一种电阻率法勘探信号的降噪方法技术

本申请提供一种电阻率法勘探信号的降噪方法，包括以下步骤：步骤S1，采用经验模态分解法分解电阻率法勘探信号，得到若干个IMF分量；步骤S2，使用滑动平均和最小二乘法拟合处理若干个IMF分量；步骤S3，将步骤S2的处理结果叠加得到重组信号。通过本方案可以有效降低勘探数据中存在的噪声干扰，提高勘探数据的质量，令基于勘探数据的异常体反演结果更准确，提高工程施工的安全性。程施工的安全性。程施工的安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种电阻率法勘探信号的降噪方法


[0001]本申请涉及地质勘探
，尤其涉及一种电阻率法勘探信号的降噪方法。

技术介绍

[0002]电阻率法是以岩土介质的电性差异(电阻率)为应用基础，通过观测与研究地下人工建立的稳定电流场的分布规律，来解决地质问题的一种地球物理方法。其广泛应用于资源勘探、工程地质勘察和地质灾害调查等领域，高信噪比数据是获得良好勘探效果的前提。
[0003]目前，常规电阻率设备采集的信号都是携带有干扰源的复合信号，包括人工建立的直流源信号和外界随机噪声信号，如果不对其进行处理直接用作异常体反演，会造成假异常体或异常体位置辨别错误。
[0004]因此，为了减少噪声对勘探结果的影响，必须对采集的数据进行去噪处理；现在，常采用正负周期供电和算术平均来消除外界游散电流和激发激化对数据采集的干扰，但该方法仅在外界干扰短时间内恒定或对称规则场时具有一定的抑制效果，对于外界干扰场源复杂多变，干扰信号为时变信号，且在不同空间位置具有不同特征的电阻率数据效果不明显。
[0005]万云霞等分析野外电磁信号和噪声特征，选择db6小波基抑制基线漂移，使用sym8母小波和硬阈值提取类似放电三角波噪声，最后得到抑制部分人为噪声的效果，验证了电磁数据经过小波变化去噪后信噪比提高。王永兵等使用现代数字信号处理和模拟信号相结合的方法，提高了基于2n伪随机信号深部勘探电法仪采集的数据质量，改善了电法仪器信号微弱的不足。许小杰等对比数据空间修正、模型空间修正和稳健性反演3种高密度电法数据去噪方法，实验结果表明3种方法都可以压制高密度电法数据中的随机噪声，较前两者稳健性反演得到的结果更加可靠，抗噪效果更好。
[0006]张亮、唐景天等使用了变分模态分解(VMD)和数据驱动的紧框架(DDTF)相结合的方法对音频大地电磁(AMT)勘探数据进行噪声处理，并且对V
‑
DDTF进行了验证，又与其他方法进行了对比，最后使用信噪比和奈奎斯特图做出评价，证明了V
‑
DDTF方法去噪可以得到较好的去噪效果，并且性能最好。张良、肖骁等提出了一种残差网络(ResNet)，具有深层结构，有很好的拟合能力。此方法需要较高质量的训练数据，但是后面的处理可以较好的大地电磁(MT)去噪，在MT数据严重干扰下可能是有意义的。
[0007]上述学者均使用了特定的方法达到了降噪效果，但是降噪效果提升有限；因此需提供一种新的降噪方法，以有效去除电阻率法勘探数据中存在的噪声干扰，提高勘探数据质量。

技术实现思路

[0008]本申请的目的在于提供一种电阻率法勘探信号的降噪方法，以有效去除电阻率法勘探数据中的噪声干扰，提高勘探数据质量和基于该勘探数据的反演精度。具体技术方案如下：
[0009]本申请提供一种电阻率法勘探信号的降噪方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1，采用经验模态分解法分解电阻率法勘探信号，得到若干个IMF分量；
[0011]步骤S2，使用滑动平均和最小二乘法拟合处理若干个IMF分量；
[0012]步骤S3，将步骤S2的处理结果叠加得到重组信号。
[0013]本申请提供的电阻率法勘探信号的降噪方法，根据原始勘探信号的时间序列特征，利用EMD算法将其分解为不同频率的IMF分量；进而使用滑动平均使勘探信号更为平滑，减少了离散值和随机噪声的干扰，使用最小二乘法使勘探信号更为集中，进一步减少离散数据对勘探数据的影响；因此，通过本申请的方案能有效降低勘探数据中存在的噪声干扰，提高勘探数据的质量，令基于勘探数据的异常体反演结果更准确，提高工程施工的安全性。
[0014]在本申请的一些实施例中，所述步骤1包括：
[0015]步骤S11，查找得到原始勘探信号u(t)中的极大值和极小值，使用三次样条插值获得极大值构成的上包络线v1和极小值构成的下包络线v2；
[0016]步骤S12，计算上包络线和下包络线的均值，以及原始勘探信号与所述均值的差值h1(t)；
[0017]步骤S13，判断差值h1(t)是否满足IMF分量条件，若满足则跳转至步骤S14，若不满足，则令u(t)＝h1(t)，重复步骤S11
‑
步骤S12直至差值满足IMF条件；
[0018]步骤S14，将h1(t)作为第一个IMF分量，令u1(t)＝u(t)
‑
h1(t)，重复步骤S11
‑
步骤S13，获得第二个IMF分量h2(t)；
[0019]令u2(t)＝u1(t)
‑
h2(t)，以此类推，待满足终止条件时停止分解，获得所有的IMF分量和残留相。
[0020]在本申请的一些实施例中，所述步骤S1还包括在步骤S11前对原始勘探信号进行长度扩展。
[0021]在本申请的一些实施例中，所述终止条件为：剩余的部分信号为单频信号或小于阈值SD；
[0022][0023]其中，i表示IMF分量的数目变量，I表示分解得到的IMF分量总数，i＝1,2,L,I，u
i
‑1(t)、u
i
(t)分别表示从原始勘探信号u(t)中去除第1～i
‑
1个IMF分量、第1～i个IMF分量后的剩余数据，ε∈[0.2,0.3]。
[0024]在本申请的一些实施例中，所述步骤S2中对每个IMF分量进行如下操作：
[0025]按采样时间在IMF分量中截取部分勘探信号组成小区间，令小区间的中间值等于该区间的平均值，按步长＝1在IMF分量的时间序列上滑动小区间，对IMF分量的每个数据进行处理，得到滑动平均后的IMF分量。
[0026]在本申请的一些实施例中，所述步骤S2中还对每个滑动平均处理后的IMF分量进行如下操作：
[0027]对每个滑动平均处理后的IMF分量的N个数据点进行曲线拟合，假定曲线方程为f(x)＝a0+a1x+L+a
n
x
n
(n＜N)，将N个数据点代入曲线方程得到形式方程式：
[0028]A
T
Ax＝A
T
b
[0029]其中，a0、a1、a
n
均表示曲线拟合的系数，x、x
n
分别表示曲线方程的第一个和第n个未知数，A表示关系矩阵，T表示矩阵的转置，x＝(a0,a1,L,a
n
)
T
，b＝(y0,y1,L,y
n
)
T
，y0、y1、y
n
分别表示拟合得到的第一个预测值、第2个预测值和第n+1个预测值；
[0030]令形式方程式的系数行列式|C
T
C|≠0，C为表示方程式的系数矩阵。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电阻率法勘探信号的降噪方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，采用经验模态分解法分解电阻率法勘探信号，得到若干个IMF分量；步骤S2，使用滑动平均和最小二乘法拟合处理若干个IMF分量；步骤S3，将步骤S2的处理结果叠加得到重组信号。2.根据权利要求1所述的一种电阻率法勘探信号的降噪方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤S11，查找得到原始勘探信号u(t)中的极大值和极小值，使用三次样条插值获得极大值构成的上包络线v1和极小值构成的下包络线v2；步骤S12，计算上包络线和下包络线的均值，以及原始勘探信号与所述均值的差值h1(t)；步骤S13，判断差值h1(t)是否满足IMF分量条件，若满足则跳转至步骤S14，若不满足，则令u(t)＝h1(t)，重复步骤S11
‑
步骤S12直至差值满足IMF条件；步骤S14，将h1(t)作为第一个IMF分量，令u1(t)＝u(t)
‑
h1(t)，重复步骤S11
‑
步骤S13，获得第二个IMF分量h2(t)；令u2(t)＝u1(t)
‑
h2(t)，以此类推，待满足终止条件时停止分解，获得所有的IMF分量和残留相。3.根据权利要求2所述的一种电阻率法勘探信号的降噪方法，其特征在于，所述步骤S1还包括在步骤S11前对原始勘探信号进行长度扩展。4.根据权利要求2所述的一种电阻率法勘探信号的降噪方法，其特征在于，所述终止条件为：剩余的部分信号为单频信号或小于阈值SD；其中，i表示IMF分量的数目变量，I表示分解得到的IMF分量总数，i＝1,2,L,I，u
i
‑1(t)、u

【专利技术属性】
技术研发人员：李红立，霍景日，
申请(专利权)人：李红立，
类型：发明
国别省市：