Water is the lifeblood of river networks, and its quality plays a crucial role in sustaining both aquatic ecosystems and human societies. Real-time monitoring of water quality is increasingly reliant on in-situ sensor technology. Anomaly detection is crucial for identifying erroneous patterns in sensor data, but can be a challenging task due to the complexity and variability of the data, even under normal conditions. This paper presents a solution to the challenging task of anomaly detection for river network sensor data, which is essential for accurate and continuous monitoring. We use a graph neural network model, the recently proposed Graph Deviation Network (GDN), which employs graph attention-based forecasting to capture the complex spatio-temporal relationships between sensors. We propose an alternate anomaly scoring method, GDN+, based on the learned graph. To evaluate the model's efficacy, we introduce new benchmarking simulation experiments with highly-sophisticated dependency structures and subsequence anomalies of various types. We further examine the strengths and weaknesses of this baseline approach, GDN, in comparison to other benchmarking methods on complex real-world river network data. Findings suggest that GDN+ outperforms the baseline approach in high-dimensional data, while also providing improved interpretability. We also introduce software called gnnad.


翻译:水是河网的生命线,其水质对维持水生生态系统和人类社会至关重要。水质实时监测越来越依赖原位传感器技术。异常检测对于识别传感器数据中的错误模式至关重要,但由于数据在正常条件下也具有复杂性和多变性,这一任务颇具挑战性。本文针对河网传感器数据的异常检测这一难题提出解决方案,该方案对实现准确持续的监测至关重要。我们采用图神经网络模型——近期提出的图偏差网络(GDN),通过基于图注意力机制的预测来捕获传感器间复杂的时空关联。基于学习得到的图结构,我们提出了一种改进的异常评分方法GDN+。为评估模型效能,我们引入了具有高度复杂依赖结构和多种类型子序列异常的新型基准仿真实验。在此基础上,我们进一步对比分析了GDN基线方法与其他基准方法在复杂真实河网数据上的优劣势。结果表明,GDN+在高维数据中表现优于基线方法,同时具有更优的可解释性。我们还开发了名为gnnad的软件工具包。

0
下载
关闭预览

相关内容

Networking:IFIP International Conferences on Networking。 Explanation:国际网络会议。 Publisher:IFIP。 SIT: http://dblp.uni-trier.de/db/conf/networking/index.html
一份简单《图神经网络》教程,28页ppt
专知会员服务
127+阅读 · 2020年8月2日
专知会员服务
61+阅读 · 2020年3月19日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
【ACL2020放榜!】事件抽取、关系抽取、NER、Few-Shot 相关论文整理
深度学习自然语言处理
18+阅读 · 2020年5月22日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
全球人工智能
20+阅读 · 2017年12月17日
【推荐】ResNet, AlexNet, VGG, Inception:各种卷积网络架构的理解
机器学习研究会
20+阅读 · 2017年12月17日
Capsule Networks解析
机器学习研究会
11+阅读 · 2017年11月12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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
16+阅读 · 2021年3月2日
Arxiv
20+阅读 · 2020年6月8日
VIP会员
最新内容
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:54
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
1+阅读 · 今天16:52
重新思考无人机时代的生存能力
专知会员服务
5+阅读 · 今天7:44
装甲突击旅:现代战争思考、战斗与组织
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:28
在人工智能加速决策环境中拓展OODA循环
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:18
军事欺骗:供作战战术指挥官使用的工具
专知会员服务
4+阅读 · 今天7:03
综述 | 世界动作模型:少做梦,多行动
专知会员服务
6+阅读 · 6月23日
美以伊冲突:无人机与人工智能的运用
专知会员服务
10+阅读 · 6月23日
《特种部队在透明战场中的生存力》最新报告
专知会员服务
5+阅读 · 6月23日
相关基金
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
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员