【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激发极化法超前地质预报，具体涉及一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法及系统。
技术介绍
1、本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
2、激发极化法超前地质预报具有高效率、低成本、适用性广等诸多优点，能够较好的确定目标层位和断裂构造的附水性，也能通过对异常体的解释，推断附水层位或断裂构造等附水有关的构造问题。已成为工程地质勘察中不可获取的方法。
3、近年来，随着地球物理探测技术的发展和工程探测精度的不断提高，对电阻率勘探方法的精细化探测和成像提出了更高的要求。目前激发极化探测方法已经在工程实践中得到广泛的应用。但由于受到矩形网格的影响，使得激发极化探测还无法进一步的适应复杂的异常体边界。
4、另外，在传统的隧道超前地质预报激发极化数据处理过程中，受单元网格类型的限制，只能够进行长方体网格剖分。无法根据隧道掌子面形状、测量电极的分布进行六面体网格剖分。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决上述问题，提出了一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法及系统，本专利技术等参单元的概念引入到激发极化算法中，使的激发极化算法的数值模型不在过分依赖于网格形状。同时可以对地质异常体区域进行加密，对无关区域进行稀疏化网格剖分。该方法将有效的提升激发极化算法的计算效率同时便于适应复杂的物理几何边界。
2、根据一些实施例，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种适应复杂地形的激发极化法超
4、进行三维地质建模，根据隧道掌子面对构建的模型进行网络剖分；
5、引入有限单元法中的插值函数，通过坐标变换将任意六面体单元映射到立方体单元中，利用曲线与曲面积分计算出映射过程中系数矩阵，生成整体刚度矩阵；
6、基于所述整体刚度矩阵，得到超前地质预报等参单元支配方程，将所述整体刚度矩阵进行一维半带宽非零存储；
7、利用平方根法对超前地质预报等参单元支配方程进行求解；
8、将求解的结果与网格坐标进行三维点云展示。
9、作为可选择的实施方式，通过坐标变换将任意六面体单元映射到立方体单元中的具体过程包括，根据网格剖分得到的母单元，确定各个顶点的标号，构造形函数，将形函数展开，根据任意子单元的顶点作表，表示子单元，实现映射。
10、作为可选择的实施方式，利用曲线与曲面积分计算出映射过程中系数矩阵的具体过程包括：
11、采用等参单元计算积分，用形函数进行插值，得到双线性插值；
12、表示单元刚度矩阵，利用所述双线性插值对单元刚度矩阵的关键参数进行求偏导；
13、基于偏导结果，融合各个单元刚度矩阵，进行整体刚度矩阵的组装，得到整体刚度矩阵。
14、作为进一步的，进行整体刚度矩阵的组装的具体过程包括将模型离散成多个目标形状，表示各个目标形状的刚度矩阵，所述由刚度矩阵各个节点组成；
15、将该单元按照对应编号存储到整体刚度矩阵；
16、依次遍历各个单元到整体刚度矩阵中，得到最终的整体刚度矩阵。
17、作为可选择的实施方式，所述超前地质预报等参单元支配方程为
18、ku＝r
19、其中u为超前地质预报中的电位值，r为超前地质预报中的异常边界条件，k为整体刚度矩阵。
20、作为可选择的实施方式，将所述整体刚度矩阵进行一维半带宽非零存储的具体过程包括：将整体刚度矩阵分解成三个一维向量(row_ptr,col_inde,values)，row_ptr的数量等于矩阵的行数+1，用于存储每一行非零元素的索引值；col_inde的数量等于非零元素的个数，用于存储每一行非零元素所在列；values的数量等于非零元素的个数，用于按行存储每一个非零元素值。
21、作为可选择的实施方式，利用平方根法对超前地质预报等参单元支配方程进行求解的具体过程中，在进行平方根法对对称正定矩阵进行cholesky分解时，利用并行处理，递推求解下三角矩阵或上三角矩阵。
22、一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报系统，包括：
23、建模及网络剖分模块，被配置为进行三维地质建模，根据隧道掌子面对构建的模型进行网络剖分；
24、整体刚度矩阵组装模块，被配置为引入有限单元法中的插值函数，通过坐标变换将任意六面体单元映射到立方体单元中，利用曲线与曲面积分计算出映射过程中系数矩阵，生成整体刚度矩阵；
25、一维半带宽非零存储模块，被配置为基于所述整体刚度矩阵，得到超前地质预报等参单元支配方程，将所述整体刚度矩阵进行一维半带宽非零存储；
26、求解模块，被配置为利用平方根法对超前地质预报等参单元支配方程进行求解；
27、展示模块，被配置为将求解的结果与网格坐标进行三维点云展示。
28、一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成上述方法中的步骤。
29、一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成上述方法中的步骤。
30、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
31、本专利技术等参单元的概念引入到激发极化算法中，使的激发极化算法的数值模型不在过分依赖于网格形状。同时可以对地质异常体区域进行加密，对无关区域进行稀疏化网格剖分。该方法将有效的提升激发极化算法的计算效率同时便于适应复杂的物理几何边界。
32、本专利技术通过利用数值反演算例和孤石探测物理模型试验，检验了等参单元有效性和可行性。试验结果表明，新单元在保证计算精度的同时，提高计算效率。
33、本专利技术首先引入有限单元法中的插值形函数，通过坐标变换将任意六面体映射到立方体单元中，然后利用曲线与曲面积分计算出映射过程中系数矩阵。最后结合激发极化法的单元特点，构建任意六面体等参单元和四面体单元。
34、本专利技术为了减少内存消耗，提高计算效率，引入csr一维半带宽非零存储。使内存降低为原有的1/10，计算效率提升5倍。大幅度提升激发极化法的效率。
35、为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，通过坐标变换将任意六面体单元映射到立方体单元中的具体过程包括，根据网格剖分得到的母单元，确定各个顶点的标号，构造形函数，将形函数展开，根据任意子单元的顶点作表，表示子单元，实现映射。
3.如权利要求1所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，利用曲线与曲面积分计算出映射过程中系数矩阵的具体过程包括：
4.如权利要求3所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，进行整体刚度矩阵的组装的具体过程包括将模型离散成多个目标形状，表示各个目标形状的刚度矩阵，所述由刚度矩阵各个节点组成；
5.如权利要求3所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，所述超前地质预报等参单元支配方程为：
6.如权利要求3所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，将所述整体刚度矩阵进行一维半带宽非零存储的具体过程包括：将整体刚度
7.如权利要求3所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，利用平方根法对超前地质预报等参单元支配方程进行求解的具体过程中，在进行平方根法对对称正定矩阵进行cholesky分解时，利用并行处理，递推求解下三角矩阵或上三角矩阵。
8.一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报系统，其特征是，包括：
9.一种计算机可读存储介质，其特征是，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7中任一项所述的方法中的步骤。
10.一种电子设备，其特征是，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7中任一项所述的方法中的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，通过坐标变换将任意六面体单元映射到立方体单元中的具体过程包括，根据网格剖分得到的母单元，确定各个顶点的标号，构造形函数，将形函数展开，根据任意子单元的顶点作表，表示子单元，实现映射。
3.如权利要求1所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，利用曲线与曲面积分计算出映射过程中系数矩阵的具体过程包括：
4.如权利要求3所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，进行整体刚度矩阵的组装的具体过程包括将模型离散成多个目标形状，表示各个目标形状的刚度矩阵，所述由刚度矩阵各个节点组成；
5.如权利要求3所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，所述超前地质预报等参单元支配方程为：
6.如权利要求3所述的一种适应复杂地形的激发极化法超前地质预报方法，其特征是，将所述整体刚度矩阵进行一维半带宽非零存储的具体过...
【专利技术属性】
技术研发人员：张凤凯，陈安太，任玉晓，刘征宇，蒋鹏，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。