一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法技术

本发明专利技术涉及地球物理信号处理与分析技术研究领域，特别是一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法，包括：获取相同测点或测线的探地雷达测深数据与瞬变电磁探测数据；提取探地雷达测深数据中的雷达层界面位置信息；根据雷达层界面位置信息设置瞬变电磁探测数据进行瞬变电磁不确定性反演中的先验信息及初始模型维数；执行含自适应建议分布搜索算法的瞬变电磁不确定性反演，得到电阻率与深度的后验概率密度函数估计结果，其中瞬变电磁不确定性反演在满足先验信息条件下，按照初始模型维数执行反演过程。能够有效提高瞬变电磁反演在浅层探测的分辨率，并减小瞬变电磁反演的多解性。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法
本专利技术涉及地球物理信号处理与分析技术研究领域，特别是一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法。
技术介绍
瞬变电磁法可以高效、灵敏地实现城市地下空间探测，瞬变电磁数据的反演能够得到地下空间电阻率分布信息，该信息是工程师们进行城市建设规划、地下灾害预警的重要评估参数，对地下空间的信息掌握的不充分，就容易在开发过程中引发地下涌水、道路塌陷等灾难性事故。常规确定性反演方法通常只能够给出单个最优解，并不能获得当前反演模型参数的不确定度信息，这种缺陷会造成较大的安全威胁。常规不确定性反演方法能够有效给出数据模型的置信区间，并量化反演结果的不确定度，但由于只含有单地球物理方法探测数据，其反演结果电阻率分布空间广、地下层界面位置模糊，反演分辨率差。探地雷达技术的高效、高分辨探测的特性使得其在城市超浅层结构探测中也应用广泛。然而，由于原理上的局限性，其在城市地下空间的探测深度往往难以突破5m，使得其对城市地下空间建设的指导作用有限。瞬变电磁存在浅层探测盲区但探测深度大，探地雷达探测深度有限但探测分辨率高，这两种技术具有互补的优势，但目前在城市地下空间的探测中却往往相对独立。因此，需要研究如何实现探地雷达与瞬变电磁资料的联合高分辨率解释，这对促进探地雷达与瞬变电磁在城市地下空间及隧道工程精细勘探的应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述现有技术的不足，提供一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法，该方法包括：获取相同测点或测线的探地雷达测深数据与瞬变电磁探测数据；提取探地雷达测深数据中的雷达层界面位置信息；根据雷达层界面位置信息设置瞬变电磁探测数据进行瞬变电磁不确定性反演中的先验信息及初始模型维数；执行含自适应建议分布搜索算法的瞬变电磁不确定性反演，得到电阻率与深度的后验概率密度函数估计结果，其中瞬变电磁不确定性反演在满足先验信息条件下，按照初始模型维数执行反演过程。进一步地，提取探地雷达测深数据中的雷达层界面位置信息包括：去掉雷达直达波；提取探地雷达测深数据中具有反射波响应处对应的层界面深度，记录该层界面深度为h1,h2…hn，n为层界面数量。进一步地，所述设置瞬变电磁探测数据进行瞬变电磁不确定性反演中的先验信息包括将雷达层界面位置设置为反演中的固有层界面。进一步地，所述初始模型维数为雷达层界面位置信息中层界面数量加1。进一步地，执行含自适应建议分布搜索算法的瞬变电磁不确定性反演包括：根据先验信息及初始模型维数设置不确定性反演模型中整体反演参数；自适应更新模型建议分布步长；根据模型建议分布步长产生候选模型；计算候选模型接受概率；比较一个介于0和1之间的随机数和接受概率的大小，如果随机数小于接受概率，则接受候选模型，否则拒绝；当反演迭代次数达到设定的阈值时，停止迭代，输出反演结果。进一步地，设置不确定性反演模型中整体反演参数包括：设置初始模型维数等于固定层数N0，设置最小模型维数为N0、最大模型维数为Nc，其中Nc在10-80范围内取值，电阻率初始建议分布步长和层厚度初始建议分布步长均为C0、预设初始采样次数k0、模型电阻率变化范围、以及反演的迭代次数。进一步地，在不确定性反演中设置固定层，雷达得到的雷达层界面位置信息作为先验固有层界面嵌入在反演中，并保持固定层界面位置不随反演迭代变化；设置固定层数N0等于雷达得到的先验固有层界面数n加上一层无限长的恒定电阻率半空间。进一步地，模型建议分布步长满足：其中，k0为预设初始采样次数，C0为初始采样阶段的预设的初始建议分布值，xk为第k次模型数据与观测数据的方差，sd是取决于变量核数d的比例因子，使接受概率在一个合适的范围内变动，ε取值为0.0001到0.1之间的正数，Id为d维单位矩阵，通过对上式变换得到第k+1次迭代的模型建议分布步长公式：其中，为k次模型迭代下的方差的均值。进一步地，根据模型建议分布步长产生候选模型包括：生成新层，在满足不超过最大设置层数的前提下，在最大层界面和最小层界面位置间随机生成一个新的浮动层界面，并随机生成该浮动层电阻率值，层数加1；灭亡旧层，在现有的浮动层界面中，随机删除一个界面，层数减1；界面扰动更新，在层界面数保持不变的条件下，随机选择一浮动层界面变化位置；电阻率更新，层数与界面位置都不变，只对电阻率进行变化；基本状态的概率满足：其中，k为当前模型维数，k'为候选模型维数。进一步地，接受概率α(m'|m)满足：其中m是当前模型，m'是候选模型，d为已知先验信息，p(m)为独立于测量数据的模型先验信息，p(d|m)为模型似然度。有益效果：本专利技术提出了一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法，有益效果总结如下：1.本专利技术利用雷达探测数据确定地下有异常反射界面的层位置深度信息，将该信息作为固定层界面位置嵌入到瞬变电磁不确定性反演框架中，能够有效提高瞬变电磁反演在浅层探测的分辨率，并减小瞬变电磁反演的多解性；2.采用了自适应更新模型建议分布步长，使得不确定性反演中的马尔科夫链处于全局最优收敛速度，加快了模型的收敛速度，能够使得反演结果更集中于模型参数的高概率密度区域；3.雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演，反演结果更集中于真实模型，成像分辨率高，具有良好的应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例提供的三层层状大地模型；图2为本专利技术实施例提供的三层大地模型对应的雷达测深数据；图3为本专利技术实施例提供的三层大地模型对应的瞬变电磁测深数据；图4为本专利技术实施例提供的三层大地模型对应的瞬变电磁常规不确定性反演结果；图5为本专利技术实施例提供的三层大地模型对应的含自适应模型建议分布搜索优化的瞬变电磁不确定性反演结果；图6为三层大地模型对应的雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演结果。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明：一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性反演方法，该方法包括：获取相同测点或测线的探地雷达测深数据与瞬变电磁探测数据；其中，使用探地雷达与瞬变电磁系统对相同测点或测线进行探测，获取探地雷达测深数据与瞬变电磁探测数据，提取探地雷达测深数据中的层界面位置信息；提取探地雷达测深数据中的雷达层界面位置信息；根据雷达层界面位置信息设置瞬变电磁探测数据进行瞬变电磁不确定性反演中的先验信息及初始模型维数；执行含自适应建议分布搜索算法的瞬变电磁不确定性反演，得到电阻率与深度的后验概率密度函数估计结果，其中瞬变电磁不确定性反演在满足先验信息条件下，按照初始模型维数执行反演过程。探地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法，其特征在于，该方法包括：/n获取相同测点或测线的探地雷达测深数据与瞬变电磁探测数据；/n提取探地雷达测深数据中的雷达层界面位置信息；/n根据雷达层界面位置信息设置瞬变电磁探测数据进行瞬变电磁不确定性反演中的先验信息及初始模型维数；/n执行含自适应建议分布搜索算法的瞬变电磁不确定性反演，得到电阻率与深度的后验概率密度函数估计结果，其中瞬变电磁不确定性反演在满足先验信息条件下，按照初始模型维数执行反演过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种雷达与瞬变电磁高分辨不确定性联合反演方法，其特征在于，该方法包括：
获取相同测点或测线的探地雷达测深数据与瞬变电磁探测数据；
提取探地雷达测深数据中的雷达层界面位置信息；
根据雷达层界面位置信息设置瞬变电磁探测数据进行瞬变电磁不确定性反演中的先验信息及初始模型维数；
执行含自适应建议分布搜索算法的瞬变电磁不确定性反演，得到电阻率与深度的后验概率密度函数估计结果，其中瞬变电磁不确定性反演在满足先验信息条件下，按照初始模型维数执行反演过程。


2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，提取探地雷达测深数据中的雷达层界面位置信息包括：
去掉雷达直达波；
提取探地雷达测深数据中具有反射波响应处对应的层界面深度，记录该层界面深度为h1,h2…hn，n为层界面数量。


3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置瞬变电磁探测数据进行瞬变电磁不确定性反演中的先验信息包括将雷达层界面位置设置为反演中的固有层界面。


4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述初始模型维数为雷达层界面位置信息中层界面数量加1。


5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，执行含自适应建议分布搜索算法的瞬变电磁不确定性反演包括：
根据先验信息及初始模型维数设置不确定性反演模型中整体反演参数；
自适应更新模型建议分布步长；
根据模型建议分布步长产生候选模型；
计算候选模型接受概率；
比较一个介于0和1之间的随机数和接受概率的大小，如果随机数小于接受概率，则接受候选模型，否则拒绝；
当反演迭代次数达到设定的阈值时，停止迭代，输出反演结果。


6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，设置不确定性反演模型中整体反演参数包括：设置初始模型维数等于固定层数N0，设置最小模型维数为N0、最大模型维数为Nc，其中Nc在10-80范...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洋，陈健，严复雪，林君，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22