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Aceleración de HEC-RAS: un operador neuronal recurrente para la predicción rápida de ríos

Created by
  • Haebom

Autor

Edward Holmberg, Pujan Pokhrel, Maximilian Zoch, Elias Ioup, Ken Pathak, Steven Sloan, Kendall Niles, Jay Ratcliff, Maik Flanagin, Christian Guetl, Julian Simeonov, Mahdi Abdelguerfi

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Este artículo propone un modelo sustituto basado en aprendizaje profundo para acelerar los solucionadores basados en física, con un alto coste computacional, como HEC-RAS, para una rápida toma de decisiones durante inundaciones. Utilizando HEC-RAS como motor de generación de datos, empleamos una arquitectura autorregresiva híbrida que combina GRU para capturar la dinámica temporal a corto plazo y Geo-FNO para modelar las dependencias espaciales a largo plazo a lo largo de los segmentos fluviales. Entrenado en 67 segmentos de la cuenca del río Misisipi, el modelo se evalúa con un año de datos desconocidos y alcanza una alta precisión de predicción con un error absoluto medio del nivel del agua de 0,31 pies. En una predicción por conjuntos para los 67 segmentos, el modelo es aproximadamente 3,5 veces más rápido, de 139 minutos para el solucionador convencional a 40 minutos. Este enfoque basado en datos demuestra que la potente ingeniería de características puede utilizarse para generar modelos sustitutos viables y rápidos que pueden reemplazar los modelos hidráulicos convencionales, mejorando así la viabilidad computacional de la predicción de inundaciones por conjuntos a gran escala.

Takeaways, Limitations

Takeaways:
Presentamos un modelo alternativo basado en aprendizaje profundo que puede reducir drásticamente el costo computacional de los modelos de predicción de inundaciones basados en la física, como HEC-RAS.
Modelado efectivo de dependencias temporales y espaciales a través de una arquitectura híbrida que combina GRU y Geo-FNO.
Presentando el potencial para mejorar el tiempo real y la eficiencia del pronóstico de inundaciones por conjuntos en grandes cuencas hidrográficas como la cuenca del río Misisipi.
Demostrar la viabilidad de un enfoque basado en datos que pueda reemplazar eficazmente los modelos de reparación tradicionales a través de una ingeniería de características sólida.
Limitations:
El rendimiento de un modelo puede depender en gran medida de la calidad y cantidad de los datos de entrenamiento.
Dado que este modelo es específico de la cuenca del río Misisipi, se necesitan más estudios para determinar su generalización a otras cuencas.
Debido a que aprende de los datos sin modelar explícitamente los procesos físicos, la interpretación física de los resultados previstos puede resultar difícil.
Se necesita una mayor validación de la precisión y la estabilidad de las predicciones a largo plazo.
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