For bike sharing systems, demand prediction is crucial to ensure the timely re-balancing of available bikes according to predicted demand. Existing methods for bike sharing demand prediction are mostly based on its own historical demand variation, essentially regarding it as a closed system and neglecting the interaction between different transportation modes. This is particularly important for bike sharing because it is often used to complement travel through other modes (e.g., public transit). Despite some recent progress, no existing method is capable of leveraging spatiotemporal information from multiple modes and explicitly considers the distribution discrepancy between them, which can easily lead to negative transfer. To address these challenges, this study proposes a domain-adversarial multi-relational graph neural network (DA-MRGNN) for bike sharing demand prediction with multimodal historical data as input. A temporal adversarial adaptation network is introduced to extract shareable features from demand patterns of different modes. To capture correlations between spatial units across modes, we adapt a multi-relational graph neural network (MRGNN) considering both cross-mode similarity and difference. In addition, an explainable GNN technique is developed to understand how our proposed model makes predictions. Extensive experiments are conducted using real-world bike sharing, subway and ride-hailing data from New York City. The results demonstrate the superior performance of our proposed approach compared to existing methods and the effectiveness of different model components.


翻译:就自行车共享系统而言,需求预测对于确保根据预测的需求及时重新平衡现有自行车的需求预测至关重要。现有的自行车共享需求预测方法主要基于其自身的历史需求差异,基本上认为它是一个封闭系统,忽视了不同运输模式之间的互动。这对于自行车共享尤为重要,因为它常常被用来补充通过其他模式(如公共交通)进行的旅行。尽管最近取得了一些进展,但没有任何现有方法能够利用多种模式的多层时空信息,并明确考虑它们之间的分布差异,这很容易导致负转移。此外,为了应对这些挑战,本研究建议建立一个域对称多关系图神经网络(DA-MRGNN),用于以多模式的历史数据作为投入,共享需求预测。一个时对称适应网络用于从不同模式的需求模式(如公共交通)中提取可分享的特征。尽管最近取得了一些进展,但我们在考虑跨模式和差异的同时,调整了一个多层关系图形神经网络(MRGNNN)模型(MRGNNN)模型(MGN)模型,以理解我们的拟议模型中不同部分如何通过汽车进行高端性业绩预测,并演示了目前使用不同的地铁路段数据。

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