1.基于时空注意力机制的地面道路车道级交通流预测方法,其特征在于包括如下步骤:
S1:原始交通流数据预处理;
S2:根据S1所得数据制定车道选取策略;
S3:对S1所得数据进行速度处理神经网络自学习;
S4:对S1所得数据进行空间编码器网络自学习;
S5:将S3与S4所得张量融合并进行时间解码器网络自学习获取最终预测结果。
2.如权利要求1所述的基于时空注意力机制的地面道路车道级交通流预测方法,其特征在于S1具体包括步骤如下:
S1.1:车道级交通流参数的清洗,如清除缺失值、离群数据等,以及基础数据的规范化处理;
S1.2:根据清洗后的特征参数绘制曲线,使用既定长度滑动窗格法修复明显的毛刺噪声点,使其光滑。
3.如权利要求1所述的基于时空注意力机制的地面道路车道级交通流预测方法,其特征在于S2具体包括步骤如下:
S2.1:本方法中以各连接紧密的城区地面道路路口作为车道划分、选取依据,并使用关联度分析方法验证,相应的灰色关联度计算公式如下所示:其中: 为t‑k时刻目标车道的特征参数, 为t‑k时刻参与车道的特征参数,u为序列中各项的值,Δmax为全局交通特征参数最大值,Δmin为全局交通特征参数最小值,ρ为经验系数,随后将得到的关联度值 归一化处理,得到最终结果pt‑k,u。
4.如权利要求1所述的基于时空注意力机制的地面道路车道级交通流预测方法,其特征在于S3具体包括步骤如下:
S3.1:将车道速度数据整理为速度处理神经网络所需的矩阵格式:其中: 为i号车道在j时段内的平均速度,n为车道总数,m为时段总数S3.2:速度处理神经网络子单元为Bi‑LSTM,本方案中为更好地捕捉车辆速度序列的深层次特征,以头尾相串联的方式构建深层Bi‑LSTM网络:其中: 为l号单元内车道的平均速度值, 与 为l单元正向传播后的隐藏层与细胞状态层,e参数表示编码器,用于与解码器进行区分;同理 与 为反向传播后的隐藏层与细胞状态层,它们均使用上一单元即l‑1单元的正反结果经传播后得到, 为l单元融合后得到的隐藏层。
5.如权利要求1所述的基于时空注意力机制的地面道路车道级交通流预测方法,其特征在于S4具体包括步骤如下:
S4.1:内嵌空间注意力机制的编码神经网络由另一Bi‑LSTM单元构成;编码神经网络中第i单元中的空间注意力可被概括为:首先将第i单元中初始的Query值 初始Key值 以及Value值 经过线性变换后,分别得到 之后将 与 做点积,计算出各项权重,最后将 与各项权重相乘:
其中:解码器神经网络中第i‑1子单元的隐藏层为 细胞状态层为 为此单元的车道流量数据, 为此单元的权重项, 为偏移项,q为流量处理参数的标识,a为注意力机制参数标识;经过激活函数tanh作用后可得到权重中间项 将m时段内中间项目加权取均值可得到权重结果
6.如权利要求1所述的基于时空注意力机制的地面道路车道级交通流预测方法,其特征在于S5具体包括步骤如下:
S5.1:根据S3.2与S4.1中计算得到的张量,将其融合得到时间解码器网络中的输入数据θ;
S5.2:根据S5.1中融合得到后的深层时空特征张量作为时间解码器网络中的输入值,并通过最后的全连接层得到预测结果:其中: 为解码器i′单元内的权重项, 为单元内的偏移项, 与 分别为上一单元的隐藏层与细胞状态层,参数d表示编码器,用于与编码器进行区分; 为编码器网络与速度处理神经网络融合后的张量, 为各项时序权重,将其分配到 中可得到分配后的结果 为t时刻的历史真实值,将其与 进行拼接与线性变换得到 经过全连接层的处理后得到最终的预测结果 τ为预测时长,短时预测中一般设置为一小时内;
与 为两次变换中的权重项, 与 为变换中的偏移项,f用于标识此全连接层中的各类参数。