[發(fā)明專利]一種基于深度殘差網(wǎng)絡(luò)的大地電磁信號識別與重建方法及其系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111543798.0
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114429151A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張良;李廣;湯井田;陳超健;任政勇;劉曉瓊;肖曉;石福升
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 姚瑤

1.一種基于深度殘差網(wǎng)絡(luò)的大地電磁信號識別與重建方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：構(gòu)建樣本庫1，并標(biāo)記每個數(shù)據(jù)段的類別標(biāo)簽；所述樣本庫1包括含噪數(shù)據(jù)段和高質(zhì)量數(shù)據(jù)段，所述類別標(biāo)簽表示數(shù)據(jù)段為含噪數(shù)據(jù)段或高質(zhì)量數(shù)據(jù)段；

步驟2：對所述樣本庫1中的數(shù)據(jù)段進(jìn)行格拉曼角場變換得到格拉曼角場圖像，其中，是將一維的大地電磁數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為二維的格拉曼角場圖像；

步驟3：構(gòu)建深度殘差分類網(wǎng)絡(luò)，并利用步驟2中的格拉曼角場圖像及其對應(yīng)的分類標(biāo)簽進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到大地電磁數(shù)據(jù)分類模型；

步驟4：將待去噪的大地電磁數(shù)據(jù)進(jìn)行分段再進(jìn)行格拉曼角場變換，變換后將其輸入至步驟3構(gòu)建的所述大地電磁數(shù)據(jù)分類模型得到每個數(shù)據(jù)段的分類標(biāo)簽，其中，基于所述分類標(biāo)簽識別數(shù)據(jù)段為含噪數(shù)據(jù)段或高質(zhì)量數(shù)據(jù)段；

步驟5：將步驟4中識別出的含噪數(shù)據(jù)段進(jìn)行重構(gòu)或去噪；

步驟6：將步驟4中識別出的高質(zhì)量數(shù)據(jù)段與步驟5中重構(gòu)或去噪后的數(shù)據(jù)段進(jìn)行按序拼接得到完整的大地電磁去噪序列。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2中對每個數(shù)據(jù)段進(jìn)行格拉曼角場變換得到格拉曼角場圖像時，均執(zhí)行如下步驟：

將樣本庫1中每個數(shù)據(jù)段劃分為等長度的數(shù)據(jù)小段，并進(jìn)行歸一處理；

對每個數(shù)據(jù)小段均進(jìn)行極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；

計(jì)算每兩個數(shù)據(jù)小段之間的格拉曼角和場或格拉曼角差場；

再基于所述格拉曼角和場或格拉曼角差場進(jìn)行變換得到二維的格拉曼角場圖像。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟5中利用大地電磁數(shù)據(jù)重建模型將步驟4中識別出的含噪數(shù)據(jù)段進(jìn)行重構(gòu)；

其中，所述大地電磁數(shù)據(jù)重建模型是基于深度殘差數(shù)據(jù)重建網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練得到，訓(xùn)練過程是將含噪數(shù)據(jù)段及其高質(zhì)量數(shù)據(jù)段輸入所述深度殘差數(shù)據(jù)重建網(wǎng)絡(luò)，得到的所述大地電磁數(shù)據(jù)重建模型的模型輸入為含噪數(shù)據(jù)段，輸出為高質(zhì)量數(shù)據(jù)段。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述大地電磁數(shù)據(jù)重建模型的輸入、輸出均是一維大地電磁數(shù)據(jù)段。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：所述大地電磁重建模型的輸入、輸出均是一維大地電磁數(shù)據(jù)段對應(yīng)的格拉曼角場圖像，對應(yīng)步驟5中含噪數(shù)據(jù)段的重構(gòu)過程為：

將含噪數(shù)據(jù)段對應(yīng)的格拉曼角場圖像輸入至所述大地電磁重構(gòu)模型得到高質(zhì)量數(shù)據(jù)段對應(yīng)的格拉曼角場圖像，再對其進(jìn)行逆轉(zhuǎn)換得到一維大地電磁數(shù)據(jù)段。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的方法，其特征在于：權(quán)利要求1中所述深度殘差分類網(wǎng)絡(luò)或權(quán)利要求3中所述深度殘差數(shù)據(jù)重建網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱藏層以及輸出層；

其中，所述隱藏層由卷積層、恒等殘差塊、卷積殘差塊以及最大池化層構(gòu)成，所述恒等殘差塊包括一維卷積和恒等連接，所述卷積殘差塊包括一維卷積和一維逐點(diǎn)卷積，所述恒等殘差塊輸入和輸出具備相同的通道數(shù)；所述卷積殘差塊通過卷積核尺寸為1的卷積改變通道數(shù)，使輸入和輸出具備相同的通道數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述隱藏層由卷積層1、恒等殘差塊2、恒等殘差塊3、卷積殘差塊4、恒等殘差塊5、卷積殘差塊6、恒等殘差塊7、卷積殘差塊8、恒等殘差塊9、最大池化層10共計(jì)十部分構(gòu)成，其中，恒等殘差塊包含2個一維卷積和1個恒等連接，卷積殘差塊包含2個一維卷積和1個一維逐點(diǎn)卷積。