基于人工神经网络和随机森林方法的L1点处太阳风速度重构与预测

太阳风是由太阳大气膨胀形成的等离子体流,它能够将太阳的物质和能量传递到地球空间环境中.剧烈的太阳风暴能够引起地球空间天气中灾害性事件,而太阳风参数作为表征太阳活动的重要指标,对太阳风关键参数进行重构和预测,有助于理解地球空间天气演化的重要机理和规避或减轻灾害性空间天气.本文以1963—2018年的地面观测数据（Kp指数、Dst指数、AE指数、F_10.7和太阳黑子数）作为输入,通过特征选取技术对输入参数进行筛选,然后利用人工神经网络和随机森林两种算法分别对日地L1点处（第一拉格朗日点）的太阳风速度进行重构和提前3小时预测.结果表明,两种算法均能在测试集中有效重构和预测太阳风速度的变化情况,其中人工神经网络的性能更好,重构结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~58 km·s^-1和~0.84,预测结果与观测值之间的均方根误差和皮尔逊相关系数分别为~61 km·s^-1和~0.82,而随机森林的性能分别为~63 km·s^-1和~0.81以及~64 km·s^-1和~0.80.我们进一步利用所训练的模型对2015年3个强磁暴事件期间的太阳风速度变化进行定量分析,人工神经网络在预测中表现出了较好性能.本文建立的太阳风速度重构和预测模型可以被用于以太阳风参数作为驱动的空间天气建模研究.

     

多源地质数据综合三维建模及地质学分析——以青海木里三露天勘探区为例

常规的二维地质图件难以直观地表达煤炭资源的三维空间展布。基于青海木里三露天勘探区的钻孔数据、二维平面地形地质图、煤层底板等高线和地质勘探剖面图,对该地区地形、煤层底板和断层的三维空间形态及温度场进行了重构。三维重建结果清晰明确地展示了三露天勘探区煤层的形态特征、各个沉积旋回的聚煤范围和强度、构造轮廓特征以及地下地温特征等。结果表明,基于多源地质数据的三维可视化技术可直观形象地反映煤层等地质体的形态和属性特征,可有效地分析复杂断层在地质历史中产生的先后顺序及古构造应力场特征。使用三维建模技术重构地质体对沉积构造及地质体属性特征分析是一种行之有效的手段。     

基于GA-SVM的矿井涌水量预测

矿井涌水量的准确预测对预防矿山透水事故的发生至关重要,提出利用GA优化的SVM模型（GA-SVM）来实现矿井涌水量的短期准确预测。该方法利用GA的自动寻优功能寻找SVM的最佳参数,提高了预测的准确率。首先,利用微熵率法求矿井涌水量时间序列的最佳嵌入维数和延迟时间,进行相空间重构。其次,采集义煤集团千秋煤矿2011—2015年实际涌水量的时间序列,利用GA-SVM模型对最后12组数据进行预测,其预测平均绝对百分比误差仅为0.92%,最大相对误差为2.62%。最后,与PSO-SVM和BP神经网络预测进行对比,结果表明GA-SVM优化模型适用于矿井涌水量的预测并且预测精度较高。     

基于稀疏变换的地震数据重构方法

缺失地震数据重构恢复是后期地震资料处理取得良好效果的前提.笔者通过研究稀疏变换(F-K变换、Curvelet变换)与最近流行的压缩感知理论,将两者结合起来,建立基于稀疏变换的地震数据重构模型.F-K变换是将地震数据由时间—空间域变换到稀疏域频率—波数域,Curvelet变换由于其良好的方向性、局部性以及各向异性,能够将地震数据进行更优的稀疏表达.基于重构模型,分别采用这两种稀疏变换对地震数据进行重构,并且比较两者的重构效果,证实Curvelet变换重构效果优于F-K变换.最终通过Marmousi2模型以及实际地震资料处理分析,证明该重构模型的正确性和有效性.     

黄土高原粮食生产空间重构过程中的生态系统服务权衡——以陕北榆林市为例

粮食生产空间重构集中了土地系统变化的主要矛盾,探索粮食生产空间重构过程中的生态系统服务权衡变化有利于明确粮食安全、生态修复与经济发展之间的矛盾,从而推进区域生态文明建设和高质量发展.采用生态系统服务评估模型及均方根偏差法,对2000—2018年陕北榆林市粮食生产空间重构过程中的固碳、食物供给、土壤保持和产水服务及其权衡...     

基于重构激发信号的电磁式可控震源相关检测参考信号方法研究

针对电磁式可控震源地震数据的相关检测,研究发现,在地下结构复杂、基板-大地耦合不佳时,常规方法——基于震源控制信号或基板附近信号作为参考信号检测得到的地震记录中,存在子波到时误差和虚假多次波问题.本文分析了上述问题的理论原因,并提出基于重构激发信号的相关检测参考信号方法(Correlation Detection Reference Signal Based on the Reconstructed Excitation Signal,CDRSBRES).首先,利用直达波与其他地震波到时不一致的特点,从震源基板附近信号中分离、提取直达波.然后,利用直达波重构震源激发信号并作为参考信号对地震数据进行相关检测.最后,应用谱白化技术提高检测结果质量.数值模拟研究表明,重构激发信号与理想激发信号的相关系数为0.9869,达到高度线性相关,CDRSBRES方法检测的地震记录在子波到时和波形特征上均与模型相符.随后,在某金属矿区开展了可控震源对比实验.与液压式可控震源MiniVib T15000检测结果相比,电磁式可控震源PHVS 500的检测结果中:基于震源控制信号的检测结果存在子波到时误差约0.012 s,对应垂向精度误差约11.16 m;基于基板附近信号的检测结果部分区域出现虚假多次波,信噪比降低;而CDRSBRES方法的检测结果子波到时误差约0.001 s,对应垂向精度误差约0.93 m,波形特征一致,相同区域无虚假多次波.综上,本方法适用于电磁式可控震源地震数据的高精度检测,尤其对于地下结构复杂区域的高分辨率地震勘探具有重要意义.     

一种基于改进自忆性原理的西太平洋副热带高压脊线指数动力-统计模型及其预报实验

针对西太平洋副热带高压中长期预报不准确的问题,基于动力系统反演思想和改进自忆性原理等途径建立了副高脊线指数的动力预报模型.本文创新性地引入了最大李雅普诺夫指数改进了传统的自忆性函数,使其对副热带高压之类的混沌非线性系统更加具有针对性,较好地克服了预报初值单一性问题;并根据实际观测资料重构的动力系统作为其动力核,克服了传统自忆性方程动力核设置较为简单的问题.用建立的副热带高压脊线指数动力预报模型实现了副高南北位置的中长期预报,通过了副高异常年份和正常年份的多次实验,可以发现模型在25天以内的预报效果很好,相关系数能达到0.80左右,相对误差控制在8%以下,证明了改进的模型具有较好的中长期预报效果.另外还将此模型推广到对副热带高压的面积指数和西脊点指数的预报,也取得了较好的预报效果,证明此方法适合于副热带高压的整体预报.鉴于西太副高发生发展机理的复杂性和预报的困难性,本文为副高等复杂天气系统的预报探索了新的方法思路.     

基于插值原理的检查点技术波场重构与叠前逆时偏移

叠前逆时偏移等基于波场互相关原理的地球物理方法存在极大的计算与存储需求,因此采用合适的波场重构方法显得尤为重要.常规的随机边界法容易产生成像噪声,而有效边界法在三维情况仍难以实现,检查点技术具有内存要求小的特点,但存在较高的重算率,因此本文提出了插值原理的检查点技术波场重构方法.在满足Nyquist采样定理的前提下对相邻检查点间的波场进行规则抽样,将抽样波场作为插值节点,运用多项式插值算法重构任意时刻的波场,从而避免优化检查点技术反复递推造成的计算效率问题.数值实验表明：插值检查点重构算法能有效的恢复波场,其中三次样条插值重构精度最高,而牛顿法插值法计算代价较小适合于快速重构.经Sigsbee模型的叠前逆时偏移证明了插值算法的可行性,并且极大的提高了波场重构的计算效率.三维模型分析得出在增加少量存储的情况下插值重构法的重算率大幅度降低,存储量减少为有效边界法的7.1%,对于三维尺度的叠前逆时偏移有实际意义.

     

曲线重构反演在非常规油藏储层横向预测中的应用

波阻抗反演是储层预测的一种重要手段,但是当储层与非储层(围岩)波阻抗差异不明显时,利用常规波阻抗反演技术难以较好地识别储层,而测井曲线重构技术可以有效提高岩性识别和储层预测的精度,减少多解性。结合鄂尔多斯盆地南部HH油田延长组勘探开发实践,利用伽马曲线重构声波反演技术对有利区域进行了预测,有效地提高了反演剖面的分辨率,并在一定程度上提高了岩性解释的准确性和精度。同时,通过对HH油田D井区实际例子进行波阻抗反演和储层预测的应用,取得了良好的效果,表明该方法是一种简单、实用、有效的曲线重构技术。