[發明專利]一種基于智能算法的層析反演方法

在審

• 申請號: 202010647844.0
• 申請日: 2020-07-07
• 公開（公告）號: CN111830583A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 郭昌放;楊真
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38;G01V3/30
• 代理公司: 北京淮海知識產權代理事務所(普通合伙) 32205
• 代理人: 張旭

1.一種基于智能算法的層析反演方法，其特征在于，具體步驟為：

Ⅰ、采用無線電波坑透獲取工作面的原始數據；

Ⅱ、將工作面進行網格離散化，利用直射線理論獲得每條射線在工作面內所有網格的截距；其中，網格數目為B，射線條數為A；并用x_j代表第j個網格的真實吸收系數，j＝1,2,3…B；

假設任一條射線y_i從發射端穿過工作面達到接收端，該射線在第j個網格的截距為d_ij；其中若設定射線的條數為A，則在第i條射線路徑上有：i＝1,2,3…A；

由于已知：

H_i＝H₀-20y_ilge-20lgr_i (2)

將公式(1)和(2)聯立，即：

上式中：

H_i為針對第i條射線采集到的無線電波場強數據；

H₀為無線電波的發射初始場強值；

r_i為第i條射線的長度；

Ⅲ、根據原始無線電波坑透數據、網格截距以及直射線理論，構建無線電波層析反演矩陣方程組；

由于煤礦無線電波坑透探測的整個過程是利用多個發射點產生無線電波，其中針對每一個發射點激發產生的無線電波均有多個接收點進行數據的采集，則公式(1)能進一步推廣為：

簡化后，得出：

[D][X]＝[Y]

式中：

[D]為A*B階系數矩陣，即每條射線通過每個網格的截距，其中射線條數為A，網格數目為B；

[X]為B*1階未知系數矩陣，為每個像素的無線電波吸收系數；

[Y]為A*1階常數矩陣，各觀測方式下與實測場強有關的常數，均為已知數據；

其中，[X]為需要反演的目標值，即對矩陣方程組的[X]進行求解；

Ⅳ、將步驟Ⅲ中對矩陣方程組求解模型轉化為泛函極小值求解模型，并建立層析反演目標函數模型，從而利用該目標函數模型得出層析反演結果，獲得工作面內的異常分布情況，具體過程為：

定義目標函數為觀測數據與理論數據之間的差值，在無線電波層析反演過程中，首先通過無線電波接收設備得到實測場強值，將探測范圍內進行網格離散化，然后設定一個上限和下限，形成一個范圍值，在設定的范圍值內隨機賦予探測范圍內每個網格的吸收系數理論值，進而將賦予的吸收系數理論值轉化為理論觀測場強值；最后，通過已知的極值搜索智能算法對目標函數進行處理，通過反復更新每個網格吸收系數理論數值，直到實測場強值與理論值之間差值到達最小，即滿足停止條件，此時輸出當前時刻每個網格對應反演的吸收系數值；目標函數定義如下：

式中，X＝(x₁,x₂,…,x_j,…,x_B)為待反演的吸收系數向量；

此時，無線電波地質異常層析反演模型定義為：求X′∈C，使得

f(X′)＝minf(X)

其中，X′＝(x′₁,x′₂,…,x′_j,…,x′_B)為目標函數f(X)達到最小值時，得到的每個網格對應反演的吸收系數值，C＝{(x₁,x₂,…,x_j,…,x_B)|lb≤x_j≤ub，j＝1,2,...,B}；lb和ub分別為設定的上限和下限；

通過上述處理得到每個網格反演的吸收系數值，最終將各個網格的吸收系數值通過圖像顯示，從而得出工作面內的異常分布情況。