JP2021174496A - Trajectory prediction method and system - Google Patents

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Abstract

To provide a trajectory prediction method and a system that reduce an error between a predicted trajectory position and an actual trajectory position.SOLUTION: A trajectory prediction method according to one embodiment comprises the steps of: gridding and encoding a sub-trajectory of a predetermined length among a predicted trajectory to input to a long-term/short-term memory LSTM network; making a grid corresponding to a first top_N probability values output from the LSTM network into a candidate set of a prediction result; selecting a grid, in which an Euclidean distance from center coordinates to coordinates of a flag point of the sub-trajectory is between an upper threshold and a lower threshold, from center coordinates; and making the center coordinates of the grid having a highest selected probability value into a trajectory prediction result of the sub-trajectory. The LSTM network is obtained, based on historical trajectory data, by pre-training.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本明細書は、軌跡検出の技術分野に関し、特に軌跡予測方法及びシステムである。 The present specification relates to a technical field of trajectory detection, particularly a trajectory prediction method and system.

ハリケーンの移動は、非常に破壊的な自然現象であり、個人及び財産の予測困難な損失をもたらすことがよくある。したがって、軌跡予測は、ハリケーンによる損失を減らす手段として、軌跡データ研究のホットスポットになっている。 Hurricane movement is a very devastating natural phenomenon and often results in unpredictable losses of individuals and property. Therefore, trajectory prediction has become a hotspot for trajectory data research as a means of reducing hurricane losses.

以上に鑑み、本発明の1つ以上の実施例は、予測軌跡位置と実際軌跡位置との誤差を低減できる軌跡予測方法及びシステムを提供する。 In view of the above, one or more embodiments of the present invention provide a locus prediction method and system capable of reducing an error between a predicted locus position and an actual locus position.

本明細書の1つ以上の実施例は軌跡予測方法を提供し、この軌跡予測方法は、
予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングし、長期短期記憶LSTMネットワークに入力するステップと、
前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとするステップと、
中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドを前記候補セットから選択するステップと、
選択された確率値の最も高いグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とするステップと、を含み、
前記LSTMネットワークは、履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるものである。
One or more embodiments of the present specification provide a trajectory prediction method, and the trajectory prediction method is described.
A step of gridging and encoding sub-trajectories of a predetermined length among the predicted loci and inputting them to the long-term short-term memory RSTM network.
A step in which the grid corresponding to the first top_N probability values output from the LSTM network is used as a candidate set for the prediction result, and
A step of selecting a grid from the candidate set whose Euclidean distance from the center coordinates to the coordinates of the flag point of the sub locus is between the upper threshold and the lower threshold.
Including a step of using the center coordinates of the grid having the highest selected probability value as the trajectory prediction result of the sub-trajectory.
The LSTM network is obtained by pre-training based on historical trajectory data.

好ましくは、前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとする前記ステップの後、中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドが前記候補セットに存在しない場合、前記サブ軌跡のフラグ点を含むグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とするステップをさらに含む。 Preferably, after the step in which the grid corresponding to the first top_N probability values output from the LSTM network is set as a candidate set for the prediction result, the Euclidean distance from the center coordinates to the coordinates of the flag points of the sub-trajectories is When the grid between the upper limit threshold value and the lower limit threshold value does not exist in the candidate set, the step further includes a step in which the center coordinates of the grid including the flag point of the sub-trajectory are used as the locus prediction result of the sub-trajectory.

前記予測対象軌跡の長さがn、サブ軌跡の抽出間隔がstep=1、抽出したサブ軌跡の長さがk、抽出したサブ軌跡の数がn-kである。 The length of the prediction target locus is n, the extraction interval of the sub loci is step = 1, the length of the extracted sub locus is k, and the number of the extracted sub loci is n-k.

好ましくは、前記軌跡のn-k個のサブ軌跡を前記LSTMネットワークで予測して、n-k個の予測軌跡座標を得た後、
得られたn-k個の予測軌跡座標からなるシーケンスをカルマンフィルタリングするステップと、
フィルタリングして得られた最適推定シーケンスを前記軌跡の最終予測結果とするステップと、をさらに含む。
Preferably, nk sub-trajectories of the locus are predicted by the LSTM network to obtain nk predicted locus coordinates, and then the coordinates are obtained.
A step of Kalman filtering the sequence consisting of the obtained nk predicted trajectory coordinates,
Further including a step of using the optimum estimation sequence obtained by filtering as the final prediction result of the trajectory.

好ましくは、前記予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングするステップは、
トレーニングセット内の任意の2つの軌跡セグメントに対して、この2つの軌跡セグメントの時間、空間状態に基づいて、この2つの軌跡セグメントの間の時空間状態距離を算出するステップと、
算出した軌跡セグメントの間の時空間状態距離に基づいて、軌跡セグメントをクラスタリングするステップと、を含む。
Preferably, the step of gridging and encoding sub-trajectories of a predetermined length among the prediction target loci is
For any two locus segments in the training set, a step of calculating the spatiotemporal state distance between the two locus segments based on the time and spatial states of the two locus segments.
It includes a step of clustering the locus segments based on the calculated spatiotemporal state distance between the locus segments.

本明細書の1つ以上の実施例は、軌跡予測システムをさらに提供し、この軌跡予測システムは、グリッドエンコーディングモジュールと、履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるLSTMネットワークと、予測モジュールと、を備え、
前記グリッドエンコーディングモジュールは、予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングした後に出力し、前記LSTMネットワークに入力し、
前記予測モジュールは、前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとし、中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドを前記候補セットから選択し、選択された確率値の最も高いグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とする。
One or more embodiments of the present specification further provide a trajectory prediction system, which includes a grid encoding module, an LSTM network obtained by pre-training based on historical trajectory data, and a prediction module. , With
The grid encoding module grids and encodes sub-trajectories of a predetermined length among the predicted loci, outputs them, and inputs them to the LSTM network.
The prediction module uses a grid corresponding to the first top_N probability values output from the LSTM network as a candidate set for prediction results, and the Euclidean distance from the center coordinates to the coordinates of the flag points of the sub-trajectory is the upper limit. A grid between the value and the lower limit threshold is selected from the candidate set, and the center coordinate of the grid having the highest selected probability value is used as the locus prediction result of the sub locus.

本明細書の1つ以上の実施例は、電子機器をさらに提供し、この電子機器は、メモリ、プロセッサ、及び、メモリに記憶されプロセッサにおいて実行可能なコンピュータプログラムを備え、前記プロセッサは、前記プログラムを実行すると、前記軌跡予測方法を実現する。 One or more embodiments of the present specification further provide an electronic device, the electronic device comprising a memory, a processor, and a computer program stored in the memory and executable in the processor, wherein the processor is the program. Is executed, the locus prediction method is realized.

本明細書の技術案では、予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングし、長期短期記憶LSTMネットワークに入力し、前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとし、中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドを前記候補セット選択し、選択された確率値の最も高いグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とする。従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムに比べて、本明細書の実施例による軌跡予測アルゴリズムは、LSTMが出力する唯一な結果を用いるのではなく、LSTMが出力するtop_N個の候補セットから適切な予測結果を選択することにより、予測による軌跡位置が実際軌跡位置により近くなり、即ち、予測軌跡位置と実際軌跡位置との誤差を低減できる。 In the technical proposal of the present specification, sub-trajectories of a predetermined length among the prediction target loci are gridded and encoded, input to the long-term short-term memory LSTM network, and set to the first top_N probability values output from the LSTM network. The corresponding grid is used as a candidate set for the prediction result, and the grid whose Euclidean distance from the center coordinate to the coordinate of the flag point of the sub locus is between the upper limit threshold and the lower limit threshold is selected and selected. The center coordinate of the grid having the highest probability value is used as the locus prediction result of the sub locus. Compared to the conventional Brute Force LSTM locus prediction algorithm, the locus prediction algorithm according to the examples of the present specification does not use the only result output by the LSTM, but makes an appropriate prediction from the top_N candidate set output by the LSTM. By selecting the result, the predicted locus position becomes closer to the actual locus position, that is, the error between the predicted locus position and the actual locus position can be reduced.

さらに、本明細書の1つ以上の実施例による技術案では、前記軌跡のn-k個のサブ軌跡を前記LSTMネットワークで予測して、n-k個の予測軌跡座標を得た後、得たn-k個の予測軌跡座標からなるシーケンスをカルマンフィルタリングし、フィルタリングして得られた最適推定シーケンスを前記軌跡の最終予測結果とすることもでき、それによって、予測軌跡位置と実際軌跡位置との誤差をさらに低減できる。 Further, in the technical proposal according to one or more embodiments of the present specification, nk sub-trajectories of the locus are predicted by the LSTM network, nk predicted locus coordinates are obtained, and then nk obtained coordinates are obtained. The sequence consisting of the predicted locus coordinates can be Kalman-filtered, and the optimum estimation sequence obtained by filtering can be used as the final prediction result of the locus, whereby the error between the predicted locus position and the actual locus position can be further reduced. ..

本明細書の実施例又は従来技術の技術案をより明確に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明するが、もちろん、以下説明される図面は、本明細書のいくつかの実施例を含むものに過ぎず、当業者であれば、創造的な努力を必要とせずに、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
従来技術のLSTMセルの内部構造の模式図である。 従来技術のブルートフォースLSTMアルゴリズムの模式的フローチャートである。 本明細書の1つ以上の実施例による軌跡予測方法のフローチャートである。 本明細書の1つ以上の実施例による軌跡シーケンスのグリッド化の模式図である。 本明細書の1つ以上の実施例によるグリッド軌跡に対するワンホットエンコーディングの模式図である。 本明細書の1つ以上の実施例による、サブ軌跡の次の軌跡グリッドをLSTMネットワークで予測する方法のフローチャートである。 本明細書の1つ以上の実施例による軌跡予測システムの内部構造のブロック図である。 本明細書の1つ以上の実施例による従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズム、本明細書の実施例によるILSTM軌跡予測アルゴリズム及びILSTM−KF軌跡予測アルゴリズムの3種類の方法における、LSTMネットワークトレーニングラウンドに伴うRSME値の変化の模式図である。 本明細書の1つ以上の実施例による従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズム、本明細書の実施例によるILSTM軌跡予測アルゴリズム及びILSTM−KF軌跡予測アルゴリズムの3種類の方法における、LSTMネットワークトレーニングラウンドに伴うRSME値の変化の模式図である。 本明細書の1つ以上の実施例による電子機器のハードウェア構造の模式図である。
In order to more clearly explain the examples of the present specification or the technical proposals of the prior art, the drawings necessary for the description of the examples or the prior art will be briefly described below, but of course, the drawings described below will be described. Only a few examples of this specification are included, and those skilled in the art can obtain other drawings based on these drawings without the need for creative effort.
It is a schematic diagram of the internal structure of the LSTM cell of the prior art. It is a schematic flowchart of the brute force LSTM algorithm of the prior art. It is a flowchart of the locus prediction method by one or more examples of this specification. It is a schematic diagram of the grid formation of the locus sequence according to one or more examples of this specification. It is a schematic diagram of the one-hot encoding for the grid locus according to one or more embodiments of the present specification. It is a flowchart of the method of predicting the next locus grid of a sub locus by an LSTM network according to one or more examples of this specification. It is a block diagram of the internal structure of the locus prediction system according to one or more examples of this specification. For LSTM network training rounds in three methods: the conventional brute force LSTM trajectory prediction algorithm according to one or more embodiments of the present specification, the ILSTM trajectory prediction algorithm according to the embodiments of the present specification, and the ILSTM-KF trajectory prediction algorithm. It is a schematic diagram of the change of RSME value accompanying. For LSTM network training rounds in three methods: the conventional brute force LSTM trajectory prediction algorithm according to one or more embodiments of the present specification, the ILSTM trajectory prediction algorithm according to the embodiments of the present specification, and the ILSTM-KF trajectory prediction algorithm. It is a schematic diagram of the change of RSME value accompanying. It is a schematic diagram of the hardware structure of the electronic device by one or more examples of this specification.

本明細書の目的、技術案及び利点をさらに明瞭にするために、以下、具体的な実施例を取り挙げて図面を参照しながら、本明細書の1つ以上の実施例をさらに詳細に説明する。 In order to further clarify the objectives, technical proposals and advantages of the present specification, one or more embodiments of the present specification will be described in more detail below with reference to the drawings with reference to specific examples. do.

なお、特に断らない限り、本明細書の実施例に使用される技術用語又は科学用語は当業者が理解する一般的な意味を有するべきである。本開示に使用される「第1」、「第2」及び類似する用語は順序、数量又は重要性を示すものではなく、単に異なる構成要素を区別するために用いられる。「備える」又は「含む」等のような用語は、該用語の前にある主語となる素子又は物品が該用語の後に列挙される目的語となる素子又は物品及びその同等のものをカバーするが、他の素子又は物品を除外するものではないという意味を有する。「接続」又は「連結」等のような用語は物理的又は機械的接続に限定されないが、直接及び間接を問わず電気的接続を含んでもよい。「上」、「下」、「左」、「右」などは、相対位置関係だけを示し、説明対象の絶対位置が変わると、対応する相対位置関係もその分変わる。 Unless otherwise specified, technical or scientific terms used in the examples herein should have general meaning understood by those skilled in the art. The terms "first," "second," and similar terms used in this disclosure do not indicate order, quantity, or materiality, but are used solely to distinguish between different components. A term such as "provide" or "include" covers an object element or article whose subject element or article precedes the term is listed after the term and its equivalents. , Means that it does not exclude other elements or articles. Terms such as "connection" or "connection" are not limited to physical or mechanical connections, but may include electrical connections, both direct and indirect. "Upper", "lower", "left", "right", etc. indicate only the relative positional relationship, and when the absolute position of the explanation target changes, the corresponding relative positional relationship also changes accordingly.

人工知能技術の普及及び幅広い応用に伴い、現在、長期短期記憶ネットワーク(ong hort−erm emory;LSTM)に基づいて、履歴軌跡データを通じて、軌跡を予測するモデルをトレーニングすることが可能である。 With the spread and wide application of the artificial intelligence technology, currently, long term memory network; based on (L ong S hort- T erm M emory LSTM), through historical trajectory data, it is possible to train a model for predicting the trajectory Is.

長期短期記憶ネットワーク(LSTM)は、時間再帰型ニューラルネットワークであり、一般的なRNN(再帰型ニューラルネットワーク)の長期依存の問題を解決するために特別に設計されているものである。LSTMは時系列で広く使用されており、時空間軌跡データ予測にもいくつかの用途がある。LSTMセルの内部構造を図1に示す。 A long-term short-term memory network (LSTM) is a time-recurrent neural network, which is specially designed to solve the problem of long-term dependence of general RNNs (recurrent neural networks). LSTMs are widely used in time series and have several uses for spatiotemporal trajectory data prediction. The internal structure of the LSTM cell is shown in FIG.

各シーケンスインデックス位置でのLSTMのゲートには、一般には、忘却ゲート(forget gate)、入力ゲート及び出力ゲートの3つのタイプがある。忘却ゲートは、その名のとおり、忘れられるかどうかを制御し、LSTMでは、前のレイヤーの隠しセルの状態が忘れられるかどうかを一定の確率で制御する。つまり、ベクトル

Figure 2021174496
は現在の入力xtと前時点の出力ht-1に基づいて計算され、ftの各次元の値は(0,1)の範囲内にあり、次に前時点のCt-1にftベクトルをビット単位で乗算すると、ftの値が0に近い次元では、情報は忘れられ、ftの値が1に近い次元では、情報は保持される。 There are generally three types of LSTM gates at each sequence index position: forget gates, input gates and output gates. As the name implies, the forgetting gate controls whether or not it is forgotten, and in the LSTM, it controls whether or not the state of the hidden cell of the previous layer is forgotten with a certain probability. That is, the vector
Figure 2021174496
Is calculated based on the current input x t and the output h t-1 at the previous time, and the value of each dimension of f t is in the range of (0, 1), and then to C t-1 at the previous time. multiplying f t vector in units of bits, the dimensions close to the value of f t is 0, information is forgotten, the value of f t is the dimension closer to 1, the information is retained.

入力ゲート(input gate)は、現在のシーケンス位置の入力を処理する。式1、2に示すように、入力ゲートには合計2つのステップがある。σレイヤーは更新する必要のある情報を決定し、tanhレイヤーは、値を(−1,1)にマップするベクトル、つまり、更新の代替コンテンツを生成し、2つの部分を組み合わせて入力ゲートが形成される。

Figure 2021174496
The input gate processes the input of the current sequence position. As shown in Equations 1 and 2, the input gate has a total of two steps. The sigma layer determines the information that needs to be updated, and the tanh layer creates a vector that maps the value to (-1,1), that is, alternative content for the update, and combines the two parts to form an input gate. Will be done.
Figure 2021174496

出力ゲートの前に、式3に示すようにセルの状態を更新する必要があり、前の忘却ゲートと入力ゲートの結果はいずれもセルの状態に作用する

Figure 2021174496
Before the output gate, the cell state needs to be updated as shown in Equation 3, and the results of the previous forgetting gate and the input gate both affect the cell state.
Figure 2021174496

出力ゲート(output gate)は何を出力するかを決定し、この出力はLSTMセルの状態に基づいているが、フィルタリングされた結果である。式4及び式5に示すとおりである。

Figure 2021174496
The output gate determines what to output, which output is based on the state of the LSTM cell, but is the result of filtering. It is as shown in the formula 4 and the formula 5.
Figure 2021174496

従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムは、K個の軌跡点のサブ軌跡seqを順次選択し、それをグリッド化してエンコーディングし、図1に示されるLSTMセルネットワーク構造に入力し、K+1番目のグリッドのインデックスを予測するものである。 The conventional brute force LSTM locus prediction algorithm sequentially selects sub-trajectories seq of K locus points, grids and encodes them, inputs them into the LSTM cell network structure shown in FIG. It predicts the index of the grid.

従来のブルートフォースLSTMアルゴリズムは、入力された軌跡シーケンスを予測するものであり、アルゴリズムフローは図2に示されている。このアルゴリズムは、データ前処理モジュール、モデルトレーニングモジュール、及び予測モジュールの3つのモジュールに分かれている。データ処理モジュールには、軌跡データをグリッド化してエンコーディングして、LSTMの許容可能な軌跡データベクトルにすることを含み、モデルトレーニングモジュールは、最適なLSTM予測モデルを見つけ、予測モジュールは、トレーニングされたLSTMモデルに基づいて次のグリッドのインデックスを予測する。 The conventional brute force LSTM algorithm predicts the input trajectory sequence, and the algorithm flow is shown in FIG. This algorithm is divided into three modules: a data preprocessing module, a model training module, and a prediction module. The data processing module included gridding and encoding the locus data into an acceptable locus data vector for the LSTM, the model training module found the optimal LSTM prediction model, and the prediction module was trained. Predict the index of the next grid based on the LSTM model.

ニューラルネットワークに基づくLSTMは、履歴知識の学習に対して、優れた機能を備えているが、新しい知識に対しては適応性が不十分であることがある。ハリケーンの軌跡データは比較的小さなデータのサンプルであり、そしてハリケーンの軌跡には、ハリケーンが発生した区域で、過去ハリケーンが発生しなかったり発生回数が非常に少なかったりする場合があるという重要な特徴があり、このため、ニューラルネットワークは、学習程度が不十分であることにより、予測する軌跡位置が実際軌跡位置とは大きな誤差を生じさせることがある。 LSTMs based on neural networks have excellent functions for learning historical knowledge, but may not be adaptable to new knowledge. Hurricane trajectory data is a sample of relatively small data, and the important feature of hurricane trajectories is that in areas where hurricanes have occurred, past hurricanes may not have occurred or have occurred very few times. Therefore, the neural network may cause a large error in the predicted locus position from the actual locus position due to insufficient learning degree.

本明細書の1つ以上の実施例の技術案は、従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムを改良しており、改良LSTM(ILSTM)軌跡予測アルゴリズムは、ブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムの予測モジュールの部分を改良したものであり、改良LSTM(ILSTM)アルゴリズムは、軌跡データ前処理の部分とモデルトレーニングの部分がブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムと一致している。 The technical proposals of one or more embodiments herein improve the conventional Bruteforce LSTM locus prediction algorithm, and the improved LSTM (ILSTM) locus prediction algorithm is part of the prediction module of the Bruteforce LSTM locus prediction algorithm. In the improved LSTM (ILSTM) algorithm, the trajectory data preprocessing part and the model training part are in agreement with the Brute Force LSTM trajectory prediction algorithm.

改良LSTM軌跡予測では、LSTMに唯一の結果を出力させるのではなく、top_N個の候補セットから適切な予測結果を選択する。本明細書の実施例による改良LSTM(ILSTM)軌跡予測アルゴリズムのフローは以下のとおりである。最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットC={S1,S2,L,Stop_N}とする。

Figure 2021174496
In the improved LSTM trajectory prediction, the appropriate prediction result is selected from the top_N candidate sets instead of having the LSTM output only one result. The flow of the improved LSTM (ILSTM) trajectory prediction algorithm according to the embodiment of the present specification is as follows. Let the grid corresponding to the first top_N probability values be the prediction result candidate set C = {S 1 , S 2 , L, S top_N }.
Figure 2021174496

改良LSTM軌跡予測は、距離しきい値に対する制限条件により、予測結果の偏差が大きすぎるか又は予測結果がサブ軌跡のフラグ点と重なるという、ブルートフォースLSTM予測における特別な状況を回避し、予測結果を特定の合理的な範囲に制限することで、予測軌跡位置と実際軌跡位置との誤差を低減できる。 The improved LSTM trajectory prediction avoids the special situation in the Brute Force LSTM prediction that the deviation of the prediction result is too large or the prediction result overlaps with the flag point of the sub-trajectory due to the restriction condition for the distance threshold, and the prediction result. By limiting to a specific reasonable range, the error between the predicted locus position and the actual locus position can be reduced.

さらに、本明細書の1つ以上の実施例の技術案では、カルマンフィルタリング(Kalman Filtering)によって、改良LSTM(ILSTM)軌跡予測アルゴリズムにより予測された軌跡座標を最適に推定し、それにより、予測軌跡位置と実際軌跡位置との誤差をさらに低減できる。 Further, in one or more embodiments of the present specification, Kalman Filtering optimally estimates the trajectory coordinates predicted by the improved LSTM (ILSTM) trajectory prediction algorithm, thereby predicting the predicted trajectory. The error between the position and the actual trajectory position can be further reduced.

以下、図面を参照しながら本明細書の1つ以上の実施例の技術案を詳細に説明する。 Hereinafter, technical proposals for one or more embodiments of the present specification will be described in detail with reference to the drawings.

本明細書の1つ以上の実施例による軌跡予測方法のフローは、具体的には、図3に示され、下記ステップを含む。
ステップS301:軌跡データを前処理する。
具体的には、移動対象は地理空間内を移動し、その位置が経時的に連続的に変化し、m個の離散的な位置点と関連する補助情報から構成される順序付けされたシーケンスは、軌跡として定義され、つまり、式6に示すように、軌跡(trajectory)は、多次元空間内の順序付けられた点集合である。

Figure 2021174496
The flow of the trajectory prediction method according to one or more embodiments of the present specification is specifically shown in FIG. 3 and includes the following steps.
Step S301: The trajectory data is preprocessed.
Specifically, an ordered sequence consisting of moving objects moving in geospatial space, their positions changing continuously over time, and m discrete position points and associated auxiliary information Defined as a trajectory, that is, as shown in Equation 6, a trajectory is an ordered set of points in multidimensional space.
Figure 2021174496

式中、Pmは軌跡Trjのm番目の軌跡点の空間位置情報、たとえば、緯度と経度の情報Pm=(lonm,latm)を示し、ここで、lonm、latmはそれぞれ軌跡Trjのm番目の軌跡点の経度、緯度を示し、Imは、軌跡Trjのm番目の軌跡点の状態情報を示し、ハリケーンデータを例とすれば、最大持続風速やハリケーンの中心最小圧力などの状態情報を示す。 In the equation, P m indicates the spatial position information of the m-th locus point of the locus Trj, for example, latitude and longitude information P m = (lon m , lat m ), where lon m and lat m are loci, respectively. longitude of the m-th trajectory points Trj indicates the latitude, I m denotes the status information of the m-th path point trajectory Trj, hurricane data if example, the maximum sustained wind, hurricanes central minimum pressure, such as Indicates the status information of.

サブ軌跡は、特定の軌跡範囲内の順序付けられた軌跡点集合を指し、式7に示す。

Figure 2021174496
式中、kはサブ軌跡の長さを示す。 The sub-trajectory refers to an ordered set of locus points within a specific locus range and is shown in Equation 7.
Figure 2021174496
In the equation, k indicates the length of the sub locus.

データ前処理は、生データを使用する前に必要なステップであり、データ前処理モジュールは、生データに対して前処理を実行するものである。データの前処理操作には、データのインポート、データのフィルタリング、データ欠損値の充填などの操作が含まれる。 Data preprocessing is a necessary step before using raw data, and the data preprocessing module performs preprocessing on the raw data. Data preprocessing operations include operations such as data import, data filtering, and data missing value filling.

生軌跡データには、必然的にデータ欠損やデータエラーなどが存在し、データ欠損やエラーによって引き起こされる問題は、アルゴリズムの最終結果の精度に直接影響する。したがって、当該データがアルゴリズムモジュールのトレーニングに実際に使用される前に、データを前処理する必要がある。このステップのデータ前処理操作には、軌跡データに対するデータのインポート、データのフィルタリング、及びデータ欠損値の充填などの操作が含まれる。データ前処理モジュールは、管理員がアップロードしたトレーニング用の生データと異常検出用の生データをデータベースにインポートして記憶し、一連のデータベース操作を通じてデータのクリーニングと欠損値の充填を実行する。 Raw trajectory data inevitably has data deficiencies and data errors, and the problems caused by the data deficiencies and errors directly affect the accuracy of the final result of the algorithm. Therefore, it is necessary to preprocess the data before it is actually used for training the algorithm module. Data preprocessing operations in this step include operations such as importing data into trajectory data, filtering data, and filling data missing values. The data preprocessing module imports and stores the raw data for training and the raw data for anomaly detection uploaded by the administrator into the database, and cleans the data and fills in the missing values through a series of database operations.

データベースをコアとするシステムモードに基づいて、データの前処理段階でExcelテーブルにおけるデータがデータベースにインポートされ、インポートされたデータがデータベースから読み取られてフィルタリングされ、充填が行われた後、再度データベースに記憶される。 Based on the database-based system mode, the data in the Excel table is imported into the database during the data preprocessing stage, the imported data is read from the database, filtered, filled, and then back into the database. It will be remembered.

たとえば、ハリケーンの軌跡の場合、軌跡データには、ハリケーンの緯度と経度、最大持続風速、中心最小気圧、サンプリング時間などの情報が含まれ得る。このステップでは、ハリケーンの軌跡データのうち緯度と経度、最大持続風速やシステムの状態(Status of system)などのデータを前処理することができ、データにデータ欠損が存在する場合、データ欠損値は隣接データの近似値で充填される。サンプリング点で重複するデータもクリーニングされ、また、一部の異常値は変更される。 For example, in the case of a hurricane trajectory, the trajectory data may include information such as the latitude and longitude of the hurricane, the maximum sustained wind speed, the central minimum pressure, and the sampling time. In this step, data such as latitude and longitude, maximum sustained wind speed, and system status (Status of system) among the hurricane trajectory data can be preprocessed, and if there is a data loss in the data, the data loss value will be It is filled with the approximate value of the adjacent data. Duplicate data at the sampling point is also cleaned, and some outliers are changed.

ステップS302:軌跡データをグリッド化してエンコーディングする。 Step S302: The locus data is gridded and encoded.

具体的には、移動対象が位置する地理的空間は、固定グリッド(正方形、三角形、六角形など)によってさまざまな空間領域に分割され、軌跡の単一の座標点が空間領域にマッピングされ、元の軌跡Trjがグリッド化されたグリッド軌跡のシーケンスを式8に示す。

Figure 2021174496
Specifically, the geographical space in which the movement target is located is divided into various spatial regions by a fixed grid (square, triangle, hexagon, etc.), and a single coordinate point of the trajectory is mapped to the spatial region, and the original The sequence of grid loci in which the locus Trj of is gridded is shown in Equation 8.
Figure 2021174496

Figure 2021174496
Figure 2021174496

生軌跡データは、時空間データとして、テキストや画像とは構造が大きく異なり、このため、従来のディープ学習モデルを直接使用することができない。したがって、このステップでは、軌跡データがニューラルネットワークにより受信可能なデータ形式にグリッド化され、つまり、軌跡シーケンスの表現フォーマットがグリッド軌跡に変換される。 The structure of raw trajectory data is significantly different from that of text and images as spatiotemporal data, and therefore, a conventional deep learning model cannot be used directly. Therefore, in this step, the locus data is gridded into a data format that can be received by the neural network, that is, the representation format of the locus sequence is converted into a grid locus.

また、軌跡データにはカテゴリーデータと数値型データが含まれているため、このステップでは、グリッド化した軌跡に基づいて、グリッド軌跡をエンコーディングすることもでき、さまざまなタイプの軌跡データをエンコーディングして一体に組み合わせるエンコーディングのプロセスは、次の3つのステップに分けることができる。 Also, since the locus data includes categorical data and numeric data, this step can also encode the grid locus based on the gridded locus, encoding various types of locus data. The process of encoding to be combined together can be divided into the following three steps.

1.グリッド軌跡内のカテゴリーデータにOne−hot(ワンホット)エンコーディングを行う。たとえば、グリッド軌跡内のグリッドインデックスSmをOne−hotエンコーディングできる。One−hotエンコーディングは、フラグをベクトルに変換するために使用される最も一般的で基本的なエンコーディングである。まず、カテゴリー値を整数値にマッピングする。次に、整数値のインデックスを除いて、各整数値をバイナリベクトルとして表し、残りはゼロ値であり、インデックス位置は1としてメークされる。図4bには、グリッド軌跡のOne−hotエンコーディングの模式図が示されている。 1. 1. One-hot encoding is performed on the category data in the grid locus. For example, the grid index S m in the grid locus can be One-hot encoded. One-hot encoding is the most common and basic encoding used to convert flags to vectors. First, map the category value to an integer value. Next, except for the index of the integer value, each integer value is represented as a binary vector, the rest are zero values, and the index position is made as 1. FIG. 4b shows a schematic diagram of the One-hot encoding of the grid locus.

2.数値型データ範囲が[0 1]の間にあるように、グリッド軌跡内の数値型データを標準化する。指標間の次元の影響を排除するには、データ標準化を行うことで、データ指標間を比較可能にすることが必要である。生データがデータ標準化によって処理された後、各指標は同じ桁になり、包括的な比較評価に適している。Imにおける数値型データzには、以下の式9を用いて標準化され、z’は得られる。

Figure 2021174496
2. Standardize the numeric data in the grid locus so that the numeric data range is between [01]. In order to eliminate the influence of dimensions between indicators, it is necessary to make data indicators comparable by performing data standardization. After the raw data has been processed by data standardization, each indicator has the same digits and is suitable for comprehensive comparative evaluation. The numeric data z in I m, standardized using Equation 9 below, z 'is obtained.
Figure 2021174496

3.カテゴリーデータと数値型データを接続して、完全な軌跡ベクトルV_Trjを形成する。 3. 3. Connect category data and numeric data to form a complete locus vector V_Trj.

ステップS303:履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるLSTMネットワークによって軌跡予測を行う。 Step S303: The locus is predicted by the LSTM network obtained by pre-training based on the historical locus data.

具体的には、予測対象軌跡のうち、グリッド化してコーディングしたサブ軌跡が事前トレーニングして得たLSTMネットワークに順次入力され、各サブ軌跡の次の軌跡グリッドの位置がLSTMネットワークの出力によって予測される。たとえば、長さnの軌跡Trjである場合、stepをサブ軌跡の抽出間隔、kをサブ軌跡の長さ抽出として、各サブ軌跡シーケンスが抽出され、グリッド化してエンコーディングした各サブ軌跡シーケンスseqについて、次の軌跡座標が予測され、step=1であれば、n-k個のサブ軌跡のシーケンスが予測され、このため、n-k個の予測軌跡座標が生成され、これらの予測座標から構成されるシーケンスは、予測軌跡シーケンス

Figure 2021174496
と呼ばれる。 Specifically, among the prediction target trajectories, the grid-coded sub-trajectories are sequentially input to the LSTM network obtained by pre-training, and the position of the next locus grid of each sub-trajectory is predicted by the output of the LSTM network. NS. For example, in the case of a locus Trj of length n, each sub-locus sequence is extracted and gridded and encoded with step as the sub-locus extraction interval and k as the sub-locus length extraction. The next locus coordinates are predicted, and if step = 1, a sequence of nk sub-trajectories is predicted, so that nk predicted locus coordinates are generated and the sequence composed of these predicted coordinates is Predicted trajectory sequence
Figure 2021174496
Is called.

ここで、予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡に対して、履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるLSTMネットワークによって、このサブ軌跡の次の軌跡グリッドの位置を予測する方法のフローは、具体的には、図5に示される方法のフローのとおりであり、下記サブステップを含む。 Here, the flow of the method of predicting the position of the next locus grid of this sub locus by the LSTM network obtained by pre-training the sub locus of a predetermined length among the prediction target loci based on the historical locus data. Is specifically the flow of the method shown in FIG. 5, and includes the following substeps.

サブステップS501:予測対象軌跡のうち、グリッド化してエンコーディングした1つのサブ軌跡を、履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるLSTMネットワークに入力する。 Sub-step S501: Among the prediction target loci, one sub-trajectory encoded in a grid is input to the LSTM network obtained by pre-training based on the historical locus data.

サブステップS502:前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとする。 Sub-step S502: The grid corresponding to the first top_N probability values output from the LSTM network is used as a candidate set for the prediction result.

サブステップS503:中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドを前記候補セットにおいて検索し、検索した場合、下記サブステップS404を実行し、検索していない場合、下記サブステップS405を実行する。 Sub-step S503: When a grid in which the Euclidean distance from the center coordinates to the coordinates of the flag point of the sub-trajectory is between the upper limit threshold value and the lower limit threshold value is searched in the candidate set and searched, the following sub-step S404 Is executed, and if the search is not performed, the following sub-step S405 is executed.

サブステップS504:選択された確率値の最も高いグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とし、即ち、予測されたこのサブ軌跡の次の軌跡グリッドの位置とする。 Sub-step S504: The center coordinates of the grid having the highest selected probability value are set as the locus prediction result of the sub-trajectory, that is, the position of the locus grid next to the predicted sub-trajectory.

サブステップS505:前記サブ軌跡のフラグ点を含むグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とし、即ち、予測されたこのサブ軌跡の次の軌跡グリッドの位置とする。 Substep S505: The center coordinates of the grid including the flag point of the sub locus are set as the locus prediction result of the sub locus, that is, the position of the locus grid next to the predicted sub locus.

Figure 2021174496
Figure 2021174496

Figure 2021174496
Figure 2021174496

軌跡フラグ点Trj_flagの定義:
各々の軌跡から抽出される一番目のサブ軌跡シーケンスにおけるサブ軌跡フラグ点seq_flagは軌跡全体の軌跡フラグ点Trj_flagとされる。
Definition of locus flag point Trj_flag:
The sub-trajectory flag point seq_flag in the first sub-trajectory sequence extracted from each locus is the locus flag point Trj_flag of the entire locus.

ステップS304:予測結果をカルマンフィルタリングする。 Step S304: Kalman filtering the prediction result.

具体的には、ノイズを除去して実データを復元するデータ処理技術であるカルマンフィルタリング(Kalman Filtering)は、通信、ナビゲーション、誘導や制御など、多くの分野で効果的に利用されている。カルマンフィルタリング(Kalman Filtering)は、システムの入出力観測データにより、システムの状態を最適に推定する。観測データにはシステム内のノイズや干渉の影響が含まれているため、最適推定はフィルタリングプロセスと見なすこともできる。 Specifically, Kalman Filtering, which is a data processing technology that removes noise and restores actual data, is effectively used in many fields such as communication, navigation, guidance and control. Kalman Filtering optimally estimates the state of the system from the input / output observation data of the system. Optimal estimation can also be considered as a filtering process because the observed data includes the effects of noise and interference in the system.

したがって、より好ましくは、このステップでは、カルマンフィルタリングが、得られたn-k個の予測軌跡座標から構成されるシーケンスZに対して実行され、フィルタリングによって得られた最適推定シーケンスが、前記Trj軌跡の最終予測結果として使用され、本明細書では、カルマンフィルタリングを用いた軌跡予測方法は、略してILSTM−KF軌跡予測アルゴリズムと呼ばれる。 Therefore, more preferably, in this step, Kalman filtering is performed on the sequence Z composed of the obtained nk predicted locus coordinates, and the optimal estimation sequence obtained by the filtering is the final of the Trj locus. Used as a prediction result, the locus prediction method using Kalman filtering is abbreviated as an ILSTM-KF locus prediction algorithm in the present specification.

移動対象X(m)の運動のシステムの状態ベクトルの定義は式10に示される。

Figure 2021174496
The definition of the state vector of the motion system of the moving object X (m) is shown in Equation 10.
Figure 2021174496

Figure 2021174496
Figure 2021174496

カルマンフィルタリングには、離散制御プロセスシステムの導入が必要である。移動物体の運動のシステム状態方程式と観測方程式は、それぞれ式11と式12に示される。

Figure 2021174496
Kalman filtering requires the introduction of a discrete control process system. The system equation of state and the observation equation of the motion of the moving object are shown in Equations 11 and 12, respectively.
Figure 2021174496

式中、X(m)はシステム状態ベクトルを表し、式10に示すように、m時点での運動対象の状態ベクトルを表し、Aは、前時点から現在時点までの運動状態の遷移モードを表すための状態遷移行列を表し、W(m)は、モデルのシステム状態ノイズを表し、その統計的特性がホワイトノイズ又はガウスノイズに似ており、Z(m)は、予測軌跡シーケンスZ内のm番目の予測値を表す観測ベクトルを表し、Hは観測行列であり、V(m)は観測ノイズであるある。 In the equation, X (m) represents the system state vector, and as shown in Equation 10, the state vector of the motion target at the m time point is represented, and A represents the transition mode of the motion state from the previous time point to the present time point. Represents the state transition matrix for, W (m) represents the system state noise of the model, its statistical characteristics are similar to white noise or Gaussian noise, and Z (m) is m in the predicted locus sequence Z. It represents the observation vector representing the second predicted value, where H is the observation matrix and V (m) is the observation noise.

分析の便宜上、一般にシステムノイズW(m)と観測ノイズV(m)は互いに独立したガウスホワイトノイズであると仮定しており、それらの共分散はそれぞれQとRであり、それらの統計的特性はそれぞれ式13と式14に示される。

Figure 2021174496
For convenience of analysis, it is generally assumed that the system noise W (m) and the observed noise V (m) are Gaussian white noises that are independent of each other, and their covariances are Q and R, respectively, and their statistical characteristics. Are shown in Equations 13 and 14, respectively.
Figure 2021174496

カルマンフィルタリングアルゴリズムの中核は、再帰アルゴリズムを使用して最適状態推定の推定モデルを実現し、前時点の推定値と現在時点の観測値を使用して現在の状態変数の推定を更新することである。システムの状態方程式を使用して、次の時点のシステムの状態を推定する。システムの現在の状態がmであるとすると、システムの状態方程式に従って、式15に示すように、システムの前回の状態に基づいて現在の状態を推定できる。

Figure 2021174496
At the core of the Kalman filtering algorithm is to use a recursive algorithm to implement an estimation model for optimal state estimation and to update the current state variable estimates using previous and current observations. .. Use the system equation of state to estimate the state of the system at the next point in time. Assuming that the current state of the system is m, the current state can be estimated based on the previous state of the system according to the equation of state of the system, as shown in Equation 15.
Figure 2021174496

式中、X(m|m-1)は、前回の状態推定の結果であり、X(m-1|m-1)は前回の状態の最適推定の結果である。 In the equation, X (m | m-1) is the result of the previous state estimation, and X (m-1 | m-1) is the result of the optimum estimation of the previous state.

X(m|m-1)に対応する共分散の更新式を式16に示す。

Figure 2021174496
The update equation of the covariance corresponding to X (m | m-1) is shown in Equation 16.
Figure 2021174496

式16中、ρ(m|m-1)は、X(m|m-1)に対応する共分散であり、ρ(m-1|m-1)は、X(m-1|m-1)に対応する共分散であり、ATはAの転置行列である。 In Equation 16, ρ (m | m-1) is the covariance corresponding to X (m | m-1), and ρ (m-1 | m-1) is X (m-1 | m-1). It is the covariance corresponding to 1), and A T is the transposed matrix of A.

改良LSTM軌跡予測アルゴリズムによって予測された軌跡座標Z(m)を組み合わせる、つまり、測定値Z(m)と推定値X(m|m-1)を組み合わせると、式17に示すように、現在の状態mの最適推定値X(m|m)を取得できる。

Figure 2021174496
Combining the locus coordinates Z (m) predicted by the improved RSTM locus prediction algorithm, that is, combining the measured value Z (m) and the estimated value X (m | m-1), as shown in Equation 17, the current The optimal estimate X (m | m) for the state m can be obtained.
Figure 2021174496

Figure 2021174496
Figure 2021174496

Figure 2021174496
Figure 2021174496

以上のように、予測軌跡シーケンスZのカルマンフィルタリングプロセス全体が完了する。カルマンフィルタリングの役割は、改良LSTM軌跡予測アルゴリズムによって予測された軌跡座標を最適に推定することである。 As described above, the entire Kalman filtering process of the predicted trajectory sequence Z is completed. The role of Kalman filtering is to optimally estimate the locus coordinates predicted by the improved RSTM locus prediction algorithm.

上記のLSTMネットワークは、履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるものであり、たとえば、1851年から2015年までのハリケーンデータセットをトレーニングセットとしてLSTMネットワークをトレーニングし、このデータには、1780本のハリケーン軌跡と49139個のサンプリング点があり、サンプリング時間間隔は6時間である。使用するトレーニング方法は、従来のブルートフォースLSTMアルゴリズムでLSTMネットワークをトレーニングする方法と同様であってもよいため、ここでは詳しく説明しない。 The above LSTM network is obtained by pre-training based on historical trajectory data. For example, the LSTM network is trained using the hurricane data set from 1851 to 2015 as a training set, and this data includes 1780. There are book hurricane trajectories and 49139 sampling points, with a sampling time interval of 6 hours. The training method used may be similar to the method of training an LSTM network with a conventional brute force LSTM algorithm and will not be described in detail here.

上記軌跡予測方法によれば、本明細書の1つ以上の実施例は、軌跡予測システムをさらに提供し、この構造は、図6に示されるように、グリッドエンコーディングモジュール601、履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるLSTMネットワーク602、及び予測モジュール603を備える。 According to the trajectory prediction method, one or more embodiments herein further provide a trajectory prediction system, the structure of which is based on grid encoding module 601 and historical trajectory data, as shown in FIG. The LSTM network 602 obtained by pre-training and the prediction module 603 are provided.

そのうち、グリッドエンコーディングモジュール601は、予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングし、前記LSTMネットワーク602に入出力し、つまり、グリッドエンコーディングモジュール601は、軌跡データをグリッド化して、グリッド化したグリッド軌跡に基づいて、グリッド軌跡をエンコーディングする。 Among them, the grid encoding module 601 grids and encodes sub-trajectories of a predetermined length among the predicted loci, and inputs / outputs them to the LSTM network 602. That is, the grid encoding module 601 grids the locus data. Encode the grid locus based on the gridded grid locus.

予測モジュール603は、前記LSTMネットワーク602が出力した最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとし、中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドを前記候補セットから選択し、選択された確率値の最も高いグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とする。 The prediction module 603 uses the grid corresponding to the first top_N probability values output by the LSTM network 602 as a candidate set for the prediction result, and the Euclidean distance from the center coordinates to the coordinates of the flag point of the sub locus is the upper limit. A grid between the value and the lower limit threshold is selected from the candidate set, and the center coordinate of the grid having the highest selected probability value is used as the locus prediction result of the sub locus.

さらに、予測モジュール603は、また、前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとする前記ステップの後、中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドが前記候補セットに存在しない場合、前記サブ軌跡のフラグ点を含むグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とする。 Further, the prediction module 603 also sets the grid corresponding to the first top_N probability values output from the LSTM network as a candidate set for the prediction result, and after the step, from the center coordinate to the flag point of the sub locus. If there is no grid in the candidate set whose Euclidean distance to the coordinates is between the upper and lower thresholds, the center coordinates of the grid including the flag points of the sub-trajectory are used as the locus prediction result of the sub-trajectory. do.

前記予測対象軌跡の長さがnであり、サブ軌跡の抽出間隔がstep=1であり、抽出したサブ軌跡の長さがkであり、抽出したサブ軌跡の数がn-kであり、また、前記予測モジュール603は、さらに、前記軌跡のn-k個のサブ軌跡を前記LSTMネットワークで予測して、n-k個の予測軌跡座標を得た後、得たn-k個の予測軌跡座標からなるシーケンスをカルマンフィルタリングし、フィルタリングして得られた最適推定シーケンスを前記軌跡の最終予測結果とする。 The length of the prediction target locus is n, the extraction interval of the sub locus is step = 1, the length of the extracted sub locus is k, the number of the extracted sub loci is nk, and the above. The prediction module 603 further predicts nk sub-trajectories of the locus with the RSTM network, obtains nk predicted locus coordinates, and then performs Kalman filtering of a sequence consisting of the obtained nk predicted locus coordinates. , The optimum estimation sequence obtained by filtering is used as the final prediction result of the locus.

さらに、本明細書の1つ以上の実施例による軌跡予測システムは、データ前処理モジュール604をさらに備えてもよい。 In addition, the trajectory prediction system according to one or more embodiments herein may further include a data preprocessing module 604.

データ前処理モジュール604は、軌跡データに対して、データのインポート、データのフィルタリング、データ欠損値の充填の操作を行って、グリッドエンコーディングモジュール601に入力する。 The data preprocessing module 604 performs data import, data filtering, and data missing value filling operations on the locus data, and inputs the data to the grid encoding module 601.

さらに、本明細書の1つ以上の実施例による軌跡予測システムは、トレーニングモジュール605をさらに備えてもよい。 In addition, the trajectory prediction system according to one or more embodiments herein may further include a training module 605.

トレーニングモジュール605は、履歴軌跡データに基づいて前記LSTMネットワークをトレーニングする。 The training module 605 trains the LSTM network based on the historical trajectory data.

上記軌跡予測システムの各モジュールの機能の実現方法は、具体的には、図3に示されるフローにおける各ステップに記載の詳細な方法を参照できるため、ここでは詳しく説明しない。 Specifically, the method of realizing the function of each module of the trajectory prediction system will not be described in detail here because the detailed method described in each step in the flow shown in FIG. 3 can be referred to.

以下の実験データでは、2016年のハリケーンを検証セットとして使用する。従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズム、本明細書の実施例で提案されるILSTM軌跡予測アルゴリズム及びILSTM−KF軌跡予測アルゴリズムの3つの方法を使用する場合の予測誤差が比較される。 The following experimental data use the 2016 hurricane as a validation set. The prediction errors when using the three methods of the conventional brute force LSTM locus prediction algorithm, the ILSTM locus prediction algorithm proposed in the examples of the present specification, and the ILSTM-KF locus prediction algorithm are compared.

実際の軌跡シーケンスT={Trj1,Trj2,L,TrjN}と予測軌跡シーケンスT’={Trj’1,Trj’2,L,Trj’N}を想定した場合、予測軌跡点と実際軌跡点の幾何空間誤差を用い、式20に示す二乗平均平方根誤差RSMEを予測誤差とし、単位は度である。

Figure 2021174496
Actual path sequence T = {Trj 1, Trj 2 , L, Trj N} and the estimated track sequence T '= {Trj' 1, Trj '2, L, Trj' N} when assuming the actual and predicted trajectory point Using the geometrical space error of the locus point, the root mean square error RSME shown in Equation 20 is used as the prediction error, and the unit is degrees.
Figure 2021174496

式中、nは予測軌跡の数を示し、mは各予測軌跡に含まれる予測軌跡の点のデータを示す。 In the equation, n indicates the number of predicted loci, and m indicates the data of the points of the predicted loci included in each predicted locus.

実験パラメータ値の設定を表1に示し、LSTMネットワークトレーニングのラウンドに伴うRSME値の変化を図7及び8に示す。図7は、Qが[1,0,0,0; 0,1,0,0; 0,0,1,0; 0,0,0,1]であることを示し、図8は、Qが[2,0,0,0; 0,2,0,0; 0,0,2,0; 0,0,0,2]であることを示し、Qはシステムの共分散行列である。 The setting of the experimental parameter values is shown in Table 1, and the changes in the RSME values with the round of LSTM network training are shown in FIGS. 7 and 8. FIG. 7 shows that Q is [1,0,0,0; 0,1,0,0; 0,0,1,0; 0,0,0,1], and FIG. 8 shows Q. Is [2,0,0,0; 0,2,0,0; 0,0,2,0; 0,0,0,2], and Q is the covariance matrix of the system.

Figure 2021174496
Figure 2021174496

図7及び図8では、横軸はニューラルネットワークのトレーニングラウンドを表し、縦軸はRSEMの値を表す。図7(a)及び図8(a)に示されるLSTMネットワークの構造は、128*128*256であり、図7(b)及び図8(b)に示されるLSTMネットワークの構造は、128*256*512であり、図7(c)及び図8(c)に示されるLSTMネットワークの構造は256*256であり、図7(d)及び図8(d)に示されるLSTMネットワークの構造は256*256*256である。
図7及び図8からわかるように、最初は、従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムのRSME値が大きく、このとき、LSTMネットワークの学習程度は低く、予測軌跡誤差が大きく、一方、本明細書の実施例で提案されるILSTM軌跡予測アルゴリズムとILSTM−KF軌跡アルゴリズムのRSEM値は、従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムのRSMEよりも大幅に低くなっている。LSTMネットワークトレーニングのラウンド数が増えるに伴い、従来のブルートフォースLSTMアルゴリズムのRSEM値は徐々に減少し、徐々に安定しているが、従来のブルートフォースLSTMアルゴリズムの予測誤差は、ILSTM及びILSTM−KFの予測誤差よりも大幅に高いことが分かった。
In FIGS. 7 and 8, the horizontal axis represents the training round of the neural network, and the vertical axis represents the RSEM value. The structure of the LSTM network shown in FIGS. 7 (a) and 8 (a) is 128 * 128 * 256, and the structure of the LSTM network shown in FIGS. 7 (b) and 8 (b) is 128 *. 256 * 512, the structure of the LSTM network shown in FIGS. 7 (c) and 8 (c) is 256 * 256, and the structure of the LSTM network shown in FIGS. 7 (d) and 8 (d) is It is 256 * 256 * 256.
As can be seen from FIGS. 7 and 8, the RSME value of the conventional Bruteforce LSTM trajectory prediction algorithm is large at first, and at this time, the learning degree of the LSTM network is low and the prediction trajectory error is large, while the present specification The RSEM values of the ILSTM locus prediction algorithm and the ILSTM-KF locus algorithm proposed in the examples are significantly lower than the RSME of the conventional Bruteforce LSTM locus prediction algorithm. As the number of rounds of LSTM network training increases, the RSEM value of the conventional brute force LSTM algorithm gradually decreases and gradually stabilizes, but the prediction error of the conventional brute force LSTM algorithm is ILSTM and ILSTM-KF. It was found that it was significantly higher than the prediction error of.

上記した3つの方法のRSEM値をより良好に表示するために、128*256*512のLSTMネットワーク構造のラウンド71からラウンド80までの3つの方法のRSME値を以下に示し、つまり、図7(b)及び図8(b)には、ラウンド71〜80のRSME値を、以下の表2に示す。表2から分かるように、ILSTM−KFの各ラウンドのRSMEの値はILSTMの値よりわずかに小さく、これは、ILSTM−KFの予測効果が3つの方法の中で最も優れていることを示している。 In order to better display the RSEM values of the above three methods, the RSME values of the three methods from round 71 to round 80 of the 128 * 256 * 512 LSTM network structure are shown below, that is, FIG. 7 ( In b) and FIG. 8 (b), the RSME values of rounds 71 to 80 are shown in Table 2 below. As can be seen from Table 2, the RSME value of each round of ILSTM-KF is slightly smaller than the value of ILSTM, indicating that the predictive effect of ILSTM-KF is the best of the three methods. There is.

図7(b)では、従来のブルートフォースLSTM軌跡アルゴリズムは、ラウンド71〜80の10ラウンドの平均予測誤差が2.1065度であり、改良LSTM軌跡予測アルゴリズム(ILSTM)は、ラウンド71〜80の10ラウンドの平均予測誤差が1.4690であり、ILSTM−KF軌跡予測アルゴリズムは、ラウンド71〜80の10ラウンドの平均RSEMの値が1.4605である。 In FIG. 7B, the conventional Bruteforce LSTM locus algorithm has an average prediction error of 2.1065 degrees for 10 rounds of rounds 71-80, and the improved LSTM locus prediction algorithm (ILSTM) has rounds 71-80. The average prediction error of 10 rounds is 1.4690, and the ILSTM-KF trajectory prediction algorithm has an average RSEM value of 1.4605 for 10 rounds of rounds 71-80.

図8(b)では、従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムは、ラウンド71〜80の10ラウンドの平均RSEM値が2.3865度であり、改良LSTM軌跡予測アルゴリズム(ILSTM)は、ラウンド71〜80の10ラウンドの平均RSEM値が1.5141であり、ILSTM−KF軌跡予測アルゴリズムは、ラウンド71〜80の10ラウンドの平均RSEM値が1.5017であり、このことから、ILSTM−KFの予測誤差が最小であることがわかった。従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムの予測誤差は約2度であり、効果が最も低い。ILSTM−KFの予測誤差は、ILSTMの予測誤差よりもわずかに小さくなっている。これは、ILSTM−KFによって予測された軌跡座標がILSTMによって予測された軌跡座標よりも高精度であることを示しており、ILSTM−KFが最良の予測効果を持っていると考えられる。 In FIG. 8B, the conventional Brute Force LSTM locus prediction algorithm has an average RSEM value of 2.3865 degrees for 10 rounds of rounds 71-80, and the improved LSTM locus prediction algorithm (ILSTM) has rounds 71-80. The average RSEM value of 10 rounds is 1.5141, and the ILSTM-KF trajectory prediction algorithm has an average RSEM value of 1.5017 for 10 rounds of rounds 71 to 80. Therefore, the prediction error of ILSTM-KF. Was found to be the smallest. The prediction error of the conventional brute force LSTM trajectory prediction algorithm is about 2 degrees, which is the least effective. The prediction error of ILSTM-KF is slightly smaller than the prediction error of ILSTM. This indicates that the locus coordinates predicted by ILSTM-KF are more accurate than the locus coordinates predicted by ILSTM, and it is considered that ILSTM-KF has the best prediction effect.

Figure 2021174496
Figure 2021174496

上記実施例のシステムは、前述の実施例における対応する方法を実施するためであり、対応する方法の実施例の有益な効果を有し、ここでは詳しく説明しない。 The system of the above-described embodiment is for carrying out the corresponding method in the above-described embodiment, has a beneficial effect of the embodiment of the corresponding method, and is not described in detail here.

図10は、本実施例による電子機器のより具体的なハードウェア構造の模式図を示し、この機器は、プロセッサ1010、メモリ1020、入力/出力インターフェース1030、通信インターフェース1040、及びバス1050を含み得る。そのうち、プロセッサ1010、メモリ1020、入力/出力インターフェース1030、及び通信インターフェース1040は、バス1050を介して機器内で互いに通信可能に接続されている。 FIG. 10 shows a schematic diagram of a more specific hardware structure of an electronic device according to this embodiment, which device may include a processor 1010, a memory 1020, an input / output interface 1030, a communication interface 1040, and a bus 1050. .. Among them, the processor 1010, the memory 1020, the input / output interface 1030, and the communication interface 1040 are connected to each other so as to be able to communicate with each other in the device via the bus 1050.

プロセッサ1010は、関連するプログラムを実行し、本明細書の実施例による軌跡予測方法を実施するために、汎用CPU(Central Processing Unit、中央処理装置)、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit、ASIC)、又は1つ以上の集積回路などの形態によって実現される。 The processor 1010 executes a related program and implements a trajectory prediction method according to an embodiment of the present specification, in order to carry out a general-purpose CPU (Central Processing Unit), a microprocessor, and an integrated circuit for a specific application (Application Special). It is realized in the form of an integrated CPU (ASIC), or one or more integrated circuits.

メモリ1020は、ROM(Read Only Memory、読み取り専用メモリ)、RAM(Random Access Memory、ランダムアクセスメモリ)、静的記憶装置、及び動的記憶装置の形で実装することができる。メモリ1020は、オペレーティングシステムや他のアプリケーションプログラムを記憶することができ、本明細書の実施例による技術案がソフトウェア又はファームウェアによって実装されるとき、関連するプログラムコードはメモリ1020に記憶され、プロセッサ1010によって呼び出されて実行される。 The memory 1020 can be implemented in the form of a ROM (Read Only Memory, read-only memory), a RAM (Random Access Memory, random access memory), a static storage device, and a dynamic storage device. The memory 1020 can store an operating system or other application program, and when the proposed technology according to the embodiments herein is implemented by software or firmware, the relevant program code is stored in the memory 1020 and the processor 1010. Called and executed by.

入力/出力インターフェース1030は、入力/出力モジュールを接続して情報の入出力を行うために使用される。入力/出力モジュールは、コンポーネントとして機器内に配置されてもよく(図示せず)、機器に外部接続して対応する機能を提供してもよい。入力機器は、キーボード、マウス、タッチスクリーン、マイクロフォン、様々なセンサーなどを含み、出力機器は、ディスプレイ、スピーカー、バイブレーター、インジケータライトなどを含み得る。 The input / output interface 1030 is used to connect input / output modules to input / output information. The input / output module may be arranged in the device as a component (not shown), or may be externally connected to the device to provide a corresponding function. Input devices may include keyboards, mice, touch screens, microphones, various sensors, etc., and output devices may include displays, speakers, vibrators, indicator lights, etc.

通信インターフェース1040は、機器と他の機器との間の通信を実現するために通信モジュール(図示せず)を接続するために使用される。通信モジュールは、有線方式(USB、ネットワークケーブルなど)により通信してもよく、無線方式(モバイルネットワーク、WIFI、ブルートゥース(登録商標)など)により通信してもよい。 The communication interface 1040 is used to connect a communication module (not shown) to realize communication between a device and another device. The communication module may communicate by a wired method (USB, network cable, etc.) or by a wireless method (mobile network, WIFI, Bluetooth (registered trademark), etc.).

バス1050は、機器の様々なコンポーネント(たとえば、プロセッサ1010、メモリ1020、入力/出力インターフェース1030、及び通信インターフェース1040)間で情報を転送するための経路を含む。 Bus 1050 includes routes for transferring information between various components of the device (eg, processor 1010, memory 1020, input / output interface 1030, and communication interface 1040).

なお、上記機器は、プロセッサ1010、メモリ1020、入力/出力インターフェース1030、通信インターフェース1040、及びバス1050のみを示しているが、特定の実施プロセスでは、この機器は、通常の動作を達成するのに必要なほかのコンポーネントも含んでもよい。さらに、当業者が理解できるように、上記機器には、図に示されるすべてのコンポーネントを含むのではなく、本明細書の実施例の実施態様を実施するのに必要なコンポーネントのみを含んでもよい。 It should be noted that the device shows only the processor 1010, the memory 1020, the input / output interface 1030, the communication interface 1040, and the bus 1050, but in a particular implementation process, the device achieves normal operation. It may also include other required components. Further, as will be appreciated by those skilled in the art, the equipment may include only the components necessary to carry out the embodiments of the embodiments herein, rather than including all the components shown in the figures. ..

本明細書の1つ以上の実施例は、非一時的コンピュータ読み取り可能な記憶媒体をさらに提供し、上記非一時的コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、コンピュータ命令を記憶することができ、記憶されたコンピュータ命令は、コンピュータに上記実施例の前記軌跡予測方法を実行させるために使用される。 One or more embodiments of the present specification further provide a non-temporary computer-readable storage medium, wherein the non-temporary computer-readable storage medium can store computer instructions and is stored. The computer instruction is used to cause the computer to execute the trajectory prediction method of the above embodiment.

本明細書の1つ以上の実施例による技術案では、予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングし、長期短期記憶LSTMネットワークに入力し、前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとし、中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドを前記候補セットから選択し、選択された確率値の最も高いグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とする。従来のブルートフォースLSTM軌跡予測アルゴリズムに比べて、本明細書の実施例による軌跡予測アルゴリズムは、LSTMが出力する唯一の結果を用いるのではなく、LSTMが出力するtop_N個の候補セットから適切な予測結果を選択することにより、予測による軌跡位置が実際軌跡位置により近くなり、即ち、予測軌跡位置と実際軌跡位置との誤差を低減できる。 In the technical proposal according to one or more embodiments of the present specification, the sub-trajectories of a predetermined length among the predicted loci are gridded and encoded, input to the long-term short-term memory LSTM network, and first output from the LSTM network. The grid corresponding to the top_N probability values of It is selected from the candidate set, and the center coordinate of the grid having the highest selected probability value is used as the locus prediction result of the sub locus. Compared to the conventional Brute Force LSTM locus prediction algorithm, the locus prediction algorithm according to the examples of the present specification does not use the only result output by the LSTM, but makes an appropriate prediction from the top_N candidate set output by the LSTM. By selecting the result, the predicted locus position becomes closer to the actual locus position, that is, the error between the predicted locus position and the actual locus position can be reduced.

さらに、本明細書の1つ以上の実施例による技術案では、前記軌跡のn-k個のサブ軌跡を前記LSTMネットワークで予測して、n-k個の予測軌跡座標を得た後、得られたn-k個の予測軌跡座標からなるシーケンスをカルマンフィルタリングし、フィルタリングして得られた最適推定シーケンスを前記軌跡の最終予測結果とすることもでき、それによって、予測軌跡位置と実際軌跡位置との誤差をさらに低減できる。 Further, in the technical proposal according to one or more embodiments of the present specification, nk sub-trajectories of the locus are predicted by the LSTM network to obtain nk predicted locus coordinates, and then nk are obtained. The sequence consisting of the predicted locus coordinates of the above can be Kalman filtered, and the optimum estimation sequence obtained by filtering can be used as the final prediction result of the locus, thereby further reducing the error between the predicted locus position and the actual locus position. can.

本実施例のコンピュータ読み取り可能な媒体は、永続的及び非永続的、リムーバブル及び非リムーバブル媒体を含み、任意の方法又は技術によって情報を記憶することができる。情報は、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムのモジュール、又は他のデータであり得る。コンピュータ記憶媒体の例には、相変化メモリ(PRAM)、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)、他のタイプのランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、電気的に消去可能なプログラム可能な読み取り専用メモリ(EEPROM)、フラッシュメモリ又はその他のメモリ技術、コンパクト・ディスク・リード・オンリー・メモリ(CD−ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)又はその他の光学記憶機器、カセット式磁気テープ、磁気テープ・磁気ディスク記憶機器やその他の磁気記憶機器、又はその他の非伝送媒体が含まれるが、これらに限定されず、コンピューティング機器がアクセスできる情報の保存に用いられる。 The computer-readable media of this embodiment include permanent and non-permanent, removable and non-removable media, and information can be stored by any method or technique. The information can be computer-readable instructions, data structures, program modules, or other data. Examples of computer storage media include phase change memory (PRAM), static random access memory (SRAM), dynamic random access memory (DRAM), other types of random access memory (RAM), read-only memory (ROM), and electricity. Erasable programmable read-only memory (EEPROM), flash memory or other memory technology, compact disk read-only memory (CD-ROM), digital versatile disk (DVD) or other optical storage Equipment, cassette-type magnetic tape, magnetic tape / magnetic disk storage equipment and other magnetic storage equipment, or other non-transmission media, but not limited to, used to store information accessible to computer equipment. ..

当業者が理解できるように、上記実施例のいずれの説明も例示的なものに過ぎず、本開示の範囲(特許請求の範囲を含む)がこれらの例に限定されることを意図するものではない。本明細書の実施例の構想に基づいて、上記の各実施例又は各実施例の技術的特徴を組み合わせることもでき、ステップは任意の順序で実施することができ、上記のように異なる態様における多くの変化があり、簡略化のため、それらは詳細に記載されない。 As will be appreciated by those skilled in the art, any description of the above embodiments is merely exemplary and is not intended to limit the scope of the present disclosure (including claims) to these examples. No. Based on the concepts of the examples herein, each of the above embodiments or the technical features of each embodiment may be combined, the steps may be performed in any order, and in different embodiments as described above. There are many changes and for brevity they are not described in detail.

さらに、説明及び検討を簡略化するとともに、本明細書の実施例を理解しにくくしないために、提供される図面は、集積回路(IC)チップ及びその他のコンポーネントの公知の電源に接続される/アース接続されることを示しても示されなくてもよい。さらに、本明細書の実施例を理解することが困難になることを避けるために、装置はブロック図の形で示されてもよく、また、これはこれらのブロック図による装置の実施形態に関する詳細が、本明細書の実施例を実施するプラットフォーム(すなわち、これらの詳細は完全に当業者が理解できるものである)に大きく依存するという事実を考慮に入れる。特定の詳細(たとえば、回路)が記載されて本明細書の例示的な実施例を説明する場合、これら特定の詳細がない又はこれら特定の詳細に変化がある場合にも本明細書の実施例を実施できることは当業者には明らかである。したがって、これらの説明は、制限的ではなく例示的であると見なされるべきである。 Further, to simplify the description and discussion and not obscure the embodiments herein, the drawings provided are connected to known power sources for integrated circuit (IC) chips and other components. It may or may not be shown to be grounded. Further, in order to avoid difficulty in understanding the embodiments of the present specification, the devices may be shown in the form of block diagrams, which also detail the embodiments of the devices according to these block diagrams. However, take into account the fact that it relies heavily on the platform on which the examples herein are implemented (ie, these details are fully understandable to those skilled in the art). When specific details (eg, circuits) are described to illustrate exemplary embodiments herein, the examples herein are also in the absence of these specific details or changes in these specific details. It is clear to those skilled in the art that Therefore, these explanations should be considered exemplary rather than restrictive.

本明細書による技術案は、具体的な実施例を参照しながら説明されたが、前記の説明に基づいてこれらの実施例に対して多くの置換、修正、及び変形を行えることは当業者には明らかである。たとえば、他のメモリアーキテクチャ(たとえば、ダイナミックRAM(DRAM))は、検討された実施例を使用することができる。 The technical proposals according to the present specification have been described with reference to specific examples, but those skilled in the art will be able to make many substitutions, modifications, and modifications to these examples based on the above description. Is clear. For example, other memory architectures (eg, dynamic RAM (DRAM)) can use the examples considered.

本明細書の実施例は、添付の特許請求の範囲の広い範囲に含まれるそのようなすべての置換、修正、及び変形を含むことを意図している。したがって、本明細書の実施例の精神及び原則の範囲内でなされたあらゆる省略、修正、同等の置換、改良などは、本明細書の特許範囲に含まれるべきである。 The examples herein are intended to include all such substitutions, modifications, and modifications that fall within the broad scope of the appended claims. Accordingly, any omissions, modifications, equivalent substitutions, improvements, etc. made within the spirit and principles of the examples herein should be included in the claims herein.


Figure 2021174496

Figure 2021174496

Claims (10)

軌跡予測方法であって、
予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングし、長期短期記憶LSTMネットワークに入力するステップと、
前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとするステップと、
中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドを前記候補セットから選択するステップと、
選択された確率値の最も高いグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とするステップと、を含み、
前記LSTMネットワークは、履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるものである、ことを特徴とする軌跡予測方法。
It is a trajectory prediction method,
A step of gridging and encoding sub-trajectories of a predetermined length among the predicted loci and inputting them to the long-term short-term memory RSTM network.
A step in which the grid corresponding to the first top_N probability values output from the LSTM network is used as a candidate set for the prediction result, and
A step of selecting a grid from the candidate set whose Euclidean distance from the center coordinates to the coordinates of the flag point of the sub locus is between the upper threshold and the lower threshold.
Including a step of using the center coordinates of the grid having the highest selected probability value as the trajectory prediction result of the sub-trajectory.
The LSTM network is a locus prediction method characterized in that it is obtained by pre-training based on historical locus data.
前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとする前記ステップの後、
中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドが前記候補セットに存在しない場合、前記サブ軌跡のフラグ点を含むグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とするステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の軌跡予測方法。
After the step, the grid corresponding to the first top_N probability values output from the LSTM network is set as a candidate set for the prediction result.
If there is no grid in the candidate set whose Euclidean distance from the center coordinates to the coordinates of the flag point of the sub locus is between the upper and lower thresholds, the center of the grid containing the flag point of the sub locus. The locus prediction method according to claim 1, further comprising a step in which the coordinates are used as the locus prediction result of the sub locus.
前記予測対象軌跡の長さがnであり、サブ軌跡の抽出間隔がstep=1であり、抽出したサブ軌跡の長さがkであり、抽出したサブ軌跡の数がn-kである、ことを特徴とする請求項1に記載の軌跡予測方法。 The feature is that the length of the prediction target locus is n, the extraction interval of the sub locus is step = 1, the length of the extracted sub locus is k, and the number of the extracted sub loci is nk. The locus prediction method according to claim 1. 前記n-k 個のサブ軌跡を前記LSTMネットワークで予測して、n-k個の予測軌跡座標を得た後、
得られたn-k個の予測軌跡座標からなるシーケンスをカルマンフィルタリングするステップと、
フィルタリングして得られた最適推定シーケンスを軌跡の最終予測結果とするステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項3に記載の軌跡予測方法。
After predicting the nk sub-trajectories with the LSTM network and obtaining nk predicted locus coordinates,
A step of Kalman filtering the sequence consisting of the obtained nk predicted trajectory coordinates,
The trajectory prediction method according to claim 3, further comprising a step of using the optimum estimation sequence obtained by filtering as the final prediction result of the trajectory.
予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングする前記ステップは、
トレーニングセット内の任意の2つの軌跡セグメントに対して、この2つの軌跡セグメントの時間、空間状態に基づいて、この2つの軌跡セグメントの間の時空間状態距離を算出するステップと、
算出した軌跡セグメントの間の時空間状態距離に基づいて、軌跡セグメントをクラスタリングするステップと、を含む、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の軌跡予測方法。
The step of gridging and encoding sub-trajectories of a predetermined length among the predicted loci is
For any two locus segments in the training set, a step of calculating the spatiotemporal state distance between the two locus segments based on the time and spatial states of the two locus segments.
The locus prediction method according to any one of claims 1 to 4, wherein the step of clustering the locus segments based on the calculated spatiotemporal state distance between the locus segments is included.
軌跡予測システムであって、
グリッドエンコーディングモジュールと、履歴軌跡データに基づいて事前トレーニングして得られるLSTMネットワークと、予測モジュールと、を備え、
前記グリッドエンコーディングモジュールは、予測対象軌跡のうち所定長さのサブ軌跡をグリッド化してエンコーディングした後に出力し、前記LSTMネットワークに入力し、
前記予測モジュールは、前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとし、中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドを前記候補セットから選択し、選択された確率値の最も高いグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とする、ことを特徴とする軌跡予測システム。
It is a trajectory prediction system
It is equipped with a grid encoding module, an LSTM network obtained by pre-training based on historical trajectory data, and a prediction module.
The grid encoding module grids and encodes sub-trajectories of a predetermined length among the predicted loci, outputs them, and inputs them to the LSTM network.
The prediction module uses a grid corresponding to the first top_N probability values output from the LSTM network as a candidate set for prediction results, and the upper limit is the Euclidean distance from the center coordinates to the coordinates of the flag points of the sub-trajectory. A locus prediction system characterized in that a grid between a value and a lower limit threshold value is selected from the candidate set, and the center coordinates of the grid having the highest selected probability value are used as the locus prediction result of the sub locus. ..
前記予測モジュールは、さらに、前記LSTMネットワークから出力された最初のtop_N個の確率値に対応するグリッドを予測結果の候補セットとするステップの後、中心座標から前記サブ軌跡のフラグ点の座標までのユークリッド距離が上限しきい値と下限しきい値の間にあるグリッドが前記候補セットに存在しない場合、前記サブ軌跡のフラグ点を含むグリッドの中心座標を前記サブ軌跡の軌跡予測結果とする、ことを特徴とする請求項6に記載の軌跡予測システム。 The prediction module further sets the grid corresponding to the first top_N probability values output from the RSTM network as a candidate set for the prediction result, and then moves from the center coordinates to the coordinates of the flag points of the sub locus. When the grid whose Euclidean distance is between the upper limit threshold value and the lower limit threshold value does not exist in the candidate set, the center coordinates of the grid including the flag point of the sub-trajectory are used as the locus prediction result of the sub-trajectory. 6. The trajectory prediction system according to claim 6. 前記予測対象軌跡の長さがnであり、サブ軌跡の抽出間隔がstep=1であり、抽出したサブ軌跡の長さがkであり、抽出したサブ軌跡の数がn-kであり、
前記予測モジュールは、さらに、前記n-k個のサブ軌跡を前記LSTMネットワークで予測して、n-k個の予測軌跡座標を得た後、得られたn-k個の予測軌跡座標からなるシーケンスをカルマンフィルタリングし、フィルタリングして得られた最適推定シーケンスを軌跡の最終予測結果とする、ことを特徴とする請求項6に記載の軌跡予測システム。
The length of the prediction target locus is n, the extraction interval of the sub locus is step = 1, the length of the extracted sub locus is k, and the number of extracted sub loci is nk.
The prediction module further predicts the nk sub-trajectories with the LSTM network, obtains nk predicted locus coordinates, and then performs Kalman filtering of the sequence consisting of the obtained nk predicted locus coordinates. The locus prediction system according to claim 6, wherein the optimum estimation sequence obtained by filtering is used as the final prediction result of the locus.
履歴軌跡データに基づいて前記LSTMネットワークをトレーニングするトレーニングモジュールをさらに備える、ことを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の軌跡予測システム。 The locus prediction system according to any one of claims 6 to 8, further comprising a training module for training the LSTM network based on historical locus data. 電子機器であって、
メモリ、プロセッサ、及び、メモリに記憶されプロセッサにおいて実行可能なコンピュータプログラムを備え、前記プロセッサは、前記プログラムを実行するときに請求項1〜5のいずれか1項に記載の軌跡予測方法を実現する電子機器。
It ’s an electronic device,
A memory, a processor, and a computer program stored in the memory and executed by the processor are provided, and the processor realizes the trajectory prediction method according to any one of claims 1 to 5 when executing the program. Electronics.
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