基于神经网络的瞬变电磁快速成像方法研究

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1、基于神经网络的瞬变电磁快速成像方法研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：陈广指导教师：付志红教授专业：电气工程学科门类：工学重庆大学电气工程学院二O一四年十月万方数据ResearchonFastInversingImagingforTransientElectromagneticMethodBasedonNeuralNetworkAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster

2、’sDegreeofElectricalEngineeringByChenguangSupervisedbyProf.FuzhihongSpecialty:ElectricalEngineeringSchoolofElectricalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaOct,2014万方数据重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要瞬变电磁探测（TransientElectromagneticMethod）是一种时间域电磁法，通过接收、处理地下电磁信号得

3、到地下探测目标的信息，具有频带宽、分辨率高、使用简单的特点，TEM成像有反演法和视电阻率法。前者需初始模型，计算量大；后者虽不需要初始模型，但计算耗时，两种方法都难以达到实时成像的目的。神经网络已应用于地球物理反演中，但尚未在瞬变电磁视电阻率成像中得到应用。反演法中神经网络结构的正确性完全依赖于先验数据的准确性和泛化性，本文提出基于神经网络的瞬变电磁快速成像，克服先验数据量大、计算耗时的缺点，以达到实时成像的目的。论文主要做了以下工作：1）介绍了瞬变电磁的基本理论，以及中心回线方式下瞬变电磁的响应特征。讨

4、论了瞬变电磁视电阻率数值计算方法与神经网络映射下的求解理论。2）研究基于非线性模式的BP神经网络电阻率计算方法。以磁感应强度为输入、电阻率为输出建立网络。比较不同算法和神经元个数对网络收敛速度、精度的影响，得到采用列文伯格-马夸特法及隐藏层含10个神经元的最佳BP神经网络结构。3）提出基于曲线拟合模式的BP神经网络视电阻率计算方法。基于非线性方程求解模式的BP神经网络视电阻率计算方法训练多组网络方能达到成像目的，其过程复杂耗时。基于曲线拟合模式的BP神经网络视电阻率计算方法克服此缺点，以核函数为输入、瞬变

5、场参数为输出建立网络，训练一组网络便可达到成像目的。选择不同的隐藏层神经元个数和训练方法训练网络，得到采用列文伯格-马夸特法及隐藏层含10个神经元的最佳BP神经网络结构，训练过程简单、高效。4）基于曲线拟合模式，提出遗传算法优化的BP神经网络，即GABP。针对BP网络训练收敛速度慢、易陷入局部极小值的缺陷，引入遗传算法优化网络权值。对比两种神经网络处理块状高阻仿真数据的结果发现，GABP的收敛速度、精度和成像质量都得到了改善，验证了遗传算法优化BP网络的有效性。5）将GABP神经网络和数值计算方法应用于接

6、地网断点仿真和实验中，比较两者的成像效果、收敛速度和精确度，验证GABP在瞬变电磁快速成像上的优越性。仿真表明，GABP在收敛速度、精度和成像质量都优于BP。应用GABP和数值计算方法处理接地网实验数据，两种方法一致反映出接地网异常点，但GABP成像时间远少于数值计算方法，体现了神经网络成像的优越性。关键词：瞬变电磁法，神经网络，视电阻率，核函数I万方数据重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTBeingamethodoftime-domainelectricalmagneticsurveying,t

7、heTransientElectromagneticMethod(TEM)thatisusedtoobserveandinvestigatethesecondaryfieldcangreatlysimplifyinvestigationofanomalyofburiedgeologicbodiesonconditionthattheprimaryfielddoesnotexist.peoplecannotgetthepicturetimelyforguidingthejobbeingdone,becaus

8、ethereisalargequantityofdataandtheprocessingisquitecomplexinlattertime.ThethesisstudymodelingofTEMfast-imagingbasedonANN,throughresearchingmethodsofTEMfast-imaging,highlightsgreateffectofANNonTEMfast-imaging.Andthem