Practical Applications of Machine Learning to Underground Rock Engineering
Notice bibliographique
Résumé
Rock mechanics engineers have increasing access to large quantities of data from underground excavations as sensor technologies are developed, data storage becomes cheaper, and computational speed and power improve. Machine learning has emerged as a viable approach to process data for engineering decision making. This research investigates practical applications of machine learning algorithms (MLAs) to underground rock engineering problems using real datasets from a variety of rock mass deformation contexts. It was found that preserving the format of the original input data as much as possible reduces the introduction of bias during digitalization and results in more interpretable MLAs. \n \nA Convolutional Neural Network (CNN) is developed using a dataset from Cigar Lake Mine, Saskatchewan, Canada, to predict the tunnel liner yield class. Several hyperparameters are optimized: the amount of training data, the convolution filter size, and the error weighting scheme. Two CNN architectures are proposed to characterize the rock mass deformation: (i) a Global Balanced model that has a prediction accuracy >65% for all yield classes, and (ii) a Targeted Class 2/3 model that emphasizes the worst case yield and has a recall of >99% for Class 2. The interpretability of the CNN is investigated through three Input Variable Selection (IVS) methods. The three methods are Channel Activation Strength, Input Omission, and Partial Correlation. The latter two are novel methods proposed for CNNs using a spatial and temporal geomechanical dataset. Collectively, the IVS analyses indicate that all the available digitized inputs are needed to produce good CNN performances. \n \nA Long-Short Term Memory (LSTM) network is developed using a dataset for Garson Mine, near Sudbury, Ontario, Canada, to predict the stress state in a FLAC3D model. This is a novel method proposed to semi-automate calibration of finite-difference models of high-stress environments. A workflow for optimizing the hyperparameters of the LSTM network is proposed. The performance of the LSTM network predicting the three principal stresses is improved as compared to predicting the six-component stress tensor, with corrected Akaike Information Criterion (AICc) values of -59.62 and -45.50, respectively. \n \nGeneral recommendations are made with respect to machine learning algorithm development for practical rock engineering problems, in terms of how to format and pre-process inputs, select architectures, tune hyperparameters, and determine engineering verification metrics. Recommendations are made to demonstrate how algorithms can be rendered interpretable with the application of tools that already exist in the field of machine learning.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,001 |
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.
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; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».