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Grant: Alliance Grants

École Polytechnique de Montréal

$131,150.00

Développement de méthodes d'apprentissage automatique pour la détection d'anomalies à l'échelle d'un ensemble de barrages

FY 2023-24

Summary
Afin d'allonger la durée de vie des infrastructures existantes, les propriétaires s'orientent vers la surveillance des ouvrages à partir des technologies de l'information où la tâche centrale consiste à inférer la présence d'anomalies à partir de l'identification d'une dérive dans les comportements observés. L'incapacité à distinguer les vraies et les fausses alarmes est le principal défi auquel fait font face les propriétaires d'ouvrages comme Hydro-Québec qui gère plus de 350 grands barrages sur lesquels de nombreuses données instrumentales sont recueillies. Nos travaux en cours se penchent sur les problématiques liées aux fausses alarmes et ont conduit aux développements de méthodes afin d'adapter les Bayesian dynamic linear models (BDLM) aux particularités des infrastructures. Bien que de multiples applications pratiques aient démontré la robustesse et la performance de la méthode BDLM, celle-ci demande une expertise de pointe afin de configurer les modèles. Les réseaux de neurones sont connus pour omettre cette limitation, mais puisqu'ils sont entrainés à partir de la rétropropagation des gradients, ils sont incompatibles avec la détection d'anomalies par identification probabiliste de changement de régimes. En réponse à ce constat, nous avons développé la méthode TAGI (tractable approximate Bayesian inference) qui permet d'entrainer des réseaux de neurones à partir d'une inférence analytique. Cette nouvelle proposition de recherche bâtira sur TAGI afin de créer un ensemble de méthodes qui permettront de coupler des réseaux de neurones récurrents (RNN) et la méthode BDLM pour la détection d'anomalies. Le objectif principal à travers ces développements méthodologiques est de permettre la détection d'anomalies en temps réel à l'échelle du parc de barrages d'Hydro-Québec. Afin d'atteindre cet objectif, l'équipe de recherche développera les formulation mathématiques permettant de coupler les réseaux de neurones récurrents (RNN) avec les BDLM, ainsi que des méthodes qui permettront l'apprentissage en ligne et en continu des paramètres des RNN. Un des objectif central est également de fournir à la communauté scientifique et industrielle des librairies ouvertes regroupant les méthodes développées lors du projet.
Program
Alliance Grants
Location
Quebec, Canada
Recipient Type
Academia
Type
Grant
Source
NSERC's Awards Data

As published

Application id
578556-2022
Name nom
Goulet, James-Alexandre JA
Department département
Génies Civil, géologique et des mines
Organization id
64
Institution établissement
École Polytechnique de Montréal
Province en
Québec
Province fr
Québec
Country en
CANADA
Country fr
CANADA
Fiscal year exercice financier
2023
Competition year année de concours
2022
Award amount
131150
Program id
ALLRP
Program name en
Alliance Grants
Program name fr
Subventions Alliance
Group en
RESEARCH PARTNERSHIPS
Group fr
PARTENARIATS DE RECHERCHE
Committee code
96
Committee name en
RPP Internal Decision Cttee
Committee name fr
Cté de décision interne - PPR
Area of application code
1206
Area of application group en
Advancement of knowledge
Area of application group fr
Avancement des connaissances
Area of application en
Engineering
Area of application fr
Génie
Research subject code
2805
Research subject group en
Artificial intelligence
Research subject group fr
Learning and inference theories
Research subject en
Intelligence artificielle
Research subject fr
Théories de l'apprentissage et l'inférence
Application title
Développement de méthodes d'apprentissage automatique pour la détection d'anomalies à l'échelle d'un ensemble de barrages
Keyword
Apprentissage automatique; Barrages; Détection d'anomalies; Maintenance prédictive; Méthodes bayésiennes; Réseaux de neurones; Sécurité des barrages; Séries temporelles; Suivi électronique des barrages
Application summary
Afin d'allonger la durée de vie des infrastructures existantes, les propriétaires s'orientent vers la surveillance des ouvrages à partir des technologies de l'information où la tâche centrale consiste à inférer la présence d'anomalies à partir de l'identification d'une dérive dans les comportements observés. L'incapacité à distinguer les vraies et les fausses alarmes est le principal défi auquel fait font face les propriétaires d'ouvrages comme Hydro-Québec qui gère plus de 350 grands barrages sur lesquels de nombreuses données instrumentales sont recueillies. Nos travaux en cours se penchent sur les problématiques liées aux fausses alarmes et ont conduit aux développements de méthodes afin d'adapter les Bayesian dynamic linear models (BDLM) aux particularités des infrastructures. Bien que de multiples applications pratiques aient démontré la robustesse et la performance de la méthode BDLM, celle-ci demande une expertise de pointe afin de configurer les modèles. Les réseaux de neurones sont connus pour omettre cette limitation, mais puisqu'ils sont entrainés à partir de la rétropropagation des gradients, ils sont incompatibles avec la détection d'anomalies par identification probabiliste de changement de régimes. En réponse à ce constat, nous avons développé la méthode TAGI (tractable approximate Bayesian inference) qui permet d'entrainer des réseaux de neurones à partir d'une inférence analytique. Cette nouvelle proposition de recherche bâtira sur TAGI afin de créer un ensemble de méthodes qui permettront de coupler des réseaux de neurones récurrents (RNN) et la méthode BDLM pour la détection d'anomalies. Le objectif principal à travers ces développements méthodologiques est de permettre la détection d'anomalies en temps réel à l'échelle du parc de barrages d'Hydro-Québec. Afin d'atteindre cet objectif, l'équipe de recherche développera les formulation mathématiques permettant de coupler les réseaux de neurones récurrents (RNN) avec les BDLM, ainsi que des méthodes qui permettront l'apprentissage en ligne et en continu des paramètres des RNN. Un des objectif central est également de fournir à la communauté scientifique et industrielle des librairies ouvertes regroupant les méthodes développées lors du projet.