CN115410372A - 基于贝叶斯lstm的高速公路交通流量可靠预测方法 - Google Patents

基于贝叶斯lstm的高速公路交通流量可靠预测方法 Download PDF

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CN115410372A CN202211343407.5A CN202211343407A CN115410372A CN 115410372 A CN115410372 A CN 115410372A CN 202211343407 A CN202211343407 A CN 202211343407A CN 115410372 A CN115410372 A CN 115410372A
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Abstract

本发明公开了基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，属于高速公路交通流量预测技术领域，基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，利用高速公路门架数据找出交通流时序特征，对高速公路交通流量进行预测，基于传统LSTM神经网络结构，以概率分布的形式设置权重参数和偏移参数，并确定先验概率分布的参数；通过变分推断，将训练过程中的权重参数、偏置参数后验概率求解，转化为参数优化问题；构造损失函数，确定模型超参数，训练贝叶斯LSTM模型参数，训练完成后，对该高速公路路段未来交通流量的均值和置信区间进行预测，提高交通流量预测的合理性。

Description

基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法
技术领域
本发明涉及基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，具体是基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法。
背景技术
高速公路交通流量是高速公路智能运输系统中的关键参数之一。基于对未来时段交通流量的预测结果，可以实现高速公路交通流的主动管控和诱导，提升高速公路的运行效率。当前高速公路交通流量预测的主流方法是利用各种统计模型和人工智能技术对未来时段交通流量的平均值进行准确预测。然而，很少有成熟的方法能够实现对未来时段交通流量浮动范围的可靠预测。如何在交通流量预测中，将这种交通流演进过程的不确定浮动进行建模，对高速公路精确、主动管控的效果十分重要。
现有的高速公路交通流量预测方法侧重于对流量均值的预测，大致可分为两类：
（1）统计模型方法。此类方法利用历史流量、速度等检测指标的统计规律，拟合出未来某时段的流量均值。该方法简单易行但无法有效利用空间信息，最常用的方法是自回归移动平均模型（ARIMA）和卡尔曼滤波方法；
（2）机器学习方法。此类方法利用多种交通流时序数据，捕捉递归与未来时段流量均值的时空非线性关系。该方法模型复杂、数据依赖度高，预测精准度和可拓展性较高。常用的方法包括卷积神经网络（CNN）、循环神经网络（RNN）等。近年来，随着人工智能技术和算力水平的提升，机器学习方法中的深度学习成为交通流量预测的热门手段，其中RNN中的长短记忆神经网络（LSTM）以其在交通序列数据建模上的优势成为了主流方法，并在流量均值预测上取得了不错的效果。
在高速公路交通流运行过程中，由于车辆异常驾驶行为、自然天气条件变化、交通出行随机选择等因素的干扰，实际交通流量会在原始预测条件下产生随机波动，因而使模型预测值与真实值间存在误差。对高速公路实际交通流量置信区间的预测对于高速公路交通控制系统的可靠性十分重要。例如在匝道控制中，流量的置信区间反映了匝道交通需求范围，其准确预测相较流量均值预测更有实际应用价值。受限于传统LSTM模型结构，当前很少有方法对高速公路交通流量置信区间进行可靠预测。考虑到神经网络的易拓展性和高速公路交通流量可靠预测的巨大作用，基于贝叶斯理论和LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法可行且关键。
现有技术的缺陷在于：由于自然天气条件变化、交通出行随机选择等因素，高速公路交通流量存在不确定性。现有高速公路交通流量预测方法大多是对交通流量均值的预测，少有考虑交通流量预测可靠性的方法，使得高速公路主动管控和诱导方法的鲁棒性难以得到保证，例如基于流量的入口匝道主动控制。
发明内容
发明目的：基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，包括如下步骤：
S1、从高速公路门架收费系统中获取路段门架数据；
S2、统计汇总高速公路路段的小时交通流量，得到时序流量数据作为模型输入；
S3、基于传统LSTM神经网络结构，以概率分布的形式设置权重参数和偏移参数，并确定先验概率分布的参数；
S4、通过变分推断，将训练过程中的权重参数、偏置参数后验概率求解，转化为参数优化问题；
S5、构建贝叶斯LSTM模型训练损失函数；
S6、确定模型超参数，利用Adam优化算法训练贝叶斯LSTM模型参数；
S7、利用训练好的贝叶斯LSTM模型，对该高速公路路段未来1小时交通流量的均值和置信区间进行预测。
在进一步实例中，所述S1进一步为：从高速公路门架系统中获取门架数据，主要字段包括门架编号、记录时段、汽车类别，每条数据表示特定编号的门架系统在1小时时间间隔内记录通过的不同类型车辆数量。
在进一步实例中，所述S2进一步为：
S2.1、将一条门架数据记录得到的所有不同车辆类型的交通流量相加，得到特定路段1小时车流量数据
Figure DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 560867DEST_PATH_IMAGE002
；
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表示
Figure 252880DEST_PATH_IMAGE004
种汽车类别中的第
Figure DEST_PATH_IMAGE005
种，
Figure 458733DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 716539DEST_PATH_IMAGE005
种汽车的小时交通流量；
S2.2、将连续四个小时路段历史交通流量构成模型输入
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，用于预测接下来一个小时的路段交通流量
Figure 84067DEST_PATH_IMAGE008
。
在进一步实例中，所述步骤S3确定权重参数和偏置参数的概率分布形式和先验分布，包括以下步骤；
S3.1、以LSTM神经网络记忆单元的转换函数公式为基础，将记忆单元权重参数
Figure DEST_PATH_IMAGE009
和偏置参数
Figure 528955DEST_PATH_IMAGE010
设置为高斯分布形式：
Figure 804078DEST_PATH_IMAGE012
Figure 916391DEST_PATH_IMAGE014
Figure 985978DEST_PATH_IMAGE016
Figure 180811DEST_PATH_IMAGE018
Figure 994046DEST_PATH_IMAGE020
Figure 226445DEST_PATH_IMAGE022
Figure 466933DEST_PATH_IMAGE024
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
是当前时间间隔
Figure 886413DEST_PATH_IMAGE026
内的路段车流量数据；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
是记忆单元在前一时间间隔
Figure 237760DEST_PATH_IMAGE028
内的输出；
Figure DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 793506DEST_PATH_IMAGE030
,
Figure DEST_PATH_IMAGE031
,
Figure 939317DEST_PATH_IMAGE032
是权重参数；
分别服从分布
Figure DEST_PATH_IMAGE033
,
Figure 580514DEST_PATH_IMAGE034
,
Figure DEST_PATH_IMAGE035
,
Figure 469972DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 880225DEST_PATH_IMAGE038
,
Figure DEST_PATH_IMAGE039
,
Figure 462516DEST_PATH_IMAGE040
是偏置参数；
分别服从分布
Figure DEST_PATH_IMAGE041
,
Figure 591009DEST_PATH_IMAGE042
,
Figure DEST_PATH_IMAGE043
，
Figure 18579DEST_PATH_IMAGE044
。
S3.2、设置权重参数
Figure 817427DEST_PATH_IMAGE009
和偏置参数
Figure 836198DEST_PATH_IMAGE010
的初始先验分布为标准正态分布，即
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 186408DEST_PATH_IMAGE046
。
在进一步实例中，所述步骤S4进一步为：
S4.1、设定变分后验参数
Figure DEST_PATH_IMAGE047
满足
Figure 417670DEST_PATH_IMAGE048
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE049
为随机分布系；
S4.2、使用分布
Figure 68094DEST_PATH_IMAGE050
近似真实的后验概率分布
Figure DEST_PATH_IMAGE051
，将贝叶斯LSTM网络训练时的网络权重、偏置参数后验概率分布的推断问题，转化为最佳参数
Figure 929870DEST_PATH_IMAGE052
的求解，以最小化
Figure 564114DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 599066DEST_PATH_IMAGE051
的KL散度作为优化目标求解；
Figure 369576DEST_PATH_IMAGE054
Figure 464571DEST_PATH_IMAGE056
Figure 320532DEST_PATH_IMAGE058
Figure 424754DEST_PATH_IMAGE060
式中，
Figure 315350DEST_PATH_IMAGE052
是变分后验参数的集合，
Figure DEST_PATH_IMAGE061
是所有权重和偏置的集合，
Figure 315667DEST_PATH_IMAGE062
是用于神经网络训练的交通流数据。
在进一步实例中，所述步骤S5进一步为：
S5.1、将步骤S4.1中变分后参数
Figure 658923DEST_PATH_IMAGE052
的优化目标作为贝叶斯LSTM模型的损失函数
Figure DEST_PATH_IMAGE063
：
Figure DEST_PATH_IMAGE065
Figure 501590DEST_PATH_IMAGE066
；
式中，
Figure 246692DEST_PATH_IMAGE052
是变分后验参数的集合，
Figure 683489DEST_PATH_IMAGE061
是所有权重和偏置的集合，
Figure 514042DEST_PATH_IMAGE062
是用于神经网络训练的交通流数据。
在进一步实例中，所述步骤S6进一步为：
S6.1、确定贝叶斯神经网络模型训练超参数，包括LSTM网络层数、每层的记忆单元层数、初始学习率、迭代轮数、迭代系数、批大小、随机失活率等；
S6.2、使用Adam优化算法，在第一轮迭代的正向过程中，对随机分布系数
Figure DEST_PATH_IMAGE067
采样，满足
Figure 694488DEST_PATH_IMAGE068
，生成采样
Figure DEST_PATH_IMAGE069
后，依据梯度方向反向传播并更新
Figure 28517DEST_PATH_IMAGE070
和
Figure DEST_PATH_IMAGE071
，继续正向迭代生成采样
Figure 370637DEST_PATH_IMAGE069
，直至最小化损失函数
Figure 422906DEST_PATH_IMAGE072
，得到训练好的贝叶斯神经网络参数。
在进一步实例中，所述步骤S7进一步为；
S7.1、将S2.2得到的前四小时交通流量
Figure DEST_PATH_IMAGE073
输入S62得到贝叶斯LSTM模型中，按照训练好权重参数
Figure 141464DEST_PATH_IMAGE069
和偏置参数
Figure 861158DEST_PATH_IMAGE074
的概率分布，多次对
Figure 905337DEST_PATH_IMAGE069
和
Figure 444903DEST_PATH_IMAGE074
的取值采样，输出多条不同的交通流量预测值；
S7.2统计模型所有输出的交通流量预测值，取平均值即为交通流量预测均值，计算交通流量预测值的95%置信区间即为交通流量预测浮动区间。
有益效果：本发明公开了基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，利用高速公路门架数据找出交通流的特点，对高速公路交通流量进行预测，基于传统LSTM神经网络结构，以概率分布的形式设置权重参数和偏移参数，并确定先验概率分布的参数；通过变分推断，将训练过程中的权重参数、偏置参数后验概率求解，转化为参数优化问题；构造损失函数，确定模型超参数，训练贝叶斯LSTM模型参数，训练完成后，对该高速公路路段未来交通流量的均值和置信区间进行预测。提高交通流量预测的合理性。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明叶斯LSTM模型结构图；
图3为本发明对某四条路段24个小时时段交通流量浮动区间的预测结果；
图4为本发明某高速路段的部分门架数据图；
图5为本发明对某四条路段24个小时时段交通流量均值预测效果。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明实施例中可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施例中发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“交通流量预测”指利用历史或实时交通流数据，预测未来一个或多个时间段内的交通流量、“可靠预测”指对某种指标进行预测时，不仅预测其未来的期望均值，还对其在一定置信区间下的浮动范围进行预测、“贝叶斯LSTM”即贝叶斯长短记忆（longshort-termmemory）神经网络，是指在标准LSTM神经模型框架下加入参数后验估计的一种改进神经网络模型、“高速公路门架数据”指车辆通过高速公路收费门架时，通过抓拍车牌图片得到的车辆通行信息，包括门架编号、抓拍时间、车牌号码、车辆类型、拍摄位置等仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明通过基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，下面通过实施例，并结合附图对本方案做进一步具体说明。
具体的，包括如下步骤：
步骤1、如图4所示，从高速公路门架收费系统中获取路段门架数据，从高速公路门架系统中获取门架数据，主要字段包括门架编号、记录时段、汽车类别，每条数据表示特定编号的门架系统在1小时时间间隔内记录通过的不同类型车辆数量。
步骤2、统计汇总高速公路路段的小时交通流量，得到时序流量数据作为模型输入，将一条门架数据记录得到的所有不同车辆类型的交通流量相加，得到特定路段1小时车流量数据
Figure 967151DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 541352DEST_PATH_IMAGE002
；
式中：
Figure 756433DEST_PATH_IMAGE003
表示
Figure 783295DEST_PATH_IMAGE004
种汽车类别中的第
Figure 109234DEST_PATH_IMAGE005
种，
Figure 803520DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 189502DEST_PATH_IMAGE005
种汽车的小时交通流量；将连续四个小时路段历史交通流量构成模型输入
Figure 438081DEST_PATH_IMAGE007
，通过计算训练数据为
Figure DEST_PATH_IMAGE075
，用于预测接下来一个小时的路段交通流量
Figure 316780DEST_PATH_IMAGE008
。
步骤3、基于传统LSTM神经网络结构，以概率分布的形式设置权重参数和偏移参数，并确定先验概率分布的参数；通过LSTM神经网络记忆单元的转换函数公式为基础，将记忆单元权重参数
Figure 599994DEST_PATH_IMAGE009
和偏置参数
Figure 156877DEST_PATH_IMAGE010
设置为高斯分布形式：
Figure 158331DEST_PATH_IMAGE012
Figure 826073DEST_PATH_IMAGE014
Figure 229373DEST_PATH_IMAGE016
Figure 957157DEST_PATH_IMAGE018
Figure 180328DEST_PATH_IMAGE020
Figure 917340DEST_PATH_IMAGE022
Figure 909567DEST_PATH_IMAGE024
式中，
Figure 808253DEST_PATH_IMAGE025
是当前时间间隔
Figure 784299DEST_PATH_IMAGE026
内的路段车流量数据；
Figure 793843DEST_PATH_IMAGE027
是记忆单元在前一时间间隔
Figure 906156DEST_PATH_IMAGE028
内的输出；
Figure 241322DEST_PATH_IMAGE076
,
Figure 173506DEST_PATH_IMAGE031
,
Figure 252321DEST_PATH_IMAGE032
是权重参数；
分别服从分布
Figure 953560DEST_PATH_IMAGE033
,
Figure 459628DEST_PATH_IMAGE034
,
Figure 144687DEST_PATH_IMAGE035
,
Figure 496034DEST_PATH_IMAGE036
；
Figure DEST_PATH_IMAGE077
,
Figure 317360DEST_PATH_IMAGE039
,
Figure 725820DEST_PATH_IMAGE040
是偏置参数；
分别服从分布
Figure 898175DEST_PATH_IMAGE041
,
Figure 318792DEST_PATH_IMAGE042
,
Figure 994624DEST_PATH_IMAGE043
,
Figure 842494DEST_PATH_IMAGE044
，设置权重参数
Figure 502146DEST_PATH_IMAGE009
和偏置参数
Figure 195295DEST_PATH_IMAGE010
的初始先验分布为标准正态分布，即
Figure 256792DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 744405DEST_PATH_IMAGE046
。
步骤4、通过变分推断，将训练过程中的权重参数、偏置参数后验概率求解，转化为参数优化问题，设定变分后验参数
Figure 891353DEST_PATH_IMAGE047
满足
Figure 653773DEST_PATH_IMAGE048
，其中
Figure 569776DEST_PATH_IMAGE049
为随机分布系；使用分布
Figure 493870DEST_PATH_IMAGE050
近似真实的后验概率分布
Figure 862534DEST_PATH_IMAGE051
，将贝叶斯LSTM网络训练时的网络权重、偏置参数后验概率分布的推断问题，转化为最佳参数
Figure 163065DEST_PATH_IMAGE052
的求解，以最小化
Figure 933575DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 294150DEST_PATH_IMAGE051
的KL散度作为优化目标求解；
Figure 884531DEST_PATH_IMAGE054
Figure 988753DEST_PATH_IMAGE078
Figure DEST_PATH_IMAGE079
Figure 348190DEST_PATH_IMAGE080
；
式中，
Figure 879666DEST_PATH_IMAGE052
是变分后验参数的集合，
Figure 957343DEST_PATH_IMAGE061
是所有权重和偏置的集合，
Figure 602607DEST_PATH_IMAGE062
是用于神经网络训练的交通流数据。
步骤5、构建贝叶斯LSTM模型训练损失函数；将步骤4中变分后参数
Figure 347709DEST_PATH_IMAGE052
的优化目标作为贝叶斯LSTM模型的损失函数
Figure 784506DEST_PATH_IMAGE063
：其中下列式中，
Figure 615059DEST_PATH_IMAGE052
是变分后验参数的集合，
Figure 61084DEST_PATH_IMAGE061
是所有权重和偏置的集合，
Figure 660693DEST_PATH_IMAGE062
是用于神经网络训练的交通流数据；
Figure 268391DEST_PATH_IMAGE065
Figure 586240DEST_PATH_IMAGE066
。
步骤6、确定模型超参数，利用Adam优化算法训练贝叶斯LSTM模型参数如图2所示，确定贝叶斯神经网络模型训练超参数，包括LSTM网络层数、每层的记忆单元层数、初始学习率、迭代轮数、迭代系数、批大小、随机失活率等；使用Adam优化算法，在第一轮迭代的正向过程中，对随机分布系数
Figure 570377DEST_PATH_IMAGE067
采样，满足
Figure 758913DEST_PATH_IMAGE068
，生成采样
Figure 803092DEST_PATH_IMAGE069
后，依据梯度方向反向传播并更新
Figure 342658DEST_PATH_IMAGE070
和
Figure 130485DEST_PATH_IMAGE071
，继续正向迭代生成采样
Figure 704686DEST_PATH_IMAGE069
，直至最小化损失函数
Figure 919767DEST_PATH_IMAGE072
，得到训练好的贝叶斯神经网络参数。
步骤7、利用训练好的贝叶斯LSTM模型，对该高速公路路段未来1小时交通流量的均值和置信区间进行预测。将步骤2中得到的前四小时交通流量
Figure 946629DEST_PATH_IMAGE073
输入，得到贝叶斯LSTM模型中，按照训练好权重参数
Figure 272568DEST_PATH_IMAGE069
和偏置参数
Figure 701275DEST_PATH_IMAGE074
的概率分布，多次对
Figure 87257DEST_PATH_IMAGE069
和
Figure 601415DEST_PATH_IMAGE074
的取值采样，输出多条不同的交通流量预测值；然后统计模型所有输出的交通流量预测值，取平均值即为交通流量预测均值，计算交通流量预测值的95%置信区间即为交通流量预测浮动区间如图3所示。
具体的，对路段24个小时时段交通流量均值预测，使用平均绝对误差（MAE）、平均绝对百分比误差（MAPE）对预测结果评价：
Figure 731045DEST_PATH_IMAGE082
Figure 279838DEST_PATH_IMAGE084
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE085
是高速公路路段流量均值的预测值，
Figure 305563DEST_PATH_IMAGE086
是高速公路路段流量真实值，N是预测样本数。某四条路段的评价结果如图5所示。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、从高速公路门架收费系统中获取路段门架数据；
S2、统计汇总高速公路路段的小时交通流量，得到时序流量数据作为模型输入；
S3、基于传统LSTM神经网络结构，以概率分布的形式设置权重参数和偏移参数，并确定先验概率分布的参数；
S4、通过变分推断，将训练过程中的权重参数、偏置参数后验概率求解，转化为参数优化问题；
S5、构建贝叶斯LSTM模型训练损失函数；
S6、确定模型超参数，利用Adam优化算法训练贝叶斯LSTM模型参数；
S7、利用训练好的贝叶斯LSTM模型，对该高速公路路段未来1小时交通流量的均值和置信区间进行预测。
2.根据权利要求1所述的基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，其特征在于：所述S1进一步为：从高速公路门架系统中获取门架数据，主要字段包括门架编号、记录时段、汽车类别，每条数据表示特定编号的门架系统在1小时时间间隔内记录通过的不同类型车辆数量。
3.根据权利要求1所述的基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，其特征在于：所述S2进一步为：
S2.1、将一条门架数据记录得到的所有不同车辆类型的交通流量相加，得到特定路段1小时车流量数据
Figure 638219DEST_PATH_IMAGE001
；
Figure 896025DEST_PATH_IMAGE002
；
式中：
Figure 794711DEST_PATH_IMAGE003
表示
Figure 505178DEST_PATH_IMAGE004
种汽车类别中的第
Figure 505933DEST_PATH_IMAGE005
种，
Figure 883825DEST_PATH_IMAGE006
表示第
Figure 687832DEST_PATH_IMAGE005
种汽车的小时交通流量；
S2.2、将连续四个小时路段历史交通流量构成模型输入
Figure 151175DEST_PATH_IMAGE007
，用于预测接下来一个小时的路段交通流量
Figure 698831DEST_PATH_IMAGE008
。
4.根据权利要求1所述的基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，其特征在于：所述S3确定权重参数和偏置参数的概率分布形式和先验分布，包括以下步骤；
S3.1、以LSTM神经网络记忆单元的转换函数公式为基础，将记忆单元权重参数
Figure 931229DEST_PATH_IMAGE009
和偏置参数
Figure 171718DEST_PATH_IMAGE010
设置为高斯分布形式：
Figure 856777DEST_PATH_IMAGE011
Figure 208124DEST_PATH_IMAGE012
Figure 295028DEST_PATH_IMAGE013
Figure 706418DEST_PATH_IMAGE014
Figure 878774DEST_PATH_IMAGE015
Figure 768232DEST_PATH_IMAGE016
Figure 975223DEST_PATH_IMAGE017
式中，
Figure 557514DEST_PATH_IMAGE001
是当前时间间隔
Figure 951586DEST_PATH_IMAGE018
内的路段车流量数据；
Figure 910315DEST_PATH_IMAGE019
是记忆单元在前一时间间隔
Figure 706232DEST_PATH_IMAGE020
内的输出；
Figure 725004DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 606372DEST_PATH_IMAGE022
,
Figure 103213DEST_PATH_IMAGE023
,
Figure 753637DEST_PATH_IMAGE024
是权重参数；
分别服从分布
Figure 674801DEST_PATH_IMAGE025
,
Figure 309044DEST_PATH_IMAGE026
,
Figure 609576DEST_PATH_IMAGE027
,
Figure 114506DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure 475081DEST_PATH_IMAGE029
，
Figure 596620DEST_PATH_IMAGE030
,
Figure 169684DEST_PATH_IMAGE031
,
Figure 60280DEST_PATH_IMAGE032
是偏置参数；
分别服从分布
Figure 326176DEST_PATH_IMAGE033
,
Figure 669433DEST_PATH_IMAGE034
,
Figure 311767DEST_PATH_IMAGE035
,
Figure 56869DEST_PATH_IMAGE036
；
S3.2、设置权重参数
Figure 493666DEST_PATH_IMAGE009
和偏置参数
Figure 324219DEST_PATH_IMAGE010
的初始先验分布为标准正态分布，即
Figure 504665DEST_PATH_IMAGE037
，
Figure 104273DEST_PATH_IMAGE038
。
5.根据权利要求1所述的基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，其特征在于：所述S4进一步为：
S4.1、设定变分后验参数
Figure 977551DEST_PATH_IMAGE039
满足
Figure 29821DEST_PATH_IMAGE040
，其中
Figure 13958DEST_PATH_IMAGE041
为随机分布系；
S4.2、使用分布
Figure 468073DEST_PATH_IMAGE042
近似真实的后验概率分布
Figure 512252DEST_PATH_IMAGE043
，将贝叶斯LSTM网络训练时的网络权重、偏置参数后验概率分布的推断问题，转化为最佳参数
Figure 51818DEST_PATH_IMAGE044
的求解，以最小化
Figure 842575DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 151196DEST_PATH_IMAGE043
的KL散度作为优化目标求解；
Figure 100698DEST_PATH_IMAGE045
Figure 127560DEST_PATH_IMAGE046
Figure 453499DEST_PATH_IMAGE047
Figure 882206DEST_PATH_IMAGE048
；
式中，
Figure 2609DEST_PATH_IMAGE044
是变分后验参数的集合，
Figure 782346DEST_PATH_IMAGE049
是所有权重和偏置的集合，
Figure 646397DEST_PATH_IMAGE050
是用于神经网络训练的交通流数据。
6.根据权利要求1所述的基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，其特征在于：所述S5进一步为：
S5.1、将步骤S4.1中变分后参数
Figure 664031DEST_PATH_IMAGE044
的优化目标作为贝叶斯LSTM模型的损失函数
Figure 220915DEST_PATH_IMAGE051
：
Figure 222369DEST_PATH_IMAGE052
Figure 890110DEST_PATH_IMAGE053
式中，
Figure 27831DEST_PATH_IMAGE044
是变分后验参数的集合，
Figure 755615DEST_PATH_IMAGE049
是所有权重和偏置的集合，
Figure 978786DEST_PATH_IMAGE050
是用于神经网络训练的交通流数据。
7.根据权利要求1所述的基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法，其特征在于：所述S6进一步为：
S6.1、确定贝叶斯神经网络模型训练超参数，包括LSTM网络层数、每层的记忆单元层数、初始学习率、迭代轮数、迭代系数、批大小、随机失活率等；
S6.2、使用Adam优化算法，在第一轮迭代的正向过程中，对随机分布系数
Figure 450219DEST_PATH_IMAGE054
采样，满足
Figure 708025DEST_PATH_IMAGE055
，生成采样
Figure 341132DEST_PATH_IMAGE056
后，依据梯度方向反向传播并更新
Figure 317178DEST_PATH_IMAGE057
和
Figure 323792DEST_PATH_IMAGE058
，继续正向迭代生成采样
Figure 436105DEST_PATH_IMAGE056
，直至最小化损失函数
Figure 505692DEST_PATH_IMAGE051
，得到训练好的贝叶斯神经网络参数。
8.根据权利要求1所述的基于贝叶斯LSTM的高速公路交通流量可靠预测方法的处置方法，其特征在于：所述步骤S7进一步为；
S7.1、将S2.2得到的前四小时交通流量
Figure 703455DEST_PATH_IMAGE059
输入S62得到贝叶斯LSTM模型中，按照训练好权重参数
Figure 516690DEST_PATH_IMAGE056
和偏置参数
Figure 749089DEST_PATH_IMAGE060
的概率分布，多次对
Figure 723998DEST_PATH_IMAGE056
和
Figure 409057DEST_PATH_IMAGE060
的取值采样，输出多条不同的交通流量预测值；
S7.2、统计模型所有输出的交通流量预测值，取平均值即为交通流量预测均值，计算交通流量预测值的95%置信区间即为交通流量预测浮动区间。
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