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专利号: 2025106362555
申请人: 四川轻化工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-07
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种智能化交通流量实时预测方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:获取在线监测得到历史交通流量数据,对数据进行预处理;

步骤二:构建基于并行卷积层‑长短时记忆层并结合多头注意力机制的混合特征网络模型框架,设置待寻优超参数及寻优范围;

步骤三:基于鲨鱼和金枪鱼联盟优化算法和历史交通流量数据,优化混合特征网络模型的超参数;

所述鲨鱼和金枪鱼联盟优化算法,包含以下四个阶段:(一)种群初始化:

0 0

1、生成初始种群:随机生成初始种群Mi ,其中每个个体Mi 的位置由以下公式确定:0

Mi =lb+(ub‑lb)×rand(1,dim)0

其中Mi 代表第i个个体的位置,i代表个体的序号,i=1,2,…,N,N为种群规模,上标代表迭代次数,其中0代表初始化阶段;lb和ub分别为搜索空间的下限及上限,dim为待优化问题的维度,rand(1,dim)生成一个1×dim的随机向量,其元素取值范围为[0,1];

2、计算初始适应度值:

0

计算每个个体的适应度值fitness(i),fitness(i)=fobj(Mi),其中fobj()为适应度函数;记录历史最优解位置best_M和历史最优适应度值best_cost,并将适应度最优的个体标记为鲨鱼个体,其他个体标记为金枪鱼个体;

(二)鲨鱼个体更新:

鲨鱼个体通过莱维飞行和随机扰动进行全局搜索:iter+1 iter iter

xshark =xshark +α×levy(β,dim)+γ×(best_M‑xshark )+0.1×randn(1,dim)iter其中xshark 是鲨鱼个体的位置,iter为当前迭代次数,levy(β,dim)是莱维飞行函数,randn(1,dim)生成一个1×dim的矩阵,元素服从标准正态分布,参数α、β和γ 计算公式为:α=0.1×(1‑iter/T)

β=1.5×(1‑iter/T)

γ =1‑0.5×(1‑iter/T)

其中,T为最大迭代次数;

(三)金枪鱼个体更新:

金枪鱼个体更新步骤为:1、对每个金枪鱼个体i,生时一个0~1间的随机数Ri;2、根据Ri值选择是直接更新还是镜像更新:当Ri≥0.5,该金枪鱼为直接更新,直接更新方式为:iter+1 iter iter iterMi =Mi +C1×rand(1,dim)×(xshark ‑Mi );其中C1为直接更新系数;

当Ri<0.5,该金枪鱼为镜像更新,分为3个步骤:iter

步骤一:生成镜像个体xmirror,i :iter iter iter

xmirror,i =2×xshark ‑ Mi +0.1×randn(1,dim)步骤二:判断镜像个体在各维度是否超出搜索空间边界,若在第j个维度超出边界,则对该维度位置进行修正:iter iter iter

xmirror,i,j =ubj‑Ri×(ubj ‑xshark,j ) if xmirror,i,j >ubjiter iter iter

xmirror,i,j =lbj+Ri×(xshark,j ‑ lbj) if xmirror,i,j

其中xmirror,i,j 为第i个个体在第j个维度的修正镜像位置,xshark,j 代表鲨鱼个体在第j个维度的值;j=1,2,…,dim; ubj和lbj分别代表在第j个维度的搜索上限及下限;

步骤三:根据镜像个体的位置,更新金枪鱼个体位置:iter+1 iter iter iterMi =xmirror,i +C2×rand(1,dim)×(xshark ‑xmirror,i );其中C2为镜像更新系数;

(四)适应度更新与迭代终止:

1、重新计算所有个体最新位置的适应度值,更新best_M和best_cost;

2、判断是否达到迭代终止条件,若满足迭代终止条件,则输出best_M和best_cost值,计算终止;若不满足终止条件,则将该次迭代下适应度值最优个体更新为鲨鱼个体,其余个体定义为金枪鱼个体,重复计算阶段(二)阶段(四);~

步骤四:基于优化的超参数和历史交通流量数据,构建并训练得到混合特征网络模型;

步骤五:设置移动平均误差窗口大小W1、动态更新启动误差E和动态更新窗口大小W2;

每获取最新监测数据,计算最近的W1个预测值的平均值,即移动平均误差P,若P大于E,则提取最新的W2个监测数据对混合特征网络进行实时训练和微调,实现混合特征网络的实时动态更新;

步骤六:根据最新的混合特征网络对下一时间段的交通流量进行预测。

2.如权利要求1所述的一种智能化交通流量实时预测方法,其特征在于,步骤一中,所述历史交通流量数据,包括日期、时间、星期几、是否为节假日、车流量数据;所述对数据进行预处理,包括使用移动平均法对车流量数据进行平滑处理、将高频数据聚合为低频数据、数据归一化。

3.如权利要求1所述的一种智能化交通流量实时预测方法,其特征在于,步骤二中,所述混合特征网络模型框架,包括将输入层连接至并联的多尺度卷积层和长短时记忆层,然后通过拼接层将并联的输出拼接为一个输出、并依次串联经过最大池化层、多尺度自注意机制层、随机丢弃层、全局池化层、全连接层和输出层。

4.如权利要求1所述的一种智能化交通流量实时预测方法,其特征在于,步骤二中,所述超参数包括卷积层的滤波器数量、学习率、随机丢弃率、L2正则化强度、长短时记忆层的单元数、多头注意力机制的头数。