論文の概要: A Fuzzy Rule-based Neuro-Symbolic Approach for Pipe Severity Prediction in Sewer Networks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.28481v1
- Date: Thu, 30 Jul 2026 16:33:26 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-31 21:37:00.663011
- Title: A Fuzzy Rule-based Neuro-Symbolic Approach for Pipe Severity Prediction in Sewer Networks
- Title(参考訳): ファジィルールに基づく下水道ネットワークにおけるパイプ重大度予測のためのニューロシンボリックアプローチ
- Abstract要約: 本研究では、このギャップを象徴的推論から神経知覚を分離することで橋渡しするモジュラーでファジィな規則に基づくニューロシンボリック・フレームワークを導入する。
推論のために、DT、特にウェカのJ48アルゴリズムは、接地規則のCODEと重度ラベルに基づいて訓練され、その経路は19の固定IF-THENルールに変換される。
全体として、このフレームワークは、競合するクラスバランスのパフォーマンスと予測されたCODE学位からのトレース可能な推論を組み合わせることで、ルールサポートと重大さのエビデンスを実現している。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Standard automated sewer pipe severity assessment relies on direct image classification, creating a "black box" where the link between visual defects and final severity scores remains implicit. This study introduces a modular, fuzzy rule-based neuro-symbolic framework that bridges this gap by decoupling neural perception from symbolic reasoning. The perception module utilizes a Swin Transformer to predict 14 multilabel inspection CODE degrees directly from images. For reasoning, a DT, specifically Weka's J48, algorithm is trained on ground-truth CODEs and severity labels, and its paths are converted into 19 fixed IF--THEN rules. Inference operates via fuzzy logic: t-norm activations from CODE conditions are weighted by rule confidence and combined with corresponding s-norms to produce interpretable class evidence. We assessed Product, Łukasiewicz, and Hamacher operator pairs using a dataset of 3,244 images spanning five highly imbalanced severity classes. Ground-truth labels were robustly generated via consensus from five independent large language models analyzing original inspector notes. Our results show an improvement of accuracy, balanced accuracy, Macro F1 and MCC by 17.9%, 12.2%, 23.0%, and 17.3%, respectively, over image-only based classification. Overall, the framework combines competitive class-balanced performance with traceable reasoning from predicted CODE degrees to rule supports and severity evidence.
- Abstract(参考訳): 標準的な自動下水道管重度評価は、直接画像分類に依存し、視覚欠陥と最終的な重度スコアとのリンクが暗黙的に残る「ブラックボックス」を作成する。
本研究では、このギャップを象徴的推論から神経知覚を分離することで橋渡しするモジュラーでファジィな規則に基づくニューロシンボリック・フレームワークを導入する。
知覚モジュールは、Swin Transformerを使用して、画像から直接14のマルチラベル検査CODE度を予測する。
推論のために、DT、特にウェカのJ48アルゴリズムは、接地トルースCODEと重度ラベルに基づいて訓練され、その経路は19の固定IF-THENルールに変換される。
CODE条件からのt-ノルム活性化は規則の信頼性によって重み付けされ、対応するs-ノルムと組み合わせて解釈可能なクラス証拠を生成する。
高度に不均衡な5つの重度クラスにまたがる3,244枚の画像のデータセットを用いてProduct,Sukasiewicz,Hamacher演算子ペアを評価した。
5つの独立した大言語モデルから、原検査ノートを解析することで、地中真実のラベルが強固に生成された。
以上の結果から,画像のみの分類では,精度,平衡精度,マクロF1,MCCが17.9%,12.2%,23.0%,17.3%向上した。
全体として、このフレームワークは、競合するクラスバランスのパフォーマンスと予測されたCODE学位からのトレース可能な推論を組み合わせることで、ルールサポートと重大さのエビデンスを実現している。
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