【摘要】：高密度電阻率法是以巖石、礦石之間電阻率的差異作為基礎(chǔ)的一種勘探方式,通過觀測和研究地下空間中各介質(zhì)間的電阻率差異,研究電場在空間上的分布特點(diǎn)和變化規(guī)律,從而到達(dá)查明地下地質(zhì)構(gòu)造,尋找地下電性目標(biāo)體的目的。事實(shí)上,高密度電阻率法本質(zhì)上屬于直流電法,是其中一個(gè)分支,是在常規(guī)電阻率法勘探基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型電阻率勘探方法,在探測斷面上同時(shí)布置多個(gè)電極,通過傳導(dǎo)電極向地下輸送電流,使地下空間內(nèi)的電性不均勻體形成穩(wěn)定電流場,通過自動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)置對布設(shè)的斷面進(jìn)行自動(dòng)測量和記錄,獲得地電斷面。高密度電阻率法在進(jìn)行地層劃分、探測隱伏構(gòu)造、巖溶空洞以及地質(zhì)滑坡體等任務(wù)中效果顯著,不僅在地下資源的勘探中有著廣泛的應(yīng)用,而且在各種工程中同樣有著廣泛的應(yīng)用。然而,高密度電阻率法的反演實(shí)際上則是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的非線性求解問題,傳統(tǒng)的反演方法中,總是將非線性問題進(jìn)行線性化處理。將非線性問題在初始模型附近進(jìn)行線性化處理,容易導(dǎo)致反演陷入局部極小、依賴初始模型的選擇等一系列問題,同時(shí),在二維有限元反演中,關(guān)鍵性的偏導(dǎo)數(shù)矩陣的求解是比較困難的。隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的不斷完善,因其獨(dú)有的學(xué)習(xí)記憶和非線性逼近能力,本文嘗試使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法來處理電法數(shù)據(jù)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有能夠避免過度依賴初始模型的優(yōu)點(diǎn),也不需要將非線性問題進(jìn)行線性化處理,在很大程度上能解決常規(guī)反演所遇到的問題。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性反演還能夠得到比傳統(tǒng)反演方法效果更好的精細(xì)結(jié)構(gòu),一旦訓(xùn)練完成,其效率和精度是傳統(tǒng)反演方法無法比擬的。在全球變暖的大背景下,全球氣溫不斷升高對凍土的凍脹、融降等產(chǎn)生很大影響,凍土的凍脹和融降又對人類生活、生產(chǎn)帶來了了很大影響,我國又是一個(gè)凍土大國,尤其東北地區(qū)更是一個(gè)受季節(jié)性凍土和永久凍土廣泛影響的地區(qū),位于東北地區(qū)的交通設(shè)施、建筑、市政工程等受影響嚴(yán)重。處理不好凍土帶來的影響,就有可能引起重大災(zāi)難,給國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大隱患。因此,本文首次使用高密度電阻率法對季節(jié)性凍土進(jìn)行長期監(jiān)測,并首次使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對高密度視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,開展深入研究,了解其凍融規(guī)律,掌握其特性,對我們進(jìn)行工程建設(shè)有重要指導(dǎo)意義。本文先使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法中的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對合成數(shù)據(jù)進(jìn)行反演時(shí),并且建模時(shí)是將所有的視電阻率數(shù)據(jù)和真電阻率數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,采用最新型的網(wǎng)絡(luò)函數(shù)。訓(xùn)練樣本均是通過基于有限差分方法正演得到,訓(xùn)練樣本中的訓(xùn)練模型電極數(shù)設(shè)置為36個(gè)電極,裝置形式采用溫納裝置,電極距設(shè)置為1m,供采集10層195個(gè)視電阻率數(shù)據(jù),同時(shí)生成的真實(shí)電阻率數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為1960個(gè),共獲得95個(gè)包括層狀、塊狀等模型在內(nèi)的訓(xùn)練模型用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。本文又使用經(jīng)典的地質(zhì)模型對訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢驗(yàn),經(jīng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演得到的結(jié)果表明,相對傳統(tǒng)反演方法而言,使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對高密度視電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演可以獲得更為精細(xì)的地電結(jié)構(gòu),而且一旦訓(xùn)練完成,反演則變得快速簡單。最后,本文根據(jù)相應(yīng)的先驗(yàn)信息先對在吉林大學(xué)朝陽校區(qū)內(nèi)的防空洞處所采集的實(shí)測數(shù)據(jù)專門設(shè)計(jì)了訓(xùn)練模型,并用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了反演,反演結(jié)果表明使用訓(xùn)練得當(dāng)?shù)腂P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對視電阻率實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行反演可以獲得比傳統(tǒng)方法更為準(zhǔn)確的反演結(jié)果,能更好地刻畫反演目標(biāo)體的精細(xì)結(jié)構(gòu),不僅形態(tài)上更為準(zhǔn)確,結(jié)果中的電阻率值相對傳統(tǒng)反演方法也比較精確。然后本論文又首次使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對連續(xù)長達(dá)七個(gè)月跨越三個(gè)季節(jié)的長春地區(qū)凍土監(jiān)測實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理,反演結(jié)果表明,在對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行充分訓(xùn)練的情況下,使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以更好地反映出整個(gè)土壤由未凍到凍結(jié)再到解凍整個(gè)過程,更好地反映季節(jié)性凍土的凍融規(guī)律和電性剖面特征。
【圖文】：

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步優(yōu)化之上，在算法性能上有所提法引入到高密度電法反演領(lǐng)域，通過該算法對 B度、速度均有提升。2017 年，趙濤[28-29]運(yùn)用遺傳算畢業(yè)論文中進(jìn)一步用多目標(biāo)優(yōu)化算法對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)純的 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有所提升。容及章節(jié)介紹計(jì)著手，對比研究了不同訓(xùn)練模型、不同傳遞函數(shù)定了最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以保證獲取最為精確的結(jié)果，空洞數(shù)據(jù)驗(yàn)證算法準(zhǔn)確性，結(jié)果表明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚焦長期監(jiān)測的凍土實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，，反演結(jié)果很好的變化規(guī)律，對后續(xù)繼續(xù)展開凍土研究有很大意義

第 2 章 高密度電阻率法探測技術(shù)及相關(guān)理論 2 章 高密度電阻率法探測技術(shù)及相關(guān)理論阻率法探是以地下空間中巖石、礦石的物性差異（導(dǎo)電性差別）探時(shí)是通過通電電極向地下傳輸電流，通過這種方式在場，通過電阻率勘探儀器來探測地下空間中不同的地質(zhì)體來推斷地下空間中地質(zhì)體的分布情況，從而解決各種地質(zhì)時(shí)，并且地下介質(zhì)是均勻各向同性介質(zhì)時(shí)，在地面上任意送電流，用測量電極 MN 對其間的電位差值進(jìn)行測量[32-3
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P631.322;P642.14

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本文編號：2679428