2.5维氧化还原自然电位数值模拟

地表自然电位对地下污染渗流及微生物参与的氧化还原活动等过程较为敏感,自然电位异常的观测和解释在地下污染物监测应用中受到特别关注.有针对性地开展有机污染物氧化还原电位数值模拟工作,是后续反演解释的基础,能提高自然电位法在环境污染问题中的应用效果.基于三角形有限元及四边形无限元,改进了二维有限元-无限元耦合法,使之适应自然...     

基于粒子群优化的多目标体中梯电阻率异常反演

在采用中梯装置的电阻率剖面法应用中,特别是在环境、水文和工程等领域,经常遇到需要对多个异常目标体进行快速定位以便及时进行相应处理的情况.利用倾斜椭球体来近似模拟这些电阻率异常目标体,使得正演计算可以采用解析表达式来实现,提高正演计算的时效性.相应的地球物理模型也可简化为由椭球体个数、中心点位置、倾角、轴径以及电阻率等参数构成的粒子,多个粒子组成的粒子群在粒子群优化算法的控制下在给定的搜索空间中并行地搜索最优模型.通过对粒子群优化算法参数的合理设计,利用其良好的全局与局部均衡的搜索能力实现对多个异常目标体的同时反演.数值实验结果表明该反演方法能有效实现对多个目标体的同时反演,计算速度快、反演拟合精度较高、同时具有一定的抗噪音能力.快速的多目标体反演,可以实时准确的定量解译中梯剖面法圈定的异常目标体,较好地满足工程等领域的高时效性要求.     

基于Android平台的192道自然电位监测仪测控软件开发

为了满足192道自然电位监测仪便携性、智能化、长时间自动监测的要求,解决现阶段电法勘探仪器的采集控制设备在人机交互性、续航能力、便携性等方面存在的不足。本文通过将蓝牙、Wifi等物联网技术与地球物理仪器相结合,设计了基于Android平台的采集控制软件。经过测试,该软件功能高效,数据传输质量好、运行稳定。在地质微生物自然电场信号检测实际应用中表现稳定,可以不间断监测超过36 h,数据采集准确度高、可视化效果好,有较强的实际应用价值。     

基于粒子滤波的自然电场数据反演

自然电场法在工程和环境地球物理领域应用广泛,提高其观测数据反演解释的可靠性具有重要意义.自然电场数据的反演通常采用常规的线性或非线性方法来实现,这些方法都是基于最小拟合差获得反演模型参数值.由于地球物理反演固有的多解性,在数据噪声较大时,反演结果可能存在较大误差.粒子滤波算法能够得到一组粒子来近似系统参数某时刻的后验概率分布,通过求取粒子均值的方式便能得到系统参数的最小方差估计,使得在有较大噪声的情况下模型参数估计值都能比较接近于真实值,能够较好地提高反演的可靠性.因此在分析粒子滤波原理的基础上,通过测试重采样策略,提出了自然电场粒子滤波反演算法.对不同地电模型生成的模拟数据反演测试结果显示,在较大噪声条件下,该方法依然能够得到良好的反演结果,且反演用时相对于常规反演算法更短.这表明粒子滤波反演算法具有较好的抗噪声能力,比较适合自然电场等易受噪声干扰的地球物理数据反演.     

基于DSP的通用伪随机激电观测系统

随着微电子技术的发展,将DSP芯片技术运用于地球物理勘探仪器之中,提高实时数据处理效率是重要的发展方向。在分析数字信号处理技术与DSP芯片技术的基础上,结合伪随机多频激电法理论,设计了基于DSP芯片的通用伪随机激电观测系统,分析了仪器的基本功能,为进一步研究奠定了基础。     

三维直流电阻率自然单元-无限元耦合数值模拟

直流电阻率数值模拟对于实测电阻率数据反演、解释地下真实电阻率结构具有重要意义.为解决复杂地电模型剖分以及处理截断边界时面临的困难, 本文提出一种新的三维自然单元-无限元耦合法.该算法在自然单元区域灵活布设自然节点以填充复杂模型, 并引入无限单元替代截断边界条件以促使刚度矩阵与电源位置无关.首先推导了稳定电流场基本方程; 然后介绍了二、三维自然单元法及其形函数的构建过程; 再引入三维多向映射无限单元并实现自然单元-无限元的有效耦合; 最后通过4个数值模型, 结合传统有限单元法、有限元-无限元耦合法以及COMSOL Multiphysics软件的计算结果, 验证了算法的正确性及有效性.数值结果表明, 本文所提算法满足精度要求, 能有效减小计算区域, 无需二次更新刚度矩阵, 对复杂模型适应性强.

     

面向对象方法在地理空间信息元数据标准研发中的应用研究

介绍了地理空间信息元数据和面向对象方法的基本概念,分析了地理空间信息元数据所具有的面向对象特性,以国标《地理信息元数据》采用面向对象建模语言UML对元数据模式进行表达为基础,提出了采用面向对象方法研发我国行业、领域地理空间信息元数据标准的思路,以元数据类为基本单元构造了具体的实施方法,并在《水利地理空间信息元数据标准》的研发过程中实施了该方法,验证了面向对象研发地理空间信息元数据标准的科学性和可行性。     

耦合有限单元法扩边的直流电阻率勘探无单元Galerkin法正演

本文分析了目前直流电阻率正演模拟中的无单元Galerkin法（EFGM）和有限单元法（FEM）的优缺点,针对采用第一类边界条件需要足够大的计算域时EFGM计算成本高的问题,在计算域外围区域采用FEM扩边,提出了直流电阻率的无单元Galerkin-有限单元耦合法（EFG-FE）.采用具有Kronecker delta函数性质的径向基点插值法（RPIM）构造EFGM形函数,在外围区域将EFGM与FEM直接耦合,无需其他处理手段,消除了传统EFGM与FEM耦合中存在的界面耦合困难.EFG-FE将模型计算域分割为EFGM区域和FEM区域,模型核心区域采用EFGM计算,发挥EFGM灵活性、适应性强和高精度的优点,使得模型建立简单方便,对任意复杂地电模型适应性强,同时获得高精度模拟结果.在模型计算域外围采用快速扩展的FEM单元网格进行剖分,利用其数值稳定性和高效性,使用少量FEM节点和单元网格将计算域大范围扩大满足第一类边界条件,同时不大幅增加计算成本,进而提高计算效率.最后,通过不同正演方法的模型算例的模拟结果对比,验证了本文提出的EFG-FE有效可行,其模拟结果具有很高的模拟精度,且相比于采用第三类边界条件的EFGM提高了计算效率,具有更好的模拟性能.

     

基于DSP的通用伪随机激电观测系统

随着微电子技术的发展，将DSP芯片技术运用于地球物理勘探仪器之中，提高实时数据处理效率是重要的发展方向。在分析数字信号处理技术与DSP芯片技术的基础上，结合伪随机多频激电法理论，设计了基于DSP芯片的通用伪随机激电观测系统，分析了仪器的基本功能，为进一步研究奠定了基础。     

基于卡尔曼滤波的自然电场数据时序反演

自然电场法常用于环境与工程等领域的监测作业,但各时刻观测数据往往单独反演解释.为了充分利用时序数据间的关联信息,提高监测数据的反演解释可靠性,提出基于卡尔曼滤波的自然电场监测数据时序反演方法.根据达西定律和阿尔奇公式建立污染物在孔隙介质中的运动扩散的动态地电模型,作为用于构建卡尔曼滤波的状态模型.而卡尔曼滤波的观测模型则通过常规的自然电场法正演获得.在建立状态模型和观测模型的基础上,构建起卡尔曼滤波递归,将地电模型演化信息与自然电场观测数据进行信息融合,实现自然电场监测数据的时序反演.加入噪声的自然电场模拟数据测试表明时序反演算法具有较好的鲁棒性,对噪声不敏感.沙槽物理实验监测数据的计算测试也同样证明时序反演能有效处理监测数据,实现对动态模型的准确重构.