Physics-informed few-shot learning for wind pressure prediction of low-rise buildings

风洞 弹丸 比例(比率) 风速 机器学习 标准差 人工智能 气象学 均方误差 计算机科学 模拟 工程类 数学 物理 航空航天工程 统计 化学 有机化学 量子力学
作者
Yanmo Weng,Stephanie German Paal
出处
期刊:Advanced Engineering Informatics [Elsevier BV]
卷期号:56: 102000-102000 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.aei.2023.102000
摘要

This research proposes a physics-informed few-shot learning model to predict the wind pressures on full-scale specimens based on scaled wind tunnel experiments. Existing machine learning approaches in the wind engineering domain are incapable of accurately extrapolating the prediction from scaled data to full-scale data. The model presented in this research, on the other hand, is capable of extrapolating prediction from large-scale or small-scale models to full-scale measurements. The proposed ML model combines a few-shot learning model with the existing physical knowledges in the design standards related to the zonal information. This physical information helps in clustering the few-shot learning model and improves prediction performance. Using the proposed techniques, the scaling issue observed in wind tunnel tests can be partially resolved. A low mean-squared error, mean absolute error, and a high coefficient of determination were observed when predicting the mean and standard deviation wind pressure coefficients of the full-scale dataset. In addition, the benefit of incorporating physical knowledge is verified by comparing the results with a baseline few-shot learning model. This method is the first of its type as it is the first time to extrapolate in wind performance prediction by combining prior physical knowledge with a few-shot learning model in the field of wind engineering. With the benefit of the few-shot learning model, only a low-resolution of the measuring tap configuration is required, and the reliance on physical wind tunnel experiments can be reduced. The physics-informed few-shot learning model is an efficient, robust, and accurate alternate solution to predicting wind pressures on full-scale structures based on various modeled scale experiments.
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