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芭芭拉·卡雷拉；莫钦文；艾森·帕皮奥安诺

利用非冗余测量信息有效估计水力传导率非均质性。 （英语） Zbl 1459.86006号

宝石。国际地理数学杂志。 11，第1号，第15号论文，29页（2020年）.
小结：解决通过测量识别地下水模型参数的反问题是一项计算密集型任务。虽然模型简化方法可以减少计算量，但许多反演方法的性能取决于通常高度相关的测量值的数量。我们提出了一种仅在反演过程中包含基本测量信息的测量约简方法。该方法分解模型输出的协方差矩阵，并将测量值和模型响应投影到对应于最大特征值的特征向量空间。我们将这种测量减少技术与两种反演方法相结合，即迭代扩展卡尔曼滤波器（IEKF）和序贯蒙特卡罗（SMC）方法。IEKF方法线性化了测量值和参数之间的关系，所需梯度计算的成本随着测量次数的增加而增加。SMC是一种贝叶斯更新方法，通过对一组中间测度进行顺序抽样来对后验分布进行抽样，抽样步骤数随着信息含量的增加而增加。我们提出了这两种算法的改进版本，以识别潜在的特征空间，并在反演过程中纳入减少的信息内容。通过一个数值例子测试了改进的IEKF和SMC方法在减少测量值的情况下的性能，该数值例子说明了与具有完整测量集的标准IEKF与SMC方法相比，该方法的计算优势。

引用于1文件

MSC公司：

86A05型 水文学、水文学、海洋学
86-08 地球物理问题的计算方法
65立方米 随机微分和积分方程的数值解
76S05号 多孔介质中的流动；过滤；渗流
60华氏30 随机分析的应用（PDE等）

关键词：

测量缩减；贝叶斯反演；含水层反演；迭代扩展卡尔曼滤波器；序贯蒙特卡罗

软件：

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\textit｛B.Carrera｝等人，GEM。国际地理数学杂志。11，第15号论文，29页（2020；Zbl 1459.86006）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 伯格，SJ；华盛顿州伊尔曼，《高度非均质冰川河流含水层-弱透水层系统中的三维瞬态水力层析成像》，水资源部。第47号决议，W10507（2011）·doi:10.1029/2011WR010616
[2] Beskos，A。；Jasra，A。；Muzaffer，EA；Stuart，AM，贝叶斯椭圆反问题的序贯蒙特卡罗方法，统计计算。，25, 4, 727-737 (2015) ·Zbl 1331.65012号
[3] 曹毅。；李，S。；佩佐德，L。；Serban，R.，微分代数方程的伴随灵敏度分析：伴随DAE系统及其数值解，SIAM J.Sci。计算。，24, 3, 1076-1089 (2003) ·Zbl 1034.65066号
[4] Chang，S-Y；Chowhan，T。；Latif，S.，在三维地下水污染物运移模型中使用SIR粒子过滤器进行状态和参数估计，J.Environ。工程，138，11，1114-1121（2012）
[5] 陈，P。；美国维拉。；Ghattas，O.，基于Hessian的无限维贝叶斯反问题自适应稀疏求积，计算。方法应用。机械。工程，327，147-172（2017）·Zbl 1439.65071号
[6] 肖邦，N.，《静态模型的序贯粒子滤波方法》，《生物统计学》，89，3，539-552（2002）·Zbl 1036.62062号
[7] Chorin，A。；Morzfeld，M。；薛敏，T.，用于数据同化的隐式粒子滤波器，Commun。申请。数学。计算。科学。，5, 2, 221-240 (2010) ·Zbl 1229.60047号
[8] 科勒德，AD；美联社麦克纳利；芬兰希尔顿；希利，SB；北卡罗来纳州阿特金森，《利用主成分分析同化高分辨率红外探测仪观测资料进行数值天气预报》，Q.J.R.Meteorol。Soc.，136，653，2038-2050（2010）
[9] 北卡罗来纳州科普提。；鲁宾，Y。；Mavko，G.，通过贝叶斯更新对油田渗透率进行地球物理-水文识别，水资源。第29、8、2813-2825号决议（1993年）
[10] Cotter，S.，Roberts，G.，Stuart，A.，White，D.：函数的MCMC方法：修改旧算法使其更快。统计科学。28(3), 424-446 (2013). 检索日期：2020年5月21日，网址：www.jstor.org/stable/43288425·Zbl 1331.62132号
[11] 崔，T。；法律，KJH；Marzouk，YM，Dimension-independent likelihood知悉MCMC，J.Compute。物理。，304109-137（2016）·Zbl 1349.65009号
[12] Davis，TA，《稀疏线性系统的直接方法》（2006），新德里：新德里SIAM·Zbl 1119.65021号
[13] Del Moral，P。；Doucet，A。；Jasra，A.，顺序蒙特卡罗采样器，J.R.Stat.Soc.Ser。B（Stat.Methodol.），68，3，411-436（2006）·Zbl 1105.62034号
[14] 尤芬迪耶夫。；Datta-Gupta，A。；金廷，V。；马，X。；Mallick，B.，《动态数据集成的有效两阶段马尔可夫链蒙特卡罗方法》，《水资源》。第41号决议，W12423（2005）·doi:10.1029/2004WR003764
[15] 艾尔谢赫，AH；惠勒，MF；Hoteit，I.，用于地下水流反演的贝叶斯模型选择的混合嵌套采样算法，J.Compute。物理。，258, 319-337 (2014) ·Zbl 1349.76815号
[16] Evensen，G.，《使用蒙特卡罗方法预测误差统计的非线性准营养模型的序贯数据同化》，J.Geophys。Res.Oceans，99，C5，10143-10162（1994）
[17] 菲尔德，G。；塔夫里索夫，G。；布朗，C。；A.哈里斯。；Kreidl，OP，《估算承压含水层特性的颗粒过滤器》，《水资源》。管理。，30, 9, 3175-3189 (2016)
[18] Fienen，M.N.，Clemo，T.，Kitanidis，P.K.：水力层析成像的交互式贝叶斯地质统计逆协议。水资源。第44号决议，W00B01（2008）。doi:10.1029/2007WR006730
[19] 菲舍尔，P。；Abderrahim Jardani，A。；苏伊德·艾哈迈德，M。；阿巴斯，XW；Jourde，H。；Lecoq，N.，《大规模反演算法在冲积含水层水力层析成像中的应用》，《地下水》，55，2，208-218（2017）
[20] Gelman，A.，Meng，X.：模拟规范化常数：从重要性抽样到桥接抽样再到路径抽样。统计科学。13(2), 163-185 (1998). 检索日期：2020年5月21日，网址：www.jstor.org/stable/2676756·Zbl 0966.65004号
[21] Ghosal，S。；Van der Vaart，A.，《非参数贝叶斯推断基础》（2017），剑桥：剑桥大学出版社，剑桥·Zbl 1376.62004号
[22] Ghosh，JK；德兰帕迪，M。；Samanta，T.，《贝叶斯分析导论：理论与方法》（2007），柏林：施普林格，柏林·Zbl 1135.6202号
[23] 哈奇奇，W。；Vanmarck，EH，孔隙压力场的概率更新，J.Geotech。工程师，109，3，373-387（1983）
[24] 黄，S-Y；文，J-C；Yeh，T-CJ；卢·W。；胡安，H-L；曾，C-M；Lee，J-H；Chang，K-C，《顺序抽水试验联合解释的稳健性：数值和现场试验》，《水资源》。第47号决议，W10530（2011）·doi:10.1029/2011WR010698
[25] 黄，H-L；Antonelli，P.，《主成分分析在高分辨率红外测量压缩和检索中的应用》，J.Appl。美托洛尔。，40, 3, 365-388 (2001)
[26] 伊格莱西亚斯，M。；帕克，M。；Tretyakov，MV，树脂传递模塑中的贝叶斯反演，反演问题。，34, 10, 105002 (2018) ·Zbl 1446.65097号
[27] 华盛顿州伊尔曼；朱，J。；AJ克雷格；Yin，D.，《通过稳态地下水模型验证的含水层表征方法比较：受控实验室沙箱研究》，《水资源》。第46号决议，W04502（2010年）·doi:10.1029/2009WR007745
[28] Jasra，A。；DA斯蒂芬斯；Doucet，A。；Tsagaris，T.，《通过自适应序贯蒙特卡罗推断Lévy驱动的随机波动率模型》，Scand。J.Stat.，38，1，1-22（2011）·Zbl 1246.91149号
[29] 贾兹温斯基，AH，《随机过程和过滤理论》（2007），切姆斯福德：快递公司，切姆斯福德·Zbl 1203.60001号
[30] 姜瑜。；Woodbury，AD，稳态地下水流量和热量传输反问题的全贝叶斯方法，Geophys。《国际期刊》，167，3，1501-1512（2006）
[31] F.Jianlin。；Jaime Gómez-Hernández，J.，使用阻塞马尔可夫链蒙特卡罗方法进行地下水流量和质量传输建模的不确定性评估和数据价值，J.Hydrol。，364, 3-4, 328-341 (2009)
[32] 基塔尼迪斯，PK；Vomvoris，EG，地下水建模（稳态）和一维模拟中反问题的地质统计学方法，水资源。研究，19，3，677-690（1983）
[33] 科瓦奇基，NB；Stuart，AM，Ensemble Kalman inversion:机器学习任务的无导数技术，逆问题。，35, 095005 (2019) ·兹比尔1430.68266
[34] 兰贝蒂，R。；Septier，F。；北卡罗来纳州萨勒曼。；Mihaylova，L.，基于梯度的序贯马尔可夫链蒙特卡罗，用于相关测量的多目标跟踪，IEEE Trans。信号信息处理。净值。，4, 510-518 (2017)
[35] 李伟（Li，W.）。；Lin，G.，多峰分布贝叶斯反演的自适应重要性抽样算法，J.Compute。物理。，294, 173-190 (2015) ·Zbl 1349.62025号
[36] McLaughlin，D。；Townley，LR，地下水反问题的重新评估，水资源。决议，32，5，1131-1161（1996）
[37] Mirhoseini，A.，Songhori，E.M.，Darvish Rouhani，B.，Koushanfar，F.：学习大数据的灵活转换。参见：ACM SIGMETRICS绩效评估审查，第43卷，第453-454页。ACM（2015）
[38] 蒙兹卡，C。；莫拉德哈尼，H。；Weihermüller，L。；弗朗森，H-JH；坎蒂，M。；Vereecken，H.，《利用颗粒过滤器进行远程表层土壤水分观测的水力参数估算》，J.Hydrol。，399, 3-4, 410-421 (2011)
[39] Morzfeld，M。；薛敏，T。；Wilkening，J。；Chorin，A.，隐式抽样参数估计，Commun。申请。数学。计算。科学。，10, 2, 205-225 (2015) ·Zbl 1328.86002号
[40] Neal，RM，退火重要性抽样，统计计算。，11, 2, 125-139 (2001)
[41] 奥利弗，DS；库尼亚，LB；将渗透率场调节为压力数据的Reynolds、AC、Markov链蒙特卡罗方法，数学。地质。，29, 1, 61-91 (1997)
[42] Papaioannou，I。；Betz，W。；Zwirglmair，K。；Straub，D.，子集模拟的MCMC算法，Probab。工程机械。，41, 89-103 (2015)
[43] Papaioannou，I。；Papadimitriou，C。；斯特劳布，D.，《结构可靠性分析的序贯重要性抽样》。安全。，62，66-75（2016）
[44] Parlett，BN，qr算法，计算。科学。工程，2，1，38-42（2000）
[45] 帕塞托，D。；Camporese，M。；Putt，M.，基于物理的耦合地表-地下模型的集成卡尔曼滤波器与粒子滤波器，Adv.Water Resour。，47, 1-13 (2012)
[46] 拉扎维，S。；Tolson，BA，《长数据周期水文模型校准的有效框架》，《水资源》。研究，49，12，8418-8431（2013）
[47] Rezaie，J.、Sotrom，J.和Smorgrav，E.：结合地震历史匹配降低地球物理数据的维数（spe 153924）。参加：第74届EAGE 2012年欧洲博览会（2012年）
[48] 罗伯茨，GO；Tweedie，RL，朗之万分布及其离散逼近的指数收敛性，伯努利，2，4，341-363（1996）·Zbl 0870.60027号
[49] 鲁道夫，D。；Sprungk，B.，关于预处理Crank-Nicolson Metropolis算法的推广，Found。计算。数学。，18, 2, 309-343 (2018) ·兹比尔1391.60169
[50] Schillings，C.，Sprungk，B.，Wacker，P.：关于贝叶斯反问题基于拉普拉斯的蒙特卡罗方法的拉普拉斯近似收敛性和噪声级鲁棒性（2019）。预印arXiv:1901.03958
[51] Schöniger，A.，Nowak，W.，Hendricks-Franssen，H.-J.：利用转换数据的集合卡尔曼滤波器进行参数估计：水力层析成像的方法和应用。水资源。第48（4）号决议（2012年）
[52] Stuart，AM，《逆向问题：贝叶斯观点》，《数值学报》。，19, 451-559 (2010) ·Zbl 1242.65142号
[53] 伍德伯里，AD；Ulrych，TJ，《稳态水流地下水反问题的全贝叶斯方法》，《水资源》。决议，36，8，2081-2093（2000）
[54] 雅青，G。；Oliver，DS，用于多相流体流动数据同化的迭代集合卡尔曼滤波器，SPE J.，12，4，438-446（2007）
[55] Yeh，T-CJ；Liu，S.，《水力层析成像：新含水层测试方法的开发》，《水资源》。研究，36，8，2095-2105（2000）
[56] Yeh，T-CJ；Zhang，J.，包气带变饱和流的地质统计反演方法，水资源。第32、9、2757-2766号决议（1996年）
[57] 尤斯特雷斯。；Asensio，L。；阿隆索，J。；Navarro，V.，《地下水流反问题的马尔可夫链蒙特卡罗和信息理论工具综述》，计算。地质科学。，2012年1月16日至20日·Zbl 1254.49021号
[58] 查，Y。；Yeh，T-CJ；毛博士。；杨，J。；Wenxi，L.，水力层析测量期间流量测量在绘制裂隙介质中导水率分布图中的用途，Adv.Water Resour。，71, 162-176 (2014)
[59] 赵，Z。；华盛顿州伊尔曼；Berg，SJ，《关于地质数据对水力层析成像分析的重要性：实验室砂箱研究》，J.Hydrol。，542, 156-171 (2016)
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