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Erschienen in: Engineering with Computers 2/2024

04.07.2023 | Original Article

Optimal sensor placement for digital twin based on mutual information and correlation with multi-fidelity data

verfasst von: Shuo Wang, Xiaonan Lai, Xiwang He, Kunpeng Li, Liye Lv, Xueguan Song

Erschienen in: Engineering with Computers | Ausgabe 2/2024

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Abstract

This paper proposes an optimal sensor placement algorithm based on mutual information and correlation, which is particularly suitable for solving sensor placement problems in digital twins. Digital twins roughly comprise two data types: (1) the sensor data collected from a physical entity and (2) the simulation data collected from the physics-based simulation models. The proposed method takes advantage of the two data types to select sensor locations. Specifically, it determines sensor locations by maximizing the mutual information between the selected and uninstrumented candidate locations. In addition, the correlation between the sensor data and simulation data is characterized by a covariance matrix and used in the determination of mutual information. Moreover, the proposed method is also applicable in multiworking conditions by using clustering algorithms. To verify the effectiveness and applicability of the proposed sensor placement method, it was compared with two other sensor placement methods in terms of reconstruction accuracy through a digital twin case of a crane boom. The results show that the proposed method exhibits excellent performance.

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Literatur
14.
Zurück zum Zitat Dur TH (2019) Parallel gaussian processes for optimal sensor placement. thesis Dur TH (2019) Parallel gaussian processes for optimal sensor placement. thesis
38.
Zurück zum Zitat Li K, Liu Y, Wang S, Song X (2021) Multifidelity data fusion based on gradient-enhanced surrogate modeling method. J Mech Des 10(1115/1):4051193 Li K, Liu Y, Wang S, Song X (2021) Multifidelity data fusion based on gradient-enhanced surrogate modeling method. J Mech Des 10(1115/1):4051193
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Zurück zum Zitat Forrester AIJ, Sóbester A, Keane AJ (2008) Engineering design via surrogate modelling: a practical guide. WileyCrossRef Forrester AIJ, Sóbester A, Keane AJ (2008) Engineering design via surrogate modelling: a practical guide. WileyCrossRef
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Zurück zum Zitat Rasmussen CE (2006) Gaussian processes for machine learning. The MIT Press Rasmussen CE (2006) Gaussian processes for machine learning. The MIT Press
Metadaten
Titel
Optimal sensor placement for digital twin based on mutual information and correlation with multi-fidelity data
verfasst von
Shuo Wang
Xiaonan Lai
Xiwang He
Kunpeng Li
Liye Lv
Xueguan Song
Publikationsdatum
04.07.2023
Verlag
Springer London
Erschienen in
Engineering with Computers / Ausgabe 2/2024
Print ISSN: 0177-0667
Elektronische ISSN: 1435-5663
DOI
https://doi.org/10.1007/s00366-023-01858-z

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