Graph attention temporal convolutional network for traffic speed forecasting on road networks

计算机科学 图形 注意力网络 交通速度 卷积(计算机科学) 深度学习 数据挖掘 人工智能 任务(项目管理) 智能交通系统 机器学习 理论计算机科学 人工神经网络 工程类 土木工程 经济 管理 运输工程
作者
Ke Zhang,Fang He,Zhengchao Zhang,Xi Lin,Meng Li
出处
期刊:Transportmetrica B-Transport Dynamics [Taylor & Francis]
卷期号:9 (1): 153-171 被引量:73
标识
DOI:10.1080/21680566.2020.1822765
摘要

Traffic speed forecasting plays an increasingly essential role in successful intelligent transportation systems. However, this still remains a challenging task when the accuracy requirement is demanding. To improve the prediction accuracy and achieve a timely performance, the capture of the intrinsically spatio-temporal dependencies and the creation of a parallel model architecture are required. Accordingly, we propose a novel end-to-end deep learning framework named Graph Attention Temporal Convolutional Network (GATCN). The proposed model employs the graph attention network to mine the complex spatial correlations within the traffic network and temporal convolution operation to capture temporal dependencies. In addition, the multi-head self-attention mechanism is incorporated into the model to extract the spatio-temporal coupling effects. Experiments show that the proposed model consistently outperforms other state-of-the-art baselines for various prediction intervals on two real-world datasets. Moreover, we reveal that the proposed model can effectively distinguish the sophisticated traffic patterns of ramps on expressways by analyzing the graph attention heatmap.

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