We consider optimal sensor placement for a family of linear Bayesian inverse problems characterized by a deterministic hyper-parameter. The hyper-parameter describes distinct configurations in which measurements can be taken of the observed physical system. To optimally reduce the uncertainty in the system's model with a single set of sensors, the initial sensor placement needs to account for the non-linear state changes of all admissible configurations. We address this requirement through an observability coefficient which links the posteriors' uncertainties directly to the choice of sensors. We propose a greedy sensor selection algorithm to iteratively improve the observability coefficient for all configurations through orthogonal matching pursuit. The algorithm allows explicitly correlated noise models even for large sets of candidate sensors, and remains computationally efficient for high-dimensional forward models through model order reduction. We demonstrate our approach on a large-scale geophysical model of the Perth Basin, and provide numerical studies regarding optimality and scalability with regard to classic optimal experimental design utility functions.


翻译:我们考虑对以确定性超参数为特征的线性贝叶斯反面问题进行最佳传感器定位。超参数描述对观察到的物理系统进行测量的不同配置。为了最佳地减少系统模型中单一组传感器的不确定性,初始传感器定位需要对所有可接受配置的非线性状态变化进行核算。我们通过一个可观察系数来解决这个问题,该系数将后子的不确定性与传感器的选择直接联系起来。我们建议一种贪婪的传感器选择算法,通过对等式的追踪来迭代地改进所有配置的可观察系数。算法允许明确关联的噪音模型,即使对于大型候选传感器也是如此,并且通过减少模式来保持高维远模型的计算效率。我们展示了我们在珀斯盆地大规模地球物理模型上的做法,并就最优化的实验设计效用功能方面的最佳性和适切性进行数字研究。

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