Advances in compact sensing devices mounted on satellites have facilitated the collection of large spatio-temporal datasets with coordinates. Since such datasets are often incomplete and noisy, it is useful to create the prediction surface of a spatial field. To this end, we consider an online filtering inference by using the Kalman filter based on linear Gaussian state-space models. However, the Kalman filter is impractically time-consuming when the number of locations in spatio-temporal datasets is large. To address this problem, we propose a multi-resolution filter via linear projection (MRF-lp), a fast computation method for online filtering inference. In the MRF-lp, by carrying out a multi-resolution approximation via linear projection (MRA-lp), the forecast covariance matrix can be approximated while capturing both the large- and small-scale spatial variations. As a result of this approximation, our proposed MRF-lp preserves a block-sparse structure of some matrices appearing in the MRF-lp through time, which leads to the scalability of this algorithm. Additionally, we discuss extensions of the MRF-lp to a nonlinear and non-Gaussian case. Simulation studies and real data analysis for total precipitable water vapor demonstrate that our proposed approach performs well compared with the related methods.


翻译:安装在卫星上的紧凑型传感设备的进步促进了带有坐标的大型时空数据集的收集。由于此类数据集通常不完整且含有噪声,构建空间场的预测曲面具有实用价值。为此,我们考虑使用基于线性高斯状态空间模型的卡尔曼滤波器进行在线滤波推断。然而,当时空数据集中的位置数量很大时,卡尔曼滤波器在时间消耗上变得不切实际。为解决此问题,我们提出了一种基于线性投影的多分辨率滤波器(MRF-lp),这是一种用于在线滤波推断的快速计算方法。在MRF-lp中,通过执行基于线性投影的多分辨率近似(MRA-lp),可以在捕捉大尺度和小尺度空间变化的同时,对预测协方差矩阵进行近似。由于这种近似,我们提出的MRF-lp在时间上保持了算法中出现的某些矩阵的块稀疏结构,从而实现了算法的可扩展性。此外,我们讨论了将MRF-lp扩展到非线性和非高斯情况的可能性。针对总可降水量水汽的模拟研究和实际数据分析表明,与相关方法相比,我们提出的方法表现良好。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
机器学习相关资源(框架、库、软件)大列表
专知会员服务
40+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
CVE-2018-7600 - Drupal 7.x 远程代码执行exp
黑客工具箱
14+阅读 · 2018年4月17日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
10+阅读 · 2021年11月3日
A survey on deep hashing for image retrieval
Arxiv
15+阅读 · 2020年6月10日
VIP会员
相关资讯
RL解决'BipedalWalkerHardcore-v2' (SOTA)
CreateAMind
31+阅读 · 2019年7月17日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
CVE-2018-7600 - Drupal 7.x 远程代码执行exp
黑客工具箱
14+阅读 · 2018年4月17日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
相关基金
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员