基于重加权L1的ATpV正则化叠前反演方法

地震叠前反演能够准确获取地下储层介质的各类参数,是油气的勘探与开发中重要技术之一。然而,地震反演是典型的病态问题,为了克服此问题,通常使用正则化约束目标函数,来减轻反演问题的病态性。但是正则化约束忽略了地层边界的振幅信息,使用重加权方法可以很好地克服这一问题,更好地恢复稀疏性。提出了一种基于重加权L1的ATpV正则化叠前三参数反演方法(ATpV-L1方法),首次将重加权L1方法与ATpV方法结合,并引入到叠前反演中。采用交替方向乘子算法(ADMM)建立反演框架,对目标函数进行分块优化,有效提高了收敛速度。首先,介绍ATpV-L1方法,建立了基于ATpV-L1的叠前反演目标函数;然后,应用理论模拟数据对比新方法和ATpV方法反演结果,验证了方法的效果;最后,使用实际数据进行实验分析,进一步验证了ATpV-L1方法的反演精度及可行性。实验结果表明,提出的ATpV-L1方法可以有效恢复反演结果的稀疏性,提高反演精度。

基于谱方法和单纯形算法的一类偏微分方程参数反演研究

根据观测数据反演偏微分方程参数具有重要的应用价值。通过基于快速傅立叶变换的谱方法实现对偏微分方程快速高精度求解,与观测数据结合建立待优化的目标函数,再用带边界约束的Nelder-Mead单纯形优化方法进行参数反演。通过算例证实了算法的有效性。

深层页岩气井气水两相缝网参数反演方法

深层页岩气藏的开发离不开大规模的体积压裂技术,而缝网参数反演方法是压裂效果评价、产能动态分析的一种重要手段。现有的缝网参数反演方法忽略了支撑剂不均匀分布和气水两相渗流对深层页岩气藏开发的影响,导致参数反演误差较大,且难以区分“近井支撑裂缝”和“远井未支撑裂缝”对产能的贡献。针对这一问题,基于动态分析方法,建立了考虑多重非线性流动机理和未完全支撑裂缝的深层页岩储层气水两相缝网参数反演方法。反演方法建立过程中基于线性流模型假设,将压后的复杂裂缝网络等效为支撑裂缝区、压裂改造内区、未支撑裂缝区和压裂改造外区4个区域,采用变量替换、摄动变换、逐次替换等手段处理气体高压物性参数、超临界吸附、应力敏感、非达西渗流和气水两相渗流引起的非线性。利用数值模拟模型验证了本文方法的可靠性,并选取四川盆地4口深层页岩气井进行了应用分析。结果表明,建立的深层页岩气水两相缝网参数反演方法考虑了气液同产对产能预测和参数反演的影响,实现了支撑与未支撑裂缝半长和渗透率等参数的定量区分,为准确计算深层页岩气产量、评价压裂效果提供了理论指导。

分数阶薛定谔方程反演左边界的拟边界正则化方法

研究无界区域上时间分数阶薛定谔方程的反演左边界反问题,这是一个不适定问题,即问题的解不连续依赖于测量数据.利用拟边界正则化方法求解此反问题,给出拟边界正则解.在先验和后验正则化参数选取规则之下给出正则解和精确解的误差估计.

卫星遥感数据反演土壤湿度方法研究

土壤水分是全球水循环中不可或缺的部分,探测土壤湿度对于生态规划、水文模型构建、农业生产、干旱监测等具有重要意义。传统土壤湿度监测方法主要包括重量法、电阻法、时域反射计法等,存在监测区域小人力成本高等缺点,而卫星遥感能大范围探测土壤湿度变化趋势且时空分辨率高,是目前土壤湿度监测的主要方法。本文首先归纳了卫星遥感监测土壤湿度的方法类别,对卫星遥感中光学遥感和微波遥感两大类土壤湿度反演技术进行了总结分析;其次分别概述了两类遥感技术的基本原理,并对其反演方法进行了全面总结,包括对优缺点、适用区域、反演精度的分析;最后讨论了每类方法在土壤湿度反演发展中面临的挑战,并对土壤湿度反演的未来方向进行了展望。

不同方法下输水隧洞应力反演计算对比

为提高输水隧洞应力反演计算精度,结合输水隧洞原位观测数据对比4种应力反演方法计算误差。结果表明:4种方法中,多元非线性回归方法计算误差总体最低,但对于应力变幅低于15%时,PSO-BP神经网络应力反演计算精度最高。研究成果对于输水工程结构应力反演设计参数的准确选取具有参考价值。

临兴气田石炭-二叠储层反演预测方法研究

油气层受砂体展布控制,在含气面积圈定中可以充分利用地震储层横向预测成果。针对临兴气田岩性气藏特点,通过与地震地质一体化相结合,采用精细目标处理、叠后多种技术方法预测砂体的空间展布和有效储层的分布。在储层预测方法研究中,强化物理分析,应用地震波形分类、纵波阻抗反演技术预测砂体厚度与平面分布,为有利含气储层的圈定提供依据。

基于改进信赖域折线算法的漏磁检测缺陷反演方法

一般铁磁性材料会受外部条件的影响,易出现氧化、腐蚀、断裂的现象,使由铁磁性材料组成的设备无法正常运行,若不及时检修可能会造成重大损失。因此,为了保证设备工作正常运行,需对其进行不损害、无接触地检测。对于这种情形,漏磁检测较为合适且被普遍使用。

基于显式有限差分正演的三维瞬变电磁反演方法

本文、首先,提出了一种基于显式有限差分正演的三维瞬变电磁反演方法。对于正演,先计算磁偶极子源激发的全空间初始场,然后使用改进的DuFort-Frankel方法和交错网格对麦克斯韦方程组进行时间步进。对于反演,采用基于L2范数的模型正则化方法和最小二乘最优化方法。其次,通过模型算例和现场实例对三维反演方法进行了测试。在模型算例中,低阻三维块体得到了较好的恢复。在现场实例中,三维反演结果与实际地质情况一致。模型算例和现场实例都表明,提出的基于显式有限差分正演的三维瞬变电磁反演方法是可靠的。

基于杜宾-沃森统计量的大地电磁一维反演方法

杜宾-沃森(Durbin-Watson,DW)检验是检验回归分析中残差一阶自相关性的一种方法,该方法广泛应用于计量经济学中。本文将DW统计量应用于一维大地电磁反演中,将DW统计量作为惩罚项加入大地电磁反演目标函数中,从而减弱实测大地电磁数据与反演模型响应之差(即残差)的自相关性,实现了基于DW统计量的大地电磁一维反演方法。通过两个层状模型合成数据反演和南黄海实测大地电磁资料反演验证了该方法的有效性,并与传统的高斯-牛顿反演方法进行了对比。反演结果表明本文反演方法对于高阻薄层具有更好的分辨能力。

基于Ka/Ku双波段回波强度差约束和多普勒功率谱的微物理和动力参数反演方法和应用

回波强度定标误差、天线水膜衰减和雨区衰减造成的回波强度偏差对云雷达反演微物理和动力参数有非常重要的影响,准确分析这些偏差对提高反演精度至关重要。为了消除云雷达因定标和天线罩等引起的回波强度和功率谱大小的影响,实现高精度和雷达全观测范围的反演,本文提出了基于Ka/Ku双波段云雷达回波强度差约束和回波强度谱密度数据的降水内空气垂直运动速度和雨滴谱反演方法(DWR-SZ),并将该方法应用到2020年6月8日和2021年6月1日华南两次对流性云降水垂直结构观测数据,利用雨滴谱仪数据分析了该方法反演结果的改进程度,分析了上升速度对反演的回波强度和微物理参数的影响。该方法首先融合双波段云雷达反演(DWSZ)和单波段小粒子跟踪方法(ST)方法反演的云内空气垂直速度V_(air),形成全观测域的V_(air),然后利用DWSZ方法得到微物理参数初估值,并计算衰减影响,最后利用双波段回波强度差(DWR)调整回波强度系统偏差和反演的微物理参数,使DWR-SZ方法正演得到的DWR与雷达观测值差到达极小。结果表明:(1)采用脉冲压缩技术的高雷达灵敏度模式与采用短脉冲的低灵敏度模式相比,DWSZ方法反演的V_(air)与雷达灵敏度相关性非常小,结果稳定,但这种方法只能应用于含有大粒子的液体降水区(粒子直径大于1.8mm);小粒子跟踪ST方法通常低估V_(air),但在低层的35 dBZ以下降水V_(air)低估程度不大,且灵敏度提高会极大改进Ka波段雷达反演能力;两种方法融合的V_(air)比较合理;(2)雨区衰减和距离是造成ST方法低估V_(air)的主要原因;而固态降水的功率谱非常窄而且陡,灵敏度对固态降水区V_(air)影响不大;(3)采用DWR作为约束,有效减小了回波强度的系统偏差和天线水膜影响,提高了微物理参数的反演准确率;(4)ST方法反演的V_(air)高估了粒子数密度,液体含水量(LWC)和衰减系数,低估了粒子大小,但对天线水膜引起的回波强度系统偏差影响不大。

煤层透气性系数新的测试计算方法

煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯流动难易程度的关键参数。现行的煤层透气性系数计算式中,将变压力非线性偏微分方程的系数假定为常数,理论推导结果存在较大缺陷,使得现场测定的透气性系数存在较大偏差。为解决煤层透气性系数测定失准的问题,推导了钻孔径向流量法测试煤层透气性系数的过程,并在推导过程中指出该方法存在的问题。以朗格缪尔式瓦斯含量和达西定律为基础,建立无量纲模型,将模型解算结果进行反演拟合,得到新的煤层透气性系数计算式,并通过现场实测钻孔数据进行验证,修正了现行的煤层透气性系数测试方法,提出准确可靠的计算煤层透气性系数的新方法。结果表明:用抛物线式表示煤层瓦斯含量并将变量煤层瓦斯压力p^(1.5)视为常量推导而来的煤层透气性系数计算式,相当于将瓦斯含量拟合成与压力平方成正比关系,理论与实际测算均存在较大误差。采用朗格缪尔式无量纲模型计算出的无因次瓦斯涌出速度Y’进行反演拟合,可解决现行计算方法的缺陷;当吸附常数b与原始瓦斯压力p_(0)的乘积(无因次原始瓦斯压力)不同时,Y’与无因次时间Fo’的函数曲线明显不同,由此得到了含有无因次原始瓦斯压力的透气性系数计算式;当煤层和钻孔条件一定时,由不同时间测试的瓦斯涌出量计算得到的煤层透气性系数λ值具有良好的再现性。新的煤层透气性系数现场测定方法与现行方法完全相同,不增加额外工作量,但新方法的计算更加精确可靠。

凸优化InSAR复杂体建筑物高程反演方法

针对城镇化复杂体高层建筑物反演方法的优化问题,构建复杂体建筑InSAR复图像对仿真系统,优化多基线高程反演过程,提高高程反演的准确度。仿真实验与机载N-SAR系统录入城市实测数据进行对比分析,结果表明,仿真结果与复杂体建筑物实际数据相符,验证了此仿真方法的准确性与高效性;优化后高程反演结果精确度明显提高,误差精度达到1m,对高层建筑进行更加准确的参数化解析和信息反演以及常态化SAR辐射定标提供了技术支撑。

基于合成孔径雷达传感器的不规则建筑物高程反演方法的实现

针对城镇化复杂体高层建筑物反演方法的优化问题,提出干涉合成孔径雷达传感器复杂图像对仿真方法,优化多基线高程反演过程。根据干涉合成孔径雷达传感器的几何关系,获取所需要的数字三维高程图,最后与实测数据对比分析,验证此方法的有效性。仿真实验与机载N-SAR系统录入城市实测数据进行对比分析,结果表明:仿真结果与复杂体建筑物实际数据相符,验证此仿真方法的准确性与高效性;优化后高程反演结果更优,误差精度达到1 m。

基于时序InSAR的辽河油田地表形变监测及储层参数多模型反演

为获取辽河油田核心产区最新的地表形变与储层参数,基于2021-01~2023-06的Sentinel-1升轨影像,使用StaMPS-SBAS方法提取该区域地表形变。以形变速率结果为观测量,使用复合位错模型、Mogi模型和Okada模型对储层参数进行反演,并与已有研究进行对比分析。结果表明,研究区LOS向形变速率为-165.84~54.52 mm/a,研究时段内最大累积沉降量(LOS向)约为400 mm。区内存在3个显著沉降区,分别为曙光采油厂、欢喜岭采油厂和锦州采油厂,其中曙光采油厂存在一定的沉降减缓趋势,其余采油厂均存在沉降加速趋势。不同模型反演的储层参数存在明显差异,与Okada模型、Mogi模型相比,复合位错模型反演的储层深度(1 665.21 m)与实际最为接近(约1 600 m),且复合位错模型模拟的形变与观测形变最为吻合。

试验环境水下声信号的特征提取方法

水下试验环境参数的反演是水声学研究领域的重要内容。而当前研究的关键是通过对水下声信号做特征提取从而获取参数信息。针对特征提取较难、模型很难拟合等问题。本文提出了一种试验环境水下声信号的特征提取方法。将水下声信号同时用梅尔频谱倒谱系数及线性预测系数处理,两者运用特征加权组合方法得到新的特征矩阵;再应用映射插值算法对特征矩阵进行处理,获得适应神经网络输入的三通道矩阵。本文选取的网络模型为残差神经网络。利用实验室所录制的对河口水库数据集测试表明,本文提出的特征提取方法普遍优于仅利用梅尔频谱倒谱系数或线性预测系数的特征处理方法。利用单频矩形脉冲信号对环境进行深度5分类,准确率平均提升2%。利用线性调频信号对环境进行深度5分类,准确率平均提升2.03%。本文提出的特征提取方法对线性调频信号在深度分类任务下处理的结果要优于单频矩形脉冲信号处理的结果。

基于贝叶斯方法的破损滤袋反演定位及不确定性量化分析

针对大型工业袋式除尘器破损滤袋智能反演定位的不确定性量化问题,文中基于贝叶斯定理,将反问题的先验信息、理论模型、观测数据转化为反演解的后验概率分布,从而实现将破损滤袋反演定位的不确定性量化为反演结果的不确定性。首先采用数值模拟技术,建立袋式除尘器气固两相流的正向模拟模型,获得反映其输入输出关系的样本数据,然后训练替代模型来代替正向模拟模型,从而提高反演效率,最后通过对整个模型空间进行抽样得到观测信息下破袋位置的后验概率分布。研究结果表明:30组试验,破损滤袋定位的准确率为100%,滤袋破口面积反演结果的平均相对误差为1.50%,最大相对误差为4.15%,最小相对误差为0.02%,抽样数据的方差平均值为17.20,方差最大值为75.15,反演结果误差较小,置信区间范围较窄,抽样数据离散程度较低;将传感器测量误差及单一传感信息造成的不确定性,量化为反演结果的准确率、相对误差、方差及置信区间大小,避免了反演结果的不适定性。与确定性方法相比,贝叶斯反演方法能够实现破损滤袋定位及破口面积判断的同时对反演结果进行不确定性量化,为研究人员提供更加丰富的破袋信息。

星载GNSS-R技术反演海面降雨强度及风速和浪高方法研究

星载GNSS-R是一种利用地球表面反射的GNSS信号监测地球物理参数的新兴遥感技术,因其具有时空分辨率高、观测成本低、覆盖范围广和全天候运行等独特优势,已在陆地和海洋遥感领域得到了广泛应用。论文侧重于利用CYGNSS任务收集的星载GNSS-R数据研究海面降雨强度及风速和浪高反演方法,主要研究内容涵盖星载GNSS-R数据质量控制、时延多普勒图(DDM)特征观测值提取、海面降雨检测和强度反演建模、海面风速反演建模、海面浪高反演建模、海面降雨强度及风速和浪高联合反演几个方面。主要研究成果和贡献如下。

一种复杂地物目标近垂直后向散射系数反演方法

复杂地物目标的近垂直后向散射特征是影响雷达高度表回波波形的重要因素之一。对近垂直后向散射系数的获取主要采用基于参数模型的实测数据拟合方法,但一般只适用于地势平坦且介质相对单一的地海面目标。本文基于机载雷达高度表,针对复杂地物目标的距离-多普勒图像仿真实验数据和实测数据,利用距离-多普勒域和地球空间域的映射关系,提出一种后向散射系数的反演算法,并对得到的后向散射系数进行定量分析。实验验证了提出的反演算法具有一定的适用性和参考性。

基于RFID测温芯片的电缆温度反演计算方法研究

为了提高RFID测温芯片在电缆实际工况中的实用性,文中提出了一种10 kV三芯电缆的温度反演计算方法。该方法基于标准IEC 60287和JB/T 10181建立电缆热路模型,并通过RFID芯片的测量温度反演计算电缆导体的温度。文中首先进行了电缆升流与测温实验,然后建立了有限元计算模型,并对实验结果、仿真计算结果和反演计算结果进行了对比校验分析。结果表明:RFID测温芯片的测量相对误差最大值在4.5%左右,其测量可靠性满足现场应用的精度要求。同时,反演计算方法的计算结果与有限元仿真法的计算结果相对误差在2%以内,与实验结果的最大相对误差约4%,满足现场应用的精度要求。因此,文中提出的温度反演计算方法可以有效地通过RFID测温芯片测得的铠装层温度对电缆导体温度进行反演计算。