基于二维高密度电阻率数据的二、三维反演对比(英文)

目前高密度电阻率法所采用的数据处理方法主要是将地质结构体视为二度体进行二维处理,因而二维数据资料处理结果只是一种近似解释,其计算精度与反演效果达不到精确反演的要求。设计两种典型的电阻率异常地质体模型,利用有限单元法进行正演计算。为更真实地模拟实测数据并分析二维、三维反演算法对噪声的敏感度,在正演剖面中加入1%的高斯随机误差,然后再分别利用最小二乘法进行高密度电阻率法二维、三维反演。对比二维和三维高密度电阻率法的反演水平切片及垂直切片图可知,三维反演受高斯随机误差的影响更小,反演结果在模型异常位置、形态和电阻率特性反映上都比二维反演的效果更好,与实际地质模型更接近。     

频率域线源CSAET二维反演数值计算

由于实测数据包含噪声和其固有的不完备性,决定了频率域电磁测深数据在数学计算上是一个非唯一解的、不稳定的问题,这就意味着不同的地电模型可以拟合在同一剖面上的视参数数据。面对这种问题可以通过给定加权的正则化方法使得病态逆问题变为稳定。本研究实现了频率域线源可控源音频大地电流法(CSAET法)剖面的二维反演计算。为了使反演过程稳定,采用了模型参数的平滑度约束的方法,并使用自适应正则化参数技术客观上调整了反演参数。并且在计算过程中利用了伴随方程近似计算方法,减少了计算灵敏度的耗时。数值计算表明,利用合成的数据可以得到精确的反演结果。     

不同幅度噪声和缺失数据对大地电磁正则化反演的影响

对野外实测大地电磁数据进行反演解释时,由于人文噪声的干扰和采集的数据不完全,增加了地球物理反演解释的难度,所以研究不同噪声和缺失数据信息对大地电磁正则化反演的影响非常必要。利用正则化理论研究不同噪声、数据"信息不完全"下对大地电磁反演的影响,分析解释最平坦模型、最平滑模型和最小模型的特点。结果表明:合适的正则化反演初始模型的选择,对反演的结果至关重要。最平坦模型、最平滑模型较好,最小模型效果一般;随着噪声的增加,反演效果逐渐变差;数据信息不完全的时候,如果其它先验信息丰富,仍然能够得到较好的反演结果。     

基于格点型有限体积法的大地电磁二维正演

伴随着大地电磁勘探方法的广泛应用，发展精确和快速的正反演算法成为应用地球物理学者和工程师们的研究重点。考虑到在大多数二维地电模型中，大地电磁响应不存在解析解，本文建立了格点型有限体积正演模拟算法。首先，从大地电磁场满足的变系数亥姆霍兹方程边值问题出发，导出了格点型有限体积法控制方程的离散表达式，对边界条件进行近似处理后求解线性方程组，得到大地电磁场数值解。其次，通过对均匀半空间模型和一维介质模型的模拟计算，与解析法计算结果对比，验证了有限体积正演算法的正确性和稳定性，并分析了纵向单元剖分间距对大地电磁响应的影响。然后，利用格点型有限体积算法精确地计算了COMMEMI 2D-1模型的大地电磁响应值，该方法的计算消耗和精度都优于有限差分法。最后，通过对典型二维地电模型的大地电磁响应模拟，总结了异常响应规律，可为实测数据的定性解释提供指导。     

超高密度电法有限单元法正演与广义最小二乘反演

针对超高密度电法的全四极装置,采用三角形网格剖分和线性插值的有限单元法进行正演模拟,然后对该模拟结果开展广义最小二乘正则化反演,反演过程中对模型参数同时施加光滑模型和背景模型约束以提高反演稳定性。以一个低阻双层结构模型为例,与5种常规电法进行对比,发现超高密度电法具有数据信息量大、反演精度高的优点。对一个山谷地形下正方体低阻模型的超高密度电法数据进行正演和反演模拟,反演结果表明:该方法在较复杂地形条件下也能较好地刻画出异常体的形态及地下电性的分布,提高物探解释精度。     

起伏地形电偶源2.5维有限元数值模拟

地形的起伏严重影响着电磁场分布,在实际资料处理中,研究地形起伏对电磁场的畸变规律可使电磁勘探解释更加准确可信。采用任意四边形网格剖分求解区域,实现起伏地形2.5维电偶源有限元正演算法,推导波数域电磁场耦合微分方程,通过基于等参单元的双二次插值将连续函数的微分离散化;采用一维非零元素紧缩存储,利用大规模稀疏矩阵并行求解器PARDISO求解,得到电偶源激发下二维地电断面的波数域电磁场响应。然后通过选取适当的波数进行傅里叶反变换,获取空间域电磁场响应,对正演中的关键问题,如波数的选择、场源参数的选取以及辅助场的计算等进行了分析和研究,为提高正演计算的精度和速度提供了理论保证。验证该算法的正确性和高效性,分别对山丘和山谷等典型地形进行了数值计算,分析起伏地形的电磁场响应规律。     

病态整体最小二乘的迭代正则化算法

当误差含变量(EIV)模型的设计矩阵病态时,采用普通整体最小二乘(TLS)算法得不到稳定的数值解。为了减弱病态性,在整体最小二乘准则的基础上附加解的二次范数约束,组成拉格朗日目标函数,推导EIV模型的正则化整体最小二乘解(RTLS)。然后将RTLS的求解转换为矩阵特征向量问题,设计一个迭代方案逼近RTLS解。通过L曲线法求得正则化因子来确定正常数,从而避免人为选择正常数的随意性。数值实例表明,提出的迭代正则化算法是有效可行的。     

基于高斯牛顿法的二维直流电阻率法的快速反演

从二维线源问题出发,对二维直流电阻率法高效、高精度正反演方法进行研究。在正演数值模拟中,引入直接解法求解器求解线性方程组,既保证了起伏地形条件下有限元法正演数值模拟的计算精度和计算效率,又为反演算法中"拟正演"快速回代求解提供了条件。结合高效、高精度的正演算法,采用高斯牛顿法对电阻率进行反演成像。在弱非均匀介质前提下,基于近似海森矩阵主对角线元素严格占优的特点,采用舍弃海森矩阵非对角线元素的策略,提高整个反演计算的效率。最后,利用合成数据对反演算法的有效性进行检验。结果表明:给出的反演算法稳定、快速,结合偶极-偶极装置和三极装置,能有效地反演出异常体的形状、大小和位置。     

基于光滑约束模型的大地电磁三维正则化反演(英文)

如何得到快速稳定的反演结果和更清晰地重建地下电阻率结构等问题仍然是当前大地电磁反演研究的一个重点。在构制目标函数中采用正则化方法,使不适定反演问题具有稳定的反演结果,并改善解的稳定性和非唯一性;将光滑约束模型和近似灵敏度矩阵求解方法应用于反演过程中,快速稳定地构建地下电阻率结构。理论模型试算的结果表明光滑约束正则化反演方法是可行的,并能合理地重建地下三维电阻率结构。     

大地电磁法在沈阳某区地热资源勘查中的应用

大地电磁测深因成本低、勘探深度大而获得地球物理工作者的青睐,同时其不受高阻层屏蔽并对高阻层下的低阻层有较好的反映,这些优势使得MT在地热资源探测的应用中变得越来越重要。本文通过对勘查区的6条MT剖面资料的反演结果,很好地反映出异常区及与之对应的水文地质单元,同时根据电性分布特征,解决深部构造问题的应用效果,为测区的进一步开发提供了可靠的地球物理信息。     

岩土渗流问题反分析的非线性最小二乘法

采用非线性最小二乘方法,研究了岩土渗流及演问题．建立了一套反演数值计算方法;主要内容包括叠代格式的建立,Jacobian矩阵的计算,高斯一牛顿方向的修正以及反演唯一性和稳定性问题。计算结果表明．此种方法有较快的收敛速度和较强的稳定性。     

E-E_x广域电磁法三维数值模拟

采用伪随机信号源的广域电磁法具有探测深度大、精度高、抗干扰能力强、效率高等优点,正成为新的研究热点。E Ex广域电磁法已经实现了一维和二维正反演。但地球介质是复杂的三维结构,所采集到的数据需要进行三维反演和解释,为了进一步提高广域电磁法的数据处理和解释精度,迫切需要进行广域电磁法三维正反演研究。采用积分方程法实现E Ex广域电磁法三维正演,首先对均匀半空间中存在低阻异常体进行了数值模拟,发现广域视电阻率不仅具有比CAGNIARD视电阻率更优的分辨能力,且广域视电阻率的场源阴影效应相对CAGNIARD视电阻率有所减弱;然后对均匀半空间中存在高阻异常体进行了数值模拟,结果表明CAGNIARD视电阻率对高阻体响应不明显,而广域视电阻率有良好反映。研究表明,无论是高阻还是低阻异常体,广域视电阻率的分辨能力都优于CAGNIARD视电阻率。     

基于正则化最小二乘法的接地网腐蚀状态评估方法

针对接地网腐蚀故障不易排查的问题,基于电网络理论,建立关于接地网端口电阻与腐蚀导体支路电阻的腐蚀评估方程,采用正则化最小二乘法,解决了方程求解中欠定和不适定的问题。通过比较了接地网导体支路电阻与腐蚀程度的关系,制定了腐蚀程度评估标准。对不同类型可及节点条件下接地网端口电阻进行仿真计算,提出了测量节点选取原则,解决了节点盲目选择情况下的误诊问题。通过仿真计算和模拟腐蚀试验,证明了正则化最小二乘法、腐蚀程度评估标准和测量节点选取原则对接地网腐蚀状态评估是可行的。     

基于最小二乘支持向量机建模的电液伺服系统故障检测方法

基于最小二乘支持向量机建模的方法,研究了电液伺服系统的故障检测问题.介绍了基于最小二乘支持向量机进行建模的基本原理,分析了电液伺服系统所存在的非线性和故障模式,给出了基于最小二乘支持向量机建模进行故障检测的方法,试验结果表明,由支持向量机模型预测输出与实际输出相比较所形成的残差,能够准确地反映故障发生与否的情况;同时,与神经网络方法和普通的支持向量机方法相比,最小二乘支持向量机方法更适合工程应用,效果更好.     

激电测深多通道观测方法及反演成像（英文）

为了改善中深部有色金属矿产资源的勘探效果,对激电测深多通道观测方法及反演成像技术展开研究。首先,提出4种多通道观测方法,包括单边和双边供电的三极和四极模式。然后,给出最小二乘意义下激电测深最大光滑约束反演方法,编制反演程序。通过对模拟和反演结果进行分析,双边供电的三极观测方法勘探效果最佳,但野外工作强度较大;单边供电的三极和四极观测方法的勘探结果较好,从探测效果及野外施工的角度考虑,它们更适合于实际应用;双边供电的四极观测方法不适于探测产状较陡立的脉状矿体。     

硅锰合金埋弧熔炼过程中炉渣成分软测量

针对硅锰合金埋弧熔炼过程中炉渣成分检测难的问题,提出一种基于自适应差分进化(ADE)优化的约减最小二乘支持向量机(RLSSVM)软测量模型。该模型以硅锰合金熔炼过程的工况参数为实测数据集,首先通过斯密特正交变换获取高维特征空间核矩阵的基,然后利用Direct Kernel PLS回归计算得到约减最小二乘支持向量机软测量模型,并以最小化训练样本的均方差为目标函数,用自适应差分进化算法优化最小二乘支持向量机的核参数和正则化参数,将此模型应用于30 MW硅锰合金埋弧冶炼过程炉渣成分测量。结果表明:ADE-RLSSVM模型测量值与实际值的最大相对误差为7.3%,运行时间为21 min。     

基于边界裁剪的初始坯料网格剖分算法

有限元动力显式算法中,初始坯料网格应具有良好的单元形态和尽可能大的最小单元尺寸,否则会严重影响求解计算的精度和速度,而传统二维平面有限元网格剖分算法无法满足动力显式算法对初始坯料网格的特殊要求.本文针对传统剖分算法的不足,提出了基于边界裁剪思想的初始坯料网格生成算法,可以有效保证网格良好的单元形态和最小单元边长要求,不合格单元较传统剖分算法减少40%以上.该算法具有实施简单、计算效率高等特点,并已成功应用于Fastamp软件的冲压成形全工序模拟模块中,取得了良好的应用效果.     

基于PSO-LS-SVM的漏磁信号二维轮廓重构

漏磁检测技术被广泛应用于铁磁材料的无损评估中,用漏磁信号描述缺陷的几何特征一直是漏磁检测的难点。提出应用最小二乘支持向量机对缺陷轮廓重构的方法,并利用粒子群算法来优化LS-SVM的参数及核函数参数。支持向量机输入是漏磁信号,输出是缺陷轮廓数据,建立了由缺陷的漏磁信号到缺陷二维轮廓的映射关系。训练样本由试验数据与仿真数据组成,测试样本为人工裂纹缺陷。该方法实现了人工裂纹缺陷的二维轮廓的重构,并与BP神经网络、GA-LS-SVM两种方法进行了比较。试验结果表明,该方法具有速度快、精度高和很好的泛化能力,为漏磁检测定量化提供了一种可行的方法。     

基于旋转交错网格的探地雷达正演数值模拟

以旋转交错网格(RSG)差分为基础,实现探地雷达(GPR)在非均匀突变介质中的正演数值模拟。通过利用旋转交错差分算子,将雷达波场各场分量设置在非均匀突变介质的基本单元中,单元内同一物性参数定义在同一位置,将对角线方向上物性参数差分值的线性组合来计算坐标轴方向上的物性参数差分值,针对非均匀特征变化剧烈的网格区域,算法中的单元网格形式不再需要进行插值,扩宽了数值稳定性条件的限制。推导了适合于探地雷达的旋转交错网格差分格式及TMy极化模式下的更新方程组,实现了均匀介质和非均匀突变介质中的TMy雷达波场的数值模拟,并分别从解析解、模拟剖面和波场快照的角度,与标准交错网格差分算法进行了对比。结果表明,在模拟非均匀特征明显的介质时,旋转交错网格算法可以选取更大的时间步长,数值色散程度控制更好,提高了模拟效率和成像精度,可更有效地指导非均匀突变介质中探地雷达数据的解译。     

铸件充型凝固三维数值模拟软件SRIFCAST的研制及其应用

铸件充型凝固过程数值模拟软件SRIFCAST在确定了金属液在充型和凝固冷却过程中的湍流和层流流动模式以及三维速度场和温度场数值模拟计算方程及数值求解的基础,编制了网格单元的剖分、三维速度场和温度场计算、二维等温线图、速度矢量图和三维温度场显示等程序;在Windows 9x操作平台上,设计了方便、快捷的各种鼠标操作主界面和分界面;建立了铸铁、铸钢、高温合金、铸造有色合金等金属材料,以及石英砂等造型材料的热物性参数数据库。SRIFCAST软件在汽车铸件和重大装备铸件上进行了生产应用,获得了优质铸件,证明了它的先进性、实用性和易操作性。