遗传算法与鲍尔方向法相结合的频谱参数混合反演方法

为准确获取地下极化体或岩矿石标本的频谱参数信息,结合遗传算法与鲍尔方向法实现了频谱参数的混合反演。该方法首先通过遗传算法搜索Cole-Cole模型参数的近似极优解,而后将其作为鲍尔方向法局部寻优的初始解,再经过多次迭代可准确获取频谱参数。遗传算法与鲍尔方向法的有机结合,既能改善遗传算法局部搜索能力差的不足,又能压制鲍尔方向方法易陷入局部极值的缺陷。数值实验表明,两者结合的频谱参数混合反演方法,具有收敛速度快,反演结果准确的特点。

贝叶斯网络支持的地表参数混合反演模式研究

基于贝叶斯网络理论,建立用于植被地表参数估计的混合反演模式,结合遥感物理模型实现了冬小麦叶片叶绿素含量(Cab)和冠层叶面积指数(LAI)的反演。用模型模拟数据以及2001年顺义遥感实验数据验证结果表明,LAI和Cab均有较好的反演精度。针对含噪声模拟数据反演结果中约有10%的噪声数据反演失败的情况,用不确定知识的处理方法有效地降低了失败点的比例。混合反演模式本质上是一个融合先验知识与观测数据的知识推理方案,本文实现了对反演过程中参数后验概率更新算法并引入热力学中的信息熵概念实现了参数后验信息动态定量计算,同时简单探讨了现阶段定量评价遥感反演过程中信息流控制存在的难点问题。

基于GPU混合反演的隧道电阻率超前探测成像研究

隧道施工期超前探测对于避免突涌水灾害的发生具有重要作用,为满足隧道三维电阻率超前探测快速化解译与成像的要求,本文提出了一种基于GPU并行的蚁群算法与最小二乘方法相结合的混合反演算法.该方法结合线性反演与非线性反演的优点,利用蚁群算法全局搜索能力强的优点为最小二乘反演提供较优的初始模型,以克服最小二乘算法容易陷入局部最优的缺点,提高了隧道三维电阻率反演成像的精度.同时,基于蚁群算法的天然并行性,提出了CUDA环境下的GPU并行策略,实现了三维电阻率反演的快速化成像.其次,开展了基于GPU混合反演的数值算例,与传统最小二乘线性反演进行了对比,基于GPU并行计算的混合反演计算效率得到了显著提高,对含水构造的位置、形态有较好的反映,压制了三维反演的多解性.最后开展了物理模型试验,结果表明基于GPU混合反演探测的低阻异常体与实际含水构造的位置较为相符,发现基于GPU加速的混合反演方法在提高探测精度与加快反演速度方面具有显著优势,为三维电阻率混合反演方法在隧道超前探测实际工程中的应用奠定了基础.

(T_2,D)二维核磁共振测井混合反演方法与参数影响分析

一维核磁共振(1DNMR)测井技术在流体识别中具有一定的局限性.二维核磁共振(2DNMR)测井能同时测量到多孔介质中横向弛豫时间(T2)和扩散系数(D)等信息,利用这两个参数区分流体性质,较一维核磁共振测井技术具有明显的优越性.针对梯度场下的2DNMR测井弛豫机理和数学模型,提出了适用于求解大型稀疏矩阵方程的反演方法—基于非负最小二乘法(LSQR)和截断奇异值分解(TSVD)法的混合算法.为验证方法的有效性,先根据多回波观测模式合成回波串数据,然后再用混合反演算法进行反演,反演得到横向弛豫时间(T2)和扩散系数(D),并构建T2-D二维谱图.结果对比表明,该混合反演算法得到的T2-D二维谱与流体模型一致性好,计算精度均比单一反演方法有较大改善,表明该混合反演方法可用于油气储集层2DNMR测井的反演和流体识别.此外,分别对油水同层和气水同层模型进行了正演模拟和反演实验,系统考察了不同磁场梯度、不同回波间隔组合对反演效果的影响,为2DNMR参数设计提供依据.

基于遗传算法的波阻抗混合反演处理系统

提出一种基于遗传算法的波阻抗混合反演处理新方法,应用Visual C++集成的MFC类库建立了基于遗传算法的波阻抗混合反演处理系统。文中简述了遗传算法混合反演的基本原理、系统结构及功能,介绍了系统的主要特点,用数值模型与实际地震信号检测了系统中f-x去噪、目标函数子波提取、混合反演处理的正确性。结果表明波阻抗混合反演处理系统处理效果明显,同时提高了应用遗传算法实现波阻抗反演处理的效率。

探地雷达反问题的小波-同伦混合反演算法

构造一种求解探地雷达反问题的小波-同伦混合反演算法.利用小波将反问题分解到不同尺度上,在最大尺度上采用同伦反演方法,求得次级尺度的初始近似解,在其余尺度上进行多次迭代修正,以获得全局最小点.算法结合小波反演和同伦反演的优点,数值结果表明其具有较强的全局搜索能力.

基于不等式约束的三维电阻率探测混合反演方法

三维电阻率探测的线性反演和非线性反演中均存在着多解性的固有难题.电阻率线性反演方法的效率较高,但反演结果对初始模型的依赖性较强,易陷入局部极小;而非线性反演方法不依赖初始模型,但搜索效率极低,尚未见到关于三维电阻率非线性反演的文献.针对上述问题,融合线性与非线性反演方法的互补优势,提出了最小二乘法(线性方法)与改进遗传算法(非线性方法)相结合的混合反演方法的概念和思想.首先,提出了将介质电阻率变化范围作为不等式约束引入反演方程的思路,以实现压制多解性、提高可靠性的目标.提出了宽松不等式约束和基于钻孔推断的局部严格不等式约束的获取及定义方法.在此基础上,分别提出了基于不等式约束的最小二乘线性反演方法和遗传算法非线性反演方法.其次,对于遗传算法在变异搜索方向控制、初始群体产生等方面进行了改进,优化了其搜索方向和初始群体多样性.然后,提出了混合反演方法及其实现方案,利用改进遗传算法进行第一阶段反演,发挥其对初始模型的依赖程度低的优势,搜索到最优解附近的空间,输出当前最优个体;利用最小二乘法进行第二阶段反演,将遗传算法得到的当前最优个体作为初始模型,在最优解附近空间执行高效率的局部线性搜索,最终实现地电结构的三维成像.最后,开展了合成数据与实际工程算例验证,与传统最小二乘方法进行了对比,发现混合反演方法在压制多解性、摆脱初始模型依赖和提高反演效果方面有较好效果.

波阻抗混合反演全局寻优与编码的实验研究

针对遗传算法用于波阻抗反演涉及多参数编码、以及对应遗传操作不易实现的问题,在广泛研究了遗传算法的各种编码方式、及其对应的选择方式、交叉方式以及变异方式特点的基础上,提出了采用二进制字符串编码、遗传操作为最优保存策略选择、多点交叉和非均匀变异的遗传算法,基于该算法形成了全局寻优的波阻抗混合反演方法。文中介绍了遗传算法的研究现状,例举了全局寻优交叉和变异的计算结果,给出了二进制字符串编码的主要程序段,用数值模型与实际资料验正了混合反演算法的有效性。

基于模拟退火的全局混合反演方法及其应用

为了增强模拟退火算法的局部搜索性能,将局部搜索能力较强的单纯形法和鲍威尔法引入模拟退火算法当中,形成了基于模拟退火的全局混合反演方法。给出了模拟退火算法与单纯形法的镶嵌式结合方式以及模拟退火算法与鲍威尔法的串行式结合方式,并对其结合步骤进行了详细的阐述,以便于编程实现。分别对模拟和实测的直流激电测深曲线进行了反演试算:对于不具有等值性的激电测深曲线,反演效果很好,模型参数的相对误差基本控制在1%以内;对于等值性较严重或含有观测误差的激电测深曲线,全局混合反演方法也不能完全克服多解性,但可以通过改变模型参数空间和算法参数进行多次反演,最终可给出合理的解估计。

电磁传播电阻率测井快速稳定的混合反演方法

多参数阵列电磁传播电阻率测井(EPRL)资料的反演问题具有较强的非线性和多值性。高斯-牛顿法是求解这类问题的有效方法之一,但其反演的稳定性与精度对初值有较强的依赖性。微分进化算法可以有效地避开对初值的依赖性且其反演稳定性很好,但耗时量大效率较低。在高斯-牛顿法和微分进化算法的基础上发展了一种混合反演方法,即先用微分进化算法筛选得到好的初值,然后再用高斯-牛顿法反演得到最优解。经过一些资料的反演实践,表明该混合反演方法是一种快速、稳定、有效的反演方法。

自适应全局混合反演

地球物理学反演多是一个多参数、非线性、多极值、非连续函数的优化问题 .在模拟退火与单纯形、均匀设计中引入自适应的退火规则 ,形成自适应全局混合反演方法 .数值检验与模型计算表明 ,该方法具有搜索速度快。

基于Zoeppritz方程的叠前和叠后混合多参数非线性地震反演

目前通过Shuey近似式或Gray近似式及基追踪理论反演泊松比,或依据叠前反演获得的纵、横波速度计算纵横波速度比,但不可避免地降低了参数反演精度。为此,尝试通过精确的Zoeppritz方程直接反演纵横波速度比或泊松比。基于垂直入射反射系数和精确Zoeppritz方程的褶积模型,结合边界保护正则化建立叠前和叠后地震反演的目标函数,以降低反演不适定性的不利影响,并使用快速模拟退火算法进行全局非线性优化。由于多参数之间的量级差异以及多参数同步随机搜索增大了不确定性,在反演时通过在改进Fatti方程中引入密度与纵波速度、横波速度与纵波速度两个拟合式提高反演精度与稳定性。实际资料反演结果表明:精确Zoeppritz方程直接反演纵横波速度比的精度明显高于间接反演,各参数反演结果与测井数据基本吻合;叠后反演获得的纵波速度和密度精度较高,叠前反演获得的纵横波速度比的精度高于叠后反演,18°~24°角度道集的反演效果好于3°~9°和33°~39°角度道集。

基于混合模拟退火算法的阵列侧向测井实时反演研究

测井资料现场实时反演是判断测井质量及进行精细评价的基础。为在保证反演速度的同时,进一步提高反演精度,结合模拟退火算法和马奎特算法,提出了混合模拟退火算法,用以对阵列侧向测井资料进行3参数(地层电阻率、冲洗带半径和冲洗带电阻率)混合反演。研究发现,初始值的选择对混合反演速度具有明显的影响,引入基于电阻率幅度差信息的冲洗带半径初始值选取策略,能够避免反演结果陷入局部最小值,加快反演速度。实例计算结果表明,混合反演算法的反演速度满足实时反演要求,且反演精度相较传统马奎特算法有明显提高;反演结果与试油结果一致,验证了混合反演算法的适用性。混合模拟退火算法为现场阵列侧向测井资料的反演处理提供了新的技术。

混合地震反演技术及其在东海南部陆架盆地中的应用

介绍了一种在无井或少井情况下的叠前叠后混合地震反演方法。该方法充分利用了叠前反演分辨率高和叠后反演效率高、抗噪能力强的优点。首先应用遗传算法理论在所选控制点的角道集数据上进行叠前波形反演,求取控制点的虚拟纵波速度曲线;然后利用纵波速度曲线和已知地质信息来建立初始模型,进行叠后约束反演。我国东海南部陆架盆地勘探程度低、探井数量少,适合于混合地震反演技术的应用。利用该地区的实际资料进行了混合地震反演,并对影响混合地震反演效果的关键因素(层速度、角道集数据、迭代次数、已知地质信息)进行了分析。结果表明,为了获取虚拟纵波速度,需要准确的速度谱和角道集数据;为了增强叠前反演的实用性,需要选择恰当的控制点;充分利用已知地质信息,可以减小叠后反演结果的多解性。

混合地震反演技术及其在水合物勘探中的应用

在没有钻井资料的勘探地区,人们期望能快速准确地反演出各种属性参数。虽然叠后反演简单易行,但仅能反演出波阻抗信息;而叠前反演能够提供较多的属性参数,但运算量巨大。为将叠前和叠后的优势有机地结合起来,人们提出了混合反演的方法。混合反演法的基本原理是:首先采用基因遗传算法,在叠前数据上根据勘探要求任意选择控制点进行波形反演,建立弹性模型;然后利用AVO处理方法得到P波和伪S波剖面;最后,在P波和伪S波数据体上,以弹性模型作为低频背景趋势,进行叠后约束稀疏脉冲反演,得到P波阻抗和S波阻抗剖面以及纵横波速度比、泊松比和拉梅参数等地震属性参数。利用混合反演法对我国南海北部的0101线进行了反演,得到了品质较高的多种属性剖面,并对水合物的赋存情况进行了分析。

基于Jaya-BP神经网络的混凝土坝参数反演

针对混凝土坝等大体积混凝土结构性能参数高效反馈问题,提出一种基于Jaya-BP神经网络的新型参数反演算法。采用Jaya算法优化BP神经网络的权值和阈值,克服其迭代收敛速度偏慢、易陷入局部最优解等缺点,提高BP神经网络的全局寻优能力和稳定性。引入正交设计法以及拉丁超立方法设计参数组合,通过有限元分析得到较为准确的训练样本,形成基于Java-BP神经网络结合有限元分析的大体积混凝土结构参数高效反演算法。以典型混凝土重力坝和拱坝为例,对坝体和坝基弹性模量进行反演分析,并与传统的BP神经网络反演结果进行对比表明,Jaya-BP神经网络反演精度明显提高。

基于快速匹配追踪的混合域地震稀疏反演方法

匹配追踪稀疏地震反演是基于模型参数L0范数稀疏性度量的高分辨率反射系数反演方法。针对经典匹配追踪反演策略抗噪能力强但计算效率低的问题,通过控制多原子迭代次数和迭代阈值搜索模型最优解,提出基于快速匹配追踪算法的混合域地震稀疏反演方法。首先,在相对纵波阻抗低频模型约束下,构建混合域褶积模型正演算子和正则化方程,低频背景的引入将有效缩小模型参数的搜索空间;然后,在多原子快速匹配追踪反演框架推导混合域稀疏反演目标泛函,提高地层反射系数的恢复效率和收敛精度;最后,利用数据测试及实际地震资料对该方法的预测精度和可靠性进行试验分析,该方法相比常规时间域反演有助于选择高信噪比的频率分量提高算法的抗噪能力,而且在改善反演分辨率的同时避免了匹配追踪算法存在的计算效率低和局部极值的问题。

岩石断裂混合矩张量反演与数值分析

通过室内岩石声发射试验研究在不同断裂情况下声发射信号的时空演化特征,对岩石工程的监测预警具有一定的指导意义。通过岩石的张拉和剪切试验,利用Geiger定位法和混合矩张量理论分析了岩石不同断裂类型的时空演化特征,并利用数值模拟软件RFPA2D进行验证。试验结果表明:在张拉破坏时,岩石在弯矩最大处首先开裂,并以张拉信号源为主;剪切破坏时,岩石在主裂隙中部首先开裂,并出现零星的张拉信号源,但随着荷载的增加,其绝大部分的信号源为剪切信号源。

用混合模型反演法计算水电站坝基弹性模量

给出了混合模型反演坝基弹模的基本公式和基本步骤 ,给出了实测位移为相对位移条件下的计算公式并对白水峪水电站大坝进行了具体计算 。

隧道含水构造直流电阻率法超前探测三维反演成像

突涌水地质灾害是隧道修建面临的主要威胁,隧道掌子面前方赋存的突水灾害源——含水构造的三维定位已经成为亟待解决的关键难题。针对上述难题,提出了直流电阻率法三维反演成像超前探测方法。首先,建立了直流电阻率法超前探测三维全空间立体观测方式,针对测线附近的旁侧干扰严重这一关键问题,提出了干扰识别与去除方法,实现了掌子面前方三维有效信息的测量。综合线性反演方法和非线性反演方法的优点,提出了改进遗传算法与最小二乘法相结合的混合反演成像方法,既摆脱了对初始模型的依赖,又保证了反演进化效率。然后,重点对断层、裂隙、溶洞等典型的含水构造进行了系统的反演数值试验,获得了典型含水构造的三维成像特征和相应的地质解释依据,为实现由观测数据到三维成像再到地质模型的映射奠定了基础。最后,将直流电阻率法超前探测三维反演成像方法应用到模型试验和实际工程中,实现了含水地质构造的较准确三维定位,证明该方法具有良好的推广应用价值。