[發(fā)明專利]一種基于定向平滑約束反演的場地污染物刻畫方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN113034638B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 毛德強(qiáng);馬新民;夏騰;馬敏;趙瑞玨;孟健;劉正達(dá);王亞洵
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06T5/00;G06F17/16;G06F30/367;G06K9/62;G06Q50/26;G06V10/74
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11385
• 代理人: 王月松

本發(fā)明公開了一種基于定向平滑約束反演的場地污染物刻畫方法及系統(tǒng)，方法包括：根據(jù)污染場地的鉆孔數(shù)據(jù)和地質(zhì)測量數(shù)據(jù)獲得污染場地結(jié)構(gòu)邊界上的電阻率差異界面信息；根據(jù)電阻率差異界面信息構(gòu)建灰度圖；將灰度圖量化為多個(gè)局部灰度圖；計(jì)算多個(gè)局部灰度圖的結(jié)構(gòu)張量，根據(jù)結(jié)構(gòu)張量計(jì)算擴(kuò)散張量和相似度；根據(jù)相似度對電阻率差異界面確定最終電阻率差異界面；根據(jù)擴(kuò)散張量計(jì)算最終電阻率差異界面在四個(gè)方向的平滑權(quán)重系數(shù)；根據(jù)四個(gè)方向的平滑權(quán)重系數(shù)構(gòu)建四方向加權(quán)平滑矩陣并代入反演算法，獲得反演電阻率預(yù)測模型；根據(jù)反演電阻率預(yù)測模型確定場地污染物分布范圍。本發(fā)明提高了電阻率反演的準(zhǔn)確性，使得對污染物空間分布范圍的確定也更加精確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及場地污染物調(diào)查技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于定向平滑約束反演的場地污染物刻畫方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境問題日益突出，場地污染狀況也愈發(fā)嚴(yán)重。由于在工業(yè)生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生不同的毒害污染物，包括重金屬、農(nóng)藥、石油烴和溶劑類有機(jī)物等，而大部分場地處于復(fù)合污染狀態(tài)，這給污染場地的調(diào)查增加了極大的難度。高密度電阻率法是常見的一種場地污染物調(diào)查方法，根據(jù)污染物與其周圍介質(zhì)在電性上的差異來推斷地下污染的空間分布。電阻率反演方法是在正演的基礎(chǔ)上，對初始地電模型迭代反演，獲得電阻率預(yù)測模型，并且最終得到的電阻率預(yù)測模型的正演結(jié)果與野外的測試數(shù)據(jù)(高密度電阻率法獲得的測量視電阻率值等)之間的誤差在規(guī)定范圍內(nèi)，從而得到具有一定可信度的電阻率預(yù)測模型。根據(jù)地下介質(zhì)電阻率分布情況，推斷地下污染物的分布范圍與深度，補(bǔ)足傳統(tǒng)調(diào)查的缺點(diǎn)，達(dá)到相輔相成的作用。

傳統(tǒng)的電阻率反演算法多采用基于高斯牛頓的平滑約束的最小二乘方法，其計(jì)算公式可以表示為：E^α(R)＝(G(R)-b)^TS_d(G(R)-b)+α(R-R₀)^TS_m(R-R₀)，其中E^α(R)為正則化目標(biāo)函數(shù)，R為電阻率模型，G(R)為電阻率模型R的正演數(shù)據(jù)，b為野外測得的觀測數(shù)據(jù)，S_d為權(quán)重矩陣，α為正則化參數(shù)，R₀為前一次迭代反演的電阻率模型，S_m為平滑矩陣。通過使正則化目標(biāo)函數(shù)最小化，來獲得最優(yōu)電阻率預(yù)測模型:R^*＝argminE^α(R)。

對于二維電阻率反演，其傳統(tǒng)的平滑矩陣公式：S_x、S_z分別為水平方向和豎直方向的平滑矩陣，由公式可知其僅對水平方向和豎直方向兩個(gè)方向的電阻率進(jìn)行平滑處理。因而，當(dāng)?shù)叵陆橘|(zhì)存在較明顯的電阻率差異界面(地層分界或斷層裂隙等)時(shí)，兩方向平滑矩陣會(huì)使這些反演得到的電阻率差異界面的輪廓和位置出現(xiàn)偏差，同時(shí)界面周圍的電阻率反演結(jié)果的誤差也會(huì)變大。因此，上述反演方法雖然計(jì)算快速和高效，但是在平滑約束的過程中忽略了結(jié)構(gòu)邊界的影響，使得在結(jié)構(gòu)界面明顯的場地進(jìn)行電阻率反演時(shí)，無法較為準(zhǔn)確的刻畫真實(shí)的地層結(jié)構(gòu)，且反演得到的地下介質(zhì)的電阻率值較真實(shí)電阻率值誤差較大，在圈定污染物空間分布時(shí)常會(huì)造成錯(cuò)誤的推斷，對污染場地調(diào)查產(chǎn)生極大困擾。

因此，如何在電阻率反演過程中進(jìn)行針對性地平滑處理，更好的保留較為真實(shí)的結(jié)構(gòu)邊界信息，提高電阻率反演的準(zhǔn)確性，從而較為精確的刻畫污染場地地層結(jié)構(gòu)和污染物空間分布是急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于定向平滑約束反演的場地污染物刻畫方法及系統(tǒng)，以提高調(diào)查場地污染物分布范圍的精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于定向平滑約束反演的場地污染物刻畫方法，所述方法包括：

S1：根據(jù)污染場地的鉆孔數(shù)據(jù)和地質(zhì)測量數(shù)據(jù)，獲得污染場地結(jié)構(gòu)邊界上的電阻率差異界面信息；所述地質(zhì)測量數(shù)據(jù)包括地質(zhì)雷達(dá)測量數(shù)據(jù)或者地震測量數(shù)據(jù)；所述電阻率差異界面信息包括電阻率差異界面和電阻率差異界面的電阻率差值；

S2：根據(jù)所述電阻率差異界面信息構(gòu)建灰度圖；