論文の概要: A Maritime Industry Experience for Vessel Operational Anomaly Detection: Utilizing Deep Learning Augmented with Lightweight Interpretable Models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.00112v2
• Date: Sat, 25 Jan 2025 00:34:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-28 21:57:03.160383
• Title: A Maritime Industry Experience for Vessel Operational Anomaly Detection: Utilizing Deep Learning Augmented with Lightweight Interpretable Models
• Title（参考訳）: 船舶操作異常検出のための海洋産業経験:軽量解釈モデルによる深層学習の利用
• Authors: Mahshid Helali Moghadam, Mateusz Rzymowski, Lukasz Kulas,
• Abstract要約: 本研究は,半教師付き深層学習モデルに軽量な解釈可能なサロゲートモデルを適用した船体動作異常検出手法を示す。 我々は、通常の運用データに基づいて訓練され、実際の異常検出データでテストされた標準および長期記憶(LSTM)オートエンコーダを利用する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.19116784879310028
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: This study presents an industry experience showcasing a vessel operational anomaly detection approach that utilizes semi-supervised deep learning models augmented with lightweight interpretable surrogate models, applied to an industrial sensorized vessel, called TUCANA. We leverage standard and Long Short-Term Memory (LSTM) autoencoders trained on normal operational data and tested with real anomaly-revealing data. We then provide a projection of the inference results on a lower-dimension data map generated by t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE), which serves as an unsupervised baseline and shows the distribution of the identified anomalies. We also develop lightweight surrogate models using random forest and decision tree to promote transparency and interpretability for the inference results of the deep learning models and assist the engineer with an agile assessment of the flagged anomalies. The approach is empirically evaluated using real data from TUCANA. The empirical results show higher performance of the LSTM autoencoder -- as the anomaly detection module with effective capturing of temporal dependencies in the data -- and demonstrate the practicality of the lightweight surrogate models in providing helpful interpretability, which leads to higher efficiency for the engineer's decision-making.
• Abstract（参考訳）: 本研究は, 産業用センサ付容器であるTUCANAに適用した, 半教師付き深層学習モデルと軽量解釈可能なサロゲートモデルを用いて, 船舶の動作異常検出手法を実証する産業経験を示すものである。 我々は、通常の運用データに基づいて訓練され、実際の異常検出データでテストされた標準および長期記憶(LSTM)オートエンコーダを利用する。 次に, 教師なしベースラインとして機能し, 同定された異常の分布を示す t-distributed stochastic embeddeding (t-SNE) によって生成された低次元データマップ上での推測結果の投影を行う。 また、ランダムフォレストと決定木を用いた軽量サロゲートモデルを開発し、ディープラーニングモデルの推論結果に対する透明性と解釈性を促進し、フラグ付き異常のアジャイル評価を支援する。 この手法は、TUCANAの実際のデータを用いて実験的に評価される。 実験の結果、LSTMオートエンコーダ -- データ内の時間的依存関係を効果的にキャプチャする異常検出モジュールとして -- のパフォーマンスが向上し、優れた解釈性を提供するための軽量サロゲートモデルの実用性を実証し、それによってエンジニアの意思決定の効率が向上した。

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