研究背景

人类移动与交通、传染病、安全等密切相关,使得轨迹分析与建模成为持续的研究热点。目前,学界与业界已发展了大量以机器学习/深度学习为主流的轨迹专门模型,如轨迹插值模型、轨迹预测模型、轨迹分类模型等。

然而,这些模型大多针对专门任务设计、基于局部区域数据训练,难以泛化应用于其他任务、其他区域乃至其他类型的轨迹。随着生成式人工智能发展,构建轨迹基础模型,使其学习到大规模轨迹数据的通用特征,以适用于不同区域与多种下游任务,成为轨迹建模的迫切需求。

研究意义

交通优化

分析车辆移动轨迹,识别交通拥堵关键节点,进行交通优化控制

疾病防控

融合大规模个体移动过程构建传染病传播模型,实现精细化模拟与预测

公共安全

应用于公安寻人、城市规划等公共安全和管理领域

技术演进路径

传统方法阶段

基于简单直观的数学模型和统计方法,如欧式距离、动态时间规整等

机器学习阶段

采用支持向量机、随机森林等传统机器学习算法,需要人工特征工程

深度学习阶段

利用RNN、LSTM、Transformer等深度神经网络,自动学习特征表示

基础模型阶段

构建通用的预训练模型,具备任务泛化、空间泛化和数据泛化能力

研究框架

轨迹专门模型与轨迹基础模型研究框架

图1 轨迹专门模型与轨迹基础模型研究框架

面向常规任务的轨迹基础模型

遵循"预训练-适配"范式,将给定轨迹转换为通用表征向量,再进一步适配轨迹相似性计算、插值、预测、分类等下游任务。

面向生成任务的轨迹基础模型

旨在通过模型"从无到有"为任意目标城市生成大规模合成轨迹数据集,强调其在轨迹生成任务上的空间泛化能力。

轨迹专门模型

轨迹相似性计算

基于测度的方法和基于学习的方法,通过进行轨迹点对匹配计算轨迹相似性。

轨迹插值

通过插值等手段,将稀疏或缺失轨迹尽量还原至与真实轨迹一致。

轨迹预测

给定轨迹的前序轨迹点,预测其下一个或若干个轨迹点。

轨迹分类

对轨迹进行分类,包括移动个体类型、交通方式、轨迹-用户关联等。

轨迹生成

生成在统计特性上与真实数据高度一致、可替代真实数据的合成轨迹。

轨迹基础模型对比分析

面向常规任务的轨迹基础模型

模型 时间 数据类型 任务泛化 空间泛化 数据泛化
Trembr 2020 车辆轨迹
Toast 2021 车辆轨迹
LTM 2023 签到轨迹
TrajFM 2024 车辆轨迹
UniTraj 2024 车辆轨迹

面向生成任务的轨迹基础模型

研究 时间 数据类型 "基础"之处 空间泛化
Mizuno等 2022 手机定位轨迹 空间范围大:日本,模型大:GPT-2
Horikomi等 2023 手机定位轨迹 空间范围大:日本,模型大:GPT-2
Zhu等 2024 车辆轨迹 可给定路径作为条件,跨城市应用
Wang等 2025 车辆轨迹 跨城市实现目标城市的轨迹生成

面临挑战

常规任务基础模型挑战

  • 大范围轨迹数据难以获取
  • 地理异质性导致空间泛化困难
  • 数据噪声、缺失等问题影响模型鲁棒性

生成任务基础模型挑战

  • "从无到有"生成轨迹极具挑战
  • 不同城市特征差异难以把握
  • 空间泛化能力亟待突破

未来展望

常规任务模型发展方向

  • 多样化轨迹训练集构建
  • 通用高效的位置表征方法
  • 针对性预训练方法设计

生成任务模型发展方向

  • 突破空间泛化难题
  • 基于城市宏观数据生成轨迹
  • 机理-数据双驱动模型

多模态基础模型

  • 文本-轨迹多模态模型
  • 地图-轨迹联合建模
  • 多地理空间数据融合

应用导向模型

  • 交通规划与管理
  • 传染病模拟与控制
  • 公安寻人等安全应用

核心观点

面向常规任务的轨迹基础模型除了具备任务泛化能力,还应进一步强化其空间泛化与数据泛化能力。

面向生成任务的轨迹基础模型需攻克空间泛化难题,能够基于易获取的目标城市宏观数据或特征,"从无到有"生成城市级大规模轨迹数据。

将轨迹数据与其他类型数据联合构建多模态地理基础模型,以及构建面向业务场景的轨迹基础模型,是未来值得探讨的研究方向。

结论

本研究系统综述了从轨迹专门模型到轨迹基础模型的研究进展。各类轨迹专门模型大多针对特定任务、局部地区和单一数据,遵循"简单直观模型-常规机器学习-深度神经网络"的发展脉络,发展相对充分。

近年来逐渐提出一些强调通用性和泛化能力的轨迹基础模型研究,但仍然存在挑战:面向常规任务的轨迹基础模型需要进一步强化空间泛化与数据泛化能力;面向生成任务的轨迹基础模型需要攻克空间泛化难题,实现"从无到有"的大规模轨迹生成。

未来研究应着重于多样化轨迹训练集构建、通用位置表征方法、机理-数据双驱动模型,以及多模态地理基础模型和应用导向轨迹基础模型的发展。

以上内容由AI自动生成,内容仅供参考。对于因使用本网站以上内容产生的相关后果,本网站不承担任何商业和法律责任。