基于人工神经网络电性源半航空视电阻率反演方法研究

【摘要】电性源半航空瞬变电磁法属于时间域电磁法（Time-domainelectromagneticmethods简称TEM），由长导线铺设在地面作为发射源，向地下发射电磁脉冲，通过搭载于飞艇或无人机上的接收系统采集响应信号。半航空电磁系统的出现，解决了地面瞬变电磁系统工作效率低、受地形限制严重和航空瞬变电磁系统勘探深度小、存在人机安全问题等难题，近几年来成为电磁勘探领域的研究热点方向。目前电性源半航空瞬变电磁视电阻率计算，主要采用地面长偏移距瞬变电磁（LOTEM）的方法来近似获得。这样处理一方面数据解释忽略飞行高度影响，反演输出的视电阻率与真实电阻率之间存在很大的偏差，另一方面正演计算速度慢、视电阻率存在多解问题，反演效率低、适用性差。针对以上问题，结合吉林省双十项目“时间域半航空系统研制”的科研实际，以电性源半航空瞬变电磁法和人工神经网络理论为基础，主要研究内容如下：(1)结合电性源半航空瞬变电磁系统的特点，深入研究了半航空瞬变电磁法电磁场理论，推导了长接地导线电性源层状大地垂直磁场响应的表达式。通过矩阵运算，实现了半航空电磁响应快速正演计算，在保证计算精度基础上，计算效率较传统数值迭代法有极大的提高，为建立正演样本集奠定基础。(2)通过典型大地模型响应计算，讨论了半航空瞬变电磁响应的特征，与地面瞬变电磁响应进行对比，分析了接收高度对半航空电磁响应的影响，将人工神经网络运用到半航空瞬变电磁信号的反演解释中。研究了BP神经网络的基本理论。通过训练样本集建立、数据预处理、网络参数设定，深入探讨了BP神经网络的建立过程。(3)通过对电性源半航空瞬变电磁进行正演计算，将理论计算的感应电动势进行等效变换，建立感应电动势与电阻率单一映射关系的样本集，选用三层BP神经网络和Levenberg-Marquardt算法对样本集进行训练，优选出收敛速度快、误差小的网络参数。通过仿真模型验证了神经网络反演方法的准确性和有效性。(4)对电性源半航空瞬变电磁系统野外实验实测数据进行处理与解释。给出半航空实测数据解释结果，通过与基于地面LOTEM方法处理结果以及地面瞬变电磁探测结果对比，进一步验证了基于BP神经网络的反演方法的有效性和实用性。本文完成了电性源半航空瞬变电磁响应高精度快速运算，为半航空瞬变电磁数据解释奠定了基础。重点研究了基于人工神经网络的电性源半航空视电阻率反演解释算法。为野外半航空实验数据快速解释提供保障。
【作者】徐江；
【导师】嵇艳鞠；王珏新；
【作者基本信息】吉林大学，电工理论与新技术，2014，硕士
【关键词】电性源半航空瞬变电磁；人工神经网络；反演方法；视电阻率；

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