Department Systems Analysis, Integrated Assessment and Modelling

Neurale ODEs

Deep-Learning-Methoden haben herkömmliche konzeptionelle Modelle bei der Modellierung von Niederschlägen und Abflüssen oft übertroffen, aber das Verständnis der internen Funktionsweise dieser Modelle bleibt eine Herausforderung. Während konzeptionelle Modelle klare Einblicke in hydrologische Prozesse bieten, fehlt bei Deep-Learning-Modellen diese Interpretierbarkeit. Um dieses Problem zu lösen, haben wir hydrologische neuronale Modelle mit gewöhnlichen Differentialgleichungen (ODEs) eingeführt, die die Vorhersagekraft von Deep Learning mit der Interpretierbarkeit von konzeptionellen Modellen kombinieren.
Bei neuronalen ODEs werden die internen Prozesse, die normalerweise durch Differentialgleichungen dargestellt werden, durch neuronale Netze ersetzt. Diese Verschmelzung ermöglicht es dem Deep Learning, mechanistische Modellierung zu integrieren, wodurch die interne Dynamik leichter zu interpretieren ist.

Team

Publikationen

Höge, M.; Scheidegger, A.; Baity-Jesi, M.; Albert, C.; Fenicia, F. (2022) Improving hydrologic models for predictions and process understanding using neural ODEs, Hydrology and Earth System Sciences, 26(19), 5085-5102, doi:10.5194/hess-26-5085-2022, Institutional Repository

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