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Enregistrement W4382680988 · doi:10.11159/iccste23.110

Bayesian Belief Network and Optimal Learning Analysis of Historical Flood Level Data for the Mississippi Watershed Under Data Paucity Conditions

2023· article· en· W4382680988 sur OpenAlexvenueno aff
Nicholas V. Scott, Dietrick Lawrence

Notice bibliographique

RevueProceedings of the International Conference on Civil, Structural and Transportation Engineering · 2023
Typearticle
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueHydrology and Watershed Management Studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésWatershedFlood mythBayesian networkComputer scienceBayesian probabilityArtificial intelligenceMachine learningData scienceHydrology (agriculture)Data miningEnvironmental scienceGeographyGeologyArchaeologyGeotechnical engineering

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Floods along the Mississippi watershed cause large amounts of property damage and inflict great costs to human life [1].With drastic changes in climate, characterization of flood events has taken on great importance to hydrologists, civil engineers, and water resource scientists tasked with understanding its dynamics, characterizing its spatial statistical structure, and indirectly safeguarding human life.Bayesian belief networks and optimal learning analysis are applied to sparse flood height data captured at specific local sites providing spatio-temporal statistical insight into flooding event structure occurring in the Mississippi watershed over large time scales.The objectives of this preliminary analysis are twofold addressing how to gain statistical process insight given data paucity.The first objective is to gain understanding of the spatial correlation of riverine site flooding data for the purpose of establishing Bayesian priors for future Bayesian hierarchical modelling of flood event structure.The second objective is to provide guidance to leadership as where to sample in space and time over the array in the future given a preconceived notion of mean and maximum spatial flood event structure.Time series of flood heights from twenty sites distributed over the Mississippi watershed stretching from Minnesota to the Louisiana delta region at the Gulf of Mexico, obtained from the United States Geological Survey (USGS) database, consisted of 1967 temporal points for each riverine site spanning the years of 1785 to 2021.Approximately 10 % of the points in each time series were nonzero where sampling of flood height levels was irregularly sampled in time but cotemporally across space.This extreme case of data paucity suggested treatment of flood height as an extreme value variable.The Chow-Liu algorithm-based Bayesian belief network (BBN) for the flood height array spanning the complete data time span demonstrates a complex tree structure comprised of riverine site links with overall weak mutual information values [2,3].Five riverine links possessed mutual information strengths greater than 0.01 representing predominantly local spatial connections in the middle portion of the array.State levels associated with marginal probability distributions for the BBN nodes experience extreme state modulations which are strongly locally bounded when evidence is provided at the five nodes.These characteristics are all due to data paucity.The BBN provides limited understanding of global propagation of evidence but does provide spatial Bayesian prior state understanding for future Bayesian hierarchical modelling as more data is accrued in the future.With the strong need for more data to perform robust Bayesian modelling of the flood height level monitoring system, optimal learning simulations were performed on the twenty-site array.Optimal learning is used to gain insight into where data samples should be captured in space and time given a preconceived understanding of appropriate mean flood height levels [4].Four simulation studies were performed where four different multivariate objective functions and prior belief combinations were used.The aim was to estimate the optimal site sample choices at a series of time steps for goal state function attainment.The knowledge gradient, the principle which guides the Bayesian myopic choice at each time step where correlated beliefs between the twenty-site multivariate array are modulated, is used in the optimization process [5].Initial results demonstrate that convergence to the different multivariate objective functions from different prior states, measured by the root mean square value, occurs on the order of two hundred steps for all simulations.On the other hand, different levels of convergence exist with the largest root mean square values or errors existing for the simulations modeling the approach towards an extreme value objective function from an extreme value-based prior.All results are 110-2 consistent with data paucity conditions suggesting that robust estimates of reasonable objective functions require abundant measurements at specific measurement sites designated by the knowledge gradient.

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)0,003
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,014
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 enseignants0,057
Score d'incertitude au seuil0,113

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0030,014
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0020,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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 Opus0,050
Tête enseignante GPT0,259
Écart entre enseignants0,210 · 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
Publié2023
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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