[发明专利]基于混合智能遗传粒子群的优化极限学习机轨迹预测方法

摘要

本发明公开了一种基于混合智能遗传粒子群的优化极限学习机轨迹预测方法。传统的神经网络算法存在训练时间较长、容易陷入局部最优解、参数选择敏感等缺点，而极限学习机（ELM）神经网络具有训练速度快、泛化能力强等优点，故选择ELM神经网络做预测。由于传统的ELM存在小数据集泛化性能较差的问题，优化极限学习机（OELM）克服了该缺点，但由于受到输入权值和隐藏层节点阈值随机赋值的影响，在预测过程中往往无法达到最优结果。故采用混合智能遗传粒子群算法（HGPSO）动态寻优找出OELM模型最佳的参数组，针对模型建立的随机性进行改进，使它只需要较少的隐藏层神经元数目就能达到较好的预测性能，提高了网络的泛化性。

主权项

1.基于混合智能遗传粒子群的优化极限学习机轨迹预测方法，该方法具体包括以下步骤：步骤一：数据清洗，包括删除无效数据和重复数据；对无效数据的处理是在每个GPS定位数据输入之前，先将跟踪匹配区域的经度和纬度范围作为条件添加到输入的判断条件，如果输入的GPS定位数据不符合该条件，那么删除该无效数据进行下一个数据的输入判断；重复数据对应着超标排放车辆的状态为驻车，定位数据超过一段时间不发生变化，则删除该重复数据；步骤二：初始化输入清洗后的数据，并随机产生多组OELM隐藏层参数；然后对于随机生成的M组隐藏层参数利用混合智能遗传粒子群算法进行寻优；最后将得到的一组最优参数作为OELM的隐藏层参数代入网络进行训练，从而增强网络的稳定性与预测精度，采用训练后的网络进行车辆轨迹的预测，具体是：混合智能遗传粒子群算法实现步骤：Step1.初始化算法中的相关参数，包括惯性权重、学习因子、选择概率；Step2.初始化种群，根据初始搜索区间，随机初始化粒子位置和速度；Step3.计算粒子的适应度函数，来确定最优粒子的个体极值和全局极值；Step4.增加粒子迭代次数，并判别进化次数是偶数还是奇数，偶数代时，粒子用遗传算子GA进行位置和速度更新，奇数代时用PSO算子进行粒子的速度和位置的更新；Step5.根据粒子在搜索最优解过程中的聚集程度，如果粒子聚集程度超过阈值，就对一定数量的粒子采用变异处理；Step6.再次判别适应度值，确定粒子的个体极值和全局极值；Step7.判断迭代次数是否满足要求，不满足转向Step4；Step8.输出最优粒子的全局最优位置和最优解；另外混合智能遗传粒子群算法优化OELM神经网络是对初始权阈值的优化，分为以下几个步骤：a：确定神经网络拓扑，随机产生初始值和偏置，得到初始种群2P；b：对权值和偏置进行解码并赋给ELM神经网络，训练和测试误差，计算适应度；c：根据适应度选择优秀的前P个个体，组成新的种群，为遗传算子GA和PSO位置更新作好准备；d：将P个个体分别进行遗传操作和PSO位置、速度更新，并合并成种群2P；e：若满足迭代次数要求，则结束操作；若不满足，则返回b；步骤三：训练结束，模型参数确定，将上步中所得到的最优的隐藏层参数带入OELM神经网络中，将超标排放车辆的轨迹数据输入该模型中，输出车辆的单步预测轨迹以及未来一分钟的轨迹预测。