Road network digital twins (RNDTs) play a critical role in the development of next-generation intelligent transportation systems, enabling more precise traffic planning and control. To support just-in-time (JIT) decision making, RNDTs require a model that dynamically learns the traffic patterns from online sensor data and generates high-fidelity simulation results. Although current traffic prediction techniques based on graph neural networks have achieved state-of-the-art performance, these techniques only predict future traffic by mining correlations in historical traffic data, disregarding the causes of traffic generation, such as Origin-Destination (OD) demands and route selection. Therefore, their performance is unreliable for JIT decision making. To fill this gap, we introduce a novel deep learning framework called TraffNet that learns the causality of traffic volumes from vehicle trajectory data. First, we use a heterogeneous graph to represent the road network, allowing the model to incorporate causal features of traffic volumes. Next, inspired by the traffic domain knowledge, we propose a traffic causality learning method to learn an embedding vector that encodes OD demands and path-level dependencies for each road segment. Then, we model temporal dependencies to match the underlying process of traffic generation. Finally, the experiments verify the utility of TraffNet. The code of TraffNet is available at https://github.com/mayunyi-1999/TraffNet_code.git.


翻译:【摘要】道路网络数字孪生(RNDTs)在下一代智能交通系统的开发中扮演着至关重要的角色,能够实现更精确的交通规划和控制。为了支持及时决策,RNDTs需要一个从在线传感器数据动态学习交通模式并生成高保真仿真结果的模型。目前基于图神经网络的交通预测技术已经达到了最先进的性能,但这些技术仅通过挖掘历史交通数据中的相关性来预测未来的交通,而忽略了交通生成的原因,如起点-终点(OD)需求和路径选择。因此,它们对于及时决策的性能不可靠。为了填补这一空白,我们引入了一种名为TraffNet的新型深度学习框架,用于从车辆轨迹数据中学习交通量的因果关系。首先,我们使用异构图来表示道路网络,使模型能够包括交通量的因果特征。接下来,受交通领域知识的启发,我们提出了一种交通因果关系学习方法,用于学习编码每个路段的OD需求和路径级依赖关系的嵌入向量。然后,我们建立时间依赖关系,以匹配交通生成的底层过程。最后,实验验证了TraffNet的实用性。TraffNet的代码可在https://github.com/mayunyi-1999/TraffNet_code.git中获取。

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