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Physics-Guided Neural Networks for Distributed Sparse Gas Source Localization Using Poisson's Equation and Green's Function Method

Prieto Ruiz, Victor Scott und Shutin, Dmitriy und Wiedemann, Thomas und Hinsen, Patrick (2024) Physics-Guided Neural Networks for Distributed Sparse Gas Source Localization Using Poisson's Equation and Green's Function Method. In: EUSIPCO 2024. IEEE Explore. European Signal Processing Conference (EUSIPCO) 2024, 2024-08-26 - 2024-08-30, Lyon, Frankreich.

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Kurzfassung

Finding sources or leaks of airborne material in Chemical, Biological, Radiological, or Nuclear (CBRN) accidents is crucial for effective disaster response. This paper makes use of sparse Bayesian learning (SBL) to cooperatively estimate source locations based on measurements by multiple robots or a sensor network. The SBL approach facilitates the identification of sparse source support, indirectly providing information about the num- ber of sources and their locations. To achieve this, we introduce a novel method that includes a trained surrogated model for the gas dispersion process described by a Partial Differential Equation (PDE). Namely, a Physics-Guided Neural Network (PGNN) is employed to approximate a parameterized Green's function of the PDE. The obtained approximation is integrated into a gradient-based optimization process. The proposed method allows estimating super-resolution arbitrary source locations, eliminating constraints to a specific grid. Further, the newly proposed PGNN surrogate model comes with the advantage that the approach can be extended to cases where no analytic Green's function is available. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed approach, showcasing its potential for enhanced airborne material detection in CBRN scenarios.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205504/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Physics-Guided Neural Networks for Distributed Sparse Gas Source Localization Using Poisson's Equation and Green's Function Method
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Prieto Ruiz, Victor Scottvictor.prietoruiz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8965-0274NICHT SPEZIFIZIERT
Shutin, Dmitriydmitriy.shutin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6065-6453NICHT SPEZIFIZIERT
Wiedemann, ThomasThomas.Wiedemann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1740-8841NICHT SPEZIFIZIERT
Hinsen, Patrickpatrick.hinsen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4561-9769NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:August 2024
Erschienen in:EUSIPCO 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Verlag:IEEE Explore
Status:akzeptierter Beitrag
Stichwörter:Physics Guided Neural Networks, Gas Source Localization, Distributed Algorithms, Inverse Problems, Machine Learning, Sparse Bayesian Learning
Veranstaltungstitel:European Signal Processing Conference (EUSIPCO) 2024
Veranstaltungsort:Lyon, Frankreich
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:26 August 2024
Veranstaltungsende:30 August 2024
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Kommunikation und Navigation > Nachrichtensysteme
Hinterlegt von: Prieto Ruiz, Victor Scott
Hinterlegt am:26 Jul 2024 15:13
Letzte Änderung:26 Jul 2024 15:13

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