Machine learning, with its advances in Deep Learning has shown great potential in analysing time series in the past. However, in many scenarios, additional information is available that can potentially improve predictions, by incorporating it into the learning methods. This is crucial for data that arises from e.g., sensor networks that contain information about sensor locations. Then, such spatial information can be exploited by modeling it via graph structures, along with the sequential (time) information. Recent advances in adapting Deep Learning to graphs have shown promising potential in various graph-related tasks. However, these methods have not been adapted for time series related tasks to a great extent. Specifically, most attempts have essentially consolidated around Spatial-Temporal Graph Neural Networks for time series forecasting with small sequence lengths. Generally, these architectures are not suited for regression or classification tasks that contain large sequences of data. Therefore, in this work, we propose an architecture capable of processing these long sequences in a multivariate time series regression task, using the benefits of Graph Neural Networks to improve predictions. Our model is tested on two seismic datasets that contain earthquake waveforms, where the goal is to predict intensity measurements of ground shaking at a set of stations. Our findings demonstrate promising results of our approach, which are discussed in depth with an additional ablation study.


翻译:在深学习中,随着机器学习的进步,过去在分析时间序列方面表现出巨大的潜力。然而,在许多设想中,现有的额外信息通过将它纳入学习方法,有可能改进预测,对包含传感器位置信息的传感器网络等数据至关重要。然后,可以通过图形结构以及顺序(时间)信息模型利用这类空间信息。在将深学习与图表改造成图表方面的最新进展在各种图表相关任务中显示了有希望的潜力。然而,这些方法在很大的程度上没有适应与时间序列有关的任务。具体地说,大多数尝试基本上围绕空间-时空图神经网络进行整合,以进行小序列时间序列预测。一般而言,这些结构不适合进行包含大量数据序列的回归或分类任务。因此,在这项工作中,我们建议了一种结构,能够用多变时间序列回归任务处理这些长序列,利用图形神经网络的好处来改进预测。我们的模型在两个包含地震波状阵列的地震数据集上进行了测试。在两个地震波状阵列的地震阵列网络上,我们的目标就是预测一个有希望的深度的地面测量结果。

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