論文の概要: Application of Long-Short Term Memory and Convolutional Neural Networks for Real-Time Bridge Scour Prediction
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.16549v2
- Date: Fri, 3 May 2024 06:32:29 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-06 17:08:18.859363
- Title: Application of Long-Short Term Memory and Convolutional Neural Networks for Real-Time Bridge Scour Prediction
- Title（参考訳）: 長期記憶と畳み込みニューラルネットワークのリアルタイム橋梁せん断予測への応用
- Authors: Tahrima Hashem, Negin Yousefpour,
- Abstract要約: 我々は,過去のセンサモニタリングデータに基づいて,橋脚周辺の深度変化を予測するために,ディープラーニングアルゴリズムの力を利用する。
本研究では,Long Short-Term Memory (LSTM) モデルとConvolutional Neural Network (CNN) モデルの性能について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Scour around bridge piers is a critical challenge for infrastructures around the world. In the absence of analytical models and due to the complexity of the scour process, it is difficult for current empirical methods to achieve accurate predictions. In this paper, we exploit the power of deep learning algorithms to forecast the scour depth variations around bridge piers based on historical sensor monitoring data, including riverbed elevation, flow elevation, and flow velocity. We investigated the performance of Long Short-Term Memory (LSTM) and Convolutional Neural Network (CNN) models for real-time scour forecasting using data collected from bridges in Alaska and Oregon from 2006 to 2021. The LSTM models achieved mean absolute error (MAE) ranging from 0.1m to 0.5m for predicting bed level variations a week in advance, showing a reasonable performance. The Fully Convolutional Network (FCN) variant of CNN outperformed other CNN configurations, showing a comparable performance to LSTMs with significantly lower computational costs. We explored various innovative random-search heuristics for hyperparameter tuning and model optimisation which resulted in reduced computational cost compared to grid-search method. The impact of different combinations of sensor features on scour prediction showed the significance of the historical time series of scour for predicting upcoming events. Overall, this study provides a greater understanding of the potential of Deep Learning algorithms for real-time scour prediction and early warning for bridges with distinct geology, geomorphology and flow characteristics.
- Abstract（参考訳）: 橋の桟橋周辺は、世界中のインフラにとって重要な課題だ。
解析モデルが欠如し、歪過程の複雑さのため、現在の経験的手法では正確な予測が困難である。
本稿では,河床標高,流高,流速などの履歴センサ観測データに基づいて,橋脚周囲のせん断深度変動を予測するために,深層学習アルゴリズムの力を利用する。
2006年から2021年までのアラスカ州とオレゴン州の橋梁から収集したデータを用いて, 長期記憶(LSTM)モデルと畳み込みニューラルネットワーク(CNN)モデルを用いて, リアルタイムなせん断予測を行った。
LSTMモデルでは, 平均絶対誤差 (MAE) は週毎のベッドレベルの変動を予測するために0.1mから0.5mの範囲で達成され, 妥当な性能を示した。
CNNのFCN(Fully Convolutional Network)は、他のCNN構成よりも優れており、計算コストを大幅に削減したLSTMに匹敵する性能を示した。
我々は,超パラメータチューニングとモデル最適化のための様々な革新的なランダム探索ヒューリスティックを探索し,グリッド探索法と比較して計算コストを削減した。
センサの異なる組み合わせが、来るべき事象を予測するために、歴史的時系列のせん断の重要さを示した。
本研究は, 地形, 流れ特性の異なる橋梁について, リアルタイムなせん断予測のためのDeep Learningアルゴリズムの可能性について, より深く理解するものである。
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