大地电磁反演中改进的自适应正则化因子选取

通过建立大地电磁(MT)层状地电模型,利用共轭梯度法求解反问题,在给定不同初始模型的条件下对多种正则化因子选取方法进行了计算比较,分析了各种方法的特点和使用条件.结果表明,自适应正则化算法的效果与传统的定值方法如L曲线法相近,但反演过程远比传统方法便捷.为了解决反演依赖于初始模型的局限并增强解的稳定性,基于多种自适应正则化方案的对比分析,提出了改进的自适应正则化方案,选取数据拟合泛函与模型稳定泛函较大的比值为正则化因子的初始值,并提出相应的调整方案自动控制正则化因子衰减.模型试验表明,该方法对初始模型的依赖性低于其他几种自适应的算法,反演结果的稳定性较强,可以进一步提高正则化反演的效率.     

大地电磁反演中改进的自适应正则化因子选取研究

通过建立大地电磁(MT)层状地电模型,利用共轭梯度法求解反问题,在给定不同初始模型的条件下对多种正则化因子选取方法进行了计算比较,分析了各种方法的特点和使用条件.结果表明,自适应正则化算法的效果与传统的定值方法如L曲线法相近,但反演过程远比传统方法便捷.为了解决反演依赖于初始模型的局限并增强解的稳定性,基于多种自适应正则化方案的对比分析,提出了改进的自适应正则化方案,选取数据拟合泛函与模型稳定泛函较大的比值为正则化因子的初始值,并提出相应的调整方案自动控制正则化因子衰减.模型试验表明,该方法对初始模型的依赖性低于其他几种自适应的算法,反演结果的稳定性较强,可以进一步提高正则化反演的效率.     

基于最小支持的2.5维直流电阻率正则化反演研究

地球物理反问题存在多解性和不稳定性,正则化是得到稳定解的重要手段之一,正则化方法中稳定因子的设计与正则化因子的选择是两项重要研究内容.稳定因子的主要功能是对模型的解空间进行限制,以减少多解性,求得稳定解;为更好的定位地下目标体,研究工作采用了最小支持稳定因子,并给出了统一表达形式.正则化因子在模型误差与数据误差之间起到平衡作用,研究工作在“L曲线法”自动选取正则化因子的基础上,提出一种修正的计算正则化因子算法.以2.5维直流电阻率为例,运用非线性共轭梯度法,进行了试算研究,结果表明了修正的“L曲线法”算法快速、稳定,最小支持稳定因子具有较好的聚焦特性,有利于实现陡变边界反演.     

二维直流电阻率与音频大地电磁自适应渐进联合反演

开展了非结构化三角网格条件下的二维直流电阻率与音频大地电磁自适应渐进正则化联合反演研究。通过研发以模型灵敏度信息为依据的反演网格自适应优化技术,构建由粗网格到细网格逐步反演的自适应渐进反演策略,减少了反问题对稳定因子的依赖,进而降低了正则化因子搜索的计算量;通过最小二乘算法求解非结构化三角网格的模型粗糙度,构建了非结构化网格条件下的最小结构稳定因子;采用高斯-牛顿法优化求解正则化反演目标函数,通过双共轭梯度稳定算法求解高斯-牛顿方程,确保反演稳定性,同时有效减少了反问题对内存的需求。理论模型与实测数据的联合反演试算表明,直流电阻率与音频大地电磁数据联合反演能够有效减少反演多解性,提高反演效果,实现音频大地电磁静态效应异常体的直接反演。     

大地电磁测深和重力数据同步正则化联合反演

在以往正则化联合反演中,不同的地球物理方法均采用相同的正则化因子。当不同的地球物理方法的数据拟合泛函和模型稳定泛函的数量级不一致时,单正则化因子条件下的正则化联合反演不能充分发挥不同地球物理方法各自模型约束泛函的作用。针对这点不足,以大地电磁测深(MT)和重力联合反演为例,提出了双正则化因子的确定方法,新方法根据MT和重力方法各自的数据拟合效率实现了正则化因子的自适应调整。设计了非完全共界面的断块模型。模型试验表明:与传统的MT和重力正则化联合反演相比,双正则化因子条件下的MT和重力联合反演可以更好地发挥各自的模型约束泛函的模型约束作用,联合反演的解更符合真实模型。     

一种适合磁异常反演的正则化因子选取方法

为更精确地确定地下磁性物质的分布,结合工程勘察中的磁法探勘和位场反演特点,借鉴Zhdanov等提出的自适应正则化因子选取方式,提出一种适合磁异常反演的完全自适应正则化方法。在进行一次常规自适应算法的基础上,得到估计的正则化因子初始值,根据数据拟合的下降效率确定合适的正则化因子的计算值,并采用较大的衰减因子,通过自动衰减正则化因子在考虑计算效率的条件下得到较好的数据拟合和稳定的反演结果。模型实验表明,此方法的数据拟合效果比L曲线法更好,同时在解稳定的前提下减少了迭代次数。     

二维MT电阻率与磁导率同时反演研究

开展了同时考虑介质电阻率与磁导率变化的大地电磁二维正则化反演问题研究。不考虑位移电流影响的大地电磁勘探,电阻率与磁导率是影响观测电磁场的主要物理参数;考虑岩石的电阻率变化范围相比磁导率大的多,所以大地电磁反演解释常常只考虑电阻率;然而,二维正演模拟表明,当地下介质含有较多铁磁性矿物时,磁导率的局部异常体对大地电磁观测的影响不能忽略。因此,开展了同时反演电阻率与磁导率的正则化反演,建立了同时反演两个参数的正则化反演目标函数,并通过高斯-牛顿法对正则化目标函数进行最优化求解;采用模型空间到反演空间的函数映射技术,将电阻率与磁导率限定在具有实际物理意义的变化区间,并通过双共轭梯度稳定算法求解高斯-牛顿系统,以确保反演稳定性。对合成数据与实测数据进行了反演,表明从大地电磁数据可以恢复地下介质磁导率,开展磁导率与电阻率的同时反演提高了反演效果,丰富了数据解释依据。     

含地形起伏的MT模型非规则四边形FEM正演与反演

从大地电磁(MT)边值问题满足的变分方程出发,采用非规则四边形网格、双线性插值有限单元法(FEM)开展复杂起伏地形MT模型正演,探讨二维Jacobian变换行列式的计算方法,推导任意非规则四边形单元的插值方式及单元系数矩阵表达式,实现起伏地形MT模型的高精度正演。然后,介绍光滑约束的Tikhonov正则化反演算法,针对反演中正则化参数选取困难的问题,将广泛应用的L-curve法引入反演的正则化参数选取中。研究结果表明:L-curve法的曲线中曲率最大的拐点准确地指示了最优正则化参数;L-curve法选取的最优正则化参数对应的反演结果与原模型所示结果吻合度最高,反演效果最好。     

距离观测方程非线性平差的正则化共轭梯度法

基于稳定泛函约束思想,推导了距离观测方程非线性平差的正则化共轭梯度法.该算法将稳定泛函约束作用于共轭梯度法,解决了共轭梯度法求解病态测距定位方程的不稳定甚至不收敛的问题,提高了正则化数值算法的收敛效率,最后采用模拟数据和水下定位实测数据进行了验证.实验结果表明,该算法具有较好的收敛稳定性,收敛效率优于迭代正则化算法.     

截断奇异值分解的生物发光断层成像重建问题

目的 研究生物发光断层成像重建问题的求解方法,通过生物体表面检测到的光学信号准确、稳定地重建出生物体内部荧光光源的分布.方法 将截断奇异值分解TSVD正则化技术用于已知光源可行区域的生物发光断层成像逆问题求解中,并利用广义交叉验证法结合一维搜索来选择合适的正则化参数.结果 数值仿真表明,TSVD法可以快速有效地进行单光源和双光源的重建.结论 TSVD方法在BLT重建中是可行和有效的,与常用的Tikhonor正则化方法相比,TSVD法的抗噪性能更好,重建时间也较少,且正则化参数的选取及调整更为方便.     

MT信号处理中小波分析与Hilbert-Huang变换的比较

以实测大地电磁信号为分析对象,对比研究了小波分析和Hilbert-Huang变换在大地电磁（magnetotelluric,MT）信号分解和时频分析上面的特点.给出了小波分析和Hilbert-Huang变换的数学原理,分析了2种方法在MT信号分解中的分解方法及其物理意义,讨论了2种方法在MT信号时频谱表征能力上的异同,为大地电磁信号分析方法的选择提供用了有价值的参考.     

基于数学形态滤波的大地电磁强干扰分离方法

针对矿集区大地电磁信号采集过程中常引入强噪声干扰等问题,采用数学形态滤波对大地电磁强干扰分离方法进行研究。在仿真信号中加入常见的强干扰来检验形态滤波的降噪能力,根据噪声类型选取不同结构元素尺寸及大小,并将形态滤波应用于实测大地电磁数据的降噪处理。采用非线性共轭梯度法进行反演,考查形态滤波对提高大地电磁测量数据质量的改善情况。研究结果表明:数学形态滤波能有效消除大地电磁强干扰中的大尺度干扰和基线漂移现象,重构信号基本保留原始大地电磁信号特征,改善大地电磁测深数据质量。由于该方法原理简单、并行运算速度快,具有较好的应用价值,适合于矿集区海量大地电磁强干扰分离。     

垂直激电测深二维自适应正则化反演

为了提高垂直激电测深2维反演的分辨率和稳定性,提出了一种针对垂直激电测深数据的自适应正则化反演方法.在整个反演过程中,正则化因子的选取无需人为干涉,实现了完全的自适应.给出了极化率数据的广义线性总体光滑约束反演方法,分别对极化率反演中初始模型的给定、偏导数矩阵的计算及自适应正则化因子的选取进行了研究,并编制了实用、高效的垂直激电测深2维反演软件.通过对模拟和实测的垂直激电测深数据反演,验证了方法的可行性和有效性,编制的反演软件可用于实际生产.     

非智力因素对学习效果的影响及对策探讨

学生的学习是一个漫长的复杂过程。要提高学生学习的成绩,不仅需要学生的注意力、观察力、记忆力、思维力和想象力等智力因素的积极参与,也需要兴趣、情感、意志和性格等非智力因素的积极参与。智力因素和非智力因素对学生获取学习的成功都是不可缺少的。那么,究竟什么是非智力因素呢?它与学习效果的影响如何?对此应采取哪些对策?本文仅就此问题进行探讨。     

基于非重叠区域分解算法的大地电磁法二维正演模拟

区域分解算法采用分而治之的思想,将大规模问题转化为若干个小问题进行求解,已成为大规模数值计算领域的常用算法之一。将非重叠区域分解算法引入到大地电磁法二维正演模拟中。首先将整个求解区域分解为多个互不重叠的子域,子域之间共享边界元素;然后对每个子域采用有限差分进行离散,采用Schur补偿算法解耦得到共享边界节点上的未知数,并作为子域问题的边界条件得到关于子域内部节点的线性方程组;最后,利用直接求解算法对上述方程组进行求解,实现了大地电磁法二维正演。该算法的准确性和可行性通过多个地电模型的对比试算得到了验证。此外,还统计分析了采用不同子域分区方式和分解个数时的计算耗时,结果表明子域分区的方式对计算效率影响不大,但子域分解个数的影响则较大,进行区域分解时需要选择合适的子域个数。     

开挖过程中边坡稳定性研究及两种安全系数之间的转化

为了研究边坡在开挖过程中的安全状况,以及有限元强度折减法和极限平衡法所求得的安全系数之间的关系,分别采用有限元软件ANSYS和极限平衡软件Slope／W对开挖过程各个阶段边坡的稳定性进行了计算分析．通过研究两种方法所采用的屈服准则的内在联系,找到了这两种方法所求得安全系数的转化方法,并对利用两种方法求出的边坡安全系数进行了对比分析．研究结果表明,在开挖过程中,边坡的安全系数会出现先增大后减小的现象;在平面应变条件下,采用平面应变莫尔一库仑匹配DP5准则求出的边坡安全系数,与传统极限平衡法求出的边坡安全系数最接近,误差小于8％．     

基于可控源音频大地电磁法的场源影响校正新方法

基于一维正演模拟,对可控源音频大地电磁法（CSAMT）实测资料处理的场源影响校正问题进行了研究。通过计算远场因子与发射频率、收发距和大地电磁阻抗倒数模三者乘积（综合因数）的关系,实现了简洁有效的查表场源影响校正方法。同时,为提高校正方法解决实际生产问题的能力,又开展了视电阻率数据场源影响校正与反演处理协同联进策略（即反演递归校正法）的研究工作,从而进一步提高了数据处理效果;考虑到反演递归校正处理方法,受初步校正结果影响较大,本文又提出了设计层状背景模型的校正方案,即在工作区前期地质与物性等资料综合研究成果的基础上,通过对工区地质—地电模型的构建,来进一步提高CSAMT实测资料的场源影响校正效果,并经由理论模型算例和实测数据处理验证了方法的可行性和有效性。