I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   3 8 ,   No .   2 Ma y   20 2 5 ,   p p .   794 ~ 8 0 7   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 3 8 . i 2 . pp 794 - 8 0 7           794     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   Spa tial - tempo ra da ta imputa tion  f o r predic tive mo d eling  in  intelligent  t ra nsp o rtation  sy stems       Yo ha nes   P ra co y o   Widi   P ra s et y o 1 ,   L ina wa t i 2 ,   Dew a   M a de  Wiha rt a 2 Ny o m a n   P utr a   S a s t ra 2   1 F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t a s   1 7   A g u s t u s   1 9 4 5 B a n y u w a n g i I n d o n e si a   2 F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g U d a y a n a   U n i v e r si t y ,   B a l i ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   May   21 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct   24 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   No v   10 ,   2 0 2 4       Da ta  imp u tatio n   is  n e c e ss a ry   to   o v e rc o m e   d a ta  lo ss   in   in telli g e n t   tran sp o rtati o n   sy ste m (IT S )   d u e   to   t h e   m a n y   se n so rs  u se d   t o   m o n i to traffic   c o n d i ti o n s.  S e n so m a lfu n c ti o n ,   h a rd wa re   li m it a ti o n s,  a n d   tec h n ic a g li tch e s   c a n   lea d   t o   in c o m p lete   d a ta,   p o ten ti a ll y   lea d in g   t o   e rro rs  i n   t ra ffic  d a ta   a n a ly sis.  T h is  a n a l y sis  i n v e st ig a ted   sp a t ial - tem p o ra d a ta  i m p u tatio n   a p p ro a c h e a p p li e d   f o p re d ict iv e   m o d e li n g   in   IT S .   Eac h   a p p r o a c h ' stre n g th s,  we a k n e ss e s,  a n d   a p p li c a b il it y   i n   th e   c o n tex o I TS   a re   e v a lu a ted .   We   a n a ly z e d   v a ri o u s   imp u tatio n   a p p r o a c h e i n v o lv in g   sta ti stica l,   m a c h in e   lea rn in g ,   a n d   c o m b i n e d   m e th o d s.  S tatist ica m e th o d a re   m o re   stra ig h tf o rwa rd   b u c o u ld   e ffe c ti v e ly   h a n d le  m o d e rn   traffic' c o m p l e x it y .   O n   th e   o th e h a n d ,   m a c h in e   lea rn in g   a n d   c o m b i n e d   a p p ro a c h e s,  su c h   a h y b ri d   c o n v o lu ti o n a n e u ra n e two rk   ( CNN ) -   lo n g   s h o rt - term   m e m o ry   ( LS TM ) o ffe m o re   ro b u st  c a p a b i li ti e i n   c a p tu ri n g   n o n - li n e a p a tt e rn p re se n in   sp a ti o - tem p o ra l   d a ta.  Th is  re se a rc h   a ims   to   in v e stig a te  t h e   e ffe c ti v e n e ss   o f   e a c h   a p p r o a c h   i n   o v e rc o m in g   d a ta  in c o m p lete n e ss   a n d   th e   a c c u ra c y   o f   p re d ictin g   f u t u re   traffic  c o n d it io n wit h   t h e   wid e s p re a d   a d o p t io n   o I o T ,   e lec tri c   v e h icle s,  a n d   a u t o n o m o u v e h icle s.  T h e   re su lt s   o f   th is   in v e stig a ti o n   p ro v id e   a n   u n d e rsta n d in g   o t h e   m o st  su i tab le  a p p ro a c h e t o   a d d re ss   th e   c h a ll e n g e s o s p a ti o - tem p o ra d a t a   imp u tatio n   a n d   p ro v id e   p ra c ti c a g u id a n c e   fo p re d ictiv e   m o d e li n g   i n   ITS .   K ey w o r d s :   Data   i m p u tatio n       I n tellig en t r an s p o r tatio n   s y s tem   Miss in g   d ata      Pre d ictiv m o d elin g       Sp atial - t em p o r al      T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Y o h an es Pr ac o y o   W id i Pr aset y o     Facu lty   o f   E n g in ee r in g Un iv e r s itas   1 7   Ag u s tu s   1 9 4 5   B an y u wan g i I n d o n esia     E m ail:  wid ip r asety o @ u n tag - b an y u wan g i. ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N   L o s d ata  is   co m m o n   p r o b le m   in   I T d u e   to   th in c r ea s in g   n u m b er   o f   v eh icles.   I m p r o v em en ts   to   th I T f r a m ewo r k   ar n ee d e d   as  s en s o r   f ailu r es  an d   h ar d war lim itatio n s   r esu lt  in   in c o m p lete  tr af f ic  d ata.   T h f u tu r d ev elo p m en t   o f   au to n o m o u s   v eh icles,  p o o r   tr af f i m an ag e m en in   d e v elo p in g   co u n tr ies  r esu ltin g   in   co n g esti o n ,   an d   th d r i v t o war d s   s m ar t,  g r ee n ,   an d   s u s tain ab le  cities  m ak p r e d ictiv m o d elin g   in   I T S   v er y   im p o r tan t.  His to r ically   m is s in g   d ata  was  ad d r ess ed   b y   h is to r ical  an d   s tatis tical  m e th o d s   [ 1 ] H o wev er ,   th ese  m eth o d s   ar less   ef f ec tiv d u to   t h lar g d ata  s ize  an d   u n n atu r al  p atter n s   ca u s e d   b y   d elete d   d ata.   T h er ef o r e,   r esear ch er s   b e g an   to   in v esti g ate  b etter   im p u tatio n   m eth o d s   f o r   p r ed ictiv e   m o d elin g   in   I T S.  Fr o m   p r ev io u s   r esear ch ,   th d ev elo p m en t o f   d ata  im p u tatio n   alg o r i th m s   u s ed   in ter p o latio n ,   e x tr a p o latio n ,   o r   m o d el - b ased   p r ed ictio n   tech n iq u es.  B y   ad d r ess in g   th ese  is s u es ,   th q u ality   o f   tr af f ic  d ata  an d   th s y s tem   will  wo r k   m o r ef f icien tly   [ 2 ] .   T h in ter p o latio n   m eth o d   ca n   b u s ed   ef f ec ti v ely   [ 3 ] .   Ho we v er ,   th ey   ca n n o ca p tu r c o m p lex   s p atial   o r   tem p o r al  r elatio n s h ip s   in   th d ata,   h en ce   th n ee d   to   c o m b in th em   with   o th er   m et h o d s Pro p o s in g   an   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       S p a tia l - temp o r a d a ta   imp u ta t io n   fo r   p r ed ictive  mo d elin g   …  ( Yo h a n es P r a co y o   Wid i P r a s etyo )   795   im p u tatio n   m o d el  by  c o m b in i n g   s elf - atten tio n   m ec h an is m ,   au to m atic  en co d er ,   a n d   g e n er ativ ad v e r s ar ial   n etwo r k   in t o   s elf - atten tio n   g en er ativ a d v er s ar ial  im p u tatio n   n et  ( SA - GAI N)   [ 4 ] .   Ho w ev er ,   th e   tr ain in g   o f   GAN  is   n o to r io u s ly   co m p licated   o n   b ala n ce   b etwe e n   g e n er a to r   an d   d is cr im in at o r ,   t h is   tech n iq u e   ca n   ca p tu r e   s p atio - tem p o r al  d ep e n d en cies   an d   co r r elatio n s   in   th d ata ,   wh ich   is   v er y   u s ef u in   I T S.   Me an wh ile,   [ 5 ]   p r o p o s ed   th s p atio - tem p o r a g en er ativ ad v e r s ar ial  n etwo r k   ( STGA N)   m eth o d   wit h   th co n ce p o f   m in im izin g   t h r ec o n s tr u ctio n   er r o r   f r o m   m is s in g   d ata  en tr i es  an d   en s u r in g   th at   th e   d ata  en tr ies  f it  th e   lo ca l   s p atio - tem p o r al  d is tr ib u tio n ,   b u STGA r eq u i r es  lar g a n d   h i g h   q u ality   d ata  b ec a u s p o o r   d ata   lead s   to   in ac cu r ate  o u tp u t.   Hen ce ,   it  n ee d s   atten tio n   in   tr ain in g   a n d   in te r p r etatio n .   T o   r ec o n s tr u ct  s p atio - tem p o r al   s tates  b ased   o n   GANs [ 6 ]   p r o p o s ed   th tr af f ic   s tate  r ec o n s tr u ctio n   GAN   ( T SR - GAN)   m o d el.   Ho we v er ,   lik o th er   GAN  m o d els,  it   f ac es  th p r o b lem   o f   in s tab ilit y   d u r in g   tr ain in g ,   s o   it  n ee d s   ca r ef u cu s to m izatio n .   Sp ec if ically ,   th tr af f ic  lan e   s tates  ar co n v er ted   i n to   tr af f ic  s tate  d iag r am s   ( T SDs ) ,   wh o s co lo r s   r ep r esen t   th v alu es   o f   tr af f ic   v ar ia b le s   ( e. g . ,   s p ee d   o r   d e n s ity ) .   T o   r ed u ce   in s tab ilit y   b u t   with   b etter   ac cu r ac y ,   [ 7 ]   p r o p o s ed   s p atio - tem p o r al  lear n ab le  b id ir ec tio n al  atten tio n   g en er ativ a d v er s ar ial  n etwo r k s   ( ST - L B AGAN )   th at  u s d ee p   lear n in g   f r am ewo r k .   Alth o u g h   it  h as  ex ce llen p o ten tial,  th is   m eth o d   r is k s   o v er f itti n g ,   s o   it  n ee d s   p r o p e r   ap p r o ac h .   So m etim es,  d ata  is   lo s o n   la r g s ca le  b ec au s s o m r o ad s   n ee d   s en s o r s .   T o   o v er co m th is   p r o b lem ,   W an g   et  a l.   [ 8 ]   p r o p o s ed   an   in teg r ated   d ee p   lear n in g   f o r   tr af f ic  s tate  r ec o n s tr u ctio n   ( I DL - T SR )   f r am ew o r k ,   u s in g   co n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k s   ( C NNs)  to   ca p t u r e   s p atial  f ea tu r es   an d   lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM )   t o   ca p tu r tem p o r al  f ea tu r es  t o   r ec o n s tr u ct  t r af f ic  s tate  u s in g   s en s o r   d ata  f r o m   lim ited   lin k s .   R ea l - tim tr af f ic  p r ed ictio n   m o d elin g   [ 9 ]   p r o p o s ed   t h d y n am ic  tem p o r al  ad ja ce n g r ap h   co n v o l u tio n al  n etwo r k   ( D - T AGCN),   d ee p   lear n in g   m o d el   d esig n ed   to   an aly ze   s p atio - te m p o r al  d ata  with   d y n am ic   g r ap h   s tr u ctu r e.   Alt h o u g h   D - T AGCN  is   r o b u s i n   ca p tu r in g   d y n am ic  s p atio - te m p o r al  p atter n s ,   its   ap p licatio n   r eq u ir es  s p ec ial  atten tio n   to   m o d el  d esig n ,   d ata,   an d   p ar am ete r   tu n in g P r o p o s ed   s p atio tem p o r al   g en er ativ a d v er s ar ial  im p u tat io n   n et   ( ST - GAI N)   m o d el  t h at   r elies  h ea v ily   o n   th e   q u ality   o f   av ailab le  d ata,   as  d ata  co n tain in g   m an y   o u tlier s   ca n   lead   to   p o o r   im p u tati o n   r esu lts   [ 1 0 ] .   Sp atio - tem p o r al  atten tio n - g ated   r ec u r r en n eu r al   n etwo r k   ( ST - AGRNN)   is   d ee p   lear n in g   m o d el  d esig n ed   to   p r o ce s s   a n d   an aly ze   s p atio - tem p o r al  d ata,   i.e . ,   s p atial  an d   tem p o r al  d im en s io n s .   W h ile  th ese  m o d els  h av th p o wer   to   h an d le  co m p lex   s p a t i o - t e m p o r a l   d a t a ,   t h e i r   a p p l i c a t i o n   r e q u i r e s   s p e c i a l   a t t e n t i o n   t o   d a t a ,   h y p e r p a r a m e t e r s ,   a n d   m o d e l   d e s i g n   [ 1 1 ] T h GANs f am ily   ca n   f ac th v an is h in g   g r ad ie n t p r o b lem ,   wh er th d is cr im in ato r   b ec o m es to o   g o o d ,   s o   th e   g en er ato r   ca n n o lear n   e f f ec ti v ely .   T h e   ch o ice  o f   m eth o d   f o r   p r ed ictiv m o d elin g   i n   I T d ep en d s   o n   th e   ch ar ac ter is tics   o f   th d ata   an d   th s p ec if ic  n ee d s   [ 1 2 ] .   Fo r   s p atial - tem p o r al  d ata,   h y b r i d   m eth o d s   s u ch   as   C NN - L STM   ar v er y   ef f ec tiv as  th ey   co m b in th s tr en g t h s   o f   C NN  an d   L STM   to   h an d le  s p atial - tem p o r al  d ata  in   p r e d ictiv m o d elin g .   E n s em b le  an d   d ee p   lear n in g   c an   p r o v id e   a   co m p etitiv ad v an tag in   p r ed ictin g   co m p lex   a n d   d y n am ic  c o n d iti o n s   in   in tellig en t tr an s p o r tatio n   s y s tem s   [ 1 3 ] .   T h is   ar ticle  is   d iv i d ed   in to   f i v s ec tio n s .   T h f ir s s ec tio n   in tr o d u ce s   t h s tu d y   o f   s p atial - tem p o r al   d ata  im p u tatio n   f o r   p r ed ictiv e   m o d elin g   i n   I T S.  T h n e x t   s ec tio n   p r esen ts   m eth o d s   th at  ar e   o f ten   u s ed   in   d ata   im p u tatio n .   Sectio n   3   d is cu s s es e ac h   m eth o d ' s   s tr en g th s ,   wea k n ess es,  ap p licab ilit y ,   an d   ef f ec tiv en ess .   Sectio n   4   p r esen ts   th r esu lts   o f   th in v esti g atio n   an d   d is cu s s io n   o f   th ese  m eth o d s .   Fin ally ,   th p ap er   co n clu d es  with   co n clu s io n s   ab o u t th b est m et h o d   f o r   ea c h   an d   f u tu r e   r esear ch   d ir ec tio n s .       2.   T H E   CO M P RE H E NS I VE   T H E O RE T I CA L   B ASI S   Stu d ies  u s in g   h is to r ical  tr af f ic  d ata  in co r p o r atin g   3 co n v o l u tio n al  g en er ativ n etwo r k s   an d   GANs   to   ac co u n f o r   m is s in g   tr af f ic   d ata  ar [ 1 4 ] I n   co n tr ast  to   m o s s tu d ies  th at   ac co u n t   f o r   m is s in g   d ata  at  th e   g r an u lar ity   o f   r o ad   s eg m en t s   an d   c o m b i n ed   tim e   in ter v als ,   th im p u tatio n   ap p r o ac h   b ased   o n   g ate d   atten tio n al  g en e r ativ ad v er s a r ial  n etwo r k s   ( GaG ANs)  is   h ig h ly   r esp o n s iv to   d y n am ic  tr af f ic  en v i r o n m e n ts   on  s ig n alize d   r o ad   n etwo r k s .   Ho wev er ,   it  r e q u ir es  h ig h   co m p u tatio n al  r eso u r ce s   an d   lo n g er   tr ain i n g   tim es   [ 1 5 ] Alth o u g h   m an y   s p atio te m p o r al  a p p r o ac h es  h a v b ee n   p r esen ted   to   o v er c o m th e   p r o b lem   o f   m is s in g   s p atio tem p o r al  d ata,   W an g   et  a l.   [ 1 6 ]   s tated   th at  th er ar lim itatio n s   to   ca p tu r in g   s p atio tem p o r al   d ep en d e n cies  in   s p atio tem p o r al  g r ap h s ,   as  m o s im p u tatio n   m eth o d s   d o   n o co n s id er   t h d y n am ic  d ata  h id d en   in   g r a p h   n o d es,  s o   a n   atten tio n   b ased   m ess ag p ass in g   an d   d y n am ic   g r a p h   c o n v o lu tio n   n etwo r k   is   p r o p o s ed   by  co n s id er i n g   th e   tr af f ic  p atte r n s   o f   n ei g h b o r in g   n o d es a n d   t em p o r al  ch a n g es in   th e   d ata .   T h g r id   d iv is io n   m et h o d   [ 1 7 ]   is   an   ap p r o ac h   to   m is s in g   d at im p u tatio n   i n   tr af f ic  p ass en g er   f lo b y   d iv id in g   g eo g r ap h ical  ar ea   i n to   g r id s   o r   b o x es  an d   an aly zin g   th tem p o r al  d y n am ics  in   ea ch   g r id .   Ho wev er ,   to o   lar g g r id s   d o   n o ca p tu r lo ca v ar iatio n s ,   wh ile  tin y   g r id s   ar to o   s en s itiv to   n o is e.   d ee p   lear n in g   m o d el  d esig n ed   to   h an d le  task s   in v o lv in g   s p atio tem p o r al   d at a,   s u ch   as  m is s in g   d ata  im p u tatio n   o r   p r ed ictio n   in   d atasets   th at  h av e   b o t h   ti m an d   s p ac d im e n s io n s ,   is   th s p atio tem p o r al  f ea t u r e - e n h an ce d   g en e r ativ e   ad v er s ar ial  n etwo r k   (S T - FVGAN [ 1 8 ] .   Ho we v er ,   th is   m o d el  is   s en s itiv to   n o is in   s p atial  an d   tem p o r al   d ata,   wh ich   ca u s es  less   ac c u r ate  p r ed ictio n s   o r   g en er at es  u n r ea lis tic  s y n th etic  d ata.   Du to   co m p lex   s p atio tem p o r al  r elatio n s h ip s   [ 1 1 ] [ 1 9 ]   p r o p o s ed   a   tr af f ic  d ata  co m p letio n   m o d el  b ased   o n   g r ap h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   2 May   20 2 5 :   7 9 4 - 8 0 7   796   co n v o l u tio n al  n etwo r k   m o d el   to   ac co u n f o r   m is s in g   v alu e s   f r o m   a   d e ep   lear n in g   p e r s p ec tiv e.   T h is   m o d el  u s es  g r ap h   co n v o l u tio n   to   m o d el  lo ca s p atial  d ep en d en cies,  co m b in in g   s elf - atten tio n ,   g r a p h   co n v o lu tio n ,   an d   r esid u al  n etwo r k   m ec h an is m s   to   c o p with   co m p lex   g r ap h   d ata Usi n g   m u lti - v iew  p ass en g er   f lo ( MV PF ) ,   th OD  m at r ix - b ased   p r ed icti o n   m et h o d   is   two - co m p o n e n m eth o d   t h at  u s es  m u lti - v iew  d ata  to   p r e d ict   co n g esti o n   an d   o p tim ize  tr a n s p o r tatio n   r o u tes   [ 2 0 ] T e n s o r   d ec o m p o s itio n - b ased   m et h o d s   ar th m o s t   p o p u lar   f o r   d ata  im p u tatio n ,   f o llo wed   b y   GANs  an d   GNN ,   wh ich   r ely   o n   e x ten s iv tr ain i n g   d ata  s ets.  Usi n g   AI   an d   d ee p   lear n in g   m o d els  f o r   d ata  im p u tatio n   o f f er s   f lex i b ilit y   an d   th a b ilit y   to   ca p tu r co m p lex   p atter n s   b y   co m b in in g   m u ltip le  d ata  s o u r ce s   [ 2 1 ] .   R esear ch   m eth o d s   r elate d   to   f illi n g   in   m is s in g   d ata  an d   co m p ar in g   th em   o n   th C alif o r n ia  p er f o r m an ce   m ea s u r em en s y s tem   ( PeMS)   n ee d   to   d esig n   r esear ch   th at  in clu d es  im p o r tan asp ec ts   s u ch   as  r ep r esen tativ m eth o d s ,   ass u m p tio n s ,   im p u tatio n   s ty les,  im p lem en tatio n   c o n d i t i o n s ,   l i m i t a t i o n s ,   a n d   t h e   u s e   o f   p u b l i c   d a t a s e t s   [ 2 2 ] .   H o w e v e r ,   t h e r e   i s   a   l i m i t a t i o n   i n   t h a t   t h e   i m p u t a t i o n   e f f e c t i v e n e s s   i s   o n l y   b a s e d   o n   t h e   P e M S   d a t a s e t   a n d   m a y   n o t   r e f l e c t   t h e   c o m p l e x i t y   o f   t h e   a c t u a l   d a t a .   T h iter ativ g en er ativ a d v er s ar ial  n etwo r k s   f o r   im p u tatio n   ( I GANI )   m eth o d   p r o p o s ed   b y   [ 2 3 ]   is   v ar ian o f   GANs  d esig n e d   to   p er f o r m   m is s in g   d ata  im p u tatio n   iter ativ ely .   T h is   m eth o d   u ti lizes  th s tr en g th   o f   GANs  in   g en er atin g   r ea lis tic  d ata  an d   c o m b in es  it  with   a n   iter ativ ap p r o ac h   to   i m p r o v th q u ality   a n d   ac cu r ac y   o f   m is s in g   d ata  im p u tatio n .   Ho wev er ,   th ch alle n g e   is   th at  th is   ap p r o ac h   b ec o m es   v er y   co m p lex   an d   r eq u ir es  s ig n if ica n co m p u tati o n al  r eso u r ce s .   Dee p   co n v o lu t io n al  g e n er ativ a d v er s ar ial  n e two r k s   ( DC GANs)   ar an   ex citin g   ap p r o ac h   to   i m p u tin g   m is s in g   d ata,   esp ec ia lly   tr af f ic  tim s er ies  d ata  [ 2 4 ] .   T r af f ic  d ata  f r o m   PeMS  is   co n v er ted   in to   im ag es,  an d   ea ch   s p ec if ic  tim win d o ( e. g . ,   2 4   h o u r s )   is   co n v er ted   in to   an   im ag e   r ep r esen tatio n ,   wh er tr a f f ic  v alu es  at  s p ec if ic  tim ar r e p r esen ted   as  p ix els  in   th im ag e   [ 2 5 ] .   Ho wev er ,   th is   tr ain in g   s till   r eq u ir es  s ig n if ican co m p u tatio n Ad d in g   m u ltimo d al  d ee p   le ar n in g   m o d el  f o r   h eter o g en e o u s   tr af f ic  d ata  im p u tatio n   u s in g   two   p ar allel  s tack ed   au to e n co d e r s   is   an   in n o v at iv s tep   an d   ca n   co n s id er   s p atial  an d   tem p o r al  d ep en d e n cies  s im u ltan eo u s ly ,   it  ass es s es  wh eth er   th m o d el   ca n   b g en er alize d   to   o th er   tr af f ic  d atasets   b ey o n d   PeMS   [ 2 6 ] P r o p o s ed   o r g a n izin g   lan e - s ca le  tr af f ic  d ata  in to   ten s o r   p atter n s   th at  ca n   s im u ltan e o u s ly   co n s id er   th e   s p atio - tem p o r al  d e p e n d en ce   o f   tr af f ic  f lo with   a n   im p r o v ed   t u ck e r   d ec o m p o s itio n - b ased   im p u tati o n   ( I T DI )   m eth o d   to   r ec o v er   th m is s in g   v alu es  f r o m   tr af f ic  d ata  b y   ex ten d in g   th T u ck er   d ec o m p o s itio n   m o d el  with   an   ad ap ti v r an k   c alcu latio n   alg o r ith m   a n d   an   im p r o v e d   o b jectiv e   f u n ctio n   [ 2 6 ] P r o p o s ed   an   atten tiv g r ap h   n eu r al  p r o ce s s   ( AGNP)   m eth o d   f o r   s h o r t - ter m   tr af f ic  s p ee d   p r ed ictio n   a n d   im p u tatio n   at   th n etwo r k   lev el  wh ile  c o n s id er in g   r eliab ilit y   f ir s t,  g au s s ian   p r o ce s s   ( GP)   is   u s ed   to   m o d el  th o b s er v ed   tr a f f ic  s p ee d   s tate   [ 2 7 ] .   As  to o to   ac co u n f o r   m is s in g   tr af f ic  d ata  [ 2 8 ] ,   d esig n ed   n o v el  d ee p   lear n in g   ar ch itec tu r ca lled   d y n am ic  g r ap h   co n v o l u tio n al  r ec u r r en im p u tatio n   n etwo r k   ( DGCR I N) .   DG C R I u s es  g r ap h   g en e r ato r s   an d   d y n am ic  g r ap h   c o n v o l u tio n al  g ated   r ec u r r en t   u n its   ( DGCGR U)   to   p er f o r m   d etailed   m o d e lin g   o f   th d y n a m ic   s p atio tem p o r al  d ep en d en cies  o f   r o ad   n etwo r k s .   An   in n o v ati v m o d el  th at   co m b in e s   g r ap h   atten tio n   n etwo r k s   ( GAT s )   an d   r ec u r r en n eu r al   n etwo r k s   ( R NNs)  to   im p u te   m is s in g   tr af f ic   d ata   b y   co n s id er in g   s p atial  an d   tem p o r al  d e p en d e n cies  in   b id ir ec tio n al  m an n er   b y   [ 2 9 ]   ca l led   b id ir ec tio n al  g r ap h   atten ti o n   r ec u r r e n n e u r al   n etwo r k   ( GARNN)   wh ich   n e ed s   d ev elo p m en f o r   o t h er   d at asets I ca n   b an   in n o v ativ s o lu tio n   to   ad d r ess   th m is s in g   d ata  p r o b lem   in   tr af f ic  d ata   f o r   t h im p u tatio n   o f   m u ltis tate  tim s er ies  d ata  [ 3 0 ] .   Pro p o s in g   m u ltis tate  tim s er ies  im p u tat io n   u s in g   g en er ativ e   ad v e r s ar ial  n etwo r k   o p er ates  b y   u s in g   g e n er ato r   an d   d is cr im in ato r .   T h g e n er ato r   aim s   to   g en er ate  an   im p u tatio n   o f   m is s in g   v alu es  in   th tim s er ies  d ata,   wh ile  th d is cr im in ato r   lea r n s   to   d is cr im in ate  b etwe en   th o s g en er ated   b y   th g en er ato r .   T h in ter ac tio n   o f   th ese   two   co m p o n en ts   r e s u lts   in   s tatis tically   s o u n d   im p u tatio n s   c o n s is ten with   th u n d e r ly in g   p atter n   o f   th e   tim e   s er ies Usi n g   laten f ac to r   m o d el - b ased   ap p r o ac h   f o r   im p u tin g   tr a f f ic  d ata   with   r o a d   n etwo r k   in f o r m atio n   ef f icien tly   f ills   d ata  g a p s   wh i le  co n s id er in g   th r o ad   n e two r k   s tr u ctu r e   [ 3 1 ] .   T h m o d el  in co r p o r ates  laten f a c t o r s   t o   c a p t u r e   c o m p l e x   p a t t e r n s   i n   t r a f f i c   d a t a   a n d   r o a d   n e t w o r k   i n f o r m a t i o n   t o   i m p r o v e   i m p u t a t i o n   a c c u r a c y .   I n   m o d el  f u s io n ,   th h y b r id   C NN - L STM   en s em b le  m eth o d   is   an   ap p r o ac h   th at  co m b in es  C NNs  an d   L STM s   in   an   en s em b le  m o d el .   T h is   m eth o d   is   d esig n ed   t o   h an d le  s p atial - tem p o r al  d ata  e f f ec tiv ely ,   m ak in g   it  p ar ticu lar ly   s u itab le   f o r   p r e d i ctiv m o d elin g   a p p licatio n s   i n   I T [ 3 2 ] .   Utilizin g   th e   s tr en g th s   o f   C NN  in   ca p tu r in g   s p atial  in f o r m atio n   an d   L STM   in   ca p tu r i n g   tem p o r al  p atter n s ,   it  is   well  s u ited   f o r   co m p lex   s p atial - tem p o r al  d ata.   Usi n g   an   en s e m b le,   th m o d el  is   m o r e   r esil ien to   n o is an d   m is s in g   d at an d   ca n   p r o d u ce   m o r ac cu r ate  p r ed ictio n s .     2 . 1 .     Da t a   c o llect io n   W p r o v id a n   o v er v iew  o f   i n v esti g atio n s   in to   tr af f ic   d ata  c o llectio n   m eth o d s ,   d ef i n itio n s   o f   m is s in g   d ata  ty p es,  an d   d ata  p r ep r o ce s s in g   m eth o d s   th at  ca n   b u s ed   to   im p r o v lim ited   d atasets .   I n   Fig u r 1 ,   s p atial - tem p o r al  d ata   co llectio n   t h r o u g h   d atasets   in clu d es  id en tify in g   I o T   s en s o r   d ata  s o u r ce s ,   h is to r ical  d ata,   an d   g eo s p atial  d ata  [ 3 3 ] Dete r m in in g   r an d o m   m is s in g   d ata,   m is s in g   d ata  with in   s p ec if ic  tim r an g e ,   an d   m is s in g   d ata   b lo ck s .   T h s ec o n d   p ar is   th d ata  im p u tatio n   m eth o d   u s ed ,   in clu d i n g   th s tatis tical  m eth o d   o f   s p atial  in ter p o latio n   b y   esti m atin g   m is s in g   v alu es  b ased   o n   s tatis t ical  m o d el  o f   th d is tan ce   b etwe en   d ata   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       S p a tia l - temp o r a d a ta   imp u ta t io n   fo r   p r ed ictive  mo d elin g   …  ( Yo h a n es P r a co y o   Wid i P r a s etyo )   797   p o in ts ,   m ac h in lear n in g   b ase d   o n   GANs  u s ed   to   g en er ate  s y n th etic  d ata  th at  r esem b les  th o r ig in al  d ata,   an d   th f u s io m eth o d   r ef e r s   to   th f u s io n   o f   v ar io u s   d ata  s o u r ce s ,   tech n iq u es,  o r   m o d els to   ac h i ev m o r ac cu r ate   an d   r eliab le  r esu lts .   T h th ir d   p ar r ef er s   to   th e   p r o ce s s   o f   s elec tin g   th m o d el   th at  b est  s u its   th p u r p o s o f   th an aly s is   an d   th ch ar ac te r is tics   o f   t h d ata.   I n v o l v in g   th s elec tio n   o f   f ea tu r es,  alg o r ith m s ,   ev alu atio n   m eth o d s ,   an d   way s   o f   co m b in in g   m o d els  ac r o s s   r o ad   n etwo r k   ty p es  an d   ty p es ,   d ata  lo s s   r ef er s   to   s itu atio n s   wh er d ata  th at  s h o u ld   b a v ailab le  is   lo s t,  co r r u p ted ,   o r   in ac ce s s ib le.   Fu zz y   m o d els  u n ce r tain   s p atial - tem p o r al  v ar ia b les,  s u ch   as  tr av el  tim o r   r o ad   co n d itio n s .   Fin ally ,   we  r ev iew  f u tu r e   r esear ch   ch allen g es  r elate d   to   s p atial - tem p o r al  d a ta  lim itatio n s ,   h is to r ical  d ata,   an d   d ata  q u ality   in   th d ata s et.   C h allen g es  in   s y s tem   wo r k lo ad   a s   well  as  t h ab ilit y   o f   t h s y s tem   to   r ec o v er   f r o m   d is r u p tio n s   with   clo u d   s er v ices  f o r   elastic scala b ili ty .           Fig u r 1 .   Flo wch ar o f   r esear c h   r ev iew  s tep s       2 . 1 . 1 .     Da t a   i dentif ica t io n   T r af f ic  d ata   id en tific atio n   r e f er s   to   co llectin g   an d   an aly z in g   in f o r m atio n   r elate d   t o   th f lo o f   v eh icles  o r   r o ad   u s er s   at  a   s p ec if ic  lo ca tio n .   Stan d ar d   m et h o d s   f o r   id e n tify in g   tr af f ic  d ata  b ased   o n   o n lin e   tech n o lo g ies  s u c h   as  GPS  lo c atio n ,   m o d elin g ,   an d   v i d eo   a n aly s is   im ag p r o ce s s in g   ar d i s cu s s ed ,   as  well  as   th co m p lex ity   o f   th d ata   s o u r ce   [ 3 4 ] .   Usi n g   ca m er as  to   r e c o r d   im ag es  an d   i d en tify   v e h icles  is   s u g g ested   b y   [ 3 5 ]   f o r   im ag p r o ce s s in g   a n d   v id e o   an aly s is   in   d etec tin g   m o v em e n ts ,   v eh icle  t y p es,  a n d   tr af f ic  p atter n s .   C am e r s en s o r s   ar also   f r eq u en tly   u s ed   in   a d v an ce d   tr af f ic  m o n ito r in g   s y s tem s   [ 3 6 ] .   Usi n g   Go o g le   Ma p s ,   B in g   M ap s ,   W az e,   Nav ig atio n   Pro ,   a n d   T o m   T o m   T r af ic  p latf o r m s   [ 3 7 ]   an d   [ 3 8 ]   p r o v id f lex i b ilit y   in   o b tain in g   tr af f ic  d ata  u s in g   r ea l - tim m eth o d s .   Ho we v er ,   th e   co m p lex ity   o f   th e   tr af f ic  d ata  r eq u i r es  im p r o v e d   s im u latio n   m o d els  th at  ca n   u t ilize  th tech n o lo g y   s o   th at  r e al - tim tr af f ic  d ata  ca n   b u s ed   as  r ef er en ce   f o r   tr af f ic  s p ee d   s er v ices   [ 3 9 ] .   L ik PeMS  p u b lic  d ata,   th tr an s p o r tatio n   d ep ar tm en t   ca n   p r o v id a n   e asil y   ac ce s s ib le,   in ter n et - av ai lab le  s o u r ce   o f   r ea l - tim h is to r ical  tr af f ic   d ata   co n tain in g   v ar io u s   a n aly s is   ca p ab ilit ies to   s u p p o r t v a r io u s   u s er s   [ 4 0 ] .     2 . 1 . 2 .     M is s ing   da t a   R esear ch   o n   d ata  im p u tatio n   h as  d if f er en class if icatio n s   f o r   th ty p o f   m is s in g   d ata  [ 4 1 ]   d escr ib in g   r an d o m ,   u n iv ar iate,   an d   m u lt iv ar iate  m is s in g   d ata.   I n   o th e r   p ap e r s ,   s u ch   as  [ 4 2 ]   an d   [ 4 3 ] ,   u n iv a r iate  an d   m u ltiv ar iate  will  b n a m ed   f ib er   m is s in g   d ata   an d   b lo ck   o r   p an el  m is s in g   d ata;  o th er   p a p er s   m ay   also   g iv e   d if f er en n am es  to   s im ilar   ty p es  o f   m is s in g   d ata,   s u ch   as  c o n tin u o u s   m is s in g   d ata  t o   r ep r esen f ib er   m is s in g   d ata  [ 4 4 ] W illu s tr ate  th ca teg o r izatio n   o f   m is s in g   d ata  in   Fig u r 2 .   Fig u r e   2 ( a)   s h o ws  th at  r a n d o m   m is s in g   d ata  ca n   o cc u r   d u to   s u d d en   p o wer   d is co n n ec tio n   o f   s en s o r s ,   f ailed   d ata  tr a n s m is s i o n   d u to   n etwo r k   in ter f e r en c e,   an d   r an d o m   e r r o r s   in   s u r v e y   d ata  co llectio n   an d   GPS  d ev ices.  Oth er   v ar ian ts   o f   r an d o m   m is s in g   d ata  ar m is s in g   at  r an d o m   ( MA R )   an d   m is s in g   n o at  r an d o m   ( MN AR )   b u t   [ 4 5 ] ,   [ 4 6 ]   s tate  th at   MN AR   is   g en er ally   n o t   co n s id er e d .   T h er ef o r e,   MCAR   is   th s t a n d a r d   t e s t   c a s e   u s e d   i n   m o s t   s t u d i e s ,   f o l l o w e d   b y   m i s s i n g   l a y e r   a n d   b l o c k .   T h e   m i s s i n g   d a t a   l a y e r   i n   F i g u r e   2 ( b ) ,   in   th co n tex o f   s p atio - tem p o r al  d ata  o r   I T d ata,   r ef er s   to   s p ec if ic  tim s eg m en t,  g eo g r ap h ic  lo ca tio n ,   o r   a   s p ec if ic  ca teg o r y   o f   d ata,   e. g . ,   v eh icle  ty p o r   wea th er   co n d it io n s .   T h m is s in g   d ata  b lo ck   in   Fig u r e   2 ( c)   o f ten   o cc u r s   in   th co n te x o f   tim s er ies  d ata  o r   s p atio - tem p o r al  d ata,   wh er an   en tire   r an g o f   tim e,   g eo g r a p h ical  lo ca tio n ,   o r   o th er   v ar iab les ar e   s u cc ess iv ely   m is s in g .     2 . 2 .     Da t a   p re pro ce s s ing   Data   p r ep r o ce s s in g   id e n tifie s   an d   h an d les  m is s in g   d ata ,   v alid atin g   th e   m is s in g   v a lu es  with   ap p r o p r iate  esti m ates.  P r o p o s ed   d ata  d en o is in g   an d   co m p r ess io n   m eth o d   b ased   o n   wa v elet  tr an s f o r m   an d   d ata  m o d el  co n s tr u ctio n   [ 4 7 ] S aid   th at   th e   p r o ce s s   o f   r em o v in g   u n r ea s o n ab le   o u tlier s   s h o u ld   ad ap t   to   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   2 May   20 2 5 :   7 9 4 - 8 0 7   798   g en er al  p atter n   o f   th d ata   [ 4 8 ] .   T h at  is ,   if   th d ataset  is   to o   lar g e,   th en   p r ep r o ce s s in g   u s in g   d ata  s am p les  to   m ak it  ea s ier   to   h an d le,   th en   ch ec k in g   th q u ality   o f   t h d a ta  an d   en s u r in g   t h at  th d ata  m ee ts   th s p ec if ied   cr iter ia  b ef o r e   u s f o r   f u r t h er   an aly s is .             ( a)   ( b )   ( c)     Fig u r 2 .   I ll u s tr atio n   o f   m is s in g   d ata  wh er b lack   ce lls   ar m is s in g   d ata :   ( a)   r an d o m   m is s in g   d ata,   ( b )   m is s in g   d ata  lay er s ,   an d   ( c)   m is s in g   d a ta  b lo ck s       3.   I NVE ST I G AT I O M E T H O   L iter atu r r ev iews  o n   t h ca lc u latio n   o f   m is s in g   tr af f ic  d ata   o f ten   f o cu s   o n   t h r esu lt  o f   th m eth o d   u s e d ,   s u ch   as  [ 7 ] - [ 1 0 ] b u m ay   r e q u ir e   f u r th er   ex p lo r atio n   in   a   m o r e   s p ec if ic  c o n tex t,  s u ch   as   th r o a d   n etwo r k   o r   t h ty p o f   m is s in g   d ata.   T h e r ar th r ee   ca te g o r ies  o f   im p u tatio n   m eth o d s   f o r   m is s in g   tr af f ic   d ata s tatis tical,   m ac h in lear n in g ,   an d   f u s io n   m o d el .   Statis tical  im p u tatio n   to   esti m ate  m is s in g   v alu es  u s es  s tatis t ical  m ea n ,   m ed ian ,   a n d   r eg r ess io n   m o d els.  Ma ch i n l ea r n in g   m et h o d s   in v o lv u s in g   m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   to   p r ed ict  a n d   f ill  in   m is s in g   v alu es  in   th e   d ata  s et,   an d   f u s io n   m eth o d s   ar s tatis tical,   m ac h in lear n in g ,   a n d   d ee p   lea r n in g - b ased   ap p r o a ch es T h e   h y b r id   C NN - L STM   en s em b le  m eth o d   is   m eth o d   th at   co m b in es  th ad v a n tag es  o f   C NN  an d   L STM   with   in f o r m ati o n   f r o m   a v ailab le  d ata   to   p e r f o r m   im p u tatio n   a n d   p r ed ictiv m o d elin g   ac c u r atel y .       3 . 1 .     St a t is t ica m et ho ds   Statis t ical  m eth o d s   an aly ze   e x is tin g   d ata  to   d e v elo p   r ep r es en tativ m o d els  an d   ar in d e p en d en o f   th am o u n o f   d ata   [ 4 9 ] .   As   th m o s p o p u lar   a n d   ea s y - to - p r o ce s s   m eth o d ,   it  r ep lace s   m is s in g   v al u es  with   t h m ea n ,   m ed ian ,   o r   m o d o f   al d ata  in   th co lu m n .   Pro b ab ilit y   p r in cip al   co m p o n e n an a ly s is   ( P PC A)   is   a   s tatis t ical  an a ly s is   tech n iq u u s ed   to   r ed u ce   th d im en s io n ali ty   o f   co m p lex   d ata  s ets.  T h is   t ec h n iq u is   s im ilar   to   th p r in cip al  co m p o n en an aly s is   ( PC A)   m eth o d   b u t   u s es  p r o b a b ilis tic  ap p r o ac h   to   d ete r m in th e   p r in cip al  c o m p o n en ts   o f   th d ata.   PP C g en er ally   w o r k s   b y   f in d i n g   p r o b a b ilis tic  r ep r es en tatio n   o f   t h d ata  g en er ated   b y   a   lin ea r   co m b in atio n   o f   m u ltip le  p r in cip al  co m p o n en ts .   H as  f av o r ab ly   r ev iewe d   a   s p atio tem p o r al  PP C A - b ased   d ata  im p u tatio n   m eth o d   f o r   tr af f ic  f lo d ata  in   u r b an   n etwo r k s   [ 5 0 ] .   T o   o v er co m e   th s h o r tco m in g s ,   a   n ew  m eth o d   was  p r o p o s ed   to   im p r o v th im p u tatio n   p er f o r m an ce   o f   m is s in g   tr af f ic  d ata  b y   f u lly   u tili zin g   th av ailab le  s p atial - tem p o r al  co r r elatio n   d ata;  f u zz y   m ea n s   ( FC M)   was  s e lecte d   as th b asic a lg o r ith m   [ 5 1 ] .     3 . 1 . 1 .   Sp a t ia l - t e m po ra l int er po la t io n   Sp atial - tem p o r al  in ter p o latio n   is   tech n iq u u s ed   in   g eo s p atial  d ata  an aly s is   to   esti m ate   v alu es  at   u n o b s er v e d   lo ca tio n s   an d   ti m es  b ased   o n   o b s er v atio n s   o f   s u r r o u n d in g   d ata  [ 5 2 ] As  p ar o f   th d ata  in ter p o latio n   tech n iq u e,   t h Kr ig in g   m et h o d   f u lly   u tili ze s   th s p atio tem p o r al  c o r r elatio n   in   t r af f ic  d ata  an d   d o es  n o ass u m th at  th d ata  f o llo ws  d is tr ib u tio n   [ 5 3 ] T h p er f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   m eth o d   is   co m p ar ed   with   two   o t h er   p o p u lar   m eth o d s ,   n a m ely   h is to r ic al   av er ag in g   a n d   KNN .   T h r esu lts   s h o th at  th e   p r o p o s ed   m eth o d   h as  t h h ig h est  im p u tatio n   ac c u r ac y   an d   is   m o r f le x ib le  th an   o th e r   m eth o d s .   W h en   t h e   m is s in g   d ata  r ate  is   lo wer   th an   1 %,  th p er f o r m an ce   o f   th h is to r ical  av er ag m eth o d   is   b etter   th an   th p r o p o s ed   im p u tatio n   m e th o d   [ 5 4 ] Alth o u g h   Kr ig in g   is   p o wer f u an d   p o p u lar   in ter p o la tio n   m eth o d ,   it  h as   s o m d r awb ac k s   r elate d   to   t h e   s tatio n ar ity   ass u m p tio n ,   d ep e n d en ce   o n   v ar i o g r am   m o d els,  s u f f icien d ata,   an d   s en s itiv it y   to   o u tlier s .     3 . 1 . 2 .   T ens o deco m po s it io n a nd   f a ct o riza t i o n m et ho d   T h is   m eth o d   b elo n g s   to   m u ltiv ar iate  s tatis tics   an d   m u ltid im en s io n al  d ata  a n aly s is ,   wh ich   in v o lv es   u s in g   ten s o r   s tr u ctu r es  to   f ill  in   m is s in g   v alu es  in   m u ltid i m en s io n al  d ata.   T h tec h n iq u e   in v o lv es  b r ea k in g   d o wn   t h ten s o r   s tr u ctu r e   in t o   m o r s tr u ctu r ed   co m p o n en t s   to   m o d el  th e   co m p lex   p atte r n s   co n tain e d   in   th e   d ata  [ 2 1 ] ,   [ 5 5 ] .   T h a d v an tag o f   d ata  im p u tatio n   with   t h is   m eth o d   is   th e   ab ilit y   to   h a n d l m u ltid im en s io n al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       S p a tia l - temp o r a d a ta   imp u ta t io n   fo r   p r ed ictive  mo d elin g   …  ( Yo h a n es P r a co y o   Wid i P r a s etyo )   799   d ata  with   co m p lex   p atter n s   an d   in ter ac tio n s   b etwe en   d im en s io n s   th r o u g h   B ay esian   ap p r o ac h   co m b in e d   with   im p u tatio n   tech n iq u es  to   p r e d ict  m is s in g   v alu es  in   th d ata   [ 5 6 ] .   T h is   ap p r o ac h   u s es  r o b u s p r o b ab ilis tic  ap p r o ac h   to   esti m ate  m is s in g   v alu es  b y   co n s id er in g   th u n ce r tain ty   in   th p r e d ictio n .   B asic  ten s o r   f ac to r izatio n   m et h o d s   h a v s h o wn   s ig n if ican im p r o v em en in   th f ield   o f   m is s in g   tr af f ic  d ata  im p u tatio n ,   as   s tated   b y   [ 3 ] ,   [1 0] [ 1 3 ] ,   [ 1 8 ] ,   [ 2 0 ] ,   [ 2 5 ] ,   [ 5 6 ] - [ 5 8 ]   I ca n   al s o   b s ee n   t h at  m o s o f   th ese  m o d els  h av e   b ee n   test ed   f o r   r o b u s tn ess   in   ac co u n tin g   f o r   m is s in g   tr af f ic  d at at  lev els  r an g in g   f r o m   1 to   9 0 wh ile  s till   h av in g   a   h ig h   lev el  o f   ac c u r ac y   [ 5 7 ] ,   [ 5 9 ] .   T h is   m eth o d ' s   ad v a n tag es  lie  i n   its   s im p licity   an d   a p p licab ili ty ,   ea s o f   in te r p r etatio n ,   co m p u tatio n al  ef f icien cy ,   an d   s u itab ilit y   f o r   s tr u ctu r ed   d ata.   I ts   wea k n ess es  ar th at  it   is   lim ited   to   lin ea r   d ata,   less   f lex ib le,   an d   less   ad ap tiv e.   Sin ce   it  wo r k s   well  o n   lin ea r   d ata  p atter n s ,   it  is   m o r ef f ec tiv wh en   wo r k in g   with   s tr u ctu r ed   d ata.     3 . 2 .     M a chine  l ea rning   Ma ch in lear n in g   alg o r ith m s   ar d esig n ed   to   lea r n   f r o m   ex i s tin g   d ata,   id en tify   p atter n s ,   a n d   ad ap t o   en v ir o n m en tal  ch an g es  o r   n e d ata   [ 6 0 ] .   M o d els  ar tr ain ed   u s in g   d atasets   co n tain in g   p r ed ef in e d   in p u an d   o u tp u p air s   in   s u p er v is ed   lear n in g .   I n   co n tr ast,  th m o d e is   g iv en   d ata  with   n o   lab els  o r   ca teg o r ies  in   u n s u p er v is ed   lear n in g .   T h g o al  is   to   d is co v er   n atu r al  p atter n s   in   th d ata,   s u ch   as  clu s ter s   o r   h id d en   s tr u ctu r es.  N eu r al  n etwo r k s   ar th m o d el  m o s s y n o n y m o u s   with   m ac h in le ar n in g ,   alth o u g h   n o co m p letely   [ 6 1 ] ,   it  is   p o wer f u to o f o r   d ata  im p u tatio n ,   in clu d in g   s p atial - tem p o r al  d ata  im p u tatio n .   I n   th is   co n tex t,   n eu r al  n etwo r k s   ca n   p r ed ict  m is s in g   v alu es  b ased   o n   p atter n s   in   th av ailab le  d ata.   So m ap p r o ac h es  to   u s in g   n eu r al  n etwo r k s   in   d ata  im p u t atio n   ar GANs .   GAN ar ty p o f   n eu r al   n etwo r k   a r ch itectu r t h at  c o n s is ts   o f   two   n eu r al  n etwo r k   m o d els:   g en er ato r s   an d   d is cr im in ato r s .   T h g en er ato r   is   r esp o n s ib le  f o r   cr ea tin g   n ew  d ata,   f o r   ex am p le,   im ag es,   s o u n d s ,   o r   tex ts ,   s im ilar   to   th tr ain in g   d ata .   At  f ir s t,  th g e n er ato r   g en er ates  r an d o m   d a ta.   Du r in g   tr ai n in g ,   th g en e r ato r   lear n s   to   g e n er a te  d ata  th at   is   in cr ea s in g l y   s i m ilar   to   t h tr ai n in g   d ata  t h r o u g h   f ee d b ac k   f r o m   th d is cr im in ato r   [ 6 2 ] .   T h d i s cr im in ato r   is   r esp o n s ib le  f o r   d is tin g u is h in g   b etwe en   th d a ta  g en er ated   b y   th g en er ato r   an d   th o r ig in al  tr ai n in g   d ata.   T h d is cr im in ato r   i s   tr ain ed   to   d is tin g u is h   b etwe en   "r ea l"  d ata  ( f r o m   th tr ain in g   d ataset)   an d   "f ak e"   d ata  ( g en e r ated   b y   th g en er ato r ) .   T h d is cr im in ato r   u p d ates  th p ar am eter s   b ased   o n   th er r o r   in   class if y in g   th f ak o r   o r i g in al  d ata   [ 2 2 ] ,   [ 2 4 ] .   T h GAN  tr ain in g   p r o ce s s   i n v o lv es   iter atio n s   wh er th g e n er ato r   an d   d is cr im in ato r   p lay   a g ain s t e ac h   o th er .   n eu r al  n etwo r k   g r ap h   is   v is u al  r ep r esen tatio n   o f   t h ar ch itectu r an d   s tr u ctu r e   o f   n eu r a l   n etwo r k   u s ed   in   m ac h i n lea r n in g .   I s h o ws  h o w   n eu r o n s   ar o r g a n ized   i n   lay er s   an d   co n n ec ted   th r o u g h   weig h ted   co n n ec tio n s .   R ec en tly ,   [ 6 3 ]   h as  co n d u cte d   co m p r eh en s iv s u r v ey   o n   GNNs  an d   class if ied   v ar io u s   GNN  m o d els  in to   f o u r   ca teg o r ies - r ec u r r en GNNs,  co n v o lu tio n al  GNNs,  g r ap h   au to - en co d er s ,   an d     s p atio - tem p o r al  GNN s .   Am o n g   th em ,   it  h as  b ee n   f o u n d   th at   co n v o lu tio n al  GNN  h as  r ec en tly   b ec o m m o r e   p o p u lar   ch o ice  in   tr af f ic  r ese ar ch ,   as  s h o wn   b y   [ 5 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 3 6 ] .   G r ap h   c o n v o lu tio n al  n e two r k s   ( GC Ns)  ar e   n eu r al  n etwo r k   ar c h itectu r es  d esig n ed   to   p er f o r m   lear n in g   o n   d ata  s tr u ctu r ed   as  g r ap h s   o r   n etwo r k s .   T h ey   ex ten d   t h c o n v o lu tio n   co n ce p o f   co n v en tio n al  n eu r al   n et wo r k s   to   th e   g r ap h   d o m ain ,   en ab lin g   th u s o f   to p o lo g ical   in f o r m atio n   in   d at r ep r esen tatio n .   C o n v o lu tio n al  GNNs,  o r   GC Ns,  u tili ze   co n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k s   to   em b e d   g r a p h   in f o r m atio n   in to   ten s o r s ,   r esu ltin g   in   u n if o r m   f r a m ewo r k   f r o m   ir r eg u lar   d ata  s ets   [ 6 4 ] .   GNNs  ca n   lear n   co m p le x   r ep r esen tatio n s   o f   s p atio - te m p o r al  s tr u ctu r es  in   g r ap h s   an d   ex tr ac p atter n s ,   r elatio n s h ip s ,   an d   d ep e n d en ci es b etwe en   g r ap h   en titi es   [ 6 5 ] .   Ma ch in lear n in g   m eth o d s   ca n   h an d le  co m p le x   d ata  s u ch   a s   s p atial - tem p o r al,   ad ap tiv e   to   ex ten s iv e   d ata,   an d   m o r ac cu r ate  p r e d ictio n   r esu lts .   Ma ch in lear n in g   m o d els  s u ch   as  n eu r al  n e two r k s   o r   r an d o m   f o r ests   ca n   ca p tu r e   co m p lex   d ata  p atter n s   an d   wo r k   with   v ar io u s   d ata  ty p es,  in clu d in g   th o s with   m is s in g   v alu es.  Alth o u g h   th ey   h av e   d r awb ac k s ,   s u ch   as  lar g d ata  r eq u ir e m en ts   an d   t h r is k   o f   o v e r f itti n g ,   ap p r o ac h es  s u ch   as  r eg u lar izatio n   an d   ca r ef u f ea tu r s elec tio n   ca n   h elp   o v er co m th em .   I n   ITS th is   m eth o d   wo r k s   well  wh en   th d ata  is   d y n am ic  an d   th u s   ca n   p r ed ict  t r af f ic,   d etec an o m alies,  s ig n al  o p tim izatio n ,   an d   tr av el  tim esti m atio n   with   p r e cisi o n     3 . 3 .     F us io m o del   Mo d el  f u s io n   f o r   d ata  im p u ta tio n   r ef er s   to   u s in g   d if f er en t ec h n iq u es  an d   m o d els  to   f ill  in   m is s in g   v alu es  in   d ata  s et.   T h is   ap p r o ac h   e x p lo its   th e   s tr en g th s   o f   ea ch   m o d el  t o   im p r o v e   th e   q u ality   o f   im p u tatio n   an d   r ed u ce   th wea k n ess es  o f   s in g le  im p u tatio n   m eth o d .   T h en s em b le   ap p r o ac h   c o m b in es  p r ed ictio n s   f r o m   s ev er al  d if f er e n im p u ta tio n   m o d els  [ 6 6 ] .   Fo r   e x am p l e,   b ag g in g ,   b o o s tin g ,   o r   s tack in g   tech n iq u es  ca n   in teg r ate  th r esu lts   f r o m   m u l tip le  im p u tatio n   m o d els  an d   p r o d u ce   m o r ac cu r ate  p r ed ic tio n s .   C o m b in atio n   mo d els  co m b in im p u tatio n   r e s u lts   f r o m   lin ea r   an d   n o n - lin e ar   m o d els  ( e. g . ,   r an d o m   f o r est  o r   n eu r al  n etwo r k )   to   o b tain   b etter   r esu lts .   T h f u s io n   m eth o d   with   h y b r id   C NN - L STM   en s em b le  in   th co n te x o f   im p u tatio n   o f   s p atio - tem p o r al  d ata  in v o lv es   co m b in in g   two   t y p es  o f   m o d els  t o   u tili ze   th s tr en g th s   o f   ea ch   [ 6 7 ] .   Fu s io n   with   m u ltip le  im p u tatio n   m et h o d s   is   an   ap p r o ac h   th at  in v o lv es  u s in g   s ev er al  d if f er en i m p u ta tio n   m eth o d s ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   2 May   20 2 5 :   7 9 4 - 8 0 7   800   s u ch   as  KNN,   r eg r ess io n ,   an d   in ter p o latio n ,   a n d   th en   co m b in in g   th im p u tatio n   r esu l ts   f r o m   th e   v ar i o u s   m eth o d s   to   p r o d u ce   m o r s tab le  p r ed ictio n s   [ 6 8 ] .   I u tili ze s   th ad v a n tag es  o f   b o th   s tatis tical  an d   m ac h i n l ea r n in g   m eth o d s   to   im p r o v e   p r ed ictiv ac cu r ac y   an d   h as th f le x ib ilit y   an d   a d ap tiv en ess   to   o v e r co m o v er f itti n g .   Alth o u g h   it h a s   th d is ad v an tag o f   h ig h   c o m p l ex ity   an d   r eq u i r es  ex ten s iv co m p u tatio n al   r eso u r ce s ,   it  w o r k s   well   o n   co m p le x   an d   h eter o g en e o u s   d ata  p r o ce s s in g ,   m ak in g   it  f lex ib le  s o lu ti o n   f o r   d y n am ic  d ata  p atter n s .   E f f ec tiv en ess   f o r   h eter o g en e o u s   an d   b alan ce d   d ata  o n   v ar i o u s   d ata  v a r iatio n   m o d els,  t h is   f u s io n   m et h o d   is   t h m o s t e f f ec tiv e.     3 . 4 .     O v er v iew  o f   re s ea rc h met ho ds   T o   p r o v i d m o r s p ec if ic  in f o r m atio n ,   th f o llo win g   is   d etailed   d escr ip tio n   o f   th e   p r im ar y   m eth o d s ,   ex am p le  r e f er en ce   p ap er s ,   r o ad   n etwo r k   ty p es,  d at ac q u is itio n   m eth o d s ,   an d   ty p es  o f   m is s in g   d ata  test ed   in   th co n tex o f   s p atial - tem p o r al  d ata  im p u tatio n   r esear ch   in   in tellig en t tr a n s p o r tati o n   in   T a b le  1 .   Fro m   T ab le   1 ,   m o s o f   th e   liter atu r r ev iewe d   was  co n d u ct ed   o n   u r b a n   n etwo r k s .   T h is   i s   b ec au s u r b an   n etwo r k s   a r th m o s f lu ctu atin g   an d   b u s iest   an d   th u s   r eq u ir th e   s u p p o r o f   in tellig en tr an s p o r tatio n   s y s tem s .   Ho wev er ,   if   we  lo o k   d ee p er   in to   th e   d ata  s ets  u s e d ,   it  ca n   b e   s ee n   t h at  m o s o f   th em   ar e   th s am e.   Mo s s tu d ies  co n s id er in g   tr af f ic  f lo s h o wn   in   T ab le  1   u s tax GP d ata,   wh ich   m ay   n o h av ac cu r at e   tr af f ic  s p ee d s .   T r af f ic  v o lu m s h o ws f ewe r   m is s in g   d ata  im p u tatio n   s tu d ies,  lik ely   d u to   d ata  av ailab ilit y   an d   th in ac cu r ate  n atu r o f   tr af f ic  v o lu m e.   Ho wev er ,   tr af f ic  v o lu m also   p r o v id es  g o o d   p ictu r o f   tr af f ic   c o n d i t i o n s ,   t r a v e l   t i m e ,   a n d   c o n g e s t i o n   l e v e l s ;   t h e s e   a r e   p a r a m e t e r s   t o   c o n s i d e r .   I m p u t a t i o n   m e t h o d s   s h o u l d   c o n s i d e r   b o t h   s p a t i a l   a n d   t e m p o r a l   a s p e c t s   t o   p r o d u c e   a c c u r a t e   e s t i m a t e s ,   a s   t r a n s p o r t a t i o n   d a t a   a r e   o f t e n   d e r i v e d   f r o m   s e n s o r s   a n d   d i r e c t   o b s e r v a t i o n s   t o   o v e r c o m e   u n c e r t a i n t i e s   a n d   d i s t u r b a n c e s   t h a t   m a y   o c c u r   i n   o b s e r v a t i o n a l   d a t a .   T a b l e   2   l i s t s   t h e   c h a r a c t e r i s t i c   a d v a n t a g e s   a n d   g a p s   o f   t h e   p o p u l a r   m e t h o d s   m e n t i o n e d   i n   T a b l e   1 .       T ab le  1 .   Su m m a r y   o f   liter atu r s tu d ies o n   v ar iab le  d ata  im p u tatio n   M e t h o d s   A r t i c l e   R o a d   n e t w o r k   D a t a   l o ss   F u z z y   m e t h o d   D a t a   l i m i t a t i o n s   D a t a   s o u r c e   S t a t i st i c s   S p a t i a l - Te m p o r a l   I n t e r p o l a t i o n   [ 4 9 ] ,   [ 5 0 ] - [ 5 4 ]     [ 5 2 ] - [ 5 4 ]   2     2   3     1   0     0   0     0   0     0   Te n s o r   D e c o m p o si t i o n   [ 3 ] ,   [ 1 0 ]   [ 1 3 ] ,   [ 1 8 ] ,   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] ,   [ 2 0 ] ,   [ 2 5 ] ,   [ 5 5 ] ,   [ 5 6 ] - [ 5 9 ]   9   5   0   0   0   M a c h i n e   L e a r n i n g   [ 5 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] ,   [ 3 6 ] ,   [ 6 1 ] - [ 6 5 ] ,   [ 6 0 ]   1   9   0   1   0   F u si o n   M o d e l   [ 2 8 ] ,   [ 3 2 ] ,   [ 6 6 ] ,   [ 6 7 ] ,   [ 6 8 ]   2   3   0   0   0       T ab le  2 .   C h ar ac ter is tics   o f   p o p u lar   m eth o d s   M e t h o d s   S t a t e   o f   t h e   a r t   R e se a r c h   g a p s   S t a t i st i c s     A b i l i t y   t o   h a n d l e   t i me   a n d   sp a c e   v a r i a b i l i t y   su p p o r t e d   b y   a c c u r a c y   i n   e s t i m a t i n g   mi ssi n g   v a l u e a n d   f l e x i b i l i t y   i n   m o d e l a n d   a p p r o a c h e s.     H a n d l i n g   e x t e n si v e   d a t a   a n d   a c c o mm o d a t i n g   u n c e r t a i n t y   i n   e s t i m a t i o n   a r e   l i m i t a t i o n s,   a s   sp a t i a l - t e mp o r a l   d a t a   t e n d t o   b e   f u l l   o f   u n c e r t a i n t y .   Te n s o r   d e c o m p o si t i o n     I t   h a n d l e c o mp l e x   a n d   m u l t i d i m e n s i o n a l   d a t a   w e l l   a n d   h a h i d d e n   p a t t e r n   r e c o g n i t i o n .     I t   a c c o mm o d a t e u n c e r t a i n t y   i n   d a t a   a n d   e st i mat i o n   a n d   i mo r e   c o mp u t a t i o n a l l y   e f f i c i e n t   t h a n   o t h e r   c o mp u t a t i o n a l l y   i n t e n s i v e   a p p r o a c h e s.     Li mi t a t i o n i n   h a n d l i n g   n o i s e   a n d   u n c e r t a i n t y   i n   t h e   d a t a .     I t   r e q u i r e l a r g e   r e s o u r c e f o r   i mp l e men t a t i o n   i n   r e a l - t i me   o r   b i g   d a t a   e n v i r o n m e n t s.     R e q u i r e a   d e e p   u n d e r st a n d i n g   o f   t h e   c o n c e p t s   a n d   a l g o r i t h ms  i n v o l v e d   M a c h i n e   l e a r n i n g     A b l e   t o   h a n d l e   l a r g e   v o l u mes  o f   d a t a   w e l l .     A b l e   t o   h a n d l e   d a t a   w i t h   h i g h   d i me n s i o n a l i t y   a n d   c o m p l e x   s t r u c t u r e s,  s u c h   a s   sp a t i a l - t e m p o r a l   d a t a ,   w i t h   s o u n d   c a p a b i l i t i e s .     En a b l e d a t a - d r i v e n   mo d e l   t r a i n i n g   t h a t   c a n   i mp r o v e   i mp u t a t i o n   p e r f o r ma n c e .     Th e   p e r f o r ma n c e   o f   m a c h i n e   l e a r n i n g   mo d e l i s   h i g h l y   d e p e n d e n t   o n   t h e   d a t a   q u a l i t y   u se d   f o r   t r a i n i n g .     M a c h i n e   l e a r n i n g   mo d e l c o u l d   b e   m o r e   e f f e c t i v e   w h e n   d e a l i n g   w i t h   i m b a l a n c e d   d a t a .     O v e r f i t t i n g   c a n   l e a d   t o   i n a c c u r a t e   o r   u n r e l i a b l e   i mp u t a t i o n   r e su l t s .   F u si o n   m o d e l s     W e   a r e   u t i l i z i n g   e a c h   m o d e l 's a d v a n t a g e s   a n d   man a g i n g   e a c h   mo d e l 's s h o r t c o m i n g s.       I t   h a i m p r o v e d   p e r f o r m a n c e   a n d   f l e x i b i l i t y   i n   r e so u r c e   u t i l i z a t i o n .     R e si l i e n t   t o   c h a n g e s   i n   d a t a   a n d   e n v i r o n m e n t   a n d   i n c r e a s e d   r o b u st n e ss  f o r   r e d u c e d   o v e r f i t t i n g .     R e q u i r e s m o r e   e x c e l l e n t   c o mp u t i n g   r e so u r c e s.     Th i c o mp l e x i t y   c a n   c o m p l i c a t e   t h e   i n t e r p r e t a t i o n   o f   r e s u l t s   a n d   i n c r e a s e   t h e   c o m p u t a t i o n a l   a n d   man a g e me n t   c o st s   o f   t h e   mo d e l .     R e q u i r e s   mo r e   c o mp l e x   c u s t o mi z a t i o n   a n d   mai n t e n a n c e   t h a n   s i n g l e   m o d e l s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       S p a tia l - temp o r a d a ta   imp u ta t io n   fo r   p r ed ictive  mo d elin g   …  ( Yo h a n es P r a co y o   Wid i P r a s etyo )   801   4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   T h is   p ap er   in v esti g ates  th im p ac o f   s p atial - tem p o r al  d at lo s s   o n   I T S.  Alth o u g h   p r e v io u s   p ap er s   h av ex p lo r e d   m o d el  im p u tat io n   an d   p r ed ictiv m o d elin g ,   th ey   d id   n o ex am i n th e   co m m o n   m ec h an is m s   u s ed   am o n g   th v ar i o u s   m o d els  r ev ie wed   an d   f o cu s ed   m o r o n   th o v er all  q u ality   o f   ea ch   m o d el   Sp atio - tem p o r al  atten tio n   n e two r k s   ( STAN )   in co r p o r ate  atten tio n   m ec h an is m s   to   ca p tu r th co m p lex   r elatio n s h ip s   b etwe en   s p atial  an d   tem p o r al  d ata  [ 6 9 ] .   I n   ad d itio n ,   s p atial - tem p o r al  f u s io n   lay er   co m b in es   s p atia an d   tem p o r al   f ea tu r r ep r esen tatio n s   an d   a n   e n co d e r - d ec o d er   a r ch itectu r e   th at  p r o d u ce s   th e   d esire d   o u tp u t.  STAN   ca n   tak in to   ac co u n th in ter ac tio n s   b etwe en   s en s o r   lo ca tio n s   an d   tim e,   r esu ltin g   in   f ea tu r e   r ep r esen tatio n s   f o r   m o r ac c u r ate  p r e d ictio n s   [ 7 0 ] T h e   d is cu s s io n   o f f er s   h y b r id   C NN - L STM   en s em b le   m eth o d   th at  c o m b in es   t h s tr en g th s   o f   C NN  an d   L STM   to   m o d el   th e   co m p le x ity   o f   s p a tial - tem p o r al  d ata.   I n itializatio n   p ar am ete r s   o n   th n u m b er   o f   C NN  lay er s ,   L STM   u n its ,   e n s em b le  s ize,   an d   m eth o d   a r e   d eter m in ed   a p p r o p r iately ,   a n d   th en   d ata  p r ep r o ce s s in g   is   p er f o r m ed   t o   h an d le  m is s in g   v alu es  d u r in g   tr ai n in g .   T h C NN  ca p tu r es  th s p atial  p atter n s ,   wh ile  th L STM   h an d les  th tem p o r al  d ep e n d en cie s .   T h en ,   th C NN - L STM   m o d el  is   co m b in ed ,   th f in al  m o d el  is   u s ed   to   im p u te  th m is s in g   v alu es,  an d   th p er f o r m a n ce   is   ev alu ated   u s in g   s tan d ar d   m etr ics.  W f in d   th at  th p r ed ictio n   ac cu r ac y   is   co r r elate d   with   th co m p le x ity   o f   th m o d el  an d   th n u m b e r   o f   s p atio - tem p o r al  f ea t u r es  u s ed .   T h m eth o d   p r o p o s ed   i n   th is   p ap er   h as  m u ch   h ig h er   p r o p o r tio n   o f   ac c u r a cy   u n d er   d y n am ic  tr af f ic  c o n d itio n s   th a n   tr a d itio n al  r e g r ess io n - b ased   o r   in ter p o latio n - b ased   im p u tatio n   m eth o d s .     4 . 1 .    H a nd lin g   lo s t   da t a   Fu s io n   m o d els  u tili ze   th ad v an tag es  o f   ea c h   tech n i q u t o   o v er c o m th e   lim itatio n s   o f   in d iv id u al   m eth o d s   [ 7 1 ] C NNs  ca p tu r e   s p atial  p atter n s   i n   d ata,   s u c h   as  im a g es  o r   m ap s ,   with   two - d im e n s io n al   s tr u ctu r e.   T o   g en e r ate  f ea tu r m ap ,   C NNs  u s e   co n v o lu tio n   an d   p o o lin g   o p er atio n s   to   h ier ar ch ically   ex tr ac t   s p atial  f ea tu r es  b y   ap p ly in g   f ilter s   o r   s m all  k er n els  to   th e   in p u d ata  ( e. g . ,   im ag es  o r   m ap s ) .   Her is   th e   eq u atio n   o f   th c o n v o lu tio n   o p er atio n .     , =   = 1   = 1 + 1 , + 1 . , +   ( 1 )     , o u tp u f ea tu r m ap in p u d ata;  :f ilter :b ias;     an d     ar e   t h f ilter   s izes.  T h is   o p er ati o n   allo ws   C NNs  to   r ec o g n ize  b asic  f ea tu r es  s u ch   as  ed g es,  co r n er s ,   o r   tex tu r es  ac r o s s   th in p u d ata,   wh ich   ar th e n   co m b in ed   in   th n ex t la y er   to   f o r m   m o r co m p lex   r e p r esen t atio n .   Mu ltip le  C NN - L STM   m o d els  ar tr ai n ed   i n d ep e n d en tly   with   d if f er en p ar am eter   v ar iatio n s   o r   d ata   s u b s ets,  an d   all  m o d els '   p r ed ictio n s   ar co m b in ed .   Fo r   ex am p le,   p r ed ictio n s   ar co m b i n ed   b y   tak in g   th e   av er ag e   o f   all  p r ed ictio n s   ( b ag g in g )   o r   weig h tin g   th e   p r ed ictio n s   b ased   o n   m o d el  p er f o r m a n ce   ( b o o s ti n g ) .   Fo r   ea ch   m is s in g   v alu e,   th p r ed i ctio n s   f r o m   all  C NN - L STM   m o d els  in   th en s em b le  ar c o m b in ed   t o   p r o d u ce   th f in al  esti m ate,   an d   th e   m is s in g   v alu is   r ep lace d   with   t h e   p r ed icted   r esu lt f r o m   t h en s e m b le.     4 . 2 .     F e a t ure  e x t r a ct io n   Sp atial  f ea tu r ex tr a ctio n   C NNs  p er f o r m   s p atial  d ata  p r o c ess in g ,   s u ch   as  im ag es  o r   m ap s ,   wh er e   C NNs   au to m atica lly   lear n   to   d etec ess en tial  p atter n s   in   th d ata.   Sp atial  d ata  s u ch   as  im ag es,  m ap s ,   o r   r o ad   n etwo r k   g r id s   ar r ep r esen te d   as  two - d im en s io n al  o r   th r ee - d im en s io n al  m a tr ices,  s u ch   as  ch an n els  f o r   R GB   im ag es.  E ac h   elem en in   th is   m atr ix   r ep r esen ts   ce r tain   in f o r m atio n ,   s u ch   as  p ix el  in te n s ity   in   th im ag o r   a   s p ec if ic  v alu in   th g r id .   L S T tem p o r al   f ea tu r e   ex tr ac ti o n   is   u s ed   to   ca p tu r p atter n s   in   s eq u e n tial  d ata,   s u ch   as  tim s eq u en ce s ,   wh ich   ar ess en tial  in   m an y   ap p li ca tio n s ,   s u ch   as  tim s er ies  p r ed ictio n ,   wea th er   an aly s is ,   an d   in tellig en t   tr an s p o r tatio n   s y s tem s .   T h e   in p u o f   L STM   is   u s u ally   s eq u en ce   o f   d ata   with   s p ec if ic  d im en s io n s   as in   ( 2 ) :     = { 1 , 2 , 3 , , }   ( 2 )     W h er   is   th len g th   o f   th tim s eq u en ce .   T h L STM   m ec h an is m   at  th f o r g et  g ate  r eg u lates  h o m u ch   in f o r m atio n   f r o m   th p r ev io u s   tim s tep   1   will b f o r g o tten   b y   th m em o r y   ce ll  .     = ( . [ 1 , ] + )   ( 3 )     T h in p u g ate  co n tai n s   h o m u ch   n ew  i n f o r m atio n     t w ill b ad d ed   t o   th m em o r y   ce ll.       = ( . [ 1 , ] + )     =    ( . [ 1 , ] + )   ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In d o n esian   J   E lec   E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  3 8 ,   No .   2 May   20 2 5 :   7 9 4 - 8 0 7   802   T o   u p d ate  th ce ll  s tate,   th m em o r y   ce ll  is   u p d ated   b y   co m b in in g   th e   o ld   in f o r m atio n   f ilter ed   b y   th f o r g e t   g ate  an d   th e   n ew  in f o r m atio n   s elec ted   b y   th in p u t g ate.     = . 1 + .     ( 5 )     T h o u tp u t g ate  d ete r m in es th cu r r en o u tp u t b ased   o n   th u p d ated   m em o r y   ce ll in f o r m at io n .     = ( . [ 1 , ] +       = . ta n h   ( )   ( 6 )     W h er   is   th in p u at   tim 1   is   th h id d en   s tate  f r o m   th e   p r ev io u s   tim e;    is   th e   ce ll  s tate  at  tim   ar th lear n e d   weig h ts ,     is   th b ias;     is   th s ig m o id   f u n ctio n ,   an d   ta n h   is   th e   ac tiv ity   f u n ctio n   ta n h .     4 . 3 .     F uzzy   m et ho d   Fu zz y   th eo r y   allo ws  m o d elin g   u n ce r tain ty   with   f u zz y   r u le s   th at  ca n   f lex ib ly   r ep r esen k n o wled g e,   s u ch   as  g en er al  tr af f ic  p atter n s ,   r o ad   u s er   h ab its ,   o r   v eh icle  m o v em en p atter n s   [ 7 2 ] .   Fo r   i n co m p lete  d ata  d u e   to   d am a g ed   s en s o r s ,   o u tag es,  o r   s y s tem   f ailu r es,  f u zz y   m et h o d s   ca n   p r o v i d a   m o r ac c u r ate  ap p r o ac h   th a n   d eter m in is tic  o n es   [ 7 3 ]   u s es  g eo g r ap h ic   in f o r m atio n   f o r   s p atial  d ata  th r o u g h   m o v e m e n t   p atter n s ,   tr a f f ic  d is tr ib u tio n ,   an d   tem p o r al  d at to   ca p tu r e   tr en d s   an d   tim p atter n s   af f ec tin g   t r af f ic  co n d itio n s .   T h f u zz y - s p atial - tem p o r al  m o d el  is   u s ed   to   d ev elo p   h y b r id   m o d el  t h at  co m b i n es  f u zz y   th e o r y   wi th   s p atial - tem p o r al  an aly s is   m eth o d s   f o r   d ata  im p u tatio n .   T h m o d el  ca n   d y n am ically   ad ju s to   tr af f ic  co n d itio n s   an d   o th e r   ex ter n al  f ac to r s   [ 7 4 ] Desp ite  its   m in im al  u s ef u ln ess ,   th au th o r   ar g u es  th at  th is   m eth o d   i s   wo r th   m en tio n in g   b ec au s tr af f ic  d ata  te n d s   to   b im p r ec is d u to   m an y   ex te r n al  v ar iab les,  a n d   f u zz y   th e o r y   ca n   im p r o v th e   p er f o r m an ce   o f   o th e r   m o d els in   h y b r id   s ettin g ,   as sh o wn   b y   th ab o v r esear ch .     4 . 4 .     Cha lleng e   I n   Fig u r 1 ,   r o ad   an d   en v ir o n m en tal  co n d itio n s   r elate d   to   d ata  av ailab ilit y   an d   i n f r astru ct u r ar e   th e   m ain   o b jects  o f   d ata   av ailab il ity   in   m o d er n   tr an s p o r tatio n .   T h ex is tin g   tr a n s p o r tatio n   in f r astru ctu r m ay   b in ad eq u ate  to   h an d le  th g r o win g   v o lu m o f   v eh icles,  lead in g   to   c o n g esti o n   an d   ac cid en ts ,   wh ich   ar s till   s ig n if ican t p r o b lem s   in   m o d er n   tr an s p o r tatio n   s y s tem s .     4 . 4 . 1 .   Da t a   l im it a t i o ns   Data s ets  co llected   f r o m   I T s y s tem s   ar o n ly   s o m etim es  co m p lete  d u e   to   s en s o r   lim itatio n s ,   s ig n al  in ter f er en ce ,   o r   tech n ical  er r o r s   th a af f ec d ata  q u ality   [ 7 5 ] .   Data   th at  is   n o r ea l - tim h as  im p licatio n s   f o r   d elay s   in   d ata  p r o ce s s in g   an d   co llectio n ,   r esu ltin g   in   s lo r esp o n s to   r ap id ly   ch a n g in g   tr af f ic  co n d itio n s .   T h Hy b r i d   C NN - L STM   E n s em b le  m eth o d   is   an   ap p r o ac h   th at  co m b in es  C NN  an d   L ST to   h an d le   s p atial - tem p o r al  d ata  ef f ec tiv ely .   W h en   th er is   lim ited   d ata  av ailab le,   th is   m eth o d   ca n   m ax im ize  in f o r m atio n   u tili za tio n   b y   lev er ag i n g   t h s tr en g th s   o f   ea c h   m o d el.   C NNs  in   th is   m eth o d   ca n   u tili ze   tr an s f er   lear n in g   b y   u s in g   p r e - tr ain ed   m o d els  tr ai n ed   o n   s im ilar   lar g e   d atasets   to   s tr en g th en   s p atial  f ea tu r es .   At  th s am tim e ,   L STM s   ca n   u tili ze   tr an s f er   le ar n in g   i f   p r e - tr ain ed   m o d els  ar av ailab le  f o r   t h r elev a n t em p o r al  d ata  ty p e .   E n s em b le  lear n in g   co m b in es  m u ltip le  in d ep en d en tly   tr ain ed   C NN - L STM   m o d els  with   d if f er en t   in itializatio n s   o r   d if f er en s u b s ets  o f   d ata.   T h is   ap p r o ac h   im p r o v es  th m o d el' s   r eliab ili t y   an d   ac cu r ac y   b y   r ed u cin g   b ias an d   v ar ian ce ,   es p ec i ally   u n d e r   d ata  lim itatio n s .     4 . 4 . 2 .   Da t a   s o urce   I T r elies  o n   v a r io u s   d ata   s o u r ce s   to   o p tim ize  tr a n s p o r tatio n   s y s tem s ,   an d   th e   s en s o r s   u s ed   ca n   v ar y   in   ty p an d   s co p [ 7 6 ] .   So m s en s o r s   o n l y   m ea s u r tr af f i d ata  o n   r o a d s ,   wh ile  o th er s   in clu d d ata  f r o m   p u b lic  tr an s p o r tatio n   o r   o th er   m o d es  o f   tr an s p o r tatio n .   Data   q u ality   lim itatio n s ,   s u ch   a s   ir r eg u lar ities   an d   n o is e,   ca n   co m p licate  th im p u tatio n   p r o ce s s   an d   m ak th im p u tatio n   r esu lts   less   a cc u r ate   [ 7 7 ] [ 7 8 ] .   Ur b an   ar ea s   m ay   h av d en s er   s en s o r   n etwo r k s   co m p ar ed   to   r u r a ar ea s .   T h is   m ay   lead   to   an   im b alan ce   in   th e   av ailab ilit y   o f   s p atial - tem p o r a l d ata.   Data   o b tain ed   f r o m   s en s o r s   m ay   h av p r iv ac y   an d   o w n er s h ip   r estrictio n s   th at  af f ec its   ac ce s s ib ilit y   an d   u s f o r   im p u tatio n   p u r p o s es   [ 7 9 ] .   T h lim itatio n s   o f   th f o r m at  an d   s tr u ctu r e   o f   d ata  o b tain ed   f r o m   v ar io u s   s en s o r s   ca n   b d if f e r en f o r m ats  an d   s tr u ct u r es  [ 8 0 ] .   L ar g v o lu m es  o f     s p atio - tem p o r al  d ata  r eq u i r lar g s to r ag a n d   p r o ce s s i n g   ca p ac ities ,   an d   th ese  lim itatio n s   ca n   h in d er   th e   ab ilit y   to   s to r an d   p r o ce s s   d ata  ef f icien tly   [ 8 1 ] .   Acc o r d in g   t [ 8 2 ] [ 8 3 ] ,   d ata  s ec u r ity   lim itatio n s   an d   tr an s p o r tatio n   d ata  ar e   s en s itiv to   p r iv ac y   s ec u r ity ,   s o   th ey   m u s b p r o tecte d   f r o m   u n au t h o r ized   ac ce s s .   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       S p a tia l - temp o r a d a ta   imp u ta t io n   fo r   p r ed ictive  mo d elin g   …  ( Yo h a n es P r a co y o   Wid i P r a s etyo )   803   h y b r id   C NN - L STM   en s em b le   m eth o d   ca n   b ad ap ted   t o   h a n d le  d if f er e n d ata  in   f o r m ,   ty p e,   an d   s o u r ce .   T h is   ap p r o ac h   in v o lv es  th c o m b i n atio n   o f   C NN  an d   L STM   i n   an   e n s em b le  f r am ew o r k   t o   m ax im ize  m o d el  p er f o r m an ce   wh en   wo r k in g   w ith   d if f er en ty p es  o f   d ata,   s u c h   as  s p atial,   tem p o r al,   o r   co m b in atio n   o f   b o th I n   th is   h y b r id   a r ch itectu r e ,   C NN  ex tr ac ts   s p atial  f ea tu r es  f r o m   d if f er e n d ata Af ter   s p atia f ea tu r ex tr ac tio n ,   L STM   is   u s ed   to   ex tr ac t   te m p o r al   f ea tu r es  f r o m   th e   d at th at  C NN  h as  p r o ce s s ed .   L STM   ca p tu r es  t h r elatio n s h ip   b etwe en   tim an d   em er g in g   s p atial  p atter n s E n s em b le  lear n in g   co m b in es   p r ed ictio n s   f r o m   d if f er en C NN - L STM   m o d els  th at  m ay   b tr ain e d   i n d ep en d en tly   o n   d if f e r en d ata   ty p es.  T ec h n iq u es  s u ch   as  v o tin g ,   a v er ag in g ,   o r   s tack in g   ca n   b ap p lied   to   p r o d u ce   m o r ac cu r ate  f in al  p r ed ictio n s .     4 . 4 . 3 .     Sca la bil it y   a nd   r esil ience   Scalab ilit y   r ef er s   to   th s y s tem ' s   ab ili ty   to   h an d le  in cr ea s i n g   v o l u m es  o f   d ata  with o u ex p er ien cin g   p er f o r m an ce   d eg r a d atio n ,   g iv en   th e   g r o wth   in   th n u m b e r   o f   u s er s ,   d ata   tr af f ic,   an d   s er v ic r eq u ests   [ 8 4 ] .   T o   ac h iev s ca lab ilit y ,   th e   I T S sy s tem   ar ch itectu r s h o u ld   b d e s ig n ed   co n s id er in g   d is tr ib u ted   ar ch itectu r e,   clo u d   co m p u tin g   tech n o lo g y ,   an d   s u f f icien t   n etwo r k   ca p ac ity   [ 8 5 ] .   E ar l y   d etec tio n   tech n o lo g i es  an d   m an a g em en t   s y s tem s   ar im p o r tan to   h elp   r esp o n d   q u ick l y   to   d is r u p tio n s   o r   in cid en ts   in   th tr an s p o r tatio n   s y s tem   [ 8 6 ] I n teg r atin g   n ew  tech n o lo g ies,   s u ch   as  I o T ,   b ig   d ata  a n aly tics ,   an d   AI ,   ca n   h elp   im p r o v e   th s ca lab ilit y   an d   r esil ien ce   o f   I T s y s tem s   b y   en ab lin g   r ea l - tim m o n ito r in g ,   p r e d ictiv an aly tics ,   a n d   m o r ef f icie n ce n tr alize d   m an ag e m en t   [ 8 7 ] ,   [ 8 8 ] Hy b r id   C NN - L STM   ca n   b im p lem en ted   u s in g   p ar alle p r o ce s s in g .   C NN   an d   L STM   ca n   r u n   in d ep en d en tly   o n   d if f er e n d ata   b ef o r e   co m b i n in g   th eir   o u t p u ts   in   t h en s em b le   s tag e.   T h is   m eth o d   ca n   ef f icien tly   p r o ce s s   lar g v o lu m es  o f   d ata  b y   u t ilizin g   p ar allel  co m p u tin g ,   th u s   im p r o v in g   s ca lab ilit y I n   th is   s ce n ar io ,   e x ten s iv d ata  ca n   b e   d iv id e d   in to   s ev er al  p a r ts   an d   p r o ce s s ed   an d   d is tr ib u ted   ac r o s s   m u ltip le  n o d es,  s ig n if ic an tly   im p r o v in g   t h m o d el' s   a b ilit y   to   h an d le  lar g e - s ca le  d at a .   R o b u s tn ess   i s   im p r o v ed   th r o u g h   en s em b le  lear n in g ,   wh er m u ltip le  C NN - L STM   m o d els   ar tr ain ed   in d ep en d en tly ,   an d   th r esu lts   ar co m b in ed .   B y   co m b in i n g   p r ed ictio n s   f r o m   m u ltip le   m o d els,  e n s em b le   lear n in g   r ed u ce s   t h r is k   o f   m o d el  f ailu r ca u s ed   b y   d ata   o u tl ier s   o r   n o is e.   T ec h n iq u e s   s u ch   as  iter ativ e   im p u tatio n   to   f ill  in   m is s in g   d ata  o r   s p atial/tem p o r al  f ilter s   t o   r em o v n o is ca n   b ap p lie d ,   en s u r in g   th at  th e   m o d el  r em ain s   ac cu r ate  d esp ite  p r o b lem s   with   th d ata.   Usi n g   in cr em en tal  lear n in g   o r   f in e - tu n in g   ap p r o ac h e s   to   ad ju s th m o d el  b ased   o n   th latest  d ata  en s u r es  th a p r ed ictio n s   r em ain   ac cu r ate   d esp ite  ch an g in g   en v ir o n m en tal  co n d itio n s .   T ab le  3   s h o ws th r esu lts   o f   th d is cu s s io n   o f   th v ar i o u s   m eth o d s   u s ed .       T ab le  3 .   R esu lts   o f   d is cu s s io n   o n   m eth o d   ch a r ac ter is tics   M e t h o d s   S t r e n g t h   W e a k n e ss   A p p l i c a t i o n   Ef f e c t i v e n e ss   S t a t i st i c s     S i mp l e   a n d   e a s y   t o   i mp l e m e n t ,   e f f i c i e n t   o n   c o m p u t i n g   r e s o u r c e s ,   i n t e r p r e t a b i l i t y ,   a n d   st r u c t u r e d   d a t a .     Li mi t e d   t o   l i n e a r   r e l a t i o n s h i p s ,   l e ss   f l e x i b l e ,   l e ss  a d a p t i v e .     W o r k s   w e l l   w h e n   t h e   d a t a   p a t t e r n   i s   si mp l e   a n d   l i n e a r   w h i l e   p r e d i c t i n g   i n   t h e   sh o r t - t e r m .     Ef f e c t i v e   o n l y   o n   s i mp l e   v a r i a b l e a n d   st r u c t u r e d   l i n e a r   d a t a .     M a c h i n e   l e a r n i n g     A b l e   t o   h a n d l e   c o mp l e x   a n d   d y n a m i c   d a t a ,   m o r e   a d a p t i v e   t o   c h a n g e s   i n   d a t a   p a t t e r n s ,   e f f e c t i v e   w i t h   l a r g e - sc a l e   d a t a ,   a n d   m o r e   a c c u r a t e   p r e d i c t i o n   r e s u l t s.     I t   r e q u i r e e x t e n si v e   a n d   h i g h - q u a l i t y   d a t a ,   i s   c h a l l e n g i n g   t o   i n t e r p r e t ,   r e q u i r e s   h i g h   c o m p u t a t i o n a l   r e so u r c e s ,   a n d   i p r o n e   t o   o v e r f i t t i n g .       W o r k s   w e l l   o n   d y n a m i c ,   l a r g e ,   a n d   c o m p l e x   d a t a   a n d   f o r   l o n g - t e r p r e d i c t i o n s.     P r e d i c t i o n   a c c u r a c y   i n   I TS   i s st r o n g e r     Ef f e c t i v e l y   h a n d l e s   c o m p l e x   a n d   d y n a m i c   d a t a .     S u i t a b l e   f o r   p r o b l e ms   t h a t   r e q u i r e   a c c u r a t e   p r e d i c t i o n i n   d y n a m i c   a n d   n o n - l i n e a r   d a t a   F u si o n   m o d e l s     U t i l i z e   st a t i st i c a l   a n d   mac h i n e   l e a r n i n g   met h o d s,   i mp r o v e   a c c u r a c y ,   b e   f l e x i b l e   a n d   a d a p t i v e ,   a n d   a v o i d   o v e r f i t t i n g .     H i g h   c o m p l e x i t y ,   r e q u i r e s   l a r g e   c o m p u t i n g   r e s o u r c e s,   a n d   d i f f i c u l t y   i n   t u n i n g .     W o r k w e l l   o n   c o mp l e x   a n d   h e t e r o g e n e o u d a t a .     P r e d i c t i o n   a c c u r a c y   a n d   mo d e l   r o b u s t n e ss  a c r o ss  d i f f e r e n t   t y p e o f   d y n a mi c   d a t a .     M o s t   e f f e c t i v e   f o r   h e t e r o g e n e o u d a t a .     I t   h a a   b a l a n c e   o n   v a r i o u d a t a   mo d e l a n d   i h i g h l y   a c c u r a t e   i n   p r e d i c t i o n .         Ou r   s tu d y   s h o ws  th at  h ig h e r   m o d el  co m p lex ity   is   n o ass o ciate d   wi th   p o o r   p e r f o r m a n ce .   W h en   ap p lied   to   lar g tr a f f ic  d atasets ,   th p r o p o s ed   m et h o d   ca n   b en ef it  f r o m   in c r ea s ed   f ea tu r es   an d   s p atio tem p o r al   v ar iab les  with o u ad v er s ely   af f ec tin g   co m p u tatio n al  e f f icien cy   o r   p r ed ictio n   ac cu r ac y .   T h is   s tu d y   ex p lo r es  a   co m p r eh e n s i v s p atio - tem p o r al  d ata  im p u tatio n   ap p r o ac h   u s in g   v ar io u s   m eth o d s ,   in clu d i n g   m ac h in lea r n in g   an d   co m b in ed   tech n iq u es.  Ho wev er ,   f u r th er   in - d e p th   s tu d ies  m ay   b n ee d ed   to   co n f ir m   th is   m eth o d ' s   r o b u s tn ess   an d   g en er aliza b ilit y ,   esp ec ially   r eg ar d in g   th in f l u e n ce   o f   tr af f ic  en v ir o n m en t v ar iatio n s   an d   lo wer   s en s o r   d ata  q u ality   o n   p r ed icti o n   p er f o r m a n ce .   Ou r   r esear ch   s h o ws  th at  C N N - L STM - b ased   im p u tatio n   m eth o d s   ar m o r r o b u s th an   tr ad itio n al   in ter p o latio n   m eth o d s   i n   th e   f ac o f   d y n am ic  s p atio tem p o r al  d ata   in co m p leten ess .   Fu tu r r esear ch   ca n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.