基于跨尺度交互注意力与动态图注意力卷积的交通流预测
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国家自然科学基金(52442218)


Traffic Flow Prediction Based on Cross-scale Interactive Attention and Dynamic Graph Attention Convolution
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    摘要:

    准确的交通流预测是保障智能交通系统安全运行与高效调度的关键. 尽管相关研究已取得显著进展, 但由于交通网络复杂的时空关联特性以及交通数据本身的非线性分布, 当前预测模型仍面临以下挑战: 时空动态建模精度不足、时间依赖与空间异质性难以协同表征、时空特征融合有待深化. 针对上述问题, 本文提出一种基于跨尺度交互注意力与动态图注意力卷积的交通流预测模型——DSAGACN. 在时间维度上, 设计跨尺度交互注意力机制, 通过多尺度局部上下文感知与动态交互, 构建“点-趋势-全局”的多层次时间感受野, 从而有效捕捉交通流动态变化; 在空间维度上, 引入动态图注意力卷积模块并结合空间位置嵌入, 利用注意力机制自适应捕捉空间相关性并表征异质性; 在特征融合层面, 提出一种高效融合机制, 以增强时空特征的联合表达并降低计算复杂度. 基于两个真实交通流数据集的实验结果表明, DSAGACN能充分提取并融合交通数据的时空特征, 在预测精度上优于现有的主流模型.

    Abstract:

    Accurate traffic flow prediction is crucial for ensuring the safe operation and efficient scheduling of intelligent transportation systems. Despite significant progress, current prediction models still face challenges due to the complex spatio-temporal correlations in traffic networks and the nonlinear nature of traffic data. These challenges include insufficient accuracy in spatio-temporal dynamic modeling, difficulties in jointly representing temporal dependencies and spatial heterogeneity, and the need for deeper integration of spatio-temporal features. To address these issues, this study proposes a traffic flow prediction model, termed as DSAGACN, based on cross-scale interactive attention and dynamic graph attention convolutions. In the temporal dimension, a cross-scale interactive attention mechanism is designed. Through multi-scale local context awareness and dynamic interactions, a multi-level temporal receptive field spanning “point, trend, and global” scales is developed, thus effectively capturing dynamic traffic flow variations. In the spatial dimension, a dynamic graph attention convolution module is introduced and combined with spatial positional embedding. Attention mechanisms are leveraged to adaptively capture spatial correlations and represent heterogeneity. At the feature fusion level, an efficient fusion mechanism is proposed to enhance the joint representation of spatio-temporal features while reducing computational complexity. Experimental results on two real-world traffic datasets show that DSAGACN effectively extracts and integrates spatiotemporal features from traffic data, achieving higher prediction accuracy than existing mainstream models.

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引用本文

许志强,平鹏,徐扬.基于跨尺度交互注意力与动态图注意力卷积的交通流预测.计算机系统应用,,():1-11

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  • 收稿日期:2026-02-04
  • 最后修改日期:2026-02-27
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  • 在线发布日期: 2026-08-21
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