西安电子科技大学学报 ›› 2023, Vol. 50 ›› Issue (1): 168-176.doi: 10.19665/j.issn1001-2400.2023.01.019

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一种用于交通预测的注意力时空图神经网络

甘萍1(),农丽萍2,3(),张文辉4(),林基明1,2(),王俊义1()   

  1. 1.桂林电子科技大学 信息与通信学院,广西壮族自治区 桂林 541004
    2.西安电子科技大学 通信工程学院,陕西 西安 710071
    3.广西师范大学 物理科学与技术学院,广西壮族自治区 桂林 541001
    4.桂林电子科技大学 计算机与信息安全学院,广西壮族自治区 桂林 541004
  • 收稿日期:2021-10-12 出版日期:2023-02-20 发布日期:2023-03-21
  • 通讯作者: 张文辉(1970—),女,副教授,E-mail:zhangwh@guet.edu.cn
  • 作者简介:甘萍(1997—),女,桂林电子科技大学硕士研究生,E-mail:ganping97@163.com;|农丽萍(1985—),女,讲师,E-mail:nongliping@mailbox.gxnu.edu.cn;|林基明(1970—),男,教授,E-mail:linjm@guet.edu.cn;|王俊义(1977—),男,研究员,E-mail:wangjy@guet.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(61966007);广西自然科学基金(2020GXNSFAA159105);广西无线宽带通信与信号处理重点实验室基金(GXKL06190204);广西无线宽带通信与信号处理重点实验室基金(GXKL06200116);广西无线宽带通信与信号处理重点实验室基金(GXKL06190117);“认知无线电与信息处理”教育部重点实验室基金(CRKL180201);“认知无线电与信息处理”教育部重点实验室基金(CRKL180106)

Attention spatial-temporal graph neural network for traffic prediction

GAN Ping1(),NONG Liping2,3(),ZHANG Wenhui4(),LIN Jiming1,2(),WANG Junyi1()   

  1. 1. School of Information and Communication,Guilin University of Electronic Technology,Guilin 541004,China
    2. School of Telecommunications Engineering,Xidian University,Xi’an 710071,China
    3. College of Physics and Technology,Guangxi Normal University,Guilin 541001,China
    4. School of Computer Science and Information Security,Guilin University of Electronic Technology,Guilin 541004,China
  • Received:2021-10-12 Online:2023-02-20 Published:2023-03-21

摘要:

城市化的发展使得交通预测在交通规划和城市管理等应用中发挥着重要作用。然而在交通预测任务中,捕获交通数据的高度非线性和复杂的时空依赖关系仍具有很大的挑战性。为了更好地捕获交通数据的时间依赖性和全局空间相关性以及同时满足长期和短期的预测任务,设计了一种用于交通预测的注意力时空图神经网络。首先通过引入注意力机制来调整邻近道路与非邻近道路的重要性,整合全局空间信息;然后再通过图卷积网络和带有扩展因果卷积的门控线性单元来共同捕获时空相关性。在两个真实数据集PeMSD7(M)和PEMS-BAY上的实验结果表明,该网络模型可以较大地提高短期和长期的交通预测精度。

关键词: 交通预测, 时空相关性, 注意力机制, 图卷积网络

Abstract:

With the development of urbanization,traffic prediction plays an important role in the application of traffic planning and urban management.However,in the task of traffic prediction,it is still a great challenge to capture the highly nonlinear and complex spatio-temporal dependencies of traffic data.In order to effectively capture the time dynamics and global spatial correlation of traffic data and satisfy both long-term and short-term prediction tasks,an attention based spatial-temporal graph neural network for traffic prediction is designed.First,the attention mechanism is introduced to adjust the importance of adjacent roads and non-adjacent roads,which is beneficial to integrating global spatial information.Then,the spatial-temporal correlations are captured by graph convolutional networks and gated linear units with extended causal convolution.Experimental results on two real data sets PeMSD7(M) and PEMS-BAY show that the network model can improve the accuracy of both long and short-term traffic prediction.

Key words: traffic prediction, spatial-temporal correlativity, mechanisms of attention, graph convolutional networks

中图分类号: 

  • TP391