Traffic time series imputation is crucial for the safety and reliability of intelligent transportation systems, while diverse types of missing data, including random, fiber, and block missing make the imputation task challenging. Existing models often focus on disentangling and separately modeling spatial and temporal patterns based on relationships between data points. However, these approaches struggle to adapt to the random missing positions, and fail to learn long-term and large-scale dependencies, which are essential in extensive missing conditions. In this paper, patterns are categorized into two types to handle various missing data conditions: primary patterns, which originate from internal relationships between data points, and auxiliary patterns, influenced by external factors like timestamps and node attributes. Accordingly, we propose the Primary-Auxiliary Spatio-Temporal network (PAST). It comprises a graph-integrated module (GIM) and a cross-gated module (CGM). GIM captures primary patterns via dynamic graphs with interval-aware dropout and multi-order convolutions, and CGM extracts auxiliary patterns through bidirectional gating on embedded external features. The two modules interact via shared hidden vectors and are trained under an ensemble self-supervised framework. Experiments on three datasets under 27 missing data conditions demonstrate that the imputation accuracy of PAST outperforms seven state-of-the-art baselines by up to 26.2% in RMSE and 31.6% in MAE.


翻译:交通时间序列插补对于智能交通系统的安全性与可靠性至关重要,而随机缺失、纤维缺失和块缺失等多种缺失数据类型使得插补任务极具挑战性。现有模型通常侧重于基于数据点间的关系解耦并分别建模空间与时间模式。然而,这些方法难以适应随机缺失位置,且无法学习长期与大规模依赖关系——这在广泛缺失条件下至关重要。本文为处理各类缺失数据条件,将模式划分为两类:源于数据点间内部关系的主模式,以及受时间戳、节点属性等外部因素影响的辅模式。据此,我们提出主-辅时空网络(PAST)。该网络包含图集成模块(GIM)与交叉门控模块(CGM):GIM通过具有区间感知丢弃机制和多阶卷积的动态图捕获主模式,CGM则通过对嵌入外部特征的双向门控提取辅模式。两模块通过共享隐向量进行交互,并在集成自监督框架下训练。在27种缺失数据条件下对三个数据集的实验表明,PAST的插补精度在RMSE和MAE指标上分别最高超越七个先进基线模型26.2%和31.6%。

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