本發(fā)明涉及地球物理信號(hào)處理與分析，尤其涉及一種航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法、裝置和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、瞬變電磁法是一種利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間利用線圈或接地電極觀測(cè)地下介質(zhì)中引起的二次感應(yīng)渦流場(chǎng)，從而探測(cè)介質(zhì)的地球物理方法?？梢酝ㄟ^觀測(cè)所述二次感應(yīng)渦流場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律，研究地質(zhì)的電阻率特征，從而解決相關(guān)的地質(zhì)問題。由二次感應(yīng)渦流場(chǎng)反演地下介質(zhì)電阻率是瞬變電磁勘探重要步驟之一。瞬變電磁反演主要是從一組瞬變電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)中重建無法直接觀測(cè)到的未知地質(zhì)模型參數(shù)(如厚度和電阻率等)。它具有高度的非線性和非唯一性。傳統(tǒng)反演方法通常只能得到單個(gè)反演結(jié)果，且不能對(duì)估計(jì)的模型參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的不確定度分析。缺乏定量的不確定度估計(jì)限制了對(duì)反演結(jié)果的理解，使得在實(shí)際工程應(yīng)用中，可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤判斷。

2、貝葉斯理論為反演問題的參數(shù)不確定度量化提供了一個(gè)概率框架。貝葉斯反演算法是一種蒙特卡羅搜索方法，既可用于優(yōu)化，也可用于不確定度估計(jì)。在貝葉斯反演中，通常使用基于抽樣的方法從后驗(yàn)概率密度中抽樣，以獲取漸近無偏樣本。然而，基于采樣的方法計(jì)算量大，往往需要數(shù)十萬次迭代才能獲得有意義的結(jié)果，導(dǎo)致反演過程耗時(shí)很長(zhǎng)，計(jì)算成本極高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明點(diǎn)目的在于：為解決在貝葉斯反演中，反演過程耗時(shí)長(zhǎng)，計(jì)算成本極高的問題，本發(fā)明提供一種航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法、裝置和設(shè)備。

2、本申請(qǐng)實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本申請(qǐng)實(shí)施例第一方面提供一種航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法，包括：

4、獲取電阻率模型和發(fā)射線圈高度；所述電阻率模型表征地下介質(zhì)的電阻率分布，所述發(fā)射線圈高度表征航空瞬變電磁系統(tǒng)的飛行高度；

5、將所述電阻率模型和所述發(fā)射線圈高度作為輸入數(shù)據(jù)，以電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型；

6、將所述正演模擬模型耦合至并行式貝葉斯反演框架，生成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型；

7、基于所述目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)待分析航空瞬變電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行電阻率反演和定量不確定度分析，得到分析結(jié)果。

8、可選的，所述將所述電阻率模型和所述發(fā)射線圈高度作為輸入數(shù)據(jù)，以電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型，包括：

9、將所述電阻率模型、所述發(fā)射線圈高度和所述電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，生成歸一化數(shù)據(jù)；

10、基于預(yù)設(shè)磁場(chǎng)激發(fā)強(qiáng)度閾值將所述歸一化數(shù)據(jù)劃分為低磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)和高磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)；

11、分別利用所述低磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)和所述高磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型。

12、可選的，所述分別利用所述低磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)和所述高磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型，還包括：

13、利用所述低磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，將平均絕對(duì)誤差作為所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練的損失函數(shù)進(jìn)行迭代訓(xùn)練，直至滿足迭代停止條件，得到正演模擬模型。

14、可選的，所述分別利用所述低磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)和所述高磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型，還包括：

15、利用所述高磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，將均方誤差作為所述深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練的損失函數(shù)進(jìn)行迭代訓(xùn)練，直至滿足迭代停止條件，得到正演模擬模型。

16、可選的，所述電阻率模型的歸一化處理公式為：

17、

18、其中，ρn是歸一化后的用于構(gòu)建復(fù)合網(wǎng)絡(luò)模型的電阻率；ρ是用于構(gòu)建復(fù)合網(wǎng)絡(luò)模型的電阻率；ρmax和ρmin分別是用于構(gòu)建復(fù)合網(wǎng)絡(luò)模型的電阻率的最大值和最小值；a為-1；b為1；

19、所述發(fā)射線圈高度的歸一化處理公式為：

20、

21、其中，rn是歸一化后的航空瞬變電磁系統(tǒng)飛行高度；r是用于構(gòu)建復(fù)合網(wǎng)絡(luò)模型的航空瞬變電磁系統(tǒng)飛行高度；rmax和rmin分別是航空瞬變電磁系統(tǒng)飛行高度的最大值或最小值。

22、可選的，在將所述電阻率模型和所述發(fā)射線圈高度作為輸入數(shù)據(jù)，以電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型之前，所述方法還包括：

23、將所述電阻率模型分別輸入至兩個(gè)卷積池層，提取用于構(gòu)建所述正演模擬模型的觀測(cè)航空瞬變電磁數(shù)據(jù)中的特征圖；

24、將所述特征圖和所述發(fā)射線圈高度合并輸入至長(zhǎng)短時(shí)記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中生成電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)。

25、可選的，所述并行式貝葉斯反演框架是基于matlab開源代碼sippi。

26、本申請(qǐng)實(shí)施例第二方面提供一種航空瞬變電磁快速貝葉斯反演裝置，包括：獲取模塊、訓(xùn)練模塊、生成模塊和分析模塊，其中，

27、所述獲取模塊，配置為獲取電阻率模型和發(fā)射線圈高度；所述電阻率模型表征地下介質(zhì)的電阻率分布，所述發(fā)射線圈高度表征航空瞬變電磁系統(tǒng)的飛行高度；

28、所述訓(xùn)練模塊，配置為將所述電阻率模型和所述發(fā)射線圈高度作為輸入數(shù)據(jù)，以電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型；

29、所述生成模塊，配置為將所述正演模擬模型耦合至并行式貝葉斯反演框架，生成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型；

30、所述分析模塊，配置為基于所述目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)待分析航空瞬變電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行電阻率反演和定量不確定度分析，得到分析結(jié)果。

31、本申請(qǐng)實(shí)施例第三方面提供一種電子設(shè)備，包括處理器和存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器有存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算機(jī)程序在被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)第一方面所述的航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法。

32、本申請(qǐng)實(shí)施例第四方面提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)第一方面所述方法的步驟。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案帶來的有益效果是：

34、本發(fā)明提供一種航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法、裝置和設(shè)備，通過獲取電阻率模型和發(fā)射線圈高度，并將電阻率模型和發(fā)射線圈高度作為輸入數(shù)據(jù)，以電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型；將正演模擬模型耦合至并行式貝葉斯反演框架，生成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型；基于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)待分析航空瞬變電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行電阻率反演和定量不確定度分析，得到分析結(jié)果。通過將深度學(xué)習(xí)正演模擬器集成到貝葉斯反演框架中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)航空瞬變電磁數(shù)據(jù)的快速貝葉斯反演和定量不確定度估計(jì)，極大地提高了反演效率，使其在各種地球物理勘探任務(wù)中具有廣闊的應(yīng)用前景，顯著提升了勘探效率和結(jié)果的可靠性，為地質(zhì)研究和資源開發(fā)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

技術(shù)特征：

1.一種航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法，其特征在于，所述將所述電阻率模型和所述發(fā)射線圈高度作為輸入數(shù)據(jù)，以電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法，其特征在于，所述分別利用所述低磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)和所述高磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型，還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法，其特征在于，所述分別利用所述低磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)和所述高磁矩激發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法，其特征在于，所述電阻率模型的歸一化處理公式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法，其特征在于，在將所述電阻率模型和所述發(fā)射線圈高度作為輸入數(shù)據(jù)，以電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型之前，所述方法還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法，其特征在于，所述并行式貝葉斯反演框架是基于matlab開源代碼sippi。

8.一種航空瞬變電磁快速貝葉斯反演裝置，其特征在于，包括：獲取模塊、訓(xùn)練模塊、生成模塊和分析模塊，其中，

9.一種電子設(shè)備，包括處理器和存儲(chǔ)器；所述存儲(chǔ)器有存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序，其中，所述計(jì)算機(jī)程序在被所述處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法。

10.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7任一所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法、裝置和設(shè)備，涉及地球物理信號(hào)處理與分析技術(shù)領(lǐng)域，其中，航空瞬變電磁快速貝葉斯反演方法包括：獲取電阻率模型和發(fā)射線圈高度；將所述電阻率模型和所述發(fā)射線圈高度作為輸入數(shù)據(jù)，以電磁響應(yīng)數(shù)據(jù)作為輸出數(shù)據(jù)，對(duì)深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行訓(xùn)練，得到正演模擬模型；將所述正演模擬模型耦合至并行式貝葉斯反演框架，生成目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型；基于所述目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)待分析航空瞬變電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行電阻率反演和定量不確定度分析，得到分析結(jié)果。通過將深度學(xué)習(xí)正演模擬器集成到貝葉斯反演框架中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)航空瞬變電磁數(shù)據(jù)的快速貝葉斯反演和定量不確定度估計(jì)，極大地提高了反演效率。

技術(shù)研發(fā)人員：何思遠(yuǎn),王鶯,劉盼,肖逸飛,陳東旭,姚燈
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖南省震災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)防治中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19