Despite various breakthroughs in machine learning and data analysis techniques for improving smart operation and management of urban water infrastructures, some key limitations obstruct this progress. Among these shortcomings, the absence of freely available data due to data privacy or high costs of data gathering and the nonexistence of adequate rare or extreme events in the available data plays a crucial role. Here, Generative Adversarial Networks (GANs) can help overcome these challenges. In machine learning, generative models are a class of methods capable of learning data distribution to generate artificial data. In this study, we developed a GAN model to generate synthetic time series to balance our limited recorded time series data and improve the accuracy of a data-driven model for combined sewer flow prediction. We considered the sewer system of a small town in Germany as the test case. Precipitation and inflow to the storage tanks are used for the Data-Driven model development. The aim is to predict the flow using precipitation data and examine the impact of data augmentation using synthetic data in model performance. Results show that GAN can successfully generate synthetic time series from real data distribution, which helps more accurate peak flow prediction. However, the model without data augmentation works better for dry weather prediction. Therefore, an ensemble model is suggested to combine the advantages of both models.


翻译:尽管机器学习与数据分析技术在提升城市水基础设施智能运维方面取得了诸多突破,但一些关键限制仍阻碍着这一进程。其中,因数据隐私或数据采集成本高昂导致可公开获取数据匮乏,以及现有数据中罕见或极端事件样本不足等问题尤为突出。生成对抗网络(GAN)可有效应对这些挑战。在机器学习中,生成模型是一类能够通过学习数据分布来生成人工数据的方法。本研究构建了一个GAN模型用于生成合成时间序列,以平衡有限记录的时序数据,并提升基于数据驱动的合流制污水管网流量预测模型的精度。我们以德国某小镇的排水系统作为测试案例,采用降水数据及储水池入流数据构建数据驱动模型,旨在利用降水数据预测流量,并检验数据增强(使用合成数据)对模型性能的影响。结果表明:GAN能够从真实数据分布中成功生成合成时间序列,从而辅助更精准的峰值流量预测;但在干旱期流量预测中,未使用数据增强的模型表现更优。因此,建议采用集成模型以融合两类模型的优势。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
【2022新书】机器学习中的统计建模:概念和应用,398页pdf
专知会员服务
142+阅读 · 2022年11月5日
100+篇《自监督学习(Self-Supervised Learning)》论文最新合集
专知会员服务
167+阅读 · 2020年3月18日
专知会员服务
162+阅读 · 2020年1月16日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
78+阅读 · 2019年10月10日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
LibRec 精选:推荐系统的论文与源码
LibRec智能推荐
14+阅读 · 2018年11月29日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
11+阅读 · 2018年3月23日
VIP会员
最新内容
BES:让语言模型通过双向进化搜索自我改进
专知会员服务
3+阅读 · 5月30日
以色列-美国-伊朗战争中的无人机:关键要点
专知会员服务
4+阅读 · 5月30日
《Palantir任务保障性软件安全标准(MA-S2)》
专知会员服务
10+阅读 · 5月30日
基于声学的无人机检测技术综述
专知会员服务
7+阅读 · 5月30日
《当代混合战争分析框架:俄乌战争经验教训》
战略前沿人工智能的再思考(中文)
专知会员服务
8+阅读 · 5月29日
《量化地基防空系统间接效应的博弈论方法》
专知会员服务
6+阅读 · 5月29日
相关基金
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 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员