Sensors measuring real-life physical processes are ubiquitous in today's interconnected world. These sensors inherently bear noise that often adversely affects performance and reliability of the systems they support. Classic filtering-based approaches introduce strong assumptions on the time or frequency characteristics of sensory measurements, while learning-based denoising approaches typically rely on using ground truth clean data to train a denoising model, which is often challenging or prohibitive to obtain for many real-world applications. We observe that in many scenarios, the relationships between different sensor measurements (e.g., location and acceleration) are analytically described by laws of physics (e.g., second-order differential equation). By incorporating such physics constraints, we can guide the denoising process to improve even in the absence of ground truth data. In light of this, we design a physics-informed denoising model that leverages the inherent algebraic relationships between different measurements governed by the underlying physics. By obviating the need for ground truth clean data, our method offers a practical denoising solution for real-world applications. We conducted experiments in various domains, including inertial navigation, CO2 monitoring, and HVAC control, and achieved state-of-the-art performance compared with existing denoising methods. Our method can denoise data in real time (4ms for a sequence of 1s) for low-cost noisy sensors and produces results that closely align with those from high-precision, high-cost alternatives, leading to an efficient, cost-effective approach for more accurate sensor-based systems.


翻译:在当今互联世界中,测量真实物理过程的传感器无处不在。这些传感器固有地携带噪声,往往会对其所支持系统的性能和可靠性产生不利影响。经典的滤波方法对传感测量的时间或频率特性引入了强假设,而基于学习的去噪方法通常依赖使用地面真值清洁数据来训练去噪模型,这在许多实际应用中往往难以或无法获取。我们观察到,在许多场景中,不同传感器测量值(例如位置和加速度)之间的关系由物理定律(例如二阶微分方程)解析描述。通过引入此类物理约束,我们可以在缺乏地面真值数据的情况下引导去噪过程,从而提升性能。基于此,我们设计了一种基于物理信息的去噪模型,该模型利用由底层物理定律支配的不同测量值之间固有的代数关系。通过省去对地面真值清洁数据的需求,我们的方法为实际应用提供了一种实用的去噪解决方案。我们在惯性导航、CO₂监测及暖通空调控制等多个领域进行了实验,并与现有去噪方法相比取得了最先进的性能。我们的方法能够对低成本噪声传感器的数据实现实时去噪(1秒序列处理时间4毫秒),其结果与高精度、高成本替代方案高度吻合,从而为更精确的基于传感器的系统提供了一种高效、经济的方法。

0
下载
关闭预览

相关内容

Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26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
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17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
【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
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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31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
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 · 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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
14+阅读 · 2018年4月6日
VIP会员
最新内容
综述 | 3D场景图:开放挑战与未来方向
专知会员服务
1+阅读 · 今天15:00
21世纪的无人机战争
专知会员服务
2+阅读 · 今天14:05
《量子技术的军事任务技术适配与利用》
专知会员服务
2+阅读 · 今天13:51
美国从乌克兰无人机战争中学习经验
专知会员服务
7+阅读 · 6月21日
ICML 2026 | 面向视觉语言模型的语义鲁棒性认证
专知会员服务
5+阅读 · 6月21日
相关VIP内容
相关资讯
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
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Hierarchical Imitation - Reinforcement Learning
CreateAMind
19+阅读 · 2018年5月25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
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31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
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 · 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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员