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Enregistrement W3167890350 · doi:10.5194/egusphere-egu21-1644

Improving Deep Learning hydrological time series modeling using Gaussian Filter preprocessing

2021· article· en· W3167890350 sur OpenAlexaffabout
Rahim Barzegar, Jan Adamowski, John Quilty

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrological Forecasting Using AI
Établissements canadiensUniversity of WaterlooMcGill University
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésSeries (stratigraphy)Time seriesStreamflowComputer scienceFilter (signal processing)PreprocessorAutoregressive integrated moving averageAutoregressive modelArtificial intelligenceNoise (video)Machine learningStatisticsGeographyMathematicsCartographyGeologyDrainage basin

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Hydrological time series modeling is an important task in water resources planning and management. However, time series may include noise, which can result in an inaccurate model. Therefore, removing noise from time series is valuable to obtain accurate predictions. The aims of this study are i) to develop and compare Long-Short Term Memory (LSTM) and Gated Recurring Units (GRU) Deep Learning (DL) models to predict hydrological time series and ii) to integrate a preprocessing method, Gaussian Filter (GF), to smooth out time series and couple it with DL to improve prediction accuracy. Moreover, the DL models are benchmarked against statistical time series models (e.g., Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average (SARIMA)) to assess their added value for hydrological time series modeling. To establish predictive models, several monthly hydrological time series including water level (e.g., from the Great Lakes in North America, including Lakes Michigan, Ontario, and Erie (1918-2019)) and streamflow (e.g., gauging stations at Umfreville, along the English River, Ontario, Canada (1921-2019), Rapides Fryers, along the Richelieu River, Quebec, Canada (1937-2020) and near Lethbridge, along the Oldman River, Alberta, Canada (1957-2019)) were explored. For developing non-GF- and GF-DL models, time series were partitioned into training (70% of the data) and testing (the remaining 30% of the data) subsets and the time series’ past measurements up to 12 months (t-1, t-2, ..., t-12) were served to the DL models (LSTM and GRU) to predict the time series at time t. The structure of the DL models was tuned using Bayesian optimization. The SARIMA models (i.e., non-GF- and GF-SARIMA) were also implemented and tuned using pmdarima's auto-arima function. After calibrating the models, the testing step was implemented and the performance of the models was evaluated using statistical indicators including correlation coefficient, root mean square error, mean absolute error, the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient, and Willmot’s index. The results of the developed DL models showed that the GRU outperforms the LSTM models. Moreover, both LSTM and GRU have superior performance when compared to the SARIMA models. It is observed that GF preprocessing significantly improves the accuracy of the developed DL and SARIMA models. It is concluded that coupling GF preprocessing with DL, due to capturing both linear and nonlinear features of the time series, represents a promising tool for obtaining accurate hydrological time series predictions.

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)0,001
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 enseignants0,027
Score d'incertitude au seuil0,053

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

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

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 Opus0,023
Tête enseignante GPT0,234
Écart entre enseignants0,212 · 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

Citations0
Publié2021
Routes d'admission2
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