The traffic flow in an urban area is affected by the date, weather, and regional traffic flow. The existing methods are weak to model the dynamic road network features, which results in inadequate long-term prediction performance. To solve the problems regarding insufficient capacity for dynamic modeling of road network structures and insufficient mining of dynamic spatio-temporal features. In this study, we propose a novel traffic flow prediction framework called shared spatio-temporal attention convolution optimization network (SSTACON). The shared spatio-temporal attention convolution layer shares a spatio-temporal attention structure, that is designed to extract dynamic spatio-temporal features from historical traffic conditions. Subsequently, the graph optimization module is used to model the dynamic road network structure. The experimental evaluation conducted on two datasets shows that the proposed method outperforms state-of-the-art methods at all time intervals.
Park, Soyeon;Kim, Yeseul;Na, Sang-Il;Park, No-Wook
Korean Journal of Remote Sensing
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v.36
no.5_1
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pp.807-821
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2020
The objective of this study is to evaluate the applicability of representative spatio-temporal fusion models developed for the fusion of mid- and low-resolution satellite images in order to construct a set of time-series high-resolution images for crop monitoring. Particularly, the effects of the characteristics of input image pairs on the prediction performance are investigated by considering the principle of spatio-temporal fusion. An experiment on the fusion of multi-temporal Sentinel-2 and RapidEye images in agricultural fields was conducted to evaluate the prediction performance. Three representative fusion models, including Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model (STARFM), SParse-representation-based SpatioTemporal reflectance Fusion Model (SPSTFM), and Flexible Spatiotemporal DAta Fusion (FSDAF), were applied to this comparative experiment. The three spatio-temporal fusion models exhibited different prediction performance in terms of prediction errors and spatial similarity. However, regardless of the model types, the correlation between coarse resolution images acquired on the pair dates and the prediction date was more significant than the difference between the pair dates and the prediction date to improve the prediction performance. In addition, using vegetation index as input for spatio-temporal fusion showed better prediction performance by alleviating error propagation problems, compared with using fused reflectance values in the calculation of vegetation index. These experimental results can be used as basic information for both the selection of optimal image pairs and input types, and the development of an advanced model in spatio-temporal fusion for crop monitoring.
International journal of advanced smart convergence
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v.12
no.4
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pp.88-97
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2023
Traffic flow prediction is of great significance in urban planning and traffic management. As the complexity of urban traffic increases, existing prediction methods still face challenges, especially for the fusion of spatiotemporal information and the capture of long-term dependencies. This study aims to use the fusion model of graph neural network to solve the spatio-temporal information fusion problem in traffic flow prediction. We propose a new deep learning model Spatio-Temporal Information Fusion using Graph Neural Networks (STFGNN). We use GCN module, TCN module and LSTM module alternately to carry out spatiotemporal information fusion. GCN and multi-core TCN capture the temporal and spatial dependencies of traffic flow respectively, and LSTM connects multiple fusion modules to carry out spatiotemporal information fusion. In the experimental evaluation of real traffic flow data, STFGNN showed better performance than other models.
For consistent vegetation monitoring, it is necessary to generate time-series vegetation index datasets at fine temporal and spatial scales by fusing the complementary characteristics between temporal and spatial scales of multiple satellite data. In this study, we quantitatively and qualitatively analyzed the prediction accuracy of time-series change information extracted from spatio-temporal fusion models of multiple satellite data for vegetation monitoring. As for the spatio-temporal fusion models, we applied two models that have been widely employed to vegetation monitoring, including a Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model (STARFM) and an Enhanced Spatial and Temporal Adaptive Reflectance Fusion Model (ESTARFM). To quantitatively evaluate the prediction accuracy, we first generated simulated data sets from MODIS data with fine temporal scales and then used them as inputs for the spatio-temporal fusion models. We observed from the comparative experiment that ESTARFM showed better prediction performance than STARFM, but the prediction performance for the two models became degraded as the difference between the prediction date and the simultaneous acquisition date of the input data increased. This result indicates that multiple data acquired close to the prediction date should be used to improve the prediction accuracy. When considering the limited availability of optical images, it is necessary to develop an advanced spatio-temporal model that can reflect the suggestions of this study for vegetation monitoring.
Spatio-temporal load forecasting (STLF) is a foundation for building the prediction-based power map, which could be a useful tool for the visualization and tendency assessment of urban energy application. Constructing one point-forecasting model for each electricity cell in the geographic space is possible; however, it is unadvisable and insufficient, considering the aggregation features of electricity cells and uncertainties in input variables. This paper presents a new STLF method, with a data-driven framework consisting of 3 subroutines: multi-level clustering of cells considering their aggregation features, load regression for each category of cells based on SLS-SVRNs (sparse least squares support vector regression networks), and interval forecasting of spatio-temporal load with sampled blind number. Take some area in Pudong, Shanghai as the region of study. Results of multi-level clustering show that electricity cells in the same category are clustered in geographic space to some extent, which reveals the spatial aggregation feature of cells. For cellular load regression, a comparison has been made with 3 other forecasting methods, indicating the higher accuracy of the proposed method in point-forecasting of spatio-temporal load. Furthermore, results of interval load forecasting demonstrate that the proposed prediction-interval construction method can effectively convey the uncertainties in input variables.
In this paper, an adaptive spatio-temporal predictive coding based on the H.264 is proposed for 3D immersive media encoding, such as 3D image processing, 3DTV, and 3D videoconferencing. First, we propose a spatio-temporal predictive coding using the same view and inter-view images for the two TPPP, IBBP GOP (group of picture) structures 4hat are different from the conventional simulcast method. Second, an 2D inter-view direct mode for the efficient prediction is proposed when the proposed spatio-temporal prediction uses the IBBP structure. The 2D inter-view direct mode is applied when the temporal direct mode in B(hi-Predictive) picture of the H.264 refers to an inter-view image, since the current temporal direct mode in the H.264 standard could no: be applied to the inter-view image. The proposed method is compared to the conventional simulcast method in terms of PSNR (peak signal to noise ratio) for the various 3D test video sequences. The proposed method shows better PSNR results than the conventional simulcast mode.
In spatio-temporal fusion aiming at predicting images with both high spatial and temporal resolutionsfrom multi-sensor images, the radiometric inconsistency between input multi-sensor images may affect prediction performance. This study investigates the effect of radiometric correction, which compensate different spectral responses of multi-sensor satellite images, on the spatio-temporal fusion results. The effect of relative radiometric correction of input images was quantitatively analyzed through the case studies using Sentinel-2, PlanetScope, and RapidEye images obtained from two croplands. Prediction performance was improved when radiometrically corrected multi-sensor images were used asinput. In particular, the improvement in prediction performance wassubstantial when the correlation between input images was relatively low. Prediction performance could be improved by transforming multi-sensor images with different spectral responses into images with similar spectral responses and high correlation. These results indicate that radiometric correction is required to improve prediction performance in spatio-temporal fusion of multi-sensor satellite images with low correlation.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.9
no.7
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pp.2488-2511
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2015
Data redundancy has high impact on Wireless Sensor Network's (WSN) performance and reliability. Spatial and temporal similarity is an inherent property of sensory data. By reducing this spatio-temporal data redundancy, substantial amount of nodal energy and bandwidth can be conserved. Most of the data gathering approaches use either temporal correlation or spatial correlation to minimize data redundancy. In Collective Prediction exploiting Spatio Temporal correlation (CoPeST), we exploit both the spatial and temporal correlation between sensory data. In the proposed work, the spatial redundancy of sensor data is reduced by similarity based sub clustering, where closely correlated sensor nodes are represented by a single representative node. The temporal redundancy is reduced by model based prediction approach, where only a subset of sensor data is transmitted and the rest is predicted. The proposed work reduces substantial amount of energy expensive communication, while maintaining the data within user define error threshold. Being a distributed approach, the proposed work is highly scalable. The work achieves up to 65% data reduction in a periodical data gathering system with an error tolerance of 0.6℃ on collected data.
Communications for Statistical Applications and Methods
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v.30
no.2
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pp.119-133
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2023
With the rapid growth of the economy and fossil fuel consumption, the concentration of air pollutants has increased significantly and the air pollution problem is no longer limited to small areas. We conduct statistical analysis with the actual data related to air quality that covers the entire of South Korea using R and Python. Some factors such as SO2, CO, O3, NO2, PM10, precipitation, wind speed, wind direction, vapor pressure, local pressure, sea level pressure, temperature, humidity, and others are used as covariates. The main goal of this paper is to predict air quality index (AQI) spatio-temporal data. The observations of spatio-temporal big datasets like AQI data are correlated both spatially and temporally, and computation of the prediction or forecasting with dependence structure is often infeasible. As such, the likelihood function based on the spatio-temporal model may be complicated and some special modelings are useful for statistically reliable predictions. In this paper, we propose several methods for this big spatio-temporal AQI data. First, random effects with spatio-temporal basis functions model, a classical statistical analysis, is proposed. Next, neural networks model, a deep learning method based on artificial neural networks, is applied. Finally, random forest model, a machine learning method that is closer to computational science, will be introduced. Then we compare the forecasting performance of each other in terms of predictive diagnostics. As a result of the analysis, all three methods predicted the normal level of PM2.5 well, but the performance seems to be poor at the extreme value.
Journal of Korea Spatial Information System Society
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v.10
no.2
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pp.63-79
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2008
With the recent development of advanced GIS and complex spatial analysis technologies, the more sophisticated technologies are being required to support the advanced knowledge for solving geographical or spatial problems in various decision support systems. In addition, necessity for research on scientific crime investigation and forensic science is increasing particularly at law enforcement agencies and investigation institutions for efficient investigation and the prevention of crimes. There are active researches on geographic profiling to predict the base location such as criminals' residence by analyzing the spatial patterns of serial crimes. However, as previous researches on geographic profiling use simply statistical methods for spatial pattern analysis and do not apply a variety of spatial and temporal analysis technologies on serial crimes, they have the low prediction accuracy. Therefore, this paper identifies the typology the spatio-temporal patterns of serial crimes according to spatial distribution of crime sites and temporal distribution on occurrence of crimes and proposes STA-BLP(Spatio-Temporal Analysis based Base Location Prediction) algorithm which predicts the base location of serial crimes more accurately based on the patterns. STA-BLP improves the prediction accuracy by considering of the anisotropic pattern of serial crimes committed by criminals who prefer specific directions on a crime trip and the learning effect of criminals through repeated movement along the same route. In addition, it can predict base location more accurately in the serial crimes from multiple bases with the local prediction for some crime sites included in a cluster and the global prediction for all crime sites. Through a variety of experiments, we proved the superiority of the STA-BLP by comparing it with previous algorithms in terms of prediction accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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