视电阻率的反向传播网络计算方法技术

一种视电阻率的反向传播网络计算方法。特别适用瞬变电磁探测中心回线装置条件下的视电阻率计算，适用于地球物理勘探、工程地质勘探领域。本发明专利技术的技术方案包括：中心回线装置下二次磁场随时间变化表达式中核函数的定义及视电阻率求解函数的构建，选择样本训练函数，以核函数值为输入、瞬变参数输出的反训练法，由测量值进行初步计算，并根据不同的测量特点，并以其结果导入不同的网络结构中。该方法的优点是：用训练后的反向传播网络代替数值方法计算，使得计算过程得到简化且编程易于实现，借用神经网络所具有的并行结构处理特点，使得计算时间大大缩短。

Calculation method of apparent resistivity based on back-propagation network

A method of calculating back propagation network of apparent resistivity. It is especially suitable for the calculation of apparent resistivity under the condition of transient electromagnetic sounding central loop device. It is suitable for geophysical exploration and engineering geological exploration. The technical scheme of the invention comprises: central loop two magnetic field changes with time expressions constructed the definition of kernel function and apparent resistivity for function, selection of training function, variable parameter output as input and instantaneous anti training method to kernel function value from the measured values for preliminary calculation, and according to the characteristics of different measurement, and import the results to the different network structure in. The advantage of this method is calculated by back-propagation network after training instead of numerical method, the calculation process is simplified and the programming is easy to implement parallel processing structure using the neural network with the calculation time is greatly shortened.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及瞬变电磁法视电阻率的计算方法，特别适用于瞬变电磁探测中 心回线装置条件下计算视电阻率，适合作为瞬变电磁法由二次响应场求解视电 阻率的反问题。
技术介绍
在瞬变电磁探测领域，需要由接收装置采集来自瞬变二次场的响应信号， 通过对响应信号的后期处理，得到不同的含地质信息的视电阻率。视电阻率是 电法勘探中用来反映测量目标体导电性变化的参数，用符号p表示。在瞬变电 磁法中，视电阻率等于相同瞬变电磁系统和测量装置下，在同一时刻产生与测 量值相同瞬变场响应的均匀导电半空间的电阻率，视电阻率不是真实的电阻率, 只是对电阻率的表象，近似的来代替真实电阻率反映地质异常。视电阻率的计算方法主要有两种第一种是用早、晚期渐近式直接计算视 电阻率的方法；第二种是用阶跃响应迭代计算视电阻率，如比较法、对分法、 牛顿法等。数值计算方法中，早、晚期计算方法其过程是由中心回线响应表达式中 响应时间,为准，由,4G和,4》把表达式化简成为两种情况来计算，这种方法的 不足在于，计算出的视阻率值在拟合全程视电阻率时在瞬变早期无定义或误差 较大；利用阶跃响应迭代计算，其计算过程是，选择一个初始迭代值并计算瞬 变响应值，计算结果与已知接收数据进行比较，来调整初始值不断接近精确值， 此种方法的不足之处在于，计算过程依赖初始值的选取，使计算过程不稳定， 计算速度受到限制。由测量值快速计算得到地质参数方面，学者们用均匀半空间不同装置推导出的响应公式计算视电阻率，提髙了效率；用到数学方法有比较法、二分法、 牛顿迭代法，也取得了一些成绩。这种方法依然存在着计算耗时的问题，不能 实时的由接收数据得到视电阻率结果，视电阻率渐近式可以直接得到计算结果, 但计算精度不够，不能及时的由接收数据得到视电阻率结果进行现场分析。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，该方法简化了计算过程且易于编程，使计算速度快、效率高，能快速的实现瞬变电磁接收数据的处理，对瞬变电磁快速成像提供较好的视电阻率计算基础。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案是按以下顺序步骤进行 1、由接收线圈感应电压计算瞬变场参数函数，中心回线装置下，二次场垂 直磁场响应分量对时间变化率,，其表达式为且=与[3/(w) -* w(3 + 2w2 K2 ] a V兀,:磁感强度随时间的导数; A:磁感强度值； /:发射电流值；P :视电阻率值，发射线框半径；二次场的衰减时间； -瞬变场参数T ) 误差函数？ p:真空磁导率近似为4;^10-711/111 v(/):感应电压值，h接收线框的有效面积；把磁场对时间导数的响应表达式改写为只含瞬变场参数式子= 4[3ez/() - 2 / ; (3 + 22 )e-2 ]上式中右边部分用r 00定义为,的核函数y (w) = ;[3w/() - 2 /1. w(3 + 2w2 ),2 ]至此，问题转化为求解只含的一元表达式；2、 构造求解函数，以二次场响应表达式为基础的求解地质电性参数的方法， 就是给出一个衰减时间,的二次场衰减值，去求解所对应这一时刻的视电阻率P值，构造函数 一，以上函数中由工程测量数据计算^,由核算函数1>)组成的函数中 只含有变量，求函数的零点可解出变量的值；3、 核函数yw的反向传播网络的构建-(1) 选择样本数据，以工程应用数据确定的w的范围作为依据，(2) 把步骤(1)中选择的值代入yw计算得到相应的核函数值，对该核 函数值进行样本数据的归一化处理，归一化后的数据取值范围为(0.1, 0.9)，应用的表达式为0. 样数坦年晶据十据但样娃本，救据坦最/严宿x0.8 ;样本数据最大值-样本数据最小值(3) 确定隐含层单元个数，隐含层单元数过多训练速度变慢，反之训练收敛性较差，由核函数的表达式自身特点训练得到；(4)选择训练算法对网络进行训练，以训练速度快速、收敛效果作为选择 的标准；4、 把步骤(2)中计算的核函数归一化值导入反向传播网络中，运用神经 网络计算瞬变场参数5、 把计算得到的值，已知时间参数 和发射半径代入式/^) = ^中，计算出对应的视电阻率值P 。本专利技术与现有技术相比，其技术效果是1、 构造了求解瞬变场参数的函数，使解视电阻率变为求一元方程的根。2、 训练得到的网络为单输入单输出，使整个训练过程简单易控制。3、 用训练后网络代替数值方法计算,使得计算过程得到简化,编程易于实现。4、 神经网络所具有的并行结构处理特点，使得计算时间大大缩短。 附图说明图1是磁感强度对时间导数表达式中核函数的变化曲线图； 图2是本专利技术中反向传播网络训练时训练次数与误差减小之间的关系图； 图3是本专利技术计算单个测点的实施例图； 图4是本专利技术反向传播网络计算全部数据的实施例图。 图1中的y()-磁感强度对时间导数表达式的核函数值，-核函数中的变量，称为瞬变场参数； 图2中的横坐标表示训练次数，纵坐标表示训练过程式中的误差； 图3中的横坐标表示二次响应的时间延时，纵坐标表示对应延时时间 下计算的视电阻率值，A-应用反向传播网络计算的结果，^-应用数值 方法计算的结果；图4中的横坐标表示测量时的空间水平位置，纵坐标表示计算的视电 阻率结果。 具体实施例方式本专利技术将结合附图和以下的四个附表做进一步详细说明； 表1是训练网络时选用的Matlab函数列表<table>table see original document page 8</column></row><table>表2是各函数在训练过程中误差随训练次数变化情况表<table>table see original document page 8</column></row><table>表3是确定隐含层单元数时做的尝试训练及收敛结<table>table see original document page 8</column></row><table>表4是同具有相似方法的文献仿真对比及参数情况表<table>table see original document page 9</column></row><table>首先根据某校实测的数据为依据进行实施例计算，如发射电流1.224A, 发射线框半径为1.6m,接收线圏面积为61112，采样时间范围为0.205^~1.517ms, 对某校防空洞测量，以测量结果为磁场对时间导数为例说明；1、 导入接收的数据，中心回线装置下的二次场垂向分量，由磁场对时间变 化率,计算感应电压值，应用表达式v,(t)-si;2、 由计算的电压值，计算核函数值,工程测量参数包括发射线框半径。、 接收线框面积发射电流/、 二次场衰减时间,，代入式^进行计算；3、 构造训练网络？(1) 如图l所示，以核函数的峰值分为两部分训练，变量分为0<<161和 L6K+o0,这样避开了由一个核函数值对应两个变量的多解情况，具体操作是: 在两个区间上分别取若干变量值，在0<<1.61范围内训练时，p=800Q.w,的最 小值为l.G24本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视电阻率的反向传播网络计算方法，该方法按以下顺序步骤进行：　（１）由接收线圈感应电压计算瞬变场参数函数，中心回线装置下，二次场垂直磁场响应分量对时间变化率＊，其表达式为：　＊＊＊　＊：磁感强度随时间的导数；　Ｂ↓ ［ｚ］：磁感强度值；　Ｉ：发射电流值；　ρ：视电阻率值；　ａ：发射线框半径；　ｔ：二次场的衰减时间；　ｕ：瞬变场参数；　ｅｒｆ（ｕ）：误差函数；　μ：真空磁导率近似为４π×１０↑［－７］Ｈ／ｍ；　 　ｖ（ｔ）：感应电压值；　ｓ：接收线框的有效面积；　把磁场对时间导数的响应表达式改写为只含瞬变场参数ｕ式子：　ｖ（ｔ）４ａｔ／μＩＳ＝１／ｕ↑［２］［３ｅｒｆ（ｕ）－２／＊.ｕ（３＋２ｕ↑［２］）ｅ↑［－ｕ↑［２］］］　 　上式中右边部分用Ｙ（ｕ）定义为＊的核函数：　Ｙ（ｕ）＝１／ｕ↑［２］［３ｅｒｆ（ｕ）－２／＊.ｕ（３＋２ｕ↑［２］）ｅ↑［－ｕ↑［２］］］至此，问题转化为求解只含ｕ的一元表达式；　（２）构造求解函数，以二次场响应表达式为基 础的求解地质电性参数的方法，就是给出一个衰减时间ｔ的二次场衰减值，去求解所对应这一时刻的视电阻率ρ值，构造函数：　ｆ（ｕ）＝Ｙ（ｕ）－ｖ（ｔ）４ａｔ／μＩＳ　以上函数中由工程测量数据计算ｖ（ｔ）４ａｔ／μＩＳ由核算函数Ｙ（ｕ）组 成的函数ｆ（ｕ）中只含有变量ｕ，求函数的零点可解出变量ｕ的值；　（３）核函数Ｙ（ｕ）的反向传播网络的构建：　１）选择样本数据，以工程应用数据确定的ｕ的范围作为依据；　２）把步骤（１）中选择的ｕ值代入Ｙ（ｕ）计算得到相应的核 函数值，对该核函数值进行样本数据的归一化处理，归一化后的数据取值范围为（０．１，０．９），应用的表达式为：０．１＋（样本数年据据－样本数据最小值）／（样本数据最大值－样本数据最小值）×０．８；　３）确定隐含层单元个数，隐含层单元数过多 训练速度变慢，反之训练收敛性较差，由核函数的表达式自身特点训练得到；　４）选择训练算法对网络进行训练，以训练速度快速、收敛效果作为选择的标准；　（４）把步骤（２）中计算的核函数归一化值导入反向传播网络中，运用神经网络计算瞬变场参 数ｕ；　（５）把计算得到的ｕ值，已知时间参数ｔ和发射半径ａ代入式ρ（ｔ）＝ａ↑［２］μ／４ｔｕ↑［２］中，计算出对应的视电阻率值...

【技术特征摘要】
1、一种视电阻率的反向传播网络计算方法，该方法按以下顺序步骤进行(1)由接收线圈感应电压计算瞬变场参数函数，中心回线装置下，二次场垂直磁场响应分量对时间变化率 id=icf0001 file=A2009101908590002C1.tif wi=8 he=7 top= 46 left = 89 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>其表达式为<maths id=math0001 num=0001 ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mrow><mo>&PartialD;</mo><msub> <mi>B</mi> <mi>z</mi></msub> </mrow> <mrow><mo>&PartialD;</mo><mi>t</mi> </mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mi>I&rho;</mi> <msup><mi>a</mi><mn>3</mn> </msup></mfrac><mo>[</mo><mn>3</mn><mi>erf</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mfrac> <mn>2</mn> <msqrt><mi>&pi;</mi> </msqrt></mfrac><mi>u</mi><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <msup><mi>u</mi><mn>2</mn> </msup> <mo>)</mo></mrow><msup> <mi>e</mi> <mrow><mo>-</mo><msup> <mi>u</mi> <mn>2</mn></msup> </mrow></msup><mo>]</mo> </mrow>]]></math></maths><maths id=math0002 num=0002 ><math><![CDATA[ <mrow><mi>u</mi><mo>=</mo><mi>a</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><msqrt> <mi>&mu;</mi> <mo>/</mo> <mi>&rho;t</mi></msqrt> </mrow>]]></math></maths><maths id=math0003 num=0003 ><math><![CDATA[ <mrow><mi>erf</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mn>2</mn> <msqrt><mi>&pi;</mi> </msqrt></mfrac><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <mi>u</mi></msubsup><msup> <mi>e</mi> <mrow><mo>-</mo><msup> <mi>t</mi> <mn>2</mn></msup> </mrow></msup><mi>dt</mi> </mrow>]]></math></maths><maths id=math0004 num=0004 ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>v</mi> <mi>z</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mi>S</mi><mfrac> <mrow><mo>&PartialD;</mo><msub> <mi>B</mi> <mi>z</mi></msub> </mrow> <mrow><mo>&PartialD;</mo><mi>t</mi> </mrow></mfrac><mo>;</mo> </mrow>]]></math></maths> id=icf0006 file=A2009101908590002C6.tif wi=8 he=7 top= 112 left = 30 img-content=drawing img-format=tif orientation=portrait inline=yes/>磁感强度随时间的导数；Bz磁感强度值；I发射电流值；ρ视电阻率值；a发射线框半径；t二次场的衰减时间；u瞬变场参数；erf(u)误差函数；μ真空磁导率近似为4π×10-7H/m；v(t)感应电压值；s接收线框的有效面积；把磁场对时间导数的响应表达式改写为只含瞬变场参数u式子<maths id=math0005 num=0005 ><math><![CDATA[ <mrow><mfrac> <mrow><mi>v</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mn>4</mn><mi>at</mi> </mrow> <mi>&mu;IS</mi></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <msup><mi>u</mi><mn>2</mn> </msup></mfrac><mo>[</mo><mn>3</mn><mi>erf</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>u</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-&l...

【专利技术属性】
技术研发人员：付志红，谢林涛，张淮清，朱学贵，苏向丰，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[]