水文模型中不同目标函数的影响分析比较

在水文模型中,目标函数的选择对参数率定至关重要,不同的目标函数可以得到不同的模拟结果.本文以三水源新安江模型为例,采用SCE-UA算法,选定三个不同的目标函数(平方均方误,对数均方误和平方根均方误)最小为目标函数分别进行参数优化,比较其优化结果在高、低水期的精度,最后分析不同目标函数对模拟结果的影响.研究发现:以平方均方误为目标函数的时候,高水期的模拟效果较好;以对数均方误为目标函数的时候,低水期的模拟效果较好;以平方根均方误为目标函数的时候,在整体上的模拟效果较好.     

CSAMT自适应正则化一维全资料反演

相比于传统反演算法对初始模型依赖性强的弱点,自适应正则化对初始模型要求较低,正则化因子可以根据每次迭代的数据目标函数和模型目标函数的关系,快速计算得到.这里采用自适应正则化反演算法尝试对一维全资料CSAMT的层状介质进行反演,通过三层和五层模型及其使用近场视电阻率数据的反演计算,表明了CSAMT自适应正则化一维全资料反演算法稳定,也发现该方法不仅能够避免传统CSAMT近场校正带来的误差,而且由于不用反复搜索正则化因子,加快了迭代收敛速度.     

回线源瞬变电磁法一维反演算法

由于传统的阻尼最小二乘法只适合于模型较少的简单模型,因此当介质的层数较多时,反演就会受到多解性的影响,有时甚至出现不收敛的情况,并且反演十分耗时。为此,使用正则化思想引入模型约束进行反演,且正则化因子通过计算每次迭代的数据目标函数和模型目标函数自适应得到,使反演能够稳定地进行;引入拟牛顿法来更新雅可比矩阵,大大缩短反演所需要的时间,通过典型的3层与多层理论模型的反演试算,证明了拟牛顿法自适应正则化反演算法对初始模型的要求不高,拟合效果好,收敛速度快,适应性强,体现了良好的稳定性和可靠性。      

基于局部重力场建模的Tikhonov正则化点质量核径向基函数方法

针对点质量核径向基函数应用于局部重力场建模中的设计矩阵严重病态问题,本文引入Tikhonov正则化方法对传统点质量核径向基函数方程进行改造,建立了相应的正则化模型。通过模拟数据进行仿真实验,以传统格网化方法作为对比试验,利用"标靶法"确定两种模型的最优结构。实验结果表明:正则化点质量核径向基函数可以直接利用离散数据进行局部重力场建模。在两种模型的最优结构下,当实测数据无污染时,正则化方法达到与传统格网化方法相当的精度;当实测值中加入3 mGal的高斯白噪声时,正则化方法的精度获得了27.9%的提升。这说明本文方法可以应用于局部重力场建模中,且模型结构更优,抗干扰能力更强。     

基于波场延拓的反Q滤波方法比较

波场延拓法是最常用的反Q滤波方法,但其振幅因子的不稳定性致使深层的高频信息放大,从而影响反Q滤波的效果。本文通过推导证明了完全稳定振幅补偿只和Glim(增益限制)有关难以提高深层地震波分辨率,系统分析了波场延拓反Q滤波算法中不同振幅补偿算子的滤波特性,增益控制法对某一频率之后既不放大也不压制,正则化滤波和迭代滤波法不仅具有较强的抗噪声干扰能力,而且对深层地震波具有较好的振幅补偿能力。通过对理论模型和井间地震实际资料应用不同振幅补偿算子,发现正则化振幅补偿因子和迭代法振幅补偿因子不仅对高频干扰有较强的压制效果,而且对于地震记录的中深层部分和低Q能量衰减严重的地震记录,都有较好的补偿效果。     

大定源瞬变电磁一维自适应正则化反演

自适应正则化反演对初始模型要求较低,直接对瞬变电磁响应数据进行反演。正则化因子通过计算每次迭代的数据目标函数和模型目标函数自适应的得到,从而快速获得地下的地电结构。本文采用自适应正则化反演算法对大定源回线瞬变电磁一维层状模型进行反演,使用均匀半空间作为初始模型,首次采用模型对深度的二阶导数极小的模型约束,通过典型理论模型的反演计算,证明了TEM自适应正则化一维反演算法拟合效果好、精度高,由于不用反复搜索正则化因子,并且收敛速度快,体现了良好的稳定性和可靠性。     

基于构造导向滤波的高斯束层析速度建模方法及其应用

高斯束层析速度建模方法利用高斯束传播算子计算层析核函数,能够提高速度模型反演的精度与稳定性,但尚未引入地质先验信息有时会导致反演结果缺乏地质意义。基于此,通过引入预条件模型正则化算子,推导得到构造导向滤波约束下的高斯束层析速度建模方法,该方法的关键是构造导向滤波算子的构建。本文通过地震剖面计算构造的结构张量,利用各向异性光滑算子加入地质构造特征作为反演的正则化约束条件。该方法完全基于数据驱动,实现了对层析反演的"软约束",既缓解层析反演求解的多解性,同时又提高反演分辨率,得到更加符合地质认识的高精度速度模型。数值模拟实验及实际数据应用验证了构造导向滤波下的高斯束层析速度建模的有效性与实用性。     

基于正则化理论的时频分析方法及应用

时频分析方法在地震勘探中有广泛的应用,因而获得具有良好时频分辨率的时频分析算法至关重要。传统的时频分析方法存在着一定的局限性,为克服这些局限性,提出了基于正则化理论的时频分析方法。该方法认为,短时窗信号是不同频率谐波的叠加,应从求解反问题的角度考察时频分析问题。在此视角下,时频分析问题具有不适定性,为得到有意义的时频谱,需要在正则化理论框架下进行时频分析。考察了正则化理论中常用的L₁范数约束、L₂范数约束以及最小支撑约束条件下的求解方法,并将3种约束函数的求解方法统一到同一个求解框架中。通过数值分析表明,最小支撑约束的时频分析方法具有较高的时频分辨率。将方法系统应用于一个特定研究区的实际资料,获得了具有较高时频分辨率的时频数据体,并利用单频数据体清晰刻画了储层的平面展布范围,展示了方法良好的应用前景。     

维纳滤波技术及其在新疆地区重力场划分中的应用

基于维纳滤波原理,应用多层格林等效层模型模拟实测重力场的径向对数功率谱,采用改进的格拉姆-施密特正交化方法计算功率谱密度函数,确保了数值的稳定性,得到了较为满意的结果。通过理论模型实验,证实了利用维纳滤波方法提取深部场时可以保证低频成分不衰减的功能,能够较为精确地提取区域异常,从而实现频率域中位场的分离。运用维纳滤波方法对新疆地区布格重力异常进行了分离处理,获得了基于最佳滤波原理计算的新疆地区区域重力异常,并根据新疆地区布格异常和区域场特征,划分了9条深大断裂和5个一级构造单元。     

直流电阻率测深二维自适应正则化反演

直流电阻率测深二维反演中,正则化参数的选取影响反演结果分辨率及反演过程稳定性。利用主动约束平衡正则化因子,进行直流电阻率光滑约束最小二乘二维自适应反演,改善直流电阻率测深二维反演的分辨率与稳定性。在反演迭代过程中,正则化因子根据模型参数的空间展布函数进行自适应计算、正则化参数的自适应计算。模拟数据反演结果验证了该方法的有效性与可行性,反演结果能准确地反映地下模型的真实电性结构。     

用于变形监测的最小二乘滤波数据处理

随着全站仪在测量工作中的广泛使用,以坐标为观测值的数据处理成为内业工作的主要内容。根据最小二乘滤波原理,将工程岩土体变形监测中所获得的坐标观测值及其他常规观测值进行联合平差。结果表明,滤波后变形点的点位精度最大可提高1.35 mm,最弱点亦提高0.94 mm,均明显高于直接观测结果,而且各类观测值之间所形成的约束条件进一步增强了平差结果的可靠性。     

Comparison of intact rock failure criteria using various statistical methods

This paper compares four different rock failure criteria based on triaxial test data of ten different rock strength data using various statistical methods. Least square, least median square and re-weighted least square techniques are used to determine the best fit parameters utilizing the experimental data that describes the failure state for each criterion. The least median square method could identify the scattered data and these scattered data points are observed at higher confining stress. It was observed that the fitting of failure criteria to different rock strength data depends upon the statistical methods used. The prediction of unconfined compressive strength and failure strength for different rocks estimated using various statistical methods are discussed in terms of different statistical performances of the prediction.     

Wiener滤波器在小波变换域的应用

对于任意信号,在MSE意义上最优的信号估计是Wiener滤波器。小波变换在时域和频域上同时具有局部化特征,在信号处理中得到了广泛应用。论证了小波域上Wiener滤波器的设计,提出了应用的方法。     

Application of the Linear Prediction filters in equatorial electrojet studies

Wiener filters are derived from the horizontal field data of two adjacent equatorial electrojet stations, Adis Ababa and Trivandrum from several sequences of quiet days. The time invariant property of the filter is established and the filter is applied to conditions marked by afternoon counter electrojet events. The prediction efficiency is shown to be consistently high. Possible uses of this technique in studies related to generating mechanisms of counter electrojet events and the day-to-day variability in electrojet currents are indicated. Inter-relationships and day-to-day variability of different components of the fields at the two stations are highlighted.     

位场垂向高阶导数的Tikhonov正则化迭代法

在位场数据处理中,垂向导数具有重要的物理意义。其在一定程度上可以划分不同深度和大小异常源产生的叠加异常,且导数的阶次越高,这种分辨能力就越强,但通常认为高阶导数的换算是不稳定的。本文在Tikhonov正则化求位场垂向高阶导数的基础上,结合迭代法进行逐次逼近,提出了位场高阶导数的Tikhonov正则化迭代法,并且得到Tikhonov正则化迭代法的递推公式。通过对该方法的滤波特性分析可以看出,该方法计算的位场垂向高阶导数具有一定的稳定性及保幅性。模型试验和实际数据的处理表明,该方法计算结果较常规FFT求导法有更高的稳定性和实用价值。     

增长曲线模型均值矩阵的一种新的相对效率

对于一般增长曲线模型,当设计阵和协方差阵满足一定的条件时,均值矩阵(XBZ)的最小二乘估计(LSE)与最佳线性无偏估计(BLUE)相等,可用LSE代替BLUE。当这些条件不满足时,用LSE代替BLUE就要蒙受一些损失,有时这种损失很大,因而研究这种损失的大小显得相当重要,通常用它们协方差阵的差异来度量,从不同的准则出发,可以定义不同的相对效率,利用广义行列式定义了一种新的相对效率,并给出了它们的下界。     

平衡损失下回归系数stein压缩估计的性质

在平衡损失风险函数准则下,研究线性模型中回归系数的stein估计优于最小二乘估计(LS)的充分必要条件,然后在pitman closeness(PC)准则下比较了stein估计相对于最小二乘估计的优良性。     

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。     

Some improvement strategies for the time-domain dual-sensor full waveform inversion

Full waveform inversion (FWI) is an effective method in retrieving high-resolution subsurface parameters from seismic data. In this paper, we review the dual-sensor FWI previously studied and present some improvement strategies. We first modify the low-pass Wiener filter to band-pass Wiener filter for time-domain FWI to reduce the overlapped regions. Secondly, we use spectral conjugate gradient method to update the models instead of the conventional conjugate gradient method to speed up the convergence and improve the inversion accuracy. At last, we further improve the efficient boundary storage method which is suitable for the first-order velocity-stress acoustic wave equation to reduce the storage burden. After that, we validate these new strategies for the modified Marmousi model, and the synthetic example shows the feasibility and robustness of these new strategies in terms of improving computational efficiency and alleviating large amounts of data storage.     

Post-stack high-resolution deconvolution using Cauchy norm regularization with FX filter weighting

High-resolution deconvolution can mathematically be viewed as a regularized inverse problem. Besides, the result of the high-resolution deconvolution is generally accepted as reflectivity series of the layered media. On the other hand, lateral continuity is frequently poorer than vertical resolution on post-stack seismic section after application of any high-resolution deconvolution. However, because of the ill-posed inherent of the deconvolution problem, the Cauchy norm regularization term, a non-quadratic prior-information is widely used to provide the stability and uniqueness of the problem. But, it does not provide adequate quality of deconvolution if the noise in the data is strong. In this study, a stable and high-resolution deconvolution of post-stack seismic data was accomplished by an iterative inversion algorithm incorporating the Cauchy norm regularization with FX filter weighting. Cauchy norm regularization was utilized to force the solution to a spikiness structure, while the effective random noise reduction was performed by using the FX filter. Applications to synthetic and real post-stack data showed that the resolution in the vertical direction and continuity in the lateral direction are better improved. Thus, we think that this process makes seismic sections obtained especially from thin layered sedimentary basins more interpretable.