شماره مدرك
21050
شماره راهنما
18057
پديد آورنده
فاضلي، حامد
عنوان
پيشبيني وقوع و شدت تصادفات ترافيكي در زمان واقعي: چارچوب چندوظيفهاي نوين مبتني بر يادگيري عميق GRAPH–LSTM با مكانيزم توجه و يادگيري برخط
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
برنامهريزي حملونقل
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
يازده، 104ص.:مصور، جدول
توصيفگر ها
پيشبيني تصادف , شبكه عصبي گرافي , يادگيري آنلاين , عدم تعادل كلاس
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/28
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي عمران
دانشكده
مهندسي حمل و نقل
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/28
كد ايرانداك
23155488
چكيده فارسي
پيشبيني وقوع و شدت تصادفات جادهاي در زمان واقعي (Real-Time) يكي از چالشهاي كليدي در حوزه ايمني ترافيك است كه به دليل ماهيت نادر و نامتوازن رخدادها، وابستگيهاي مكاني-زماني پيچيده و حساسيت عملياتي بالاي هشدارها، نيازمند بهرهگيري از روشهاي پيشرفته يادگيري ماشين و تحليل دادههاي ساختاري است. در اين پژوهش، يك چارچوب تركيبي نوآورانه ارائه شده است كه مدلسازي ساختار گرافي شبكه جادهاي را با تحليل تواليهاي زماني و سازوكار توجه (Attention) در قالب يك مدل يادگيري آنلاين يكپارچه ميسازد.در اين چارچوب، بخش يادگيري آنلاين بهگونهاي طراحي شده است كه مدل بتواند پس از هر بهروزرساني دادههاي ترافيكي، بدون نياز به بازآموزي كامل، پارامترهاي خود را بهصورت پويا تنظيم نمايد. بدينترتيب، سامانه توانايي انطباق با تغييرات شرايط ترافيكي را پيدا ميكند و همواره عملكرد پيشبيني خود را در سطحي بهروز و دقيق حفظ مينمايد. در مدل پيشنهادي، شبكه جاده به صورت گرافي متشكل از 244گره و 1376 يال مدلسازي شد. ويژگيهاي توپولوژيك توسط شبكه عصبي گراف (GCN) و وابستگيهاي زماني توسط شبكه LSTM استخراج گرديد؛ همچنين مكانيزم Attention براي وزندهي تطبيقي به فريمهاي زماني بحرانيِ پيش از تصادف بهكار رفت. جهت مقابله با چالش عدمتعادل شديد كلاسها، تابع زيان متمركز وزندار (Weighted Focal Loss) اعمال شد و سازوكار يادگيري آنلاين با بهرهگيري از بافر بازپخش (10000نمونه) و ضريب فراموشي0٫95 پيادهسازي گرديد. ارزيابيهاي جامع و مقايسه مدل پيشنهادي با مدل پايه (آفلاين بدون مكانيزم توجه) نشاندهنده دستاوردهاي چشمگيري در دو وظيفه اصلي بود. در وظيفه «پيشبيني وقوع»، بهكارگيري يادگيري پيوسته منجر به پالايش مرزهاي تصميمگيري شد؛ بهطوريكه ضمن حفظ و بهبود توانايي شناسايي رخدادها، هشدارهاي مثبت كاذب (False Positives) با كاهشي محسوس (نزديك به25درصد) از 46809 به 35250 مورد تقليل يافت و شاخص Specificity از 82 درصد به 87 درصد و همچنين شاخصRecall از 30 درصد به34 درصد و ROC-AUC از مقدار0٫61 به مقدار 0٫65 ارتقا پيدا كرد. در وظيفه پيشبيني شدت تصادف مدل پايه به دليل سوگيري به سمت كلاس اكثريت عملاً در تشخيص تصادفات شديد ناكارآمد بود (با حساسيت معادل0٫15)، مدل تركيبي پيشنهادي موفق شد اين سوگيري را در هم شكسته و شاخص حياتي حساسيت (Recall) را به 0٫66 ارتقا دهد.
چكيده انگليسي
Real-time prediction of road traffic accident occurrence and severity remains a paramount challenge in the domain of traffic safety. Driven by the inherent rarity and severe imbalance of such events, alongside intricate spatiotemporal dependencies and the high operational sensitivity required for timely alerts, addressing this challenge necessitates the deployment of advanced machine learning techniques and structural data analysis. This research introduces an innovative hybrid framework that seamlessly integrates graph-based modeling of road network topology with temporal sequence analysis and an Attention mechanism, all unified within an online learning paradigm. Within this framework, the online learning module is engineered to dynamically adjust model parameters following each influx of new traffic data, circumventing the computationally expensive need for complete retraining. Consequently, the system acquires the capability to continuously adapt to evolving traffic conditions, thereby maintaining its predictive accuracy at an optimal and up-to-date level. In the proposed architecture, the road network was modeled as a spatial graph comprising 244 nodes and 1,376 edges. Topological features were extracted utilizing a Graph Convolutional Network (GCN), while temporal dependencies were captured via Long Short-Term Memory (LSTM) networks. Furthermore, an Attention mechanism was employed to assign adaptive weights to critical temporal frames immediately preceding an accident. To counteract the challenge of severe class imbalance, a Weighted Focal Loss function was implemented. Simultaneously, the continuous online learning mechanism was realized utilizing a replay buffer of 10,000 samples coupled with a forgetting factor of 0.95. Comprehensive evaluations and comparative analyses against a baseline model (an offline architecture lacking the attention mechanism) demonstrated substantial performance gains across both primary predictive tasks. In the Accident Occurrence Prediction task, the integration of continuous learning facilitated the refinement of decision boundaries. Notably, while maintaining and enhancing the system’s event detection capabilities, false positives were significantly reduced by approximately 25 percent (decreasing from 46,809 to 35,250 instances). Concurrently, the specificity metric improved from 82 percent to 87 percent, recall increased from 30 percent to 34 percent, and the ROC-AUC score improved from 0.61 to 0.65. Regarding the Accident Severity Prediction task, the baseline model proved virtually ineffective at identifying severe collisions due to its inherent bias towards the majority class (yielding a recall of merely 0.15). In contrast, the proposed hybrid model successfully mitigated this bias, elevating the critical recall metric to 0.66.
استاد راهنما
احمدرضا طالبيان
استاد داور
محمدمهدي بشارتي , سينا صاحبي