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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 OpenAlex

Pourquoi ce travail est dans la base

Une base qui oublie comment elle a trouvé un travail ne peut pas être vérifiée. Voici les voies qui ont admis celui-ci.

affAu moins un auteur déclare une institution canadienne dans l'instantané OpenAlex épinglé.
aboutLe titre ou le résumé porte un signal canadien du lexique géographique.

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

<p>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. </p><p>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.</p><p>The datasets were partitioned into calibration and validation subsets. After calibrating the models, various performance evaluation metrics, e.g., coefficient of determination (R<sup>2</sup>), 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.</p><p>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.</p>

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.

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,703
Score d'incertitude au seuil0,997

Scores Codex et Gemma par catégorie

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

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

En bref

Citations1
Publié2020
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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