Traffic forecasting plays a crucial role in intelligent transportation systems. The spatial-temporal complexities in transportation networks make the problem especially challenging. The recently suggested deep learning models share basic elements such as graph convolution, graph attention, recurrent units, and/or attention mechanism. In this study, we designed an in-depth comparative study for four deep neural network models utilizing different basic elements. For base models, one RNN-based model and one attention-based model were chosen from previous literature. Then, the spatial feature extraction layers in the models were substituted with graph convolution and graph attention. To analyze the performance of each element in various environments, we conducted experiments on four real-world datasets - highway speed, highway flow, urban speed from a homogeneous road link network, and urban speed from a heterogeneous road link network. The results demonstrate that the RNN-based model and the attention-based model show a similar level of performance for short-term prediction, and the attention-based model outperforms the RNN in longer-term predictions. The choice of graph convolution and graph attention makes a larger difference in the RNN-based models. Also, our modified version of GMAN shows comparable performance with the original with less memory consumption.


翻译:交通流量预测在智能运输系统中起着关键作用。交通网络的空间时空复杂性使问题特别具有挑战性。最近建议的深层次学习模型分享了基本元素,如图变、图引、经常性单元和/或关注机制。在本研究中,我们设计了利用不同基本要素的四种深神经网络模型的深入比较研究。对于基础模型,从以前的文献中选择了一个基于RNN的模型和一个基于关注的模型。然后,模型中的空间特征提取层被用图变和图形关注取代。为了分析不同环境中每个元素的性能,我们进行了四个真实世界数据集的实验:高速公路速度、高速公路流量、统一道路连接网络的城市速度和不同道路连接网络的城市速度。结果显示,基于RNNN和基于关注的模型显示了类似短期预测的性能水平,而基于关注的模型在长期预测中比RNNN的要差。选择了图形变换和图形关注度,在基于RNNN的模型中产生了更大的差异。此外,我们经过修改的GMAN的原始记忆与原始消费相比。

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