MST-GAT: A multimodal spatial–temporal graph attention network for time series anomaly detection

计算机科学 异常检测 异常(物理) 时间序列 系列(地层学) 人工智能 图形 机器学习 数据挖掘 理论计算机科学 地质学 物理 凝聚态物理 古生物学
作者
Chaoyue Ding,Shiliang Sun,Jing Zhao
出处
期刊:Information Fusion [Elsevier BV]
卷期号:89: 527-536 被引量:109
标识
DOI:10.1016/j.inffus.2022.08.011
摘要

Multimodal time series (MTS) anomaly detection is crucial for maintaining the safety and stability of working devices (e.g., water treatment system and spacecraft), whose data are characterized by multivariate time series with diverse modalities. Although recent deep learning methods show great potential in anomaly detection, they do not explicitly capture spatial–temporal relationships between univariate time series of different modalities, resulting in more false negatives and false positives. In this paper, we propose a multimodal spatial–temporal graph attention network (MST-GAT) to tackle this problem. MST-GAT first employs a multimodal graph attention network (M-GAT) and a temporal convolution network to capture the spatial–temporal correlation in multimodal time series. Specifically, M-GAT uses a multi-head attention module and two relational attention modules (i.e., intra- and inter-modal attention) to model modal correlations explicitly. Furthermore, MST-GAT optimizes the reconstruction and prediction modules simultaneously. Experimental results on four multimodal benchmarks demonstrate that MST-GAT outperforms the state-of-the-art baselines. Further analysis indicates that MST-GAT strengthens the interpretability of detected anomalies by locating the most anomalous univariate time series.
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