A Deep Learning Autoregressive Forecasting Model for Probabilistic Water Pipe Break Prediction
Notice bibliographique
Résumé
Accurately predicting the likelihood of water pipe breaks is pivotal for proactive maintenance, cost-effective emergency repairs, and mitigating service disruptions. However, crafting a dependable predictive model for water pipeline breaks is formidable. The challenges stem from the sporadic and infrequent occurrences of breaks, irregular intervals between failures, intricate temporal dependencies among pipes with diverse attributes, and the unbalanced distribution of historical data. Although a considerable number of studies in recent years have developed forecasting models using classic statistical techniques, machine learning solutions, and deep learning methods, state-of-the-art models have yet to achieve the predictive power needed to help utilities transform their practices for risk-based proactive maintenance. This study addresses this need by developing and empirically examining the performance of a novel deep learning-based autoregressive forecasting model for probabilistic water pipe break prediction. Notably, the proposed probabilistic forecasting method integrates a multivariate/multidimensional autoregressive model with a recurrent neural network (RNN) in the form of a long short-term memory (LSTM) model to capture complex and irregular temporal patterns, characterizing dependencies and interrelationships among the time series of pipeline attributes over time, and transform the apprehended patterns to a probabilistic pipe failure prediction through a distribution-based mechanism. The proposed method was implemented to predict the likelihood of water pipe breaks in Calgary, Canada. The model was trained and validated using historical data from 1956 to 2019 and tested for its ability to predict breaks from 2020 to 2023. The results demonstrated that the proposed model exhibits strong predictive performance, achieving an area under the curve (AUC) score exceeding 99.96%. The outcomes of this study will help decision makers plan risk-based maintenance operations that prevent service disruptions and safeguard public health.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».