基于离散时间马尔可夫链的污水管 deterioration 建模：荷兰的一项大规模案例研究
应用统计
2023-10-04 v1
摘要
污水管网络系统是市政基础设施的重要组成部分，为了在维护成本与系统性能之间找到良好权衡，可靠的污水管退化模型至关重要。本文展示了在荷兰布雷达市的一项大规模案例研究。我们的数据集包含自 1920 年代以来建造的污水管信息，并含有不同协变量的信息。我们还有若干种损坏类型，但我们将注意力集中于渗漏、表面损坏和裂缝。每种损坏都有一个从 1 到 5 的严重程度指数。为考虑污水管的特征，我们定义了 6 个关注队列。两种离散时间马尔可夫链（DTMC）——我们称为 Chain `Multi' 与 `Single'（其中 Chain `Multi' 相比 Chain `Single' 含有额外转移）——常用于在管线层面建模污水管退化，我们想评估哪一种更适合我们的案例研究。为校准 DTMC，我们定义了使用序列最小二乘规划（Sequential Least-Squares Programming）的优化过程，以寻找最能最小化根加权平方误差的 DTMC 参数。我们的结果表明，对于我们的案例研究，Chain `Multi' 与 `Single' 之间无实质差异，但后者参数更少且易于训练。我们的 DTMC 有助于通过期望值比较各队列，例如，输送混合与废弃内容的混凝土管比输送雨水的混凝土管更快达到严重程度的表面损坏，这是实践中典型识别的现象。
引用
@article{arxiv.2310.01888,
title = {Deterioration modeling of sewer pipes via discrete-time Markov chains: A large-scale case study in the Netherlands},
author = {L. A. Jimenez-Roa and T. Heskes and T. Tinga and H. Molegraaf and M. Stoelinga},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.01888},
year = {2023}
}