为评价指标,将测试集中交通路网的平均预测精度分别提高了 19.6%、26.3%和10%。     

一种基于少样本且不均衡的网络攻击流量检测系统

为解决网络攻击流量检测中使用的有监督学习方法严重依赖标签数据规模的问题,针对一种少样本且不均衡的攻击流量检测场景,即训练数据仅包含少量蜜罐捕获的攻击流量且无正常流量,设计了一个攻击流量检测系统,并构建了基于孪生网络和深度学习卷积神经网络(CNN)的网络攻击流量检测模型(CNN-Siamese),以实现少样本且不均衡的攻...     

An improved BP artificial neural network algorithm for urban traffic flow intelligent prediction

The traffic flow is interrelated to traffic congestion, the big traffic flow directly results in traffic congestion of some section. In this paper, on the basis of the research of overseas traffic accident, considering the characteristic of Chinese traffic, artificial neural network was used to predict traffic accident, and an improved BP artificial neural network model according with Chinese the situation of a country was proposed. The urban traffic flow prediction was simulated under the particular situation, the simulation result shows that the improved BP artificial neural network can fit the urban traffic flow prediction very well and have high performance.     

基于MIV-BP神经网络的公交场站污染物暴露水平测评

为了研究城市居民在公交场站污染物暴露水平下的影响程度, 分析交通、公交场站、气象条件及周边环境对污染物浓度的影响, 本文通过测量早晚高峰以及平峰期间的PM2.5浓度、CO浓度、风速、温度、车流量等10个因素, 采用平均影响值（MIV）与BP（back propagation）神经网络相结合的方法, 确定公交场站污染物暴露水平的主要影响因素, 并在此基础上建立MIV-BP神经网络测评模型。评估结果表明：公交场站PM2.5的暴露浓度与公交停靠站类型、车流量、小车流量、大车流量、风速、湿度、降雨量有关;CO的暴露浓度与瞬时停靠车辆数、公交停靠站类型、湿度、风速、温度、车流量有关;改进后的MIV-BP神经网络模型较BP神经网络具有更高的预测精度和准确度, 可有效对公交场站污染物暴露水平进行测评。     

基于XGBoost的短时交通流预测模型

为提高路段短时交通流的预测精度,选取路段平均旅行时间作为预测指标,建立了一种基于极端样度上升(extrem gradient boosting,XGBoost)的短时交通流预测模型。首先通过对交通流数据的分析,在考虑交通流时空特性的基础上,分别构建目标路段时间序列训练集、测试集以及时空序列训练集、测试集,然后基于XGBoost模型以及构建的训练样本集建立时间序列预测模型以及时空序列预测模型,并利用训练好的模型进行预测,最后将模型预测结果与线性回归模型、神经网络模型预测结果进行比较。实验结果表明:基于XGBoost的短时交通流预测模型能够对路段未来时段平均旅行时间进行比较准确的预测,其中时间序列预测模型均方根误差为5. 32,时空序列预测模型均方根误差为4. 82,均低于线性回归模型和神经网络模型,且相比于仅考虑时间因素的短时交通流预测模型,同时考虑时空因素的预测模型得到的误差更低,预测效果更好。     

改进的PSO-RBF神经网络在联合制碱中的应用

联合制碱过程是一类典型的复杂工业过程,具有时变、非线性、不确定性等特征,在线控制模型难以建立。针对联合制碱复杂工业过程控制精度不高、鲁棒性差等问题,提出一种改进的PSO-RBF神经网络控制算法。将粒子群优化算法和径向基神经网络相结合,使用改良的粒子群优化算法对RBF神经网络的隐含层基函数中心、宽度和输出层的连接权值进行寻优,建立基于改进的PSO算法优化后的RBF神经网络模型。将改进的PSO-RBF神经网络控制模型应用到联合制碱的关键工序碳化过程中,并与先前应用的模糊神经网络控制模型进行比较,经仿真研究验证表明,在联合制碱碳化过程中应用改进的PSO-RBF神经网络控制算法,其控制精度和系统鲁棒性得到了有效的提高,为解决一类复杂工业过程的建模与优化控制方法研究提供了有效的技术途径。     

基于Softmax函数增强卷积神经网络—双向长短期记忆网络框架的交通拥堵预测算法

对交通状态进行预测,需要准确识别和判断交通状态。基于道路自身的自由流速度,将具有不同速度等级的街道统一以旅行时间指数(travel time index, TTI)作为拥堵评价,相较于以车辆速度为基准的传统预测方法更能表现出道路的拥堵状态。提出了一种改进的深度学习预测模型(CS-BiLSTM),该模型基于卷积神经网络(convolutional neural networks, CNN)和双向长短期记忆(bidirectional long short-term memory, BiLSTM),并结合Softmax函数增强CNN提取出的交通空间特征信息。最后以成都市出租车的全球定位系统(global positioning system, GPS)数据进行验证。结果表明,所提出的CS-BiLSTM模型具有更高的准确性,其性能相比CNN-BiLSTM网络预测框架提升了13%。     

An improved BP artificial neural network algorithm for urban traffic flow intelligent prediction

The traffic flow is interrelated to traffic congestion, the big traffic flow directly results in traffic congestion of some section. In this paper, on the basis of the research of overseas traffic accident, considering the characteristic of Chinese traffic, artificial neural network was used to predict traffic accident, and an improved BP artificial neural network model according with Chinese the situation of a country was proposed. The urban traffic flow prediction was simulated under the particular situat...