Spatiotemporal-Decoupled Training: Enhancing Car-Following Behavior Modeling With Cross-Spatiotemporal Generalization

一般化 计算机科学 还原(数学) 人工智能 弹道 泛化误差 字错误率 差异(会计) 解耦(概率) 机器学习 编码(集合论) 光学(聚焦) 算法 碰撞 源代码 训练集 试验数据 数据挖掘
作者
Zhigang Liang,Ruichen Xu,Tingyu Zhang,Jian Wang,Shuyi Jiang,Xinyu Yong
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:27 (1): 759-771
标识
DOI:10.1109/tits.2025.3624548
摘要

This study explores the dynamics of a gated memory car-following system, with a focus on the challenges encountered when training models using fine-grained spatiotemporal data. To address the issues of redundant gradient updates and limited generalization inherent in traditional sequential training methods, a novel Spatiotemporal-Decoupled Training (SDT) method is proposed. This method enhances gradient variance by decoupling temporal dependencies and mixing trajectory segments from different vehicles, thereby improving model generalization performance and achieving a zero collision rate on test dataset. Experimental validation is carried out using three datasets (HighD, NGSIM-I80 and Lyft) and two basic models (GRU and LSTM) to assess the effectiveness of the proposed method. The results demonstrate significant improvements in model performance, including an 80% reduction in generalization error on the HighD dataset, a 14% reduction on the NGSIM-I80 dataset a 57% reduction on Lyft dataset, and the achievement of a Zero-collision rate on all test datasets, showcasing the potential of the SDT method for intelligent driving systems. Our code and experimental configurations are publicly available on GitHub to facilitate reproducibility and comparison: https://github.com/LiangzgJlu/Spatiotemporal-Decoupled-Training
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