An Interpretable Neural Network Algorithm for Leaking Detection in the Urban Water and Sewer Pipeline Network, Tianjin, China

支持向量机 计算机科学 管道(软件) 检漏 泄漏 特征提取 人工神经网络 数据挖掘 降维 主成分分析 人工智能 模式识别(心理学) 算法 机器学习 工程类 环境工程 程序设计语言
作者
Xujie Le,Hanwen Yu,Yong Wang
标识
DOI:10.1109/igarss52108.2023.10282972
摘要

Urban residents' daily lives and commerce depend on the reliable water and sewer pipeline network. Leaking the network is a nuisance, wasting precocious resources and money. Detecting and mitigating a leak in the network is essential for utility companies and the general public. As an ongoing study, we developed a U-net-based algorithm for leak detection and explored the possibility of understanding operations within the algorithm. As dimensionality reduction and feature extraction are the primary objectives of the convoluting and pooling processes in the algorithm, the processes can be carried out by principal components analysis (PCA). The algorithm then advances a leak/non-leak classification after extracting features. The support vector machine (SVM), one machine learning algorithm, can replace and perform the classification procedure. Thus, a (PCA+SVM) algorithm is developed, and more importantly, we interpret the studied U-net-based algorithm as a hybrid of the PCA and SVM. Finally, the (PCA+SVM) algorithm is evaluated in the leaking detection, and it satisfactorily detects a leak or non-leak location in urban areas of Tianjin, China.
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