时序分析-利用深度时空残差网络预测城市范围的交通流量
时序分析-利用深度时空残差网络预测城市范围的交通流量
本项目完整源码地址:https://github.com/angeliababy/passenger_forecast
项目博客地址: https://blog.csdn.net/qq_29153321/article/details/104005743
原理部分
参考论文《Deep Spatio-Temporal Residual Networks for Citywide Crowd Flows Prediction》或
《利用深度时空残差网络预测城市范围的人流量》
下载地址:https://download.csdn.net/download/qq_29153321/10998326
- 解决问题:城市人流量预测
- 应用方法:ST-ResNet(卷积残差网络)
应用方法优势:建模近处的和远处的两个区域之间的空间依赖性,同时也保证了预测的精度不受神经网络的深度结构影响。 - 人流量:将城市分为M*N网格形式,计算进入流和外出流
时间依赖性:短期、周期、趋势
外部因素影响:天气、工作日情况等 - 下图展示了 ST-ResNet 的框架,包括四个主要的模块:分别建模邻近性、周期性、趋势性和外部影响因子(暂不考虑)
框架解析:暂时不考虑图中外部因素影响融合部分。比如以短期序列为例,令最近的一个分段为
,称为邻近性依赖矩阵,将它们与时间轴个数进行拼接成张量
,周期、趋势序列中Conv1-Conv2过程类似输出
.其中卷积采用边界填充0尺寸不变卷积形式.
- 具体操作如下:
数据准备:将城市划分为M*N网格,计算每个网格上基于时间依赖性的进入流和外出流。
数据输入:以短期预测为例,尺寸大小(M,N,2lc),前两维表示网格尺寸,后一维表示各时间节点的进入流、外出流。其中卷积操作和残差单元示例如下,参数数目L可变,此时为4,Adam自优化学习率,batch_size=32, p和 q分别设为 1 天和一周。对于 3 个序列,设为:lc∈{3,4,5},lp ∈{1,2,3,4},lq∈{1,2,3,4}。90%数据训练,10%数据测试,迭代10100次。
- 流程图(输入数据会做tanh归一化预处理)
实践部分:resnet卷积网络解决客流预测问题
首先将城市的客流数据依据区域转化为图像像素的形式,然后利用resnet卷积网络对具有时间序列性质的客流数据(转化为图像通道)进行未来时刻的区域客流预测。
一、各目录情况如下:
datas
目录下存储内部条件序列数据(data.csv)和外部条件序列数据(external.csv),其他为客流数据接入用的虚构数据
src
1. date_pre
目录下data.py为客流预测的预处理过程(模型第一步)
keliu.py为客流数据的接入过程(最先步骤)
2. model_defin
目录下定义resnet卷积网络结构定义(分为考虑外部条件external_model.py和不考虑外部条件external_model_no.py两种情况)
3. train_models
目录下实现客流预测的训练过程(模型第二步)(有两种情况:分为考虑外部条件和不考虑外部条件的网络模型训练)
4. predicts
目录下为客流预测的预测过程(模型第三步),此时为单步预测,之后有真实数据时需加入多步预测计算
models
目录下会存储网络生成的模型文件
二、运行(以不考虑外部条件为例)
1. 第一步,模型数据预处理,运行src/data_pre/data.py
2. 第二步,模型训练操作,运行src/train_models/external_model_no.py
3. 第三步,模型预测(单步预测),运行src/predicts/predict.py
最后需要注意的是:接入真实数据后需测试考虑外部条件和不考虑外部条件的情况,观察是否考虑外部条件的结果更好
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