高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

长期Transformer和自适应傅里叶变换的动态图卷积交通流预测研究

张红 伊敏 张玺君 李扬 张鹏程

张红, 伊敏, 张玺君, 李扬, 张鹏程. 长期Transformer和自适应傅里叶变换的动态图卷积交通流预测研究[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(7): 2249-2262. doi: 10.11999/JEIT241076
引用本文: 张红, 伊敏, 张玺君, 李扬, 张鹏程. 长期Transformer和自适应傅里叶变换的动态图卷积交通流预测研究[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(7): 2249-2262. doi: 10.11999/JEIT241076
ZHANG Hong, YI Min, ZHANG Xijun, LI Yang, ZHANG Pengcheng. Long-term Transformer and Adaptive Fourier Transform for Dynamic Graph Convolutional Traffic Flow Prediction Study[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(7): 2249-2262. doi: 10.11999/JEIT241076
Citation: ZHANG Hong, YI Min, ZHANG Xijun, LI Yang, ZHANG Pengcheng. Long-term Transformer and Adaptive Fourier Transform for Dynamic Graph Convolutional Traffic Flow Prediction Study[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(7): 2249-2262. doi: 10.11999/JEIT241076

长期Transformer和自适应傅里叶变换的动态图卷积交通流预测研究

doi: 10.11999/JEIT241076 cstr: 32379.14.JEIT241076
基金项目: 甘肃省重点研发项目(23YFGA0063),国家自然科学基金(62363022, 61663021),甘肃省自然科学基金(22JR5RA226, 23JRRA886),甘肃省教育厅产业支撑计划(2023CYZC-35)
详细信息
    作者简介:

    张红:女,博士,副教授,研究方向为机器学习、大数据分析、智能交通

    伊敏:女,硕士生,研究方向为智能交通

    张玺君:男,博士,副教授,研究方向为大数据处理、数据挖掘分析、嵌入式系统、机器学习、智能交通

    李扬:男,硕士生,研究方向为智能交通

    张鹏程:男,硕士生,研究方向为智能交通

    通讯作者:

    张红 zhanghong@lut.edu.cn

  • 中图分类号: TN911.7

Long-term Transformer and Adaptive Fourier Transform for Dynamic Graph Convolutional Traffic Flow Prediction Study

Funds: The Key R&D Program of Gansu Province (23YFGA0063), The National Natural Science Foundation of China (62363022,61663021),The Natural Science Foundation of Gansu Province(22JR5RA226, 23JRRA886), Gansu Provincial Department of Education: Industrial Support Plan Project (2023CYZC-35)
  • 摘要: 针对交通流长期趋势性与非平稳性不易有效建模,以及交通流的隐藏动态时空特征难以捕捉的问题,该文提出一种基于长期Transformer和自适应傅里叶变换的动态图卷积交通流预测模型(ADGformer)。其中,长期门控卷积层通过掩码子序列Transformer从长历史序列中学习压缩的、上下文信息丰富的子序列表示,并利用膨胀门控卷积从子序列的时间表示中有效捕捉交通流的长期趋势特征。并设计一种动态图构造器生成动态可学习图,并利用可学习动态图卷积对节点间潜在的和时变的空间依赖关系进行建模以有效捕获交通流的动态隐藏空间特征。其次,自适应频谱块利用傅里叶变换来增强特征表示并捕获长短期的交互作用,同时通过自适应阈值处理来降低交通流的非平稳性。实验结果表明,所提ADGformer模型具有较好的预测性能。
  • 图  1  模型框架图

    图  2  Masked Sub-series Transformer的结构组成

    图  3  动态图的构造

    图  4  可学习动态图卷积

    图  5  PEMSD4和England数据集上不同模型性能比较

    图  6  PEMSD8和England数据集上与变体模型性能对比

    表  1  数据集详细信息

    数据集 节点 时间步长(min) 时间跨度(月)
    PEMSD4 307 16 969 5 2
    PEMSD8 170 17 833 5 2
    England 314 17 353 15 6
    下载: 导出CSV

    表  2  各种模型在3个数据集上的预测结果

    数据集 模型 Horizon 3 Horizon 6 Horizon 12
    MAE RMSE MAPE MAE RMSE MAPE MAE RMSE MAPE
    PEMSD4 HA 3.567 9 6.778 7 0.080 3 3.568 9 6.779 7 0.080 4 3.570 7 6.781 5 0.080 4
    VAR 1.662 4 3.0882 0.032 7 2.125 0 4.015 6 0.043 3 2.568 7 4.834 7 0.053 6
    XGBoost 1.447 1 2.973 2 0.028 8 1.915 9 4.09