基于自适应VMD-Attention-BiLSTM的交通流组合预测模型

针对短时交通流量序列的非平稳性和随机性的特征,为提高短时交通流预测精度和收敛速度,提出一种基于自适应变分模态分解(VMD)和结合注意力机制层的双向长短时记忆网络(BiLSTM)的组合预测模型。首先,使用自适应变分模态分解将时空交通流量序列分解为一系列有限带宽模态分量,细化了交通流信息,降低了非平稳性,提升了建模的精确度;其次,利用结合注意力机制的双向长短时记忆网络挖掘分解后交通流量序列中的时空相关性,从而揭示其时空变化规律,从而进一步提升了建模精确度,并且利用改进Adam算法进行网络权值优化,以加速了预测网络的训练收敛速度;最后,将各模态分量预测值叠加求和作为最终交通流预测值。实验结果表明,使用模态分解的预测模型预测性能明显优于未使用模态分解的预测模型,同时自适应VMD-Attention-BiLSTM预测模型相较于EEMD-Attention-BiLSTM预测模型,均方根误差降低了47.1%,该组合预测模型提升了预测精度,并且能够快速预测交通流量时间序列。

基于FEEMD-SAPSO-BiLSTM组合模型的短时交通流预测

为了提高短时交通流的预测精度和预测速度,基于交通流量序列的不平稳性和随机性,提出了快速集合经验模态分解(fast ensemble empirical mode decomposition, FEEMD)和自然选择自适应变异粒子群算法(selection adaptive particle swarm optimization, SAPSO)优化双向长短时记忆网络(bidirection long short-term memory, BiLSTM)相结合的预测模型。首先,利用FEEMD将原始不平稳的交通流量序列分解成多个较平稳的固有模态分量(intrinsic mode function, IMF)和残差分量(resdiue, Res),并滤除掉噪声部分,提高建模精度;其次,引入复合多尺度排列熵(composite multiscale permutation entropy, CMPE)检测交通流量子序列的随机性并根据随机性的相近程度对其进行聚类重组,简化模型的构建,提高预测精度;然后,对重组后的子序列使用BiLSTM进行预测,并利用SAPSO优化BiLSTM的权值和阈值,进一步提高组合模型的预测精度和预测速度;最后,将各子序列预测值叠加得到最终的预测值。实验结果表明,FEEMD-SAPSO-BiLSTM组合模型的均方根误差比FEEMD-PSO-BiLSTM和SAPSO-BiLSTM组合模型分别降低了22.9%和54.3%,收敛速度方面,FEEMD-SAPSO-BiLSTM明显快于FEEMD-PSO-BiLSTM模型。因此在预测短时交通流上,提出的组合模型提高了预测精度和预测速度,达到了期望的预测效果。

基于多维时空的NPCA-PSR-IGM(1,1)组合模型的短时交通流预测

针对城市短时交通流序列非线性和混沌性的特点,为提高短时交通流的预测精度,该文提出一种基于多维时空的非线性主成分分析(NPCA)和相空间重构(PSR)的改进灰色(IGM(1,1))组合预测模型。首先,使用数据相关性的非线性主成分分析算法对多维交通流量序列进行时空降维,同时保留影响预测点的主要交通流量数据,从而提高建模的精确度;其次,利用多维时空交通流量序列相空间重构放大交通流量内部的细微特征,以使其内在规律得以充分展现,进一步提升预测精度;最后,结合背景值改进的灰色模型适应于线性、非线性以及所需数据少的特点,进行短时交通流预测。实验结果表明,NPCA-PSR-IGM(1,1)组合预测模型的平均相对误差相比NPCA-PSR-GM(1,1)组合预测模型减小3.12%,其标准偏差相对PCA-PSR-IGM(1,1)组合预测模型从15.7091下降到2.0589。同时与最新的预测模型相比,该组合预测模型也提高了预测精度,达到了较好的预测效果。

基于互补集合经验模态分解和改进麻雀搜索算法优化双向门控循环单元的交通流组合预测模型

该文针对短时交通流预测过程呈现的非线性、非平稳性及时序相关性特征,为提升预测的精度及收敛速度,提出一种基于互补集合经验模态分解(CEEMD)和改进麻雀搜索算法(ISSA)优化双向门控循环单元(BiGRU)的组合预测模型。首先,考虑到端点飞翼问题,通过改进CEEMD算法将交通流量序列分解为体现路网交通趋势性、周期性及随机性的本征模态函数(IMF)分量,有效提取了其中的先验特征;随后,利用BiGRU网络挖掘交通流量序列中的时序相关性特征,为避免局部最优,并提高麻雀搜索算法(SSA)全局搜索及局部开发能力,采用ISSA对BiGRU网络权值参数迭代择优。实验结果表明,该组合预测模型中各组件对提高预测精度均起到正向作用,同时在不同交通流量数据集下的预测性能较对比算法均更优,展现了精准、快速的预测表现以及良好的泛化能力。