Scour is the number one cause of bridge failure in many parts of the world. Considering the lack of reliability in existing empirical equations for scour depth estimation and the complexity and uncertainty of scour as a physical phenomenon, it is essential to develop more reliable solutions for scour risk assessment. This study introduces a novel AI approach for early forecast of scour based on real-time monitoring data obtained from sonar and stage sensors installed at bridge piers. Long-short Term Memory networks (LSTMs), a prominent Deep Learning algorithm successfully used for time-series forecasting in other fields, were developed and trained using river stage and bed elevation readings for more than 11 years obtained from Alaska scour monitoring program. The capability of the AI models in scour prediction is shown for three case-study bridges. Results show that LSTMs can capture the temporal and seasonal patterns of both flow and river bed variations around bridge piers, through cycles of scour and filling and can provide reasonable predictions of upcoming scour depth as early as seven days in advance. It is expected that the proposed solution can be implemented by transportation authorities for development of emerging AI-based early warning systems, enabling superior bridge scour management.


翻译:由于现有测深实验方程式缺乏可靠性,以及从阿拉斯加测深方案获得的河台和床位海拔读数超过11年,因此,有必要为测深风险评估制定更可靠的解决方案。本研究报告介绍了基于从声纳和架桥码头安装的台式传感器获得的实时监测数据,对测深早期预报采用了新型的AI方法。长期短期内存网络(LSTMs)是其它领域成功用于时间序列预报的一个突出的深学习算法,利用从阿拉斯加测深监测方案获得的河台和床位海拔读数,开发和培训时间超过11年,因此,有必要为三座案例研究桥梁展示AI模型在测深预测方面的能力。结果显示,LSTMs能够通过测深和填充周期,捕捉到桥码头周围流动和河床变化的时间和季节性模式,并能够合理地预测提前7天即将出现的潮深。预计,运输当局可以实施拟议的测深方法,以开发正在形成的AI型预警系统。

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