Leveraging Spatial–Temporal Heterogeneity and Cross-Mode Interactions: A Meta-Learning Approach for Multimodal Transportation Demand Prediction

可解释性 计算机科学 依赖关系(UML) 编码 北京 人工智能 图形 弹性(材料科学) 多式联运 机器学习 智能交通系统 模块化设计 强化学习 利用 依赖关系图 多模态 数据建模 深度学习
作者
Zhihuan Jiang,Ailing Huang,Renhe Jiang,Junxi Chen,Yoshihide Sekimoto,Wei Guan
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:26 (12): 22374-22390 被引量:1
标识
DOI:10.1109/tits.2025.3614270
摘要

Accurately and jointly predicting multimodal transportation demand is crucial for pre-allocating transport resources, enhancing the resilience of traffic systems. However, current approaches insufficiently explore inter- and intra-mode heterogeneity, resulting in undifferentiated dependency extraction. Moreover, existing research struggles to model cross-mode interactions among three or more transportation modes and adapt to dynamic relations in multimodal demand. To address these limitations, we propose a novel multimodal demand prediction model based on a meta-parameter learning network (MMDNet), centered on characterizing multimodal traffic spatial-temporal heterogeneity and unifying the modeling of cross-mode interactions. Our model features: 1) a spatial-temporal heterogeneity meta-parameter learning method, capturing both inter- and intra-mode heterogeneity to steer more targeted dependency extraction than previous studies; 2) a spatial-temporal evolving unified graph generator, transcending prior studies’ limitations in unifying dynamic interactions across three or more modes by creating dynamic unified graphs. Extensive experiments on three real-world datasets (New York, Beijing and Chicago) covering four different traffic modes are carried out to evaluate the MMDNet. The model achieves a 6.65% performance gain over advanced baselines and demonstrates strong cross-city adaptability. Abundant interpretability analyses show our model can semantically encode explainable cross-mode interactions and differences between modes. Source codes are available at https://github.com/zhjiang1/MMDNet
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