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Enregistrement W3111645479 · doi:10.5194/egusphere-egu2020-3726

Reduced-Order Flood Modeling Using Uncertainty-Aware Deep Neural Networks

2020· article· en· W3111645479 sur OpenAlexaffabout
Pierre Jacquier, Azzedine Abdedou, Azzeddine Soulaïmani

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomainePhysics and Astronomy
ThématiqueModel Reduction and Neural Networks
Établissements canadiensÉcole de Technologie Supérieure
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésContext (archaeology)Deep learningBenchmark (surveying)Artificial neural networkArtificial intelligenceComputer scienceFlood mythEncoderMachine learningGeography

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Key Words: Uncertainty Quantification, Deep Learning, Space-Time POD, Flood Modeling While impressive results have been achieved in the well-known fields where Deep Learning allowed for breakthroughs such as computer vision, language modeling, or content generation [1], its impact on different, older fields is still vastly unexplored. In computational fluid dynamics and especially in Flood Modeling, many phenomena are very high-dimensional, and predictions require the use of finite element or volume methods, which can be, while very robust and tested, computational-heavy and may not prove useful in the context of real-time predictions. This led to various attempts at developing Reduced-Order Modeling techniques, both intrusive and non-intrusive. One late relevant addition was a combination of Proper Orthogonal Decomposition with Deep Neural Networks (POD-NN) [2]. Yet, to our knowledge, in this example and more generally in the field, little work has been conducted on quantifying uncertainties through the surrogate model. In this work, we aim at comparing different novel methods addressing uncertainty quantification in reduced-order models, pushing forward the POD-NN concept with ensembles, latent-variable models, as well as encoder-decoder models. These are tested on benchmark problems, and then applied to a real-life application: flooding predictions in the Mille-Iles river in Laval, QC, Canada. For the flood modeling application, our setup involves a set of input parameters resulting from onsite measures. High-fidelity solutions are then generated using our own finite-volume code CuteFlow, which is solving the highly nonlinear Shallow Water Equations. The goal is then to build a non-intrusive surrogate model, that’s able to know what it knows, and more importantly, know when it doesn’t, which is still an open research area as far as neural networks are concerned [3]. REFERENCES [1] C. Szegedy, S. Ioffe, V. Vanhoucke, and A. A. Alemi, “Inception-v4, inception-resnet and the impact of residual connections on learning”, in Thirty-First AAAI Conference on Artificial Intelligence, 2017. [2] Q. Wang, J. S. Hesthaven, and D. Ray, “Non-intrusive reduced order modeling of unsteady flows using artificial neural networks with application to a combustion problem”, Journal of Computational Physics, vol. 384, pp. 289–307, May 2019. [3] B. Lakshminarayanan, A. Pritzel, and C. Blundell, “Simple and scalable predictive uncertainty estimation using deep ensembles”, in Advances in Neural Information Processing Systems, 2017, pp. 6402–6413.

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)0,002
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: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,010

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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 Opus0,042
Tête enseignante GPT0,265
Écart entre enseignants0,223 · 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

Citations3
Publié2020
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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