A recent development in machine learning - physics-informed deep learning (PIDL) - presents unique advantages in transportation applications such as traffic state estimation. Consolidating the benefits of deep learning (DL) and the governing physical equations, it shows the potential to complement traditional sensing methods in obtaining traffic states. In this paper, we first explain the conservation law from the traffic flow theory as ``physics'', then present the architecture of a PIDL neural network and demonstrate its effectiveness in learning traffic conditions of unobserved areas. In addition, we also exhibit the data collection scenario using fog computing infrastructure. A case study on estimating the vehicle velocity is presented and the result shows that PIDL surpasses the performance of a regular DL neural network with the same learning architecture, in terms of convergence time and reconstruction accuracy. The encouraging results showcase the broad potential of PIDL for real-time applications in transportation with a low amount of training data.


翻译:最近机器学习的发展----物理知情深层学习(PIDL)----为交通状况估计等交通应用提供了独特的优势。巩固了深层学习(DL)和物理方程式的好处,显示了在获取交通状态方面补充传统遥感方法的潜力。在本文中,我们首先将交通流量理论中的保护法解释为“物理”,然后提出PIDL神经网络的架构,并展示其在学习交通条件方面的有效性。此外,我们还展示了利用雾计算基础设施收集数据的设想。介绍了关于车辆速度估算的案例研究,结果显示PIDL在时间趋同和重建准确性方面超过了与同一学习结构的常规DL神经网络的性能。令人鼓舞的结果展示了PIDL在交通中实时应用的广泛潜力,培训数据数量较少。</s>

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