The efficiency and reliability of real-time incident detection models directly impact the affected corridors' traffic safety and operational conditions. The recent emergence of cloud-based quantum computing infrastructure and innovations in noisy intermediate-scale quantum devices have revealed a new era of quantum-enhanced algorithms that can be leveraged to improve real-time incident detection accuracy. In this research, a hybrid machine learning model, which includes classical and quantum machine learning (ML) models, is developed to identify incidents using the connected vehicle (CV) data. The incident detection performance of the hybrid model is evaluated against baseline classical ML models. The framework is evaluated using data from a microsimulation tool for different incident scenarios. The results indicate that a hybrid neural network containing a 4-qubit quantum layer outperforms all other baseline models when there is a lack of training data. We have created three datasets; DS-1 with sufficient training data, and DS-2 and DS-3 with insufficient training data. The hybrid model achieves a recall of 98.9%, 98.3%, and 96.6% for DS-1, DS-2, and DS-3, respectively. For DS-2 and DS-3, the average improvement in F2-score (measures model's performance to correctly identify incidents) achieved by the hybrid model is 1.9% and 7.8%, respectively, compared to the classical models. It shows that with insufficient data, which may be common for CVs, the hybrid ML model will perform better than the classical models. With the continuing improvements of quantum computing infrastructure, the quantum ML models could be a promising alternative for CV-related applications when the available data is insufficient.


翻译:实时事故检测模型的效率和可靠性直接影响到受影响的走廊交通安全和运行条件。最近出现了基于云的量子计算基础设施以及噪音中度量子装置的创新,这揭示了量子强化算法的新时代,可以利用这些算法来提高实时事故检测准确性。在这项研究中,开发了一个混合机器学习模型,其中包括古典和量子机器学习模型(ML)模型,以使用相关车辆(CV)数据来识别事件。根据典型的经典ML模型对混合模型的事故检测性能进行了评估。对框架的评估使用了不同事件情景微模模拟工具的数据。结果显示,在缺乏培训数据的情况下,包含4平方位量子量子结构的混合神经网络比所有其他基线模型都大。我们创建了三个数据集;DS-1,包含足够的培训数据,DS-2和DS-3,以及培训数据不足的DS-2和DS-3,混合模型可以回顾98.9%、98.3%和96.6%的频率改进率模型,DS-1、DS-2和DS-3的改进值模型,分别用不甚高的模型比标准数据。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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