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Enregistrement W4408940656 · doi:10.31224/4479

Wind Field Reconstruction and Uncertainty Quantification at Wildland Fires Based on Sparse UAV-based Wind Measurements

2025· preprint· en· W4408940656 sur OpenAlexaff
Mohammad Tavakol Sadrabadi, Mauro S. Innocente

Notice bibliographique

Revuenon disponible
Typepreprint
Langueen
DomaineEnvironmental Science
ThématiqueFire effects on ecosystems
Établissements canadiensArtificial Intelligence in Medicine (Canada)
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésEnvironmental scienceField (mathematics)MeteorologyRemote sensingEnvironmental resource managementGeologyGeographyMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Wildfire behaviour is highly influenced by weather, fuel and topography, resulting in highly dynamic propagation patterns. However, a detailed physics-based simulation of this dynamic behaviour can be computationally expensive and time-consuming even on small scales, particularly when accounting for fire-wind interactions. To overcome this limitation, a series of models are developed to provide rapid estimations of fire behaviour by simplifying or ignoring certain physical laws–albeit at the cost of accuracy. These models are often decoupled from the atmosphere to reduce the computational demands, which leads to increased uncertainty in their predictions. Additionally, efforts to improve model reliability by incorporating near-surface wind fields into the model using statistical and dynamical downscaling methods face two challenges, including the failure to account for fire-wind interaction and the high computational demand of dynamical methods. Consequently, this study introduces a novel framework that combines UAV-swarm-based wind and temperature measurements with convolutional neural networks (CNN), to estimate the fire-induced near-surface wind field, aiming to capture the fire-wind interaction and its effect on the fire propagation dynamics in a grassland fire without solving the complete set of Navier-Stokes equations. The framework includes a two-step process for wind field estimation, including (i) super-resolution reconstruction of the high-altitude wind field from sparse UAV-based measurements, and (ii) high-resolution estimation of the near- surface wind field based on the reconstructed high-altitude wind field. The estimated wind field could then be fed into decoupled wildfire models to replicate the effect of fire-wind interaction on fire propagation. Given the extensive data requirement of deep learning models and lack of access to real-world measured data, this study utilizes synthetic data generated from executing 150 three- dimensional Large Eddy simulations of wildfire propagation in grasslands with varying wind speeds, terrain slopes, vegetation types, and height. The accuracy and uncertainty levels of the trained models are evaluated for different UAV swarm sizes, ranging from 100 to 9 UAVs, as well as various sampling strategies, focusing on the spatial distribution of UAVs above the field. Additionally, the models’ reliability are tested under different wind measurement errors by UAV-mounted sensors, varying from 0 to 50%. The obtained results indicate that the developed framework is capable of providing accurate estimations from the near-surface wind field, even under scenarios with a limited number of UAVs, demonstrated through average MAE and RMSE values equal to 0.849 and 1.323 for the U, 0.672 and 1.022 for the V, and 0.551 and 1.01 for the W component of velocity. Uncertainty analysis indicates that even though the average performance of the model remains stable, model uncertainty increases with reducing the size of the swarm. Finally, the investigation of the effect of wind measurement errors on model accuracy and reliability indicates that increased noise levels significantly impact the model’s accuracy and uncertainty. However, increasing the swarm size helps to mitigate the effects of measurement noise to a certain extent.

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 enseignants0,006
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
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 Opus0,029
Tête enseignante GPT0,246
Écart entre enseignants0,216 · 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
Publié2025
Routes d'admission1
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