计算机应用

作者：李博录, 吴利, 王晓英, 黄建强, 曹腾飞

单位：青海大学 计算机技术与应用系，西宁 810016

关键词：风速预测,动态注意力网络,图卷积,注意力机制

基金：国家自然科学基金资助项目(62162053);清华大学—宁夏银川水联网数字治水联合研究院横向课题(SKL?IOW?2020TC2004?01);青海省科技厅应用基础研究项目(2022?ZJ?701)

时空序列预测任务在交通、气象、智慧城市等领域有着广泛应用。站点风速预测作为气象预测中的主要任务之一，需要结合降水、气温等外部因素，学习不同数据的时空特征。气象站点的不规则分布和风本身的固有间歇性成为实现高精度风速预测的挑战。为考虑多站点空间分布对风速的影响以获得准确可靠的预测结果，提出一种基于图的动态转换注意力网络（Graph-DSAN）风速预测模型。首先，利用不同站点之间的距离重新构建它们的连接；其次，使用局部采样的过程建模不同采样大小的邻接矩阵，实现图卷积过程中邻居节点信息的聚合与传递；接着，将时空位置编码（STPE）处理后的图卷积结果加入动态注意力编码器（DAE）和转换注意力解码器（SAD）以实现动态注意力计算，从而提取时空相关性；最后，利用自回归的方式形成多步预测。在纽约州15个站点的风速预测实验中，将所设计模型与ConvLSTM、图多注意力网络（GMAN）、时空图卷积网络（STGCN）、动态转换注意力网络（DSAN）和时空动态网络（STDN）进行比较，Graph-DSAN的12 h预测均方根误差（RMSE）分别降低了28.2%、6.9%、27.7%、14.4%和8.9%，验证了Graph-DSAN风速预测的准确性。

来源：2023年第11期

《计算机应用》期刊编辑部

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