Inverse modeling for computing a high-dimensional spatially-varying property field from indirect sparse and noisy observations is a challenging problem. This is due to the complex physical system of interest often expressed in the form of multiscale PDEs, the high-dimensionality of the spatial property of interest, and the incomplete and noisy nature of observations. To address these challenges, we develop a model that maps the given observations to the unknown input field in the form of a surrogate model. This inverse surrogate model will then allow us to estimate the unknown input field for any given sparse and noisy output observations. Here, the inverse mapping is limited to a broad prior distribution of the input field with which the surrogate model is trained. In this work, we construct a two- and three-dimensional inverse surrogate models consisting of an invertible and a conditional neural network trained in an end-to-end fashion with limited training data. The invertible network is developed using a flow-based generative model. The developed inverse surrogate model is then applied for an inversion task of a multiphase flow problem where given the pressure and saturation observations the aim is to recover a high-dimensional non-Gaussian permeability field where the two facies consist of heterogeneous permeability and varying length-scales. For both the two- and three-dimensional surrogate models, the predicted sample realizations of the non-Gaussian permeability field are diverse with the predictive mean being close to the ground truth even when the model is trained with limited data.


翻译:从间接分散和噪音的观测中计算高维空间分布式地产域的模型模型是一个具有挑战性的问题。这是由于以多尺度的PDEs形式表达的复杂的实际兴趣系统,感兴趣的空间属性的高度,以及观测的不完全和吵闹性质。为了应对这些挑战,我们开发了一个模型,以替代模型的形式将给未知输入字段的观测映射成一个不为人知的代孕模型。这个反向替代模型将使我们能够为任何给定的稀疏和噪音输出观测估计未知的多元输入字段。这里,反向映射限于以前以多尺度的PDEs形式表达的兴趣系统。在这个工作中,我们构建了一个二维和三维的替代模型,由不可逆的和有条件的神经网络组成,以有限的培训数据为模式的形式,以流基模型为基础开发出一个不可逆的网络。然后,将反向代孕模型用于一个多阶段流模型的倒置任务,在此过程中,鉴于对代孕模型进行培训的模型的不易变性地面观测,从压力和多维的地面目标到不易变的高度的地面,以两种高度的地面为可实现的地面。

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