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武欣等-JGR:行使深度深造编制实现航空电磁数据的一站式去噪与反演

发布日期:2022-11-22 14:19    点击次数:167

武欣等-JGR:行使深度深造编制实现航空电磁数据的一站式去噪与反演

   瞬变电磁法(Transient Electromagnetics, TEM)是一种基于电磁感觉定律的地球物理编制。传统TEM观察拆卸均布设在地表上,事变效劳相对较低,尤为在戈壁、戈壁、山地、湿地、水网鳞集地区难以倏地展开事变。为此,将探测配备搭载于环游飘动平台上,从而孕育发生了航空瞬变电磁法(Airborne TEM, ATEM)。然而,绝关于低空动静观察,由于观察职位地方离地较远,且观察过程一直处于静止状态,ATEM数据中的有效旗子灯号相对较弱,同时噪声条件更为顽劣。如今普通的处理惩罚计策是直立一个包孕多个步伐的处理惩罚流程,分步逐一处理惩罚某一种噪声,全副过程对人员哀告很高,且对终究处理惩罚后果中是否仍包孕“残剩噪声”难以评估。然而纵然云云,作为数据处理惩罚的上流端,反演编制并无专门的机制兴许用于鉴定其输入数据中是否仍包孕残剩噪声。因而,一旦数据处理惩罚流程存在缺点,将势必对反演所估量的电阻率模型牢靠性孕育发生重大影响。对这一成就举行研究,觉得其启事在于:信噪别离(去噪)与信模晖映(反演)在现有框架下互相笔底生花断绝。要是能将两者间的壁垒打通,将有望提升模型估量的牢靠性。

中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点履行室瞬变电磁研究团队对信噪别离与信模晖映之间的内在逻辑举行阐发,提出一种数学假设,即:模型与旗子灯号均为某同一低维流形的具有差别维度的高维组织。这一数学假设成为打通信噪别离与信模晖映之间壁垒的实践起点,在此根基上,驳回深度深造编制(如图1),经由过程同时优化划分用于信噪别离和电阻率模型估量的网络,使全副神经网络可以或许同时举行传统意思上的去噪和反演,从而由含噪数据一站式获取更主观、牢靠的大地电阻率模型估量后果。

图1 基于流形假设盘算的网络架构,个中dn、C、d和m划分默示有噪声的输入数据、中央后果、无噪声数据和实践模型。该网络组织包孕两条门路,两条门路同享的节点C(中央后果)默示模型和数据的民众低维流形

 如今,有多种网络模式可实现上述架构盘算,研究团队驳回栈式自编码器(Stacked Auto-Encoder,参展信息 SAE)神经网络展开后续研究。SAE包孕三个子网络,子网络1为一个去噪自编码器,一个子网络2为自编码器,一个子网络3为全跟尾网络。在演习的过程之中,首先对三个子网络举行一一演习,在均达到收敛后,对全副SAE网络举行演习(图2)。

实现网络演习后,首先驳回仿真数据(正演照顾数据+实测ATEM噪声数据)对网络处理惩罚结果举行测试(图3)。对比可见,蓝色曲线对模型电阻率不间断界面拾取活络度更高,每一个不间断界面均失去了正确拾取,这是此编制的劣势;比较而言,尽管传统编制分谈锋能无余,尤为是对小梯度不间断界面拾取不佳(图3b),但由于驳回了滑腻颠簸泛函,全副曲线更为滑腻。为此,研究团队在子网络3后添加了滑腻处理惩罚器,从而兴许获取更为滑腻的输出后果。

图2 SAE神经网络的根蒂根基盘算。子网1是一个DAE,它实现了对有噪声输入数据的初级处理惩罚;子网络2是一种AE,可以或许进一步提取输入旗子灯号的深层个性;子网络3将深层个性转换为电阻率序列

图3典范模型履行的后果,个中黑线是盘算模型,蓝色曲线为SAE网络输出后果,为传统数据处理惩罚-反演流程输出后果。(a)三层模型;(b)四层模型;(c)五层模型

将上述网络用于处理惩罚内蒙古桃合木苏木同一段测线数据(图4),经由过程对比可见,两种编制失去基假沟通的电阻率漫衍状态,由于在子网络3后添加了滑腻期,使得新编制的后果总体滑腻度也有了较着提升。另外一方面,新编制对近地表低阻层及其空间展布状态,以及对地下高阻层边际的描画分辩率才能更强,这一结论与仿照数据测试所失去的结论沟通,发挥阐发出新编制在分谈锋能上的劣势。

图4 实测数据处理惩罚后果对比。(a) 传统编制后果;(b) 新编制后果

美编:傅士旭

校正:覃华清  江淑敏



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