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Enregistrement W4415592114 · doi:10.1016/j.compfluid.2025.106884

Calibration of Manning’s roughness coefficients for shallow-water flows on complex bathymetries using optimization algorithms and surrogate neural network models

2025· article· en· W4415592114 sur OpenAlexafffund
Igor Gildas Metcheka Kengne, Vincent Delmas, Azzeddine Soulaïmani

Notice bibliographique

RevueComputers & Fluids · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueAdvanced Numerical Analysis Techniques
Établissements canadiensÉcole de Technologie Supérieure
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaAlliance de recherche numérique du Canada
Mots-clésSolverArtificial neural networkParticle swarm optimizationCalibrationConvergence (economics)MetaheuristicInverse problemFlow (mathematics)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

• The main features of a newly developed high-performance multi-GPU solver for the shallow-water equations are presented. This solver is used to build a database of highfidelity solutions. • A surrogate model based on an ensemble of neural networks is trained on the database. • Optimization algorithms are analyzed to identify the optimal Manning friction coefficients using the surrogate model. Notably, no convergence issue is observed and accurate solutions are obtained. • Hybrid Particle Swarm Optimization (HPSO) algorithm revealed robust and fast convergence. • The versatility of this approach makes it applicable to various domains. This paper presents an effective methodology for the automatic calibration of Manning’s roughness coefficients, which are crucial parameters for modeling shallow free-surface flows. Traditionally determined through empirical methods, these coefficients are subject to significant variability, making their determination challenging, especially in flow areas with complex bathymetry. The conventional trial-and-error approach, widely used to select these coefficients, is often tedious and time-consuming, particularly in applications constrained by time and data availability. The proposed methodology aims to determine the optimal values of Manning’s coefficients distributed over the flow domain while minimizing global discrepancies between simulations and field measurements. The calibration approach is formulated as an inverse optimization problem and addressed using metaheuristic optimization algorithms such as the Genetic Algorithm or Particle Swarm Optimization, combined with an ensemble model of deep neural networks. The database for training the neural networks is obtained using a newly developed finite volume-based shallow-water equations solver, parallelized on multiple GPUs, to generate large datasets of solutions for machine learning purposes. The performance of this approach is evaluated through various flow scenarios. Compared to conventional techniques, this methodology stands out for its simplicity, computational efficiency, and robustness. Additionally, Hybrid Particle Swarm Optimization (HPSO) proves to be particularly effective, notably for its speed. The developed codes are available at: https://github.com/ETS-GRANIT/CuteFlow .

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 enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,007

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
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)0,0010,000

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 Opus0,026
Tête enseignante GPT0,267
Écart entre enseignants0,240 · 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
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Résumé présentoui

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