In recent years, graph neural networks (GNNs) combined with variants of recurrent neural networks (RNNs) have reached state-of-the-art performance in spatiotemporal forecasting tasks. This is particularly the case for traffic forecasting, where GNN models use the graph structure of road networks to account for spatial correlation between links and nodes. Recent solutions are either based on complex graph operations or avoiding predefined graphs. This paper proposes a new sequence-to-sequence architecture to extract the spatiotemporal correlation at multiple levels of abstraction using GNN-RNN cells with sparse architecture to decrease training time compared to more complex designs. Encoding the same input sequence through multiple encoders, with an incremental increase in encoder layers, enables the network to learn general and detailed information through multilevel abstraction. We further present a new benchmark dataset of street-level segment traffic data from Montreal, Canada. Unlike highways, urban road segments are cyclic and characterized by complicated spatial dependencies. Experimental results on the METR-LA benchmark highway and our MSLTD street-level segment datasets demonstrate that our model improves performance by more than 7% for one-hour prediction compared to the baseline methods while reducing computing resource requirements by more than half compared to other competing methods.


翻译:近年来,图形神经网络(GNN)与经常性神经网络(RNN)的变体相结合,已经达到在超时预报任务中最先进的水平,尤其是交通预报,GNN模型使用公路网络的图形结构来说明连接和节点之间的空间相关性。最近的解决办法要么基于复杂的图形操作,要么避免预设的图形。本文件建议建立一个新的序列到序列结构,以便在多个抽象层次上利用GNN-RNN细胞进行抽取,其结构稀少,比更复杂的设计减少培训时间。GNNN-RNN细胞通过多个编码器对相同的输入序列进行编译,并逐步增加编码器的层,使网络能够通过多层次的抽象化来了解一般和详细的信息。我们进一步展示了来自加拿大蒙特利尔的街道段交通数据的新基准数据集。与高速公路不同,城市路段是循环的,具有复杂的空间依赖性特征。METTR-LNNN细胞基准高速公路的实验结果和我们的MSLTD街道段段的实验结果,通过多个编码器来编成不同的模型,比其他基准路段的预测方法改进业绩,而比其他基准时间要求的半数则通过比比标准的计算方法改进。

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