Soft sensing infers hard-to-measure data through a large number of easily obtainable variables. However, in complex industrial scenarios, the issue of insufficient data volume persists, which diminishes the reliability of soft sensing. Generative Adversarial Networks (GAN) are one of the effective solutions for addressing insufficient samples. Nevertheless, traditional GAN fail to account for the mapping relationship between labels and features, which limits further performance improvement. Although some studies have proposed solutions, none have considered both performance and efficiency simultaneously. To address these problems, this paper proposes the multi-task learning-based regression GAN framework that integrates regression information into both the discriminator and generator, and implements a shallow sharing mechanism between the discriminator and regressor. This approach significantly enhances the quality of generated samples while improving the algorithm's operational efficiency. Moreover, considering the importance of training samples and generated samples, a dual data evaluation strategy is designed to make GAN generate more diverse samples, thereby increasing the generalization of subsequent modeling. The superiority of method is validated through four classic industrial soft sensing cases: wastewater treatment plants, surface water, $CO_2$ absorption towers, and industrial gas turbines.


翻译:软测量通过大量易获取变量推断难以测量的数据。然而,在复杂工业场景中,数据量不足的问题持续存在,这降低了软测量的可靠性。生成对抗网络(GAN)是解决样本不足的有效方案之一。然而,传统GAN未能考虑标签与特征之间的映射关系,限制了性能的进一步提升。尽管已有研究提出解决方案,但均未同时兼顾性能与效率。针对这些问题,本文提出基于多任务学习的回归GAN框架,将回归信息同时集成至判别器与生成器,并实现了判别器与回归器间的浅层共享机制。该方法在显著提升生成样本质量的同时,提高了算法运行效率。此外,考虑到训练样本与生成样本的重要性,设计了双重数据评估策略,使GAN能够生成更多样化的样本,从而增强后续建模的泛化能力。通过四个经典工业软测量案例——污水处理厂、地表水、$CO_2$吸收塔和工业燃气轮机——验证了本方法的优越性。

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