Missing data is an inevitable and ubiquitous problem for traffic data collection in intelligent transportation systems. Despite extensive research regarding traffic data imputation, there still exist two limitations to be addressed: first, existing approaches fail to capture the complex spatiotemporal dependencies in traffic data, especially the dynamic spatial dependencies evolving with time; second, prior studies mainly focus on randomly missing patterns while other more complex missing scenarios are less discussed. To fill these research gaps, we propose a novel deep learning framework called Dynamic Spatiotemporal Graph Convolutional Neural Networks (DSTGCN) to impute missing traffic data. The model combines the recurrent architecture with graph-based convolutions to model the spatiotemporal dependencies. Moreover, we introduce a graph structure estimation technique to model the dynamic spatial dependencies from real-time traffic information and road network structure. Extensive experiments based on two public traffic speed datasets are conducted to compare our proposed model with state-of-the-art deep learning approaches in four types of missing patterns. The results show that our proposed model outperforms existing deep learning models in all kinds of missing scenarios and the graph structure estimation technique contributes to the model performance. We further compare our proposed model with a tensor factorization model and find distinct behaviors across different model families under different training schemes and data availability.


翻译:缺少的数据是智能运输系统收集交通数据的一个不可避免的、普遍存在的问题。尽管对交通数据估算进行了广泛的研究,但仍有两个有待解决的限制因素:第一,现有方法未能捕捉交通数据中复杂的时空依赖性,特别是动态空间依赖性随时间变化而变化;第二,先前的研究主要侧重于随机缺失的模式,而较少讨论其他更为复杂的缺失假设情景。为了填补这些研究差距,我们提议了一个新的深层次学习框架,称为“动态瞬间图层变化神经网络(DSTGCN)”,以估算缺失的交通数据。该模型将经常性结构与基于图形的演进组合结合起来,以建模空间依赖性依赖性数据数据数据;此外,我们引入了图形结构估算技术,以模拟实时交通信息和道路网络结构的动态空间依赖性,同时较少讨论其他更为复杂的假设。根据两个公共交通速度数据集进行了广泛的实验,以比较我们提议的模型和四种类型的缺失模式的深层次学习方法。结果显示,我们提议的模型比现有的深层次模型要优于基于图表的演化模型,我们提出的各种不同的演化模型,我们根据不同的演化模型和不同的演化方法,我们不同的演算结构,我们找到了不同的演化模型。

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