MétaCan
Menu
Retour à la cohorte
Enregistrement W3042922613 · doi:10.5194/egusphere-egu2020-4233

Using a boundary-corrected wavelet transform coupled with machine learning and hybrid deep learning approaches for multi-step water level forecasting in Lakes Michigan and Ontario

2020· article· en· W3042922613 sur OpenAlexaffabout
Rahim Barzegar, Jan Adamowski, John Quilty, Mohammad Taghi Aalami

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrological Forecasting Using AI
Établissements canadiensUniversity of WaterlooMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésArtificial intelligenceDiscrete wavelet transformSupport vector machineWaveletConvolutional neural networkComputer scienceDeep learningMachine learningWavelet transform

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Accurate water level (WL) forecasting is important for water resources management and planning purposes in the Great Lakes. The objectives of this research are two-fold. The first objective is to apply machine learning (ML) (i.e., random forest (RF) and support vector regression (SVR)) and hybrid convolutional neural network(CNN)-long-short term memory (LSTM) deep learning (DL) models for multi-step (i.e., one-, two- and three-monthly step ahead) WL forecasting in the Great Lakes (Michigan and Ontario). The second objective is to integrate the boundary corrected (BC) maximal overlap discrete wavelet transform (MODWT) with SVR, RF, and CNN-LSTM models to improve the performance of the individual models. By employing a BC-wavelet decomposition method, the ‘future data’ issue (i.e., data from the future that is not available), often overlooked in the literature and a major barrier to achieving realistic forecasting performance is overcome. For Lakes Michigan and Ontario, 1212 monthly WL (m) records (spanning Jan 1918–Dec 2018) were used to develop the models. For the non-wavelet-based models (SVR, RF, and CNN-LSTM), candidate model inputs included the WL recorded over the previous 12 months. For the BC-MODWT-based models (BC-MODWT-SVR, BC-MODWT-RF, and BC-MODWT-CNN-LSTM), the lagged input time series were decomposed into BC-wavelet and scaling coefficients by using different mother wavelets (Haar, Daubechies, Symlets, Fejer-Korovkin and Coiflets), filter lengths (from two up to 12) and decomposition levels (from one up to seven). For each method (SVR, RF, and CNN-LSTM), mother wavelet, and decomposition level a model was generated. For both wavelet- and non-wavelet-based models, the particle swarm optimization (PSO) method was used to select the most appropriate inputs to include in the proposed multi-step WL forecasting models. The datasets were partitioned into calibration and validation subsets. After calibrating the models, various performance evaluation metrics, e.g., coefficient of determination (R2), root mean square error (RMSE), mean absolute error (MAE), root mean square percentage error (RMSPE), mean absolute percentage error (MAPE) and the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSC) were used to assess model accuracy. Of the ML models, the SVR outperformed RF while the DL models outperformed the ML models for each forecast lead time (one-, two-, and three-step(s) ahead). Results from this case study indicate that not all wavelet families and decomposition levels perform equally and in some cases, the wavelet-based models do not improve performance over the non-wavelet-based models. However, the BC-MODWT-CNN-LSTM using suitable mother wavelets (e.g., Haar) outperforms the individual ML and BC-MODWT-ML-based models. More accurate forecasts were obtained for Lake Michigan although the performance in both Great Lakes was accurate. The outcomes of this research indicate that the BC-MODWT-CNN-LSTM model is a promising tool for generating accurate WL forecasts.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,726
Score d'incertitude au seuil0,552

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,120
Tête enseignante GPT0,242
Écart entre enseignants0,122 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2020
Routes d'admission2
Résumé présentoui

Explorer davantage

Même sujetHydrological Forecasting Using AITravaux en français237 207