Integration of physics and machine learning in virtual flow metering applications is known as gray-box modeling. The combination is believed to enhance multiphase flow rate predictions. However, the superiority of gray-box models is yet to be demonstrated in the literature. This article examines scenarios where a gray-box model is expected to outperform physics-based and data-driven models. The experiments are conducted with synthetic data where properties of the underlying data generating process are known and controlled. The results show that a gray-box model yields increased prediction accuracy over a physics-based model in the presence of process-model mismatch. They also show improvements over a data-driven model when the amount of available data is small. On the other hand, gray-box and data-driven models are similarly influenced by noisy measurements. Lastly, the results indicate that a gray-box approach may be advantageous in nonstationary process conditions. Unfortunately, choosing the best model prior to training is challenging, and overhead on model development is unavoidable.


翻译:在虚拟流量计量应用中,物理学和机器学习的整合被称作灰盒模型,据认为,这种组合可以加强多阶段流量预测。然而,灰盒模型的优越性尚有待在文献中展示。本文章审视了灰盒模型预计将优于物理和数据驱动模型的情景。实验利用合成数据进行,其基础数据生成过程的特性为人所知和控制。结果显示,灰盒模型在存在流程模型不匹配的情况下,比基于物理模型的预测准确性更高。这些模型还显示在可用数据数量小的情况下,数据驱动模型的改进。另一方面,灰盒和数据驱动模型同样受到噪音测量的影响。最后,结果显示,灰盒方法在非静止过程中可能具有优势。不幸的是,选择培训前的最佳模型具有挑战性,而模型开发的间接费用是不可避免的。

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ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
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