Accurate prediction of avalanche motion is essential for hazard assessment in mountainous terrain. This study develops and evaluates a physics-informed neural network (PINN) framework for the Savage-Hutter model of depth-averaged granular flow, progressing from 1D analytical verification to 2D experimental validation. First, three 1D problems of increasing complexity were verified against the analytical solution: height prediction with prescribed velocity, velocity prediction with prescribed height, and coupled prediction of both fields using the conservative formulation. The decoupled tests accurately reconstructed the spatio-temporal evolution of each field when the other was prescribed. The coupled formulation learned both fields without prescribed data, achieving mean height and velocity RMSEs of 0.043 and 0.079 in non-dimensional units. A hyperparameter sensitivity study evaluated the effects of network depth, width, collocation density, learning rate, and epochs. The framework was then extended to 2D and validated against laboratory experiments of a cylindrical granular pile collapsing on an inclined plane, with TITAN2D providing numerical comparisons. Purely physics-based training converged to the trivial zero solution; augmenting the loss with 10 sparse training points from final deposit profiles produced a physics-informed, data-assisted hybrid framework. Peak flow depth, depth-averaged velocity, RMSE, and wetted-area IoU evaluated global and local agreement. Global height RMSE ranged from 2.7 to 6.7 mm across four experimental cases, while mean wetted-area IoU ranged from 69 to 81 %, demonstrating consistent performance across variations in pile mass and slope angle.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

八篇NeurIPS 2019【图神经网络(GNN)】相关论文
专知会员服务
44+阅读 · 2020年1月10日
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
论文浅尝 | GMNN: Graph Markov Neural Networks
开放知识图谱
20+阅读 · 2020年2月14日
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
利用神经网络进行序列到序列转换的学习
AI研习社
12+阅读 · 2019年4月26日
《pyramid Attention Network for Semantic Segmentation》
统计学习与视觉计算组
44+阅读 · 2018年8月30日
Relation Networks for Object Detection 论文笔记
统计学习与视觉计算组
16+阅读 · 2018年4月18日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19日
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
37+阅读 · 2021年2月10日
Arxiv
26+阅读 · 2018年2月27日
VIP会员
相关主题
最新内容
软件定义无人机蜂群给防空带来全新压力
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
《半自主无人地面战车的互操作性》66页
专知会员服务
5+阅读 · 10月13日
迈向更智慧的军事情报
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《美国陆军2026年野战手册 2-0 情报》
专知会员服务
5+阅读 · 10月12日
《基于启发式算法求解武器-目标分配问题》
专知会员服务
7+阅读 · 10月12日
《美陆军最新条令出版物 2-0 情报》
专知会员服务
8+阅读 · 10月10日
电子战测试与训练靶场:战前验证战备状态
专知会员服务
3+阅读 · 10月10日
《美国陆军如何作战》46页最新报告
专知会员服务
9+阅读 · 10月10日
相关VIP内容
八篇NeurIPS 2019【图神经网络(GNN)】相关论文
专知会员服务
44+阅读 · 2020年1月10日
相关资讯
“推荐系统”加上“图神经网络”
机器学习与推荐算法
12+阅读 · 2020年3月23日
论文浅尝 | GMNN: Graph Markov Neural Networks
开放知识图谱
20+阅读 · 2020年2月14日
Graph Neural Networks 综述
计算机视觉life
30+阅读 · 2019年8月13日
利用神经网络进行序列到序列转换的学习
AI研习社
12+阅读 · 2019年4月26日
《pyramid Attention Network for Semantic Segmentation》
统计学习与视觉计算组
44+阅读 · 2018年8月30日
Relation Networks for Object Detection 论文笔记
统计学习与视觉计算组
16+阅读 · 2018年4月18日
论文浅尝 | Improved Neural Relation Detection for KBQA
开放知识图谱
13+阅读 · 2018年1月21日
【深度学习基础】4. Recurrent Neural Networks
微信AI
16+阅读 · 2017年7月19日
相关基金
国家自然科学基金
6+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员