基于时空索引动态图的车辆轨迹预测模型

摘要

轨迹预测面临着融合多源异构时空数据和捕捉个体移动模式等诸多挑战，现有方法大多采用概率、图论或深度学习技术，存在计算复杂度高、泛化能力差或对多源数据融合的适应性不足等问题。为了解决上述问题，提出基于时空索引动态图的车辆轨迹预测模型(spatio-temporal index dynamic graph-long short term memory, STIG-LSTM),利用时空索引构建交通场景动态图，结合LSTM编解码器、空间网络卷积层与重要性重采样粒子滤波策略，增强空间信息的提取与查询能力。使用高速公路行车真实数据集设计对比实验与消融实验，在车辆保持与换道2种典型轨迹预测场景下进行可视化分析。实验结果表明，STIG-LSTM在短期预测与长期预测均表现出良好的准确性与稳定性，平均均方误差RMSE为1.95,轨迹预测准确率最高达到98.12%。

关键词

时空索引 / 动态图 / 轨迹预测 / LSTM / 粒子滤波

基金资助

国家自然科学基金项目(62272066); 四川省科技计划项目(2023YFG0027,2025ZNSFSC0044,2025YFHZ0194); 成都市区域科技创新合作项目(2025-YF11-00050-HZ,2023-YF11-00020-HZ); 成都市技术创新研发项目(2024-YF05-01217-SN); 网络空间安全教育部重点实验室及河南省网络空间态势感知重点实验室开放基金课题(KLCS20240106); 网络空间大数据智能安全教育部重点实验室开放基金项目(CBDIS202404)