Transformer网络在大地电磁反演成像中的应用

传统大地电磁反演通常是基于确定性梯度的迭代求解,不仅需要大量时间计算雅可比矩阵,还依赖于初始模型的输入和正则化因子等参数的设置。近年来学者们不断引入机器学习方法以试图改善大地电磁反演,该方法不需要计算雅可比矩阵,不用输入初始模型,训练好的网络仅需几毫秒就可实现反演成像。这里利用Google团队提出的Transformer神经网络经典框架搭建大地电磁数据和模型之间的映射网络,以9240组正演数据为样本,对Transformer网络参数进行训练。采用南非开源大地电磁数据,实现了由视电阻率图像到电阻率模型的反演成像。研究表明:①经训练后的Transformer网络可以较准确的反映出异常体位置和大小;②网络实现了简单的矩阵并行化运算,大幅度提高训练的效率,且成像效率高于传统的反演。

基于逆投影变换的纱筒纱线余量检测算法

纱筒纱线余量检测是纺织行业自动化生产过程中的重要一环,针对目前纱线余量检测算法检测精度低的问题,提出一种基于三点逆投影变换模型的纱筒纱线余量检测技术。根据实际生产过程中相机与纱筒的位置关系,建立三点逆投影变换模型进行初步矫正。为得到更好的图像矫正结果,设置补偿矩阵并根据内外筒位置信息优化变换矩阵,最后将逆投影变换后的图像按照改进的椭圆坐标变换模型展开为矩形,根据余量计算准则计算得到纱筒纱线余量。在自主搭建的检测平台上进行实验,结果表明,本文算法检测精度在5 mm以内,基本满足实际生产要求,可为纺织产业自动化生产提供依据。

毛竹向杉木林扩张不同阶段叶面积指数地面高光谱遥感模型研究

毛竹向杉木林扩张会引发“林退竹进”、林权纠纷等生态与经济问题。利用遥感有效反演毛竹演替过程对于科学管控森林资源意义重大。为了揭示地面高光谱在毛竹扩张不同阶段叶面积指数(LAI)反演的有效性,以毛竹在杉木林中扩张为研究对象,沿毛竹扩张方向设置四类杉竹比例样方,模拟扩张Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ阶段,根据原始光谱及开方、对数、倒数、一阶微分、二阶微分等10种光谱变换数据与不同扩张阶段LAI相关性选取特征波段,构建归一化植被指数(NDVI)、黄光波段指数(YI)等7个LAI显著相关植被指数,分别建立光谱信息与植被指数的五类单因素回归模型,基于植被指数利用神经网络、决策森林回归、贝叶斯线性回归和线性回归四种机器学习方法构建多因素回归模型,探讨毛竹向杉木林不同扩张阶段LAI高光谱反演模型适用性。结果表明:原始光谱的一阶微分、二阶微分、对数一阶微分和倒数一阶微分四类微分变换能够丰富光谱信息,更好表征毛竹向杉木林的扩张过程;植被指数中,YI与毛竹LAI相关系数最大,表现出毛竹扩张过程的高敏感性,NDVI反演效果最佳,但基于传统植被指数建模的总体反演效果不佳;基于微分变换光谱的二次多项式和幂指数回归模型在各扩张阶段表现更佳,神经网络算法在LAI反演方面优于其他机器学习算法,总体来看,基于光谱变换的传统回归算法优于机器学习建模方法。扩张第Ⅲ阶段基于对数倒数一阶微分变换光谱构建的模型(y=5.2914e^(183.76x))拟合效果最佳,建模集和验证集R^(2)分别为0.735和0.742,RMSE分别为0.733和0.468,nRMSE分别为14.0%和9.9%,建议毛竹扩张管控选在竹林各半的混交林中。系统开展毛竹不同扩张阶段LAI高光谱反演模型的创新分析,将为科学营林造林管理奠定基础。

土壤质地对灌区土壤盐分高光谱反演精度影响研究

针对土壤质地对高光谱反演土壤盐分精度的影响不明确问题,于2023年4月1-10日在内蒙古河套灌区沈乌灌域共采集了132个不同盐渍化程度的土壤样品,并同步采集了对应的光谱信息,研究了不同盐渍化程度下土壤光谱反射率的变化特征以及不同土壤质地光谱特征与土壤盐分的相关性,探讨了土壤样本适宜的数学变换方法,并筛选敏感波段,建立了基于全部样本以及不同土壤质地下的土壤盐分含量的高光谱反演模型。结果表明:随着土壤盐分含量的增加,高光谱反射率逐渐增大;随着土壤粒度的减小,不同土壤质地下土壤盐分与不同波段的反射率及其相关系数呈先增加后下降的变化趋势。通过对光谱数据进行数学变换后,发现以倒数对数微分、对数微分、平方根微分3种变换效果最佳。通过建立多元逐步线性回归(BPNN)、偏最小二乘回归(PLSR)、支持向量机回归(SVM)以及BP神经网络(BPNN)4种模型,对光谱变换下的盐分含量进行了估算,4种模型的估算精度由高到低表现为:BPNN>SVM>PLSR>MLSR。相较于全部样本的土壤盐分估算结果,考虑不同土壤质地的盐分估算精度均有所提升,其中砂粒质地估算精度R2由0.918提升到0.962,RPD由3.493提升到4.313;粉粒质地估算精度R2由0.866提升到0.902,RPD由2.613提升到3.310;黏粒质地估算精度R2由0.876提升到0.926,RPD由2.651提升到3.953,且在3种土壤质地背景下建立的模型均达到了出色模型的标准。说明在考虑土壤质地的前提下进行含盐量的高光谱反演,有利于提升反演精度。

直线变压器驱动源磁芯磁化过程的仿真研究

磁芯行为对于异常工况下直线变压器驱动源(linear transformer driver,LTD)的输出特性具有很大的影响,为了预测磁芯剩磁状况,为LTD装置调试和运行提供指导,基于磁芯的测试结果构建了准确的数值模型,并应用于LTD的电路仿真。基于4级串联共用腔体LTD数值仿真研究了开关理想时序放电、开关异常自放电、开关非理想时序触发放电及去磁状况下各级磁芯的磁场强度和磁感应强度变化过程。在±70 kV充电电压下的理想时序放电后,各级磁芯最大剩磁变化量为1.27 T,稳态剩磁约为-0.38 T;在±70 kV充电电压下的单支路开关自放电引起的磁芯最大剩磁变化量为1.88 T,稳态剩磁约0.39 T,多支路开关同时自放电将使磁芯快速饱和;当触发时序系数的绝对值>1时,除最先放电的模块,其余模块磁芯先受到反向励磁,然后再正常磁化;去磁过程中越靠近负载的磁芯越早被去磁,磁场强度随着各级磁芯依次去磁而呈现阶梯式上升。该研究结果能够有效地模拟各种工况下LTD磁芯的磁化过程与剩磁状态,判断当前磁芯剩磁对下一次放电脉冲的影响。

典型铅锌矿区土壤重金属含量高光谱反演模型研究

矿区开采造成的土壤重金属污染严重影响作物产量、引发人体疾病;有效预防土壤重金属污染对健康的损害非常重要。高光谱快速、动态获取地物连续光谱信号的特点,为发展基于遥感的土壤重金属含量监测提供了新的思路。针对河北省涞源县典型铅锌矿区,实地采集矿区及周边土壤样本,基于SVC HR-1024i地物光谱仪(350~2500 nm)获取土壤光谱反射率,通过对光谱数据进行平滑、一阶导数、多元散射校正、标准正态变换、多元散射校正后一阶导数、标准正态变换后一阶导数六种光谱数据组合变换,使用差值指数、比值和归一化方法从六种预处理数据中提取光谱指数,通过实验室化学测试分析得到土壤重金属镉、铅、锌含量,对不同重金属元素使用不同光谱变换方式进行预处理,得到不同类型重金属元素的最优光谱变换方式。采用差值指数、比值指数和归一化植被指数,提取不同光谱指数下的最优波段组合,从而得到用于不同重金属元素建模使用的最优自变量。基于随机森林和偏最小二乘回归法分别构建重金属元素反演模型。研究表明,通过对光谱数据预处理,可以有效地降低噪声,增强光谱特征。从结果来看,经过预处理后光谱数据与重金属含量相关性有所提高。对不同重金属元素建模选择对其最优的光谱指数自变量,增加了反演建模的有效特征。对三种重金属镉、铅、锌利用随机森林算法和偏最小二乘回归法建立预测模型,最优模型的R 2分别达到了0.90、0.91、0.84,证实了该方法的有效性。该研究可为铅锌矿区土壤重金属含量反演建模提供依据,为矿区土壤重金属含量检测提供方法参考。

基于精确子域模型法的表贴式直线电机永磁体磁场解析

在永磁同步电机的设计工作中,磁场解析计算是一项十分重要的工作。为此,针对表贴式直线电机永磁体的磁场开展了解析建模工作。首先,将伪周期法与精确子域法相结合,求解出了在特定伪周期下的永磁体虚拟阵列的磁场分布解析式;其次,使伪周期趋近无穷,利用傅里叶级数与傅里叶变换之间的对应关系,求得单个永磁体的磁场分布解析式,并借助有限元方法仿真验证了其准确性;再次,利用永磁体的磁场分布解析式,推导了一类表贴式直线电机的永磁体阵列的磁场分布解析式,实现了对于表贴式直线电机磁场的精确刻画;最后,利用有限元方法仿真验证了准确性。

基于植被指数与连续小波变换的玉米叶片Cu^(2+)含量反演

目的:确定Cu^(2+)污染胁迫下玉米叶片Cu^(2+)含量最优反演模型。方法:以室内盆栽玉米为研究对象,在采集不同胁迫梯度下玉米叶片光谱以及同期叶片Cu^(2+)含量的基础上,通过遍历计算出两波段原始光谱植被指数,并将其与叶片Cu^(2+)含量进行相关性分析;利用0.1~0.9阶、1.1~1.9阶与1~4阶共22种光谱微分预处理重采样后的光谱数据,经连续小波变换后分析小波系数与叶片Cu^(2+)含量之间的相关性;根据相关性分析提取最优植被指数与最优小波系数,建立反演模型。结果:植被指数与叶片Cu^(2+)含量显著相关,最优波段组合分别为:DI(621.5 nm, 1 889.2 nm)、RI(482.2 nm, 1 418.5 nm)、NDVI(666.3 nm, 1 917.2 nm)、RNDVI(621.5 nm, 1 889.2 nm),其光谱特征均集中在可见光与近红外波段附近;小波系数也与叶片Cu^(2+)含量之间具有良好的相关性,其敏感波段位于400、600、900、1 200、2 400 nm附近,与最优植被指数敏感波段一致。经0.9阶光谱微分预处理后得到的小波系数与叶片Cu^(2+)含量相关系数最大,为0.88;通过相关性分析提取最优植被指数和最优小波系数,以植被指数与不同阶微分变换的连续小波变换提取的小波系数为自变量,建立线性反演模型,其中利用最优植被指数建立的反演模型精度最高,模型最稳定,RMSE为4.97μg/g。结论:植被指数和连续小波变换两种方法在农作物重金属污染监测方面具有重要的参考价值,应用前景广阔。

基于地质模型的无井区复频域地震反演方法

对基于模型的反演方法而言,合理的初始模型不仅可以补偿缺失的地震低频信息,也能提高地震反演精度和稳定性。然而,在无井或少井区,地球物理反演面临数据匮乏、资料品质不高的问题,难以直接从井数据中得到较丰富的低频信息,因此获取低频模型是无井区地球物理反演和油藏特征描述的关键。为此,针对新区勘探探索了一种基于地质模型的无井区复频域地震反演方法。首先,在考虑断层影响的基础上,参考地震相定性指导宏观趋势,融合了道积分的低频相对变化,充分运用无井区的地质、地震数据,为无井区反演提供可靠的低频信息。之后,根据复频域反演挖掘地震数据低频信息,将无井初始模型作为复频域反演的低频模型,结合盲信号理论提取地震盲子波,最终得到补充低频信息的复频域无井低频模型,可在一定程度上缓解无井区地震反演的低频成分缺失问题。最后,利用模型和实际工区数据测试了新方法的效果。结果表明,复频域无井反演弹性阻抗与井上弹性阻抗曲线拟合良好,与有井稀疏脉冲反演结果相比,尽管局部精度略低,但复频域无井反演结果的总体趋势及储层展布特征与有井反演结果基本一致,证明了所提方法在无井区的有效性。

Description of the Nature Using the Models Developed in Euclidean Space

In elucidating the laws of matter motion, it is necessary also to take into account the subjective human possibilities to think and construct models. These possibilities are restricted to the framework of Euclidean space. No problems could arise during the development of the laws of classical science. However, it was established later on that in some areas it was rather difficult to describe the motion of the matter in terms of Euclidean models. In these cases, researchers either introduce a space of higher dimensionality, use complex numbers, or make some deformations of our habitual Euclidean space. Those were exactly the cases for which the pseudo-Euclidean, Hilbertian, reciprocal, micro-Euclidean and other spaces were proposed. Humans are able to think only in terms of Euclidean space. So, to provide a correct description of unusual motion of matter, the necessity arises to transform the information into the understandable Euclidean space. The operators suitable for these purposes are Lorentz transformations, Schrodinger equation, the integral transformations of Fourier and Weierstrass, etc. The features of information transformations between different spaces are illustrated with the examples from the areas of X-ray structural analysis and quantum physics.

兼顾时频域特征量提取的非线性油气悬架参数识别

针对完全基于时域或完全基于频域的非线性参数识别方法的局限性,提出了一种兼顾时频域特征量提取的非线性油气悬架参数识别方法。在建立含非线性油气悬架车辆动力学仿真模型的基础上,采用快速傅里叶逆变换法获得标准路面不平度等级的输入激励,结合小波分析和滤波处理提取实验结果的时频域特征量,构建非线性油气悬架参数识别的优化模型,通过最小化仿真结果与实验结果在时频域的特征量,实现了非线性油气悬架参数在实际工况下的准确识别。识别的定量与定性分析表明了识别结果的准确可靠。通过将路面时域建模技术、小波滤波技术和优化模型构造方法与模拟退火算法的有机结合,为非线性悬架系统的参数识别提供了一种有效可靠的方法。

基于地层沉积反演的深时海平面变化曲线恢复方法

目前常用的海平面曲线恢复方法主要是基于地层沉积的旋回性分析和同位素测量,受地层不完整性的影响较大,海平面变化恢复不够合理。本文基于全球海平面变化旋回与天文旋回、沉积旋回在时间周期上具有较好的多级旋回对应特征,提出了采用傅里叶变换多级正弦分解函数化海平面变化曲线,然后通过地层沉积反演求取函数化的全球海平面变化参数的方法。利用地层沉积模拟方法,求取了元坝地区长兴期的全球海平面曲线,与同时期的Haq曲线、Fischer方法获得的海平面变化曲线相比,具有更多的海平面变化信息,恢复的海平面变化更合理。傅里叶级数函数化海平面变化曲线不仅推动了海平面变化的定量化和函数化发展,还有利于用地层沉积反演求取海平面变化曲线。这种求取海平面变化的新思路,与传统的海平面变化恢复方法相比定量化程度高,对输入资料要求低,具有较好的适用性和更广的应用前景。

模块化组合式直流变压器的反下垂控制及其级联系统稳定性分析

直流变压器是将不同电压等级直流电网之间互联的重要设备,然而,源子系统与负荷子系统间阻抗不匹配,将不利于系统的稳定。针对基于多模块串并联组合式直流变压器的级联系统,分别对前后两级子系统提出与之相应的反下垂控制策略,来实现子模块间功率均分。为分析级联系统稳定性,通过建立系统小信号模型,推导出对应系统的阻抗与导纳模型,并运用MATLAB对所推导的阻抗与导纳模型结果进行了验证;然后通过阻抗稳定判据来分析系统参数对级联系统稳定性的影响,最后仿真验证了所提出反下垂控制策略有较好的应用效果。

储层构型分析的多级相控反演技术在礁、滩复合体储层预测中的应用

阿姆河盆地侏罗系卡洛夫—牛津阶碳酸盐岩缓坡礁、滩体储层内部结构复杂,井间储层厚度变化大、井间连通差、相邻井产能差异大、储采矛盾突出等影响气藏高效、稳定开发。为此,通过正演模拟识别礁、滩体外形,利用相位变换处理刻画礁滩体内幕、研究储层沉积微相,建立了碳酸盐岩礁、滩复合体储层构型模式,形成了多级相控地质统计学反演技术。获得以下认识:①模型二(生物礁、滩上覆厚石膏层夹薄层盐岩,生物礁、滩厚度较小)地震响应的界面间能量相对关系与过井资料吻合,礁、滩体呈“底平顶凸”、内部反射杂乱、振幅相对减弱、厚度较大的地震反射特征,可以利用模型二精细刻画无井区生物礁、滩体。②经相位变换处理的地震资料较原始地震资料更利于分析礁、滩体内幕结构,同相轴振幅的变化反映了礁、滩体内幕结构的岩性变化。③结合现代礁、滩体沉积,在正演模拟、相位变换、地震属性分析的基础上,建立了礁、滩体储层内部构型;受古地形及水动力能量的控制,优质的高能礁、滩体储层主要分布于礁、滩体边部。④基于储层构型分析的多级相控反演精细刻画了礁、滩体储层内幕结构,并与生产特征吻合,提高了储层预测精度,对开发方案的调整、储量动用具有重要指导意义。

考虑不确定性概念的高面板堆石坝动力参数反演分析

针对目前动本构模型参数反演方法大多未考虑参数不确定性的问题,将自适应云变换算法(AGCT)与RBF神经网络(RBFNN)相结合,构建了自适应云神经网络参数反演模型(AGCTNN),将不确定性概念转换为定量数值,较好地考虑了大坝系统间的随机性与模糊性对动力参数反演的影响。对比分析AGCT与K-Means、SOM、DBSCAN三种传统聚类算法,验证了算法的优越性与可行性,而后利用AGCTNN与RBFNN两种反演模型对工程实例进行了反演分析。结果表明,提出的反演模型正耦合计算结果与实测值一致性更好,测点峰值加速度实测值与反演值的误差范围由8.73%~25.17%降至2.31%~8.16%,印证了该反演模型的合理性与应用于实际工程中的可能性。

西范坪矿区土壤铜元素的高光谱响应与反演模型研究

为解决传统的土壤地球化学测量方法成本高、效率低等问题,研究了利用可见-近红外光谱技术检测土壤重金属含量的简易方法。研究对西范坪矿区土壤反射光谱进行微分、连续统去除等六种变换,利用逐步回归法和皮尔逊相关系数选出对土壤铜含量敏感的特征波段,组成综合特征变量集,再应用不同的特征变量选取方法和参数建立估算模型并检验。结果表明:不同的光谱变换方法对土壤铜含量信息提取能力不同,每种光谱变换都对应特定的敏感波谱区间;基于综合光谱变换信息建立的土壤铜含量反演模型精度优于基于单种光谱变换信息建立的模型;利用综合光谱变换信息建立土壤铜含量反演模型,后向剔除法优于前向引入法和逐步回归法,当Removal取0.20时得到最优回归模型,其模型决定系数R2和预测模型决定系数R_(pre)~2分别达到了0.851和0.830,建模均方根误差RMSEC和预测均方根误差RMSEP分别为0.349和0.468mg·kg^(-1),能较好地检测土壤铜含量,同时为其他土壤重金属元素的光谱检测提供了思路。

拉普拉斯变换及数值反演在试井分析中的应用

本文讨论了拉普拉斯变换在油气井现代试井分析中的应用,给出了常用的均质、双重介质现代试井分析模型,研究了数值反演精度和技巧,这些模型和方法已运用在现代试井解释软件中,对矿场现代试井分析有一定的指导意义。

一种新的BMM-ESD电流解析式计算方法

为进一步发展BMM-ESP电流的电路建模求解法,分析了静电放电测试环境在实际放电测试过程中的寄生参量并建立了一个9元件ESD电路模型,求得了电流在复频域的表达式,进而通过拉普拉斯反变换解得了BMM-ESD电流时域解析式。计算验证了实测BMM-ESD电流复频域表达式极点分布的规律:共6个极点都位于复频域的左半平面,含2对共轭复数和2个实数,从而概括出BMM-ESD电流时域解析式的一般形式。算例表明,电流解析式符合IEC规定,吻合实测波形,尤其能够有效描述实际ESD波形中常见的非标准现象:位于第1峰值与第2峰值间的寄生振荡。

电磁发射轨道受余割函数磁压力动态响应

解决电磁发射轨道受阻尼力作用而导致的使用寿命短和发射精度不高的问题,采用积分变换及其逆变换等方法推导出简谐压力作用下轨道的瞬态响应解析解.结果表明:材料应变阻尼系数、粘滞外阻尼系数、弹性系数对轨道梁挠度产生的影响呈现周期性的变化,在一个周期内,轨道梁的挠度随着粘滞外阻尼系数的增大而减小.随着材料应变阻尼系数的增大而增大.而弹性系数对挠度的影响不太明显,挠度曲线随着弹性系数的增加而呈下降的趋势.该成果对优化电磁发射装置的性能和提高发射精度提供了充足的理论依据.

地震波形多尺度反演的一点讨论

基于在反演过程中对初始模型依赖性强、易陷入局部极值等问题 ,本文引入小波分析 ,提出多尺度地震波形反演方法 ,从而将参数反演问题转化到小波域中重要系数优化问题 .利用多尺度之间的内在联系及小波域中重要系数的稀疏性 ,有效改进了局部极值、计算量等问题 .并对几种多尺度反演策略进行了比较讨论 .基于波动方程正演及褶积模型的两种反演方法的数值实例结果显示了本方法良好的效果 .