基于混合机器学习框架的网约车订单需求预测与异常点识别

作者：李之红^*; 申天宇; 文琰杰; 许旺土

来源：交通信息与安全, 2023, 41(03): 157-174.

• 智能交通
• 订单需求预测
• 混合机器学习框架
• 异常点识别
• 网约车

城市网约车订单需求体现了居民出行活力，同时表征了出行规律和内在特征。如何从复杂动态的时变数据中准确地识别异常点并进行调度优化，是优化网约车平台运力的关键环节。建立了网约车订单需求数据的时间序列图，并分析了订单需求的动态特性，提出1种基于混合机器学习框架的网约车订单需求预测模型（ARIMA-BPNN-DSR, ABD）。混合模型由差分整合移动平均自回归模型（auto regressive integrated moving average model,ARIMA）和反向传播神经网络（back propagation neural network,BPNN）通过动态选择回归算法（dynamic selection of regression,DSR）融合而成。混合模型汲取了统计方法的鲁棒性和机器学习方法的高效性，并考虑各个独立基线模型在数据局部空间上的性能表现。以2019年和2020年（疫情影响下）厦门市滴滴网约车平台订单数据作为试验基准并进行对比分析，结果表明：(1)与多个基线模型相比，ABD模型实现了最优的预测性能，同时在面向疫情外部因素影响下同样表现出优异的性能；(2)消融实验表明，在常规序列中，BPNN对融合模型的预测性能增益更高。混合模型相比较单独的ARIMA和BPNN模型，在预测性能指标上，平均绝对误差（mean absolute error,MAE）分别提高22.77%和13.50%，均方百分比误差（mean absolute percentage error,MAPE指标分别提高21.71%和12.37%。另外，在受到2020年的外部干扰下，ARIMA提供的稳定性至关重要；(3)预测结果与观测值之间的残差结合3-sigma异常检测准则实现订单数据中的需求突增异常点自动识别，以此提高交通管理效率。该结果说明，提出的ABD模型具有良好的预测精度和鲁棒性。

• 单位
  北京建筑大学; 中南大学; 土木工程学院