[發(fā)明專利]一種基于元學(xué)習(xí)的地鐵新開車站短期客流預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210735898.1
• 申請(qǐng)日: 2022-06-27
• 公開（公告）號(hào): CN115146843B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金雷;韓闊;朱春琪;李小紅;李松松;黃曉宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/00
• 分類號(hào): G06F17/00
• 代理公司: 北京市誠(chéng)輝律師事務(wù)所 11430
• 代理人: 耿慧敏;朱偉軍

1.一種基于元學(xué)習(xí)的地鐵新開車站短期客流預(yù)測(cè)方法，包括：

將針對(duì)目標(biāo)車站的短期客流預(yù)測(cè)問(wèn)題建模為：

其中，S_u＝{s₁,…,s_u}是一組源車站，S_t＝{s₁,…,s_t}是一組目標(biāo)車站，τ是歷史時(shí)間步的數(shù)量，是目標(biāo)車站第τ+1個(gè)時(shí)間步的客流，f為客流預(yù)測(cè)模型，θ₀表示從源車站提取后遷移到目標(biāo)車站的參數(shù)，至是目標(biāo)車站的τ歷史時(shí)間步的客流信息；

通過(guò)以下步驟獲得目標(biāo)車站第τ+1時(shí)間步的客流：

構(gòu)建元學(xué)習(xí)器，該元學(xué)習(xí)器包括局部學(xué)習(xí)器和全局學(xué)習(xí)器，其中局部學(xué)習(xí)器用于在單個(gè)元學(xué)習(xí)任務(wù)上對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，全局學(xué)習(xí)器用于優(yōu)化所有單個(gè)元學(xué)習(xí)任務(wù)對(duì)應(yīng)的總體損失，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)用于學(xué)習(xí)客流的空間和時(shí)間特征；

利用元學(xué)習(xí)任務(wù)集優(yōu)化所述元學(xué)習(xí)器，獲得基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的先驗(yàn)知識(shí)θ₀，其中每個(gè)元學(xué)習(xí)任務(wù)是包含車站空間位置和客流的時(shí)空信息的矩陣；

將所述先驗(yàn)知識(shí)θ₀作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的初始化參數(shù)，利用目標(biāo)車站的歷史客流信息預(yù)訓(xùn)練所述基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)；

針對(duì)目標(biāo)車站，采集τ個(gè)歷史時(shí)間步的客流信息，輸入到預(yù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，獲得第τ+1時(shí)間步的客流信息；

其中，根據(jù)以下步驟構(gòu)建所述元學(xué)習(xí)任務(wù)集：

將所有源車站和目標(biāo)車站按照地鐵線路的順序分別構(gòu)建成一個(gè)一維序列，每個(gè)一維序列承載各站的相對(duì)位置信息；

根據(jù)目標(biāo)車站數(shù)量，從源車站中選擇相應(yīng)數(shù)量的車站作為第一個(gè)元學(xué)習(xí)任務(wù)，后續(xù)相應(yīng)數(shù)量的車站作為第二個(gè)元學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)而構(gòu)建出所述元學(xué)習(xí)任務(wù)集；

其中，所述基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)是長(zhǎng)短時(shí)記憶網(wǎng)絡(luò)；

其中，所述元學(xué)習(xí)任務(wù)集包括訓(xùn)練任務(wù)集和測(cè)試任務(wù)集，所述訓(xùn)練任務(wù)集和所述測(cè)試任務(wù)集各自包含支持集和查詢集，對(duì)應(yīng)于每個(gè)元學(xué)習(xí)任務(wù)，采用訓(xùn)練任務(wù)集中的支持任務(wù)和查詢?nèi)蝿?wù)對(duì)所述基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，采用測(cè)試任務(wù)集中的支持任務(wù)和查詢?nèi)蝿?wù)對(duì)經(jīng)訓(xùn)練的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試；

其中，所述元學(xué)習(xí)器的優(yōu)化目標(biāo)為：

其中，p(T_s)是從源車站獲取的任務(wù)分布，任務(wù)T_i是從p9T_s)中的采樣，參數(shù)是基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)在訓(xùn)練任務(wù)集上的輸出，表示當(dāng)參數(shù)為時(shí)任務(wù)T_i的預(yù)測(cè)值，是任務(wù)T_i的真實(shí)值，T_s表示源車站的全部任務(wù)，表示任務(wù)T_i的真實(shí)值，L是損失函數(shù)；

其中，所述局部學(xué)習(xí)器的一次梯度更新表示為：

其中，α是局部學(xué)習(xí)器的學(xué)習(xí)率，代表梯度下降的操作，f_θ是參數(shù)為θ的參數(shù)化函數(shù)；

其中，對(duì)于一個(gè)元學(xué)習(xí)任務(wù)，車站內(nèi)客流的時(shí)間序列表示為：

其中，t表示第t個(gè)時(shí)間間隔，τ是歷史時(shí)間步的數(shù)量，分別代表實(shí)時(shí)模式、日模式和周模式下在第t個(gè)時(shí)間間隔的客流；

其中，所述全局學(xué)習(xí)器的更新過(guò)程表示為：

其中，β是全局學(xué)習(xí)器的學(xué)習(xí)率，f_θ是參數(shù)為θ的參數(shù)化函數(shù)；

其中，在預(yù)訓(xùn)練所述基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)過(guò)程中，一個(gè)梯度更新過(guò)程表示：

其中，L_tn是目標(biāo)車站的損失函數(shù)，γ是設(shè)定常數(shù)。

2.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其中，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法的步驟。

3.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，在所述存儲(chǔ)器上存儲(chǔ)有能夠在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法的步驟。