Bayesian Physics Informed Neural Networks for data assimilation and spatio-temporal modelling of wildfires

数据同化 计算机科学 贝叶斯概率 不确定度量化 解算器 强迫(数学) 功能(生物学) 集合(抽象数据类型) 机器学习 气象学 数学 人工智能 地理 数学分析 进化生物学 生物 程序设计语言
作者
Joel Janek Dabrowski,Dan Pagendam,James Hilton,Conrad Sanderson,Daniel MacKinlay,Carolyn Huston,Andrew Bolt,Petra Kuhnert
出处
期刊:spatial statistics [Elsevier]
卷期号:55: 100746-100746 被引量:14
标识
DOI:10.1016/j.spasta.2023.100746
摘要

We apply the Physics Informed Neural Network (PINN) to the problem of wildfire fire-front modelling. We use the PINN to solve the level-set equation, which is a partial differential equation that models a fire-front through the zero-level-set of a level-set function. The result is a PINN that simulates a fire-front as it propagates through the spatio-temporal domain. We show that popular optimisation cost functions used in the literature can result in PINNs that fail to maintain temporal continuity in modelled fire-fronts when there are extreme changes in exogenous forcing variables such as wind direction. We thus propose novel additions to the optimisation cost function that improves temporal continuity under these extreme changes. Furthermore, we develop an approach to perform data assimilation within the PINN such that the PINN predictions are drawn towards observations of the fire-front. Finally, we incorporate our novel approaches into a Bayesian PINN (B-PINN) to provide uncertainty quantification in the fire-front predictions. This is significant as the standard solver, the level-set method, does not naturally offer the capability for data assimilation and uncertainty quantification. Our results show that, with our novel approaches, the B-PINN can produce accurate predictions with high quality uncertainty quantification on real-world data.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
脑洞疼应助怡然的半梦采纳,获得10
刚刚
无极微光应助ttt采纳,获得20
刚刚
ArcMayuri完成签到,获得积分10
1秒前
小天才发布了新的文献求助10
1秒前
勤奋的一手完成签到,获得积分10
1秒前
无极微光应助bai采纳,获得20
2秒前
Andone完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
2秒前
LH完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
无私的朝雪完成签到,获得积分10
3秒前
Ava应助正直听芹采纳,获得10
3秒前
txy关注了科研通微信公众号
4秒前
4秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
33完成签到,获得积分10
6秒前
NCS完成签到,获得积分10
6秒前
乐乐应助香橙采纳,获得10
6秒前
狄拉克乐园完成签到,获得积分10
7秒前
爆米花应助renkemaomao采纳,获得10
7秒前
完美世界应助Max采纳,获得10
7秒前
Cyrus完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
充电宝应助楚天正阔采纳,获得10
7秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
8秒前
老迟到的友菱完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
NexusExplorer应助小天才采纳,获得10
10秒前
strawberry发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
斯文败类应助DYZ采纳,获得10
10秒前
11发布了新的文献求助30
11秒前
肯德大厨完成签到 ,获得积分10
11秒前
jojo完成签到 ,获得积分10
11秒前
11秒前
12秒前
Owen应助lixxx采纳,获得10
12秒前
高山流水应助Makta采纳,获得10
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition 8000
Comprehensive Methanol Science Production, Applications, and Emerging Technologies 2000
From Victimization to Aggression 1000
Translanguaging in Action in English-Medium Classrooms: A Resource Book for Teachers 700
Exosomes Pipeline Insight, 2025 500
Red Book: 2024–2027 Report of the Committee on Infectious Diseases 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5653573
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4790162
关于积分的说明 15064753
捐赠科研通 4812180
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2574341
邀请新用户注册赠送积分活动 1529955
关于科研通互助平台的介绍 1488680