智能科学与技术学报 ›› 2022, Vol. 4 ›› Issue (3): 380-395.doi: 10.11959/j.issn.2096-6652.202233

• 学术论文 • 上一篇    下一篇

城市交通路网动态短时推理与精准预测研究

覃缘琪1, 季青原2, 葛俊1, 戴星原3, 陈圆圆3, 王晓3,4   

  1. 1 之江实验室,浙江 杭州 310000
    2 银江技术股份有限公司,浙江 杭州 310030
    3 中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室,北京 100190
    4 青岛智能产业技术研究院,山东 青岛 266000
  • 修回日期:2022-07-10 出版日期:2022-09-15 发布日期:2022-09-01
  • 作者简介:覃缘琪(1992- ),女,之江实验室智能社会治理研究中心研究专员,主要研究方向为智能交通控制、智能社会治理等
    季青原(1989- ),男,银江技术股份有限公司博士后,主要研究方向为交通预测、图神经网络、知识图谱
    葛俊(1989- ),男,之江实验室智能社会治理研究中心高级研究专员,主要研究方向为强化学习、群体智能
    戴星原(1993- ),男,中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室博士生,主要研究方向为智能交通系统、机器学习和深度学习
    陈圆圆(1989- ),男,博士,中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室副研究员,主要研究方向为社会交通、数据驱动的交通建模与预测
    王晓(1988- ),女,博士,中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室副研究员,主要研究方向为群体行为的激发与汇聚激励、群体智能和社交网络挖掘与分析
  • 基金资助:
    国家重点研发计划基金资助项目(SQ2019YFE012476)

Short-term traffic state reasoning and precise prediction in urban networks

Yuanqi QIN1, Qingyuan JI2, Jun GE1, Xingyuan DAI3, Yuanyuan CHEN3, Xiao WANG3,4   

  1. 1 Zhejiang Lab, Hangzhou 310000, China
    2 Enjoyor Technology Co., Ltd., Hangzhou 310030, China
    3 The State Key Laboratory for Management and Control of Complex Systems, Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China
    4 Qingdao Academy of Intelligent Industries, Qingdao 266000, China
  • Revised:2022-07-10 Online:2022-09-15 Published:2022-09-01
  • Supported by:
    The National Key Research and Development Program of China(SQ2019YFE012476)

摘要:

城市路网结构对于交通拥堵的形成及其在时空上的传播过程具有重要的影响。然而,在基于传统交通模型或深度学习模型的研究中,交通模式的生成与传播往往并未考虑路网特征,且只能通过交通特征指标进行间接刻画,使得难以动态描述其在时间及空间维度上的特征,导致交通模式传播预测精准度不高且缺乏针对性。为了解决上述问题,提出了一种新型的基于交通模式推理的交通预测框架 TP2。该框架将拥堵传播模式建模为一个随时间变化的时序知识图谱,并使用一种包含了全新聚合函数RGraAN的推理框架进行时序推理,以捕捉交通拥堵的动态时变传播模式,将路段和与其存在交通模式关联的路段进行组合,并构建时空关联路网子区域,然后基于图神经网络的交通短时预测模块充分挖掘子区内的交通流时空相关性,并预测子区内各个路段的未来速度变化情况。与现有方法相比,TP2预测精度相比A3T-GCN模型有1%~2%的提升。

关键词: 路网结构, 传播模式, 交通状态推理与预测, 时序知识图谱, 图神经网络

Abstract:

The structure of urban traffic network has a significant impact on the formation and spatio-temporal pattern propagation of traffic congestions.However, in studies based on traditional traffic models or deep learning models, the generation of traffic mode can only be described indirectly by traffic indicators, without considering the traffic network feature.This makes it very difficult to accurately describe the propagation dynamics both in temporal and spatial dimensions and lacks specificity.To tackle the above-mentioned problems, a novel traffic state prediction approach based on traffic pattern reasoning (TP2) framework was proposed.The framework modeled congestion propagation as a dynamically evolving temporal knowledge graph (TKG), and applied an inferencing framework (TPP-TKG) that was based on a novel aggregator called RGraAN.TPP-TKG captured the spatial-temporal propagation pattern of traffic congestion, and combined related road links to a given link, and constructed correlated sub region of the traffic network.Then a traffic state predicting based on graph neural network was employed to predict short-term speed evolution of road links in this sub region.Comparing to the state-of-the-art benchmark models, TP2 achieves 1% ~ 2% higher accuracy.

Key words: traffic network structure, propagation mode, traffic mode reasoning and prediction, temporal knowledge graph, graph neural network.

中图分类号: 

No Suggested Reading articles found!