反演，是否应建立在物理原理之上？

文 | 雕刻师

本文试图谈三个问题：1. 翡翠赌石中的反演，2. 地球物理勘探中的正演和反演，3. 电力设备故障的预测性维修。一大早，万军同学就在群里给我们聊了五毛钱的，主要问题是如何发现个别变压器厂家用铝线代替铜线的造假行为，比如测变压器初级、次级线圈的电阻和电阻率；测变压器的工况能耗；甚至于用震动的方式等，我们讨论之后，认为都不靠谱，因为狡猾的变压器厂家可以用更粗的铝线代替铜线，使得测电阻率和能耗也失去了实际意义。所以，供电局没办法，还是要开肠破肚的对变压器进行抽检。

其实，上述的所有办法，从方法论上讲都是在做反演，比如同线径的铝线替代铜线，一定会在电阻率上漏出马脚，因为我们很容易通过正演（实测或理论计算）得到反演所需要的判断依据。所以，反演要基于正演，而正演需要有物理原理的支撑。有物理原理支撑是一个认识论问题，我们今早讨论，最大的收获之一就是没有物理原理的支撑，或者有物理原理但实际工况没有太大意义的，无论正演和反演，都是很困难的。

1. 翡翠赌石中的反演

前几天，在文章《翡翠赌石：大马坎原石的皮》中，提到无数的翡翠赌石前辈们总结了翡翠赌石，尤其是蒙头赌的三个主要步骤，其中就包括掂分量，因为翡翠的密度在3.15-3.4之间，密度越高，翡翠的种就会越好，这是有矿物学和物理学支撑的正演；而在赌石的场景里，卖家大概率是不让我们进行密度测量的，所以，很多情况下，赌石玩家们只能靠用手掂分量，来判断原石的密度，这就是反演。

2. 地球物理勘探中的正演和反演

我早年学习地球物理勘探和勘探仪器，最大的收获就是能充分理解正演和反演这一套认识论和方法论，比如我们上学时，在学校实验室的大水槽里做电法（直流电场探勘技术，其原理类似于医院的心电图检查）的实验，在大水池的底部放置1-2个规则的金属体，在水面安置正负极进行放电，然后再测量水面其他点位的电场电位分布，以此来对比物理学的正演模型。但是，这套反演的方法，用在实际的找矿场景中，是有很多情况不能被满足的，因为正演是基于物理学相对理想状态下（比如各向同性的物理空间和纯碎的金属体）的有限集推论，而实际工况下的情况是非常复杂的，这就导致了物理学理论正演和实际找矿工作中的反演，之间存在了很大的差异和不确定性，而地球物理勘探的魅力就在于这里，每一个工区，都要解决这种理论和实践的差异性和不确定性。

3. 电力设备故障的预测性维修

（电力）设备的故障发现以及由发现所导致的消缺、检修、故障排除，甚至是事故应急，方法论多，就其故障发现而言，不管用什么方法、技术和装置，码到时间轴上，都是一个提前期的问题，道理很简单，故障被发现的越早，消除故障（消缺）的成本就越低、引发故障甚至是事故的概率就越小，电网可靠性就越高。所以，（泛在）电力物联网的意义就在于此，这样的技术和手段，其实也是一种反演，但是与我们过去搞地球物理勘探正反演不同的是，有些电力设备故障的正反演，有明确的物理学原理（例如流经导线的电流与线径和导线材料的关系，以及由电流导致导线发热与环境温度之间的关系等），而很多却没有或者鉴于复杂的运行工况很难找到物理学的正演规律，而是要基于统计意义上的归纳和分类，这也是电网公司为什么这么多人去搞大数据和人工智能的主要原因。感兴趣的读者可以阅读《电网设备AI识别的三个层次》、《EAM老鸟谈有围墙的电厂和没有围墙的电网》、《颠覆传统认知，努力降低电网实时性，使电网慢下来》和《电网AI，或许真的到了关键时刻》。

4. 数字孪生也是一种反演吗？

这个问题，我还不能完全搞清楚，因为数字孪生这东西应用的行业场景太多、太复杂了，需要大家一起来讨论。今早看到一篇大赞数字孪生的文章，写的很好，尤其是文章提出了一个问题：数字孪生和仿真是什么关系？作者没有给出答案，我想这也是需要大家伙儿共同讨论的，因为仿真存在了好几十年，从电力、到气象、到汽车研发、到军工，很多领域都在用，比如核弹试验，过去都是在地面上放一炮，最近三十年，核大国基本不放炮了，都是用数字技术在模拟核弹的效果。