Multi-Graph Convolutional-Recurrent Neural Network (MGC-RNN) for Short-Term Forecasting of Transit Passenger Flow

计算机科学 循环神经网络 卷积神经网络 图形 水准点(测量) 流入 深度学习 编码 流量网络 期限(时间) 数据挖掘 人工智能 实时计算 人工神经网络 理论计算机科学 地理 气象学 数学优化 生物化学 化学 物理 数学 大地测量学 量子力学 基因
作者
Yuxin He,Lishuai Li,Xinting Zhu,Kwok‐Leung Tsui
出处
期刊:IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (10): 18155-18174 被引量:52
标识
DOI:10.1109/tits.2022.3150600
摘要

Short-term forecasting of passenger flow is critical for transit management and crowd regulation. Spatial dependencies, temporal dependencies, inter-station correlations driven by other latent factors, and exogenous factors bring challenges to the short-term forecasts of passenger flow of urban rail transit networks. An innovative deep learning approach, Multi-Graph Convolutional-Recurrent Neural Network (MGC-RNN) is proposed to forecast passenger flow in urban rail transit systems to incorporate these complex factors. We propose to use multiple graphs to encode the spatial and other heterogenous inter-station correlations. The temporal dynamics of the inter-station correlations are also modeled via the proposed multi-graph convolutional-recurrent neural network structure. Inflow and outflow of all stations can be collectively predicted with multiple time steps ahead via a sequence to sequence(seq2seq) architecture. The proposed method is applied to the short-term forecasts of passenger flow in Shenzhen Metro, China. The experimental results show that MGC-RNN outperforms the benchmark algorithms in terms of forecasting accuracy. Besides, it is found that the inter-station driven by network distance, network structure, and recent flow patterns are significant factors for passenger flow forecasting. Moreover, the architecture of LSTM-encoder-decoder can capture the temporal dependencies well. In general, the proposed framework could provide multiple views of passenger flow dynamics for fine prediction and exhibit a possibility for multi-source heterogeneous data fusion in the spatiotemporal forecast tasks.
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