地震波走时场模拟的快速推进法和快速扫描法比较研究

地震波走时信息在叠前偏移、叠前速度分析、地震层析成像、走时反演及地震定位等中都有重要应用.快速推进法因其理论完善、精确灵活,无条件稳定,近年来已在走时计算领域得到广泛应用.快速扫描法作为求解一阶非线性双曲型偏微分方程的高效方法,已在图像处理、计算机视图、控制论等领域得到有效应用,且在走时计算方面有所应用且展现了广泛的应用前景.本文介绍了两种方法的基本原理且(通过均匀介质模型、局部低速体模型和Marmousi模型)把两种方法做了详细对比.研究结果表明:1)基于逆风差分格式的快速推进法和快速扫描法对纵横向速度变化很大的不均匀介质依然有很好的稳定性和适用性,均可以准确地计算地震波初至走时;2)对于相同的模型和在相同的计算条件下,两种方法的精度相当,但快速扫描法所耗的CPU时间较快速推进法明显减少,效率显著提高.

一种基于改进快速扫描法的多尺度近地表层析方法

复杂山地近地表速度结构复杂,横向速度变化快,建模精度低,严重影响后续偏移成像质量。初至波层析反演是解决复杂近地表速度建模的有效手段,但面临着计算精度和计算效率均需提高的问题。为此,提出了一种基于改进快速扫描法的多尺度近地表层析速度建模方法,分别从正演和反演两个方面提升初至波层析反演精度。在正演方面,提出基于改进快速扫描法的初至波走时计算方法,应用双线性插值技术,在保持快速扫描算法高效率的基础上提高计算精度;在反演方面,利用改进散射积分法求解层析矩阵,并通过多尺度层析策略提高反演精度。将提出的近地表建模方法应用于丁山工区的实际资料处理,结果表明,改进快速扫描法使得正演计算量大幅度减小,在其它条件不变的情况下,多尺度层析策略反演得到的速度模型精度高,偏移成像剖面与原始剖面相比,近地表范围内同相轴连续性更好,为后续中深层速度建模提供了良好的保障。

基于熵的快速扫描法的FNEA初始对象的生成方法

提出一种基于熵的快速扫描法为后续使用FNEA分割方法生成初始影像对象,相较于以光谱异质性和形状异质性为异质性测度准则的传统FNEA方法,所提方法核心是采用熵作为影像对象合并的异质性测度准则.在算法设计中采用二维数组及临时区域对象数组存放数据,加快执行速度.实验证明,该方法在参数设置合适的情况下基本不影响分割效果,而且较大程度上提高了生成初始影像对象的效率,从而使FNEA分割方法更具实用价值.

基于三维快速扫描算法与到时差数据库技术的层状介质震源定位方法研究

定位算法是微震监测的核心,而速度模型是影响微震定位算法精度的主要因素。快速扫描法(fast sweeping method,FSM)是一种基于复杂速度模型利用求解程函方程(eikonal equation)计算地震波初至到时的算法,已广泛应用于地震定位及地球物理勘探等领域。将该方法引入岩土工程稳定性监测与评价领域,提出一种针对层状速度模型的震源快速定位方法。建立笛卡尔坐标系下三维FSM算法,分别在单一速度模型和水平分层速度模型中采用FSM算法计算点震源初至波走时,与理论解对比分析算法精度及其误差分布特征;进而针对层状速度模型,提出一种基于FSM算法的到时差数据库微地震震源快速定位方法;与基于简化地质模型的传统定位算法进行对比,研究该方法定位精度和计算效率。结果表明,相比较于传统定位方法,提出的基于FSM算法建立的到时差数据库震源定位方法对于层状地质模型微地震事件位置精度具有显著提升,且大大缩减了定位耗时。该算法可为层状地层震源定位、微震监测及室内声发射监测等提供重要的理论和技术支撑。

快速扫描算法在超声波层析中的应用

超声波层析成像(CT)技术是最近发展起来的一种新型无损检测方法,该方法具有对被测对象无损伤、成像精度高、操作简单方便、结果可视化程度高等优点,在混凝土结构检测中得到广泛应用。超声波层析成像技术一般采用初至波的走时进行分析计算。因此,对走时提取的准确性至关重要。传统的超声波层析技术是利用最小走时射线追踪算法来计算初至波走时,计算效率低,且在复杂介质中存在不稳定性问题。为了快速、可靠地计算初至波走时,本文基于程函方程的有限差分形式,利用快速扫描算法实现了初至波走时的快速计算。将该方法应用于理论模型计算,并和现场采集的实测数据层析结果作对比,结果表明该方法可以取得与传统最小走时射线追踪相当的计算精度,但计算效率得到大幅提升。

求解二次方程的二维VTI介质qSV波和qSH波走时快速扫描算法

地震波走时计算在观测系统设计、偏移成像、速度模型走时反演和地震定位等方面起到重要作用.各向异性广泛存在于地球介质中,影响地震波传播的振幅和走时,忽略各向异性的影响将对成像、反演以及地震定位等造成一定的误差.因此对于高分辨率成像和反演,走时计算中考虑各向异性十分重要.快速扫描法不需要存储和追踪波前面信息,在各向异性初至波走时计算方面应用广泛.传统的方法通过将慢度四次方程转换为走时四次方程并结合快速扫描法求解走时.该方法没有对程函方程做近似,适用于强各向异性介质,但存在计算效率低的问题.对于求解qSV波走时,本文发展了一种在局部解中将慢度四次方程简化为二次方程解析地快速求解走时的方法,极大地提高了计算效率.对于qSH波,慢度方程是二次的,可以直接解析求解.最后,本文用各向异性均匀模型和BP复杂模型进行测试,计算结果表明走时计算准确,验证了该方法的有效性.

一种FNEA影像分割算法中初始对象的快速构建方法

针对分形网络演化法存在分割效率相对较低和区域合并准则无法适用于单像素区域对象2个问题,提出采用快速扫描法构建初始区域对象,进而采用基于异质性最小区域合并算法实现分形网络演化分割.实验证明,快速扫描法能快速构建初始区域对象.通过设置适当初始阈值参数,在不影响分割精度情况下,该方法较大程度上提高了整体分割效率.从可信度和通用性角度来看,具有较高的实用价值.

一种快速求解程函方程的间断伽辽金方法

作为一种在勘探地震学里近期发展起来的有限元类数值求解程函方程的算法,间断伽辽金方法通过拓展基函数空间提高数值精度,但存在计算效率低的问题。为了解决该问题,提出一种并行快速扫描间断伽辽金方法。算法在快速扫描过程中对节点的计算顺序进行Cuthill-McKee变换,将能够并行计算的节点分为不同任务集合,进而实现不同任务集的并行计算。数值结果的分析表明:并行快速扫描间断伽辽金方法在保证计算精度的前提下,能稳定地提升计算效率,并且还能适应各种复杂速度模型。

伴随状态法初至波走时层析

初至波走时层析成像方法通常被用来反演近地表速度结构。传统的射线层析成像方法计算效率低,且在复杂模型计算中存在不稳定性问题。为了快速、稳定地进行初至波走时层析,本文基于程函方程的有限差分形式,利用快速扫描算法实现初至波走时的快速计算。在此基础上,采用伴随状态法计算目标函数的梯度,进而实现伴随状态法初至波走时层析。将该方法与传统射线层析成像方法应用于理论模型实验和实际资料的处理,结果表明基于程函方程的伴随状态法初至波走时层析可以取得与传统射线层析近似的反演结果,但计算效率得到大幅提升。

基于向量流场节点的图像分割算法

人工干预使蛇模型只能用于半自动的图像分割,该文在梯度向量流(GVF)蛇模型的基础上提出一种基于流场节点与最小路径方法的全自动图像分割算法。在图像的GVF场上检测出流场节点,以节点为种子,采用多标记快速扫描法获得一个初始分割,采用区域合并得到最终分割结果。实验结果证明了该算法的鲁棒性和有效性。

快速扫描循环伏安法检测大脑多巴胺模拟释放

为实现准确在线检测多巴胺,关键是解决空间分辨率、时间分辨率和灵敏度的问题。选择直径7μm碳纤维电极,并在碳纤维表面修饰单壁碳纳米管,利用快速扫描循环伏安法对多巴胺的模拟释放进行检测。结果表明,单壁碳纳米管能够明显增大灵敏度,电流增大12.3倍,微米级CF/SWCNT电极能够高选择性、高时间分辨率和低空间分辨率地检测多巴胺的模拟释放。该结果为后续采用快速扫描循环伏安法进行活体在线检测多巴胺的释放提供了理论和实验基础。

窄带水平集方法

为了提高水平集方法的实用性,降低其计算量,提出了一种新的窄带水平集方法。该方法设计了一种特殊的窄带结构,改进了传统的快速扫描法,并将其用于窄带水平集函数的重新初始化。引入了自适应性到测地线活动轮廓模型,使得演化过程中既能保持稳定性,又能加快演化速度。实验结果表明,该方法降低了用传统窄带水平集方法求解测地线活动轮廓模型的计算复杂度,比传统的窄带水平集方法具有更高的稳定性与求解效率。

脑内多巴胺信号动态变化的检测方法及在成瘾研究中的应用

多巴胺是脑内重要的神经递质,中脑多巴胺系统在控制奖赏、动机、运动和情绪调节过程中起重要作用。脑内多巴胺功能紊乱与药物依赖、精神分裂症、抑郁症和帕金森氏病等神经精神障碍有关,动态测定脑内多巴胺变化对于了解多巴胺功能和揭示相关疾病病理机制具有重要意义。本文主要介绍了微透析、快速扫描循环伏安法和光纤光度法的基本原理和方法,并对比分析了这些技术在多巴胺动态检测应用中的优缺点。以药物成瘾研究为应用实例,利用微透析法发现伏隔核壳部是成瘾性药物产生奖赏效应的关键部位,快速扫描循环伏安法检测到与可卡因自身给药行为相关的三种多巴胺信号模式,而光纤光度法则揭示了酒精成瘾和复吸过程中伏隔核和中脑复侧被盖区多巴胺活动特征存在空间和时间上的多样性。这些发现为揭示药物成瘾的机制做出了重要贡献。

N80#钢在含H2SO3酸性溶液中的腐蚀行为

用稳态极化法、阳极动电位快速扫描法和交流阻抗法研究了N80 # 钢在含H2 SO3 酸性溶液中的腐蚀行为 .结果表明 :酸性溶液中H2 SO3 的加入 ,一方面因增大了溶液的酸度而促进N80 # 钢的腐蚀 ,另一方面因一种新的吸附性中间产物的生成而加快腐蚀 .当溶液中没有H2 SO3 时 ,N80 # 钢腐蚀反应阳极过程生成的吸附性中间产物是Fe(OH) ad,而加入H2 SO3 后 ,则生成另一种吸附性中间产物Fe(HSO3 ) ad.

基于局部Lax-Friedrichs通量分裂格式的透视SFS

提出了一种基于局部Lax-Friedrichs通量分裂格式的快速扫描算法,用以解决透视投影下的SFS问题。先对透视投影SFS进行建模,将其转换为静态Hamilton-Jacobi方程,再结合局部Lax-Friedrichs通量分裂格式和快速扫描算法对静态Hamilton-Jacobi方程进行求解,从而得到物体表面。本文算法可以用于非凸Hamiltonian函数的情况,提高了局部分析能力,不需要对初始高度进行估计,且算法简单,易于实现。对合成图像和实际图像的实验表明本文算法可以得到较好的透视投影SFS的恢复结果。

钢筋保护层厚度检测技术探讨

文章探讨了运用钢筋扫描仪检测钢筋保护层厚度的检测技术,介绍了电磁感应式钢筋扫描仪的工作原理及扫描方法,阐述了钢筋保护层扫描图像分析方法,并通过工程实例中各种典型钢筋保护层厚度扫描图像,分析可能影响检测结果的因素并提出针对性的解决措施,以确保钢筋保护层厚度检测结果真实、准确。

DNTF原位红外热分解动力学及机理

为了深入研究3,4⁃二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)特征基团的热分解特性,采用差示扫描量热法(DSC)、快速扫描傅里叶变换红外光谱法(FTIR)分析了DNTF的凝聚相热分解特性;利用变温红外原位池技术在2.5,5.0,10.0℃·min^(-1)等三种升温速率下研究了DNTF的特征基团随时间(温度)的变化;采用Coats⁃Redfern法计算得到了DNTF的硝基、呋咱环、氧化呋咱环的热分解动力学参数;基于DNTF的特征基团热分解特性,推测了DNTF的热分解机理。结果表明:DNTF特征基团的热分解受三维扩散机理控制,DNTF分子内的基团反应活性为硝基>氧化呋咱环>呋咱环,随着加热速率提高,各基团的反应活性表现出增大的趋势。推测DNTF热分解过程为C─NO2先断裂,然后连接呋咱环和氧化呋咱环的C─C键断裂,最后氧化呋咱环和呋咱环中N─O键断裂,且氧化呋咱环比呋咱环更快发生分解。

地震波初至走时的计算方法综述

在地震波场中,初至波到时信息由于初至震相可追踪、易识别性,在地震学领域占有重要的位置,广泛地应用于叠前偏移、叠前速度分析、地震走时层析成像及地震定位等.本文主要介绍了四类具有代表性的计算初至波走时的方法:(1)基于高频近似射线理论方法,如最短路径方法(SPM),及修正后的最短路径方法(MSPM);(2)基于程函方程的数值解方法,如有限差分方法(FD)、快速推进法(FMM)和快速扫描法(FSM);(3)基于惠更斯原理的波前构建法(WFC);(4)基于频率域波动方程数值解法(FWQ).最短路径方法计算精度较高,稳定性较好,但其需要采用更多的网格节点,因此计算效率低;程函方程数值解法无需计算射线路径,具有计算效率高、稳定性较好、易于实现等优势,但其计算精度较低,可以通过引入高阶差分格式得到提高;波前构建法计算精度高,稳定性好,但其需要在射线网格和规则网格之间做网格转换,因此计算效率较低;频率域波动方程方法能适应任意复杂介质,但其计算精度和计算效率较低.

基于高阶LLF和WENO算法的透视SFS

透视投影下从明暗恢复形状(SFS)问题,通常通过结合静态Hamilton-Jacobi(HJ)方程和快速扫描方法来求解。为进一步优化静态HJ方程的求解精度,改善透视SFS的恢复结果,采用了高阶局部Lax-Friedrichs(LLF)通量分裂格式,以提高待求量的偏导数的精度;同时采用了改进的加权本质无振荡(WENO)格式,使得算法只计算整格点值,并且利用修正的光滑因子得到比WENO更高的精度。对合成图像和实际图像的实验结果表明,可以有效提高透视投影SFS问题的恢复精度。