Visualization is an essential operation when assessing the risk of rare events such as coastal or river floodings. The goal is to display a few prototype events that best represent the probability law of the observed phenomenon, a task known as quantization. It becomes a challenge when data is expensive to generate and critical events are scarce. In the case of floodings, predictions rely on expensive-to-evaluate hydraulic simulators which take as aleatory inputs offshore meteo-oceanic conditions and dyke breach parameters to compute water level maps. In this article, Lloyd's algorithm, which classically serves to quantize data, is adapted to the context of rare and costly-to-observe events. Low probability is treated through importance sampling, while Functional Principal Component Analysis combined with a Gaussian process deal with the costly hydraulic simulations. The calculated prototype maps represent the probability distribution of the flooding events in a minimal expected distance sense, and each is associated to a probability mass. The method is first validated using a 2D analytical model and then applied to a real coastal flooding scenario. The two sources of error, the metamodel and the importance sampling, are evaluated to guarantee the precision of the method.


翻译:在评估沿海或河流洪水等稀有事件的风险时,可视化是一项至关重要的行动。目标是展示一些最能代表所观察到现象概率法的原型事件,即所谓的量化任务。当数据产生费用昂贵,关键事件稀少时,预测就成为一个挑战。在洪水的情况下,预测依赖昂贵到评估的液压模拟器,这些液压模拟器作为悬浮投入,在近海水位图中,作为吸收投入的海洋-水深条件和堤防参数计算水位图。在本篇文章中,劳埃德的算法(通常用来对数据进行四分法分析)通常适用于稀有和成本昂贵的观测事件。低概率是通过重要性取样处理的,而功能主元元元分析与高斯过程结合处理昂贵的液压模拟。计算模型显示洪水事件的概率分布为最小的预期距离值,每个都与概率质量有关。该方法首先使用2D分析模型验证,然后应用到真实的海岸洪涝情况。对两种错误来源(元模型和重要取样)进行了评估,以保证方法的精确性。

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