基于正则化方法的未爆弹三维立体成像方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的方法、装置以及系统，涉及探测技术领域，所述方法包括：获取目标探测区域的磁场三分量数据；根据磁场三分量数据，得到梯度张量数据和磁总场梯度数据；根据梯度张量数据，得到第一先验信息；将第一先验信息加入到正则化方法中的目标函数中；根据第二先验信息和磁总场梯度数据，对目标函数的最优解进行运算，得到正则化方法的反演结果，根据反演结果，得到未爆弹的三维立体成像。本发明专利技术将第一先验信息加入到正则化方法中的目标函数中，得到的正则化方法的反演结果的精确度更高，未爆弹的三维立体成像结果也更精确，对未爆弹的识别效果得到提升，提高了遗弃化学弹发掘工作的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
基于正则化方法的未爆弹三维立体成像方法、装置及系统
本专利技术涉及探测
，特别是涉及一种基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的方法、装置以及系统。
技术介绍
目前，在我国的城市化建设中，未爆炸弹的存在会给人民群众的身体健康和人身安全造成了严重威胁，同时也会带来巨大的生命财产损失。为了解决上述问题，需要使用技术手段对遗弃化学弹进行探测，而遗弃化学弹的探测，可以归为地球物理勘探的范畴。地球物理勘探简称“物探”，而物探主要包括以下六种方法，分别是电磁勘探、磁法探测、重力勘探、地震勘探、地热测量法、放射性测量法。在遗弃化学弹探测工作中，磁法探测的应用成本低，速度快，而且便于实施。因此，目前日本遗弃化学弹的探测中使用的主要方法就是磁法探测。传统的磁法探测主要用于研究地质构造或探测矿产资源，其目标的空间尺度很大，而且往往不需要得到目标精确的几何形状。但是在遗弃化学弹探测中，探测目标小，而且对目标空间位置和几何形态的要求更高。因此传统的磁法探测方法往往不能直接使用。亟需一种适应小目标，且相对更精确的成像方法，从而提高遗弃化学弹发掘工作的工作效率。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提供一种基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的方法、装置以及系统，提出了一种适应小目标，且相对更精确的成像方法的技术方案。第一方面，提供一种基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的方法，所述方法包括：获取目标探测区域的磁场三分量数据；根据所述磁场三分量数据，得到梯度张量数据和磁总场梯度数据；<br>根据所述梯度张量数据，得到第一先验信息；将所述第一先验信息加入到正则化方法中的目标函数中；根据第二先验信息和所述磁总场梯度数据，对所述目标函数的最优解进行运算，得到所述正则化方法的反演结果，所述第二先验信息为已知先验信息；根据所述反演结果，得到所述未爆弹的三维立体成像。可选地，根据所述梯度张量数据，得到第一先验信息，包括：根据所述梯度张量数据，采用欧拉反褶积法进行运算，得到所述第一先验信息。可选地，根据所述梯度张量数据，采用欧拉反褶积法进行运算，得到所述第一先验信息，包括：根据所述梯度张量数据，采用欧拉反褶积法进行运算所基于的欧拉反褶积公式为：其中x0、y0、z0为异常体中心坐标，x、y、z为观测点坐标，N为构造指数，其是异常强度随深度的衰减率，Bx、By、Bz分别是磁场在x、y、z轴方向的分量，Bxx、Bxy、Bxz、Byx、Byy、Byz、Bzx、Bzy、Bzz分别是磁梯度张量数据；基于所述欧拉反褶积公式，进行运算过程中，选取多个相邻数据点组成一个滑动窗口，使用所述滑动窗口内的数据求解所述欧拉反褶积公式组成的线性方程组，得到异常体中心坐标；随着所述滑动窗口的滑动，计算出多组异常体中心坐标，其中包括的异常解使用主体异常距离准则和反演结果的聚散度准则进行筛选；去除所述异常解后，剩余正常解的分布作为所述第一先验信息。可选地，所述多组异常体中心坐标包括：Q1，Q2，…，QN，则每一组坐标都包含x，y，z三个分量，得到如下公式：Qi＝[xiyizi]T，i＝1，2，…，N其中，T表示转置。可选地，所述目标函数的表达式为：Φ＝||Wd(Am-d)||2+α||Wmm||2其中，d是一个N维矢量，表示在地表观测到的某类磁异常，包括：磁总场、磁场分量或者是其它种类的数据，m是一个M维矢量，表示地下每个长方体块的物性参数，包括：磁化强度、磁化率或者其它物性参数，A是一个N×M维的矩阵，表示观测数据d与物性参数m之间的正演算子，矩阵中每个元素的值根据正演公式进行求解，Wm是模型加权函数矩阵，用来对物性参数施加权重，Wm是一个M×M维的对角矩阵；所述模型加权函数矩阵的表达式为：Wm＝Wm1Wm2所述模型加权函数矩阵的表达式中的Wm1，Wm2的表达式分别如下：其中，Wm1用于提供位置约束，Wm2用于抵消深部信号的衰减，mvnpdf()代表多维正态分布函数，μ为当前点坐标，μi为第i个异常体的位置坐标，σi为协方差矩阵，z代表当前的z轴坐标，z0和β均为经验值；可选地，将所述第一先验信息加入到正则化方法中的目标函数中，包括：将所述第一先验信息加入到所述模型加权函数矩阵中；令第一表达式为：令第二表达式为：其中，σxσyσz分别表征了欧拉反褶积结果在x，y，z方向的不确定程度，xiyizi分别为欧拉反褶积得到的第i组解。将所述第一表达式作为异常体中心坐标代入Wm1表达式中，将所述第二表达式作为三个方向的方差带入Wm1表达式中，即，将所述第一先验信息加入到所述模型加权函数矩阵中。可选地，根据第二先验信息和所述磁总场梯度数据，对所述目标函数的最优解进行运算，包括：根据第二先验信息和所述磁总场梯度数据，利用共轭梯度法对所述目标函数的最优解进行运算。可选地，所述反演结果为一个三维矩阵，所述三维矩阵中每个元素的值代表一个长方体单元的物性参数，根据所述反演结果，进行所述未爆弹的三维立体成像，包括：对所述三维矩阵分别沿x、y、z轴方向切片；对切片后的三维矩阵进行二值化处理并做三维显示，得到所述未爆弹的三维立体成像。第二方面，提供一种基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的装置，所述装置包括：获取三分量模块，用于获取目标探测区域的磁场三分量数据；张量和总场梯度模块，用于根据所述磁场三分量数据，得到梯度张量数据和磁总场梯度数据；先验信息模块，用于根据所述梯度张量数据，得到第一先验信息；加入模块，用于将所述第一先验信息加入到正则化方法中的目标函数中；反演模块，用于根据第二先验信息和所述磁总场梯度数据，对所述目标函数的最优解进行运算，得到所述正则化方法的反演结果，所述第二先验信息为已知先验信息；成像模块，用于根据所述反演结果，得到所述未爆弹的三维立体成像。可选地，所述先验信息模块具体用于：根据所述梯度张量数据，采用欧拉反褶积法进行运算，得到所述第一先验信息；可选地，所述反演模块具体用于：根据第二先验信息和所述磁总场梯度数据，利用共轭梯度法对所述目标函数的最优解进行运算。可选地，所述反演结果为一个三维矩阵，所述三维矩阵中每个元素的值代表一个长方体单元的物性参数，所述成像模块包括：切片单元，用于对所述三维矩阵分别沿x、y、z轴方向切片；二值化单元，用于对切片后的三维矩阵进行二值化处理并做三维显示，得到所述未爆弹的三维立体成像。第三方面，提供一种基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的系统，所述系统包括：探测仪，所述探测仪用于执行上述第一方面任一所述的方法。本专利技术提供的基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的方法，获取目标探测区域的磁场三分量数据；根据磁场三分量数据，得到梯度张量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取目标探测区域的磁场三分量数据；/n根据所述磁场三分量数据，得到梯度张量数据和磁总场梯度数据；/n根据所述梯度张量数据，得到第一先验信息；/n将所述第一先验信息加入到正则化方法中的目标函数中；/n根据第二先验信息和所述磁总场梯度数据，对所述目标函数的最优解进行运算，得到所述正则化方法的反演结果，所述第二先验信息为已知先验信息；/n根据所述反演结果，得到所述未爆弹的三维立体成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于正则化方法的未爆弹三维立体成像的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标探测区域的磁场三分量数据；
根据所述磁场三分量数据，得到梯度张量数据和磁总场梯度数据；
根据所述梯度张量数据，得到第一先验信息；
将所述第一先验信息加入到正则化方法中的目标函数中；
根据第二先验信息和所述磁总场梯度数据，对所述目标函数的最优解进行运算，得到所述正则化方法的反演结果，所述第二先验信息为已知先验信息；
根据所述反演结果，得到所述未爆弹的三维立体成像。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述梯度张量数据，得到第一先验信息，包括：
根据所述梯度张量数据，采用欧拉反褶积法进行运算，得到所述第一先验信息。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述梯度张量数据，采用欧拉反褶积法进行运算，得到所述第一先验信息，包括：
根据所述梯度张量数据，采用欧拉反褶积法进行运算所基于的欧拉反褶积公式为：



其中x0、y0、z0为异常体中心坐标，x、y、z为观测点坐标，N为构造指数，其是异常强度随深度的衰减率，Bx、By、Bz分别是磁场在x、y、z轴方向的分量，Bxx、Bxy、Bxz、Byx、Byy、Byz、Bzx、Bzy、Bzz分别是磁梯度张量数据；
基于所述欧拉反褶积公式，进行运算过程中，选取多个相邻数据点组成一个滑动窗口，使用所述滑动窗口内的数据求解所述欧拉反褶积公式组成的线性方程组，得到异常体中心坐标；
随着所述滑动窗口的滑动，计算出多组异常体中心坐标，其中包括的异常解使用主体异常距离准则和反演结果的聚散度准则进行筛选；
去除所述异常解后，剩余正常解的分布作为所述第一先验信息。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述多组异常体中心坐标包括：Q1，Q2，…，QN，则每一组坐标都包含x，y，z三个分量，得到如下公式：
Qi＝[xiyizi]T，i＝1，2，…，N
其中，T表示转置。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标函数的表达式为：
Φ＝||Wd(Am-d)||2+α||Wmm||2
其中，d是一个N维矢量，表示在地表观测到的某类磁异常，包括：磁总场、磁场分量或者是其它种类的数据，m是一个M维矢量，表示地下每个长方体块的物性参数，包括：磁化强度、磁化率或者其它物性参数，A是一个N×M维的矩阵，表示观测数据d与物性参数m之间的正演算子，矩阵中每个元素的值根据正演公式进行求解，Wm是模型加权函数矩阵，用来对物性参数施加权重，Wm是一个M×M维的对角矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑小平，田翊辰，王斌，孙振源，侍小青，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11