本發(fā)明涉及地球物理探測(cè)
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法及裝置。
背景技術(shù)：
：大地電阻率測(cè)量在電力系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、建筑工地選址、地質(zhì)勘測(cè)、地下水研究、采礦、石油、熱能及考古等方面得到了廣泛的應(yīng)用。人們利用大地電阻率探測(cè)地下幾米的淺層至幾千米的深層的地下物質(zhì)及地質(zhì)結(jié)構(gòu)。大地電阻率能夠區(qū)分地下物質(zhì)的種類，確定覆蓋層的構(gòu)成及基巖深度，確定砂、礫石、金屬沉積物及地下水層的厚度與深度、探測(cè)斷層帶，確定不同大地地質(zhì)間的陡斜接觸，擴(kuò)充和完善鉆井程序和地震測(cè)量。常規(guī)大地電阻率測(cè)量方法主要有四極法與大地電磁法(MT法)。四極法的信號(hào)較小難以穿越高阻層，導(dǎo)致其測(cè)深不足，只能測(cè)量地表以下數(shù)百米的電阻率分布。大地電磁法使用不同頻率的信號(hào)實(shí)現(xiàn)不同深度電阻率的測(cè)量，其最大頻率可達(dá)到上千赫茲，但直流接地極在單極大地回線運(yùn)行時(shí)通過(guò)直流，高頻信號(hào)與低頻信號(hào)測(cè)量得到的大地電阻率的等效性仍有待討論。四極法和大地電磁法測(cè)量電阻率的物理意義不相同，兩者測(cè)量結(jié)果并不能簡(jiǎn)單拼接，而無(wú)法較好獲得地表至深層大地電阻率分布。因此，如何合理地結(jié)合兩種方法來(lái)獲得地表至深層大地電阻率分布需要進(jìn)一步的研究。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法及裝置，解決了由于四極法和大地電磁法測(cè)量電阻率的物理意義不相同，兩者測(cè)量結(jié)果并不能簡(jiǎn)單拼接而導(dǎo)致其無(wú)法較好獲得地表至深層大地電阻率分布的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法，包括：S1、根據(jù)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)函數(shù)；S2、對(duì)目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行初始化得到初始化粒子；S3、根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子狀態(tài)更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得全局最優(yōu)解；S4、判斷全局最優(yōu)解是否達(dá)到預(yù)置條件，若是，則輸出全局最優(yōu)解，否則轉(zhuǎn)至執(zhí)行S3?？蛇x地，步驟S1具體包括：S11、根據(jù)對(duì)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演得到的四極法反演目標(biāo)函數(shù)和大地電磁法反演目標(biāo)函數(shù)相加所得到的結(jié)果，獲得向量目標(biāo)函數(shù)?？蛇x地，步驟S2具體包括：S21、對(duì)向量目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行粒子位置和速度的初始化，得到初始化粒子?？蛇x地，步驟S3具體包括：S31、根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子速度和位置的更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得粒子的最新位置；S32、根據(jù)粒子的最新位置和粒子的目標(biāo)函數(shù)，更新粒子的最優(yōu)位置，并獲得全局最優(yōu)解?？蛇x地，步驟S4具體包括：S41、判斷全局最優(yōu)解是否不再減少或超出預(yù)置迭代次數(shù)，若是，則輸出全局最優(yōu)解，否則轉(zhuǎn)至執(zhí)行S31。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的裝置，包括：計(jì)算模塊，用于根據(jù)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)函數(shù)；初始化模塊，用于對(duì)目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行初始化得到初始化粒子；反演模塊，用于根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子狀態(tài)更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得全局最優(yōu)解；判斷模塊，用于判斷全局最優(yōu)解是否達(dá)到預(yù)置條件，若是，則輸出全局最優(yōu)解，否則轉(zhuǎn)至執(zhí)行S3?？蛇x地，計(jì)算模塊包括：計(jì)算單元，用于根據(jù)對(duì)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演得到的四極法反演目標(biāo)函數(shù)和大地電磁法反演目標(biāo)函數(shù)相加所得到的結(jié)果，獲得向量目標(biāo)函數(shù)?？蛇x地，初始化模塊包括：初始化單元，用于對(duì)向量目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行粒子位置和速度的初始化，得到初始化粒子?？蛇x地，反演模塊包括：反演單元，用于根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子速度和位置的更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得粒子的最新位置；更新單元，用于根據(jù)粒子的最新位置和粒子的目標(biāo)函數(shù)，更新粒子的最優(yōu)位置，并獲得全局最優(yōu)解。可選地，判斷模塊包括：判斷單元，用于判斷全局最優(yōu)解是否不再減少或超出預(yù)置迭代次數(shù)，若是，則輸出全局最優(yōu)解，否則轉(zhuǎn)至執(zhí)行S31。從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法及裝置，通過(guò)根據(jù)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)函數(shù)；對(duì)目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行初始化得到初始化粒子；根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子狀態(tài)更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得全局最優(yōu)解；判斷全局最優(yōu)解是否達(dá)到預(yù)置條件，若是，則輸出全局最優(yōu)解，通過(guò)有效結(jié)合了兩種方法，形成了更有效的覆蓋地表到地下數(shù)十公里深度的測(cè)量方法，解決了由于四極法和大地電磁法測(cè)量電阻率的物理意義不相同，兩者測(cè)量結(jié)果并不能簡(jiǎn)單拼接而導(dǎo)致其無(wú)法較好獲得地表至深層大地電阻率分布的技術(shù)問(wèn)題。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法的流程示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種四極法測(cè)量示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種大地電磁法測(cè)量示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種最小二乘粒子群算法的算法流程示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的最小二乘粒子群算法反演結(jié)果示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的四極法與大地電磁法的對(duì)比示意圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法及裝置，用于解決由于四極法和大地電磁法測(cè)量電阻率的物理意義不相同，兩者測(cè)量結(jié)果并不能簡(jiǎn)單拼接而導(dǎo)致其無(wú)法較好獲得地表至深層大地電阻率分布的技術(shù)問(wèn)題。為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法包括：S11、根據(jù)對(duì)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演得到的四極法反演目標(biāo)函數(shù)和大地電磁法反演目標(biāo)函數(shù)相加所得到的結(jié)果，獲得向量目標(biāo)函數(shù)。首先，采用四極法測(cè)量淺層大地電阻率，采用大地電磁法測(cè)量深層大地電阻率。四極法測(cè)量步驟如下：1、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的勘查情況，確定測(cè)量中心點(diǎn)，如圖3所示。2、再保持測(cè)量中心點(diǎn)位置不變，以南北方向布線進(jìn)行等距四極法的測(cè)量，極距按“1-2-3-5-7”的原則選取。3、保持測(cè)量中心點(diǎn)位置不變，分別以東西、東南-西北、西南-東北方向布線進(jìn)行同樣的測(cè)量。4、以公式一進(jìn)行土壤模型的一維反演和三維反演。5、根據(jù)反演結(jié)果判斷是否補(bǔ)充局部測(cè)量，即移動(dòng)測(cè)量中心點(diǎn)，再由步驟2～4進(jìn)行補(bǔ)充測(cè)量和反演。其中，公式一為均方根誤差公式，具體為：其中，F(xiàn)1為四極法反演的均方根誤差，m1為測(cè)量數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，di為第i組測(cè)量極距，ρa(bǔ)和ρM分別為視在電阻率的正演值和測(cè)量值。ρa(bǔ)由S12最小二乘粒子群算法提供的土壤參數(shù)計(jì)算得到的視在電阻率。大地電磁法測(cè)量步驟如下：1、以測(cè)量中心點(diǎn)布置大地電磁法的電極和磁極，如圖3所示。2、測(cè)量并獲得視在電阻率的頻率的特性數(shù)據(jù)。3、由電場(chǎng)-磁場(chǎng)相關(guān)性判斷測(cè)量數(shù)據(jù)的有效性，并決定是否進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。4、以公式二進(jìn)行大地模型的一維反演。5、由反演結(jié)果和測(cè)量數(shù)據(jù)共同確定測(cè)深，由測(cè)深判斷是否重復(fù)步驟2-4的測(cè)量。其中，公式二為均方根誤差公式，具體為：其中，F(xiàn)3為大地電磁法反演的均方根誤差，m3為測(cè)量數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，fi為第i組測(cè)量頻率，ρa(bǔ)和ρM分別為復(fù)數(shù)視在電阻率的正演值和測(cè)量值。ρa(bǔ)由S12最小二乘粒子群算法提供的土壤參數(shù)計(jì)算得到。通過(guò)將進(jìn)行反演后的公式一和公式二相加，即可得到向量目標(biāo)函數(shù)。具體由公式三可得，公式三具體為：minF＝F1+F3。其中，F(xiàn)為四極法和大地電磁法聯(lián)合使用的向量目標(biāo)函數(shù)。請(qǐng)參閱表1，為土壤視在電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)：表1土壤視在電阻率測(cè)量數(shù)據(jù)a(m)1234610121420ρM(Ω·m)74.584.678.666.950.955.354.356.361.6S21、對(duì)向量目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行粒子位置和速度的初始化，得到初始化粒子。本發(fā)明實(shí)施例采用的混合優(yōu)化方法以最小二乘粒子群算法為例，粒子群算法(ParticleSwarmOptimization，PSO)是無(wú)導(dǎo)數(shù)方法，它通過(guò)群體中個(gè)體之間的協(xié)作和信息共享來(lái)尋找最優(yōu)解，是一種基于群體智能的優(yōu)化計(jì)算方法。PSO算法中粒子的運(yùn)動(dòng)以定向移動(dòng)和隨機(jī)搜索進(jìn)行：每個(gè)粒子向當(dāng)前所有粒子的最優(yōu)解g*和自身最優(yōu)解x*i移動(dòng)，而且在移動(dòng)的過(guò)程中對(duì)粒子附近位置作隨機(jī)搜索。如果一個(gè)粒子找到比自身當(dāng)前最優(yōu)解更好的位置，則更新其當(dāng)前最優(yōu)解；如果當(dāng)前全局最優(yōu)解優(yōu)于過(guò)往的全局最優(yōu)解，則作替換。設(shè)x*i為粒子i的當(dāng)前最佳位置，全局最優(yōu)解g*≈minf(xi)，i＝1，2，...，np。np為粒子數(shù)量。在獲得向量目標(biāo)函數(shù)后，需要通過(guò)最小二乘粒子群算法初始化粒子的位置和速度，并取得起始的全局最優(yōu)解g*＝min[f(x1),...,f(xnp)]，t＝0。S31、根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子速度和位置的更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得粒子的最新位置。在對(duì)向量目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行粒子位置和速度的初始化，得到初始化粒子，并獲得初始全局最優(yōu)解之后。使得t＝t+1，并對(duì)所有np個(gè)粒子，更新新的速度vti，然后更新粒子位置，使用最小二乘法進(jìn)行反演，所得結(jié)果作為最新位置。請(qǐng)參閱表2，為最小二乘粒子群的反演結(jié)果：表2最小二乘粒子群的反演結(jié)果i12345ρi(Ω·m)50.14501.607.39823.1052.34hi(m)0.680.411.200.85∞S32、根據(jù)粒子的最新位置和粒子的目標(biāo)函數(shù)，更新粒子的最優(yōu)位置，并獲得全局最優(yōu)解。在根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子速度和位置的更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得粒子的最新位置之后，計(jì)算每個(gè)粒子的目標(biāo)函數(shù)，更新每個(gè)粒子的最優(yōu)位置x*i，并取得當(dāng)前的全局最優(yōu)解g*。S41、判斷全局最優(yōu)解是否不再減少或超出預(yù)置迭代次數(shù)，若是，則輸出全局最優(yōu)解，否則轉(zhuǎn)至執(zhí)行S31。在根據(jù)粒子的最新位置和粒子的目標(biāo)函數(shù)，更新粒子的最優(yōu)位置，并獲得全局最優(yōu)解(即當(dāng)前目標(biāo)函數(shù)值)之后，判斷全局最優(yōu)解是否不再減少或超出預(yù)置迭代次數(shù)，若是，則輸出全局最優(yōu)解，否則轉(zhuǎn)至執(zhí)行S31。請(qǐng)參閱圖5，為最小二乘粒子群算法的算法流程示意圖。請(qǐng)參閱圖6，為最小二乘粒子群算法反演結(jié)果示意圖。以上為對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法的詳細(xì)描述，以下將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的裝置進(jìn)行詳細(xì)的描述。計(jì)算模塊201，用于根據(jù)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算模塊具體還包括：計(jì)算單元2011，用于根據(jù)對(duì)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行反演得到的四極法反演目標(biāo)函數(shù)和大地電磁法反演目標(biāo)函數(shù)相加所得到的結(jié)果，獲得向量目標(biāo)函數(shù)。初始化模塊202，用于對(duì)目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行初始化得到初始化粒子，計(jì)算模塊具體還包括：初始化單元2021，用于對(duì)向量目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行粒子位置和速度的初始化，得到初始化粒子。反演模塊203，用于根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子狀態(tài)更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得全局最優(yōu)解，計(jì)算模塊具體還包括：反演單元2031，用于根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子速度和位置的更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得粒子的最新位置；更新單元2032，用于根據(jù)粒子的最新位置和粒子的目標(biāo)函數(shù)，更新粒子的最優(yōu)位置，并獲得全局最優(yōu)解。判斷模塊204，用于判斷全局最優(yōu)解是否達(dá)到預(yù)置條件，若是，則輸出全局最優(yōu)解，否則轉(zhuǎn)至執(zhí)行S3，計(jì)算模塊具體還包括：判斷單元2041，用于判斷全局最優(yōu)解是否不再減少或超出預(yù)置迭代次數(shù)，若是，則輸出全局最優(yōu)解，否則轉(zhuǎn)至執(zhí)行S31。請(qǐng)參閱圖7，為本發(fā)明實(shí)施例提供的四極法與大地電磁法的對(duì)比示意圖。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種測(cè)量地表到深層大地電阻率的方法及裝置，通過(guò)根據(jù)采用四極法和大地電磁法測(cè)得的大地電阻率數(shù)據(jù)，獲得目標(biāo)函數(shù)；對(duì)目標(biāo)函數(shù)采用最小二乘粒子群算法進(jìn)行初始化得到初始化粒子；根據(jù)初始化粒子進(jìn)行粒子狀態(tài)更新，并使用最小二乘法進(jìn)行反演，獲得全局最優(yōu)解；判斷全局最優(yōu)解是否達(dá)到預(yù)置條件，若是，則輸出全局最優(yōu)解，通過(guò)有效結(jié)合了兩種方法，形成了更有效的覆蓋地表到地下數(shù)十公里深度的測(cè)量方法，解決了由于四極法和大地電磁法測(cè)量電阻率的物理意義不相同，兩者測(cè)量結(jié)果并不能簡(jiǎn)單拼接而導(dǎo)致其無(wú)法較好獲得地表至深層大地電阻率分布的技術(shù)問(wèn)題。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過(guò)程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。在本申請(qǐng)所提供的幾個(gè)實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)，裝置和方法，可以通過(guò)其它的方式實(shí)現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實(shí)施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實(shí)際實(shí)現(xiàn)時(shí)可以有另外的劃分方式，例如多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點(diǎn)，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過(guò)一些接口，裝置或單元的間接耦合或通信連接，可以是電性，機(jī)械或其它的形式。所述作為分離部件說(shuō)明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個(gè)地方，或者也可以分布到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元上?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的需要選擇其中的部分或者全部單元來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)施例方案的目的。另外，在本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例中的各功能單元可以集成在一個(gè)處理單元中，也可以是各個(gè)單元單獨(dú)物理存在，也可以兩個(gè)或兩個(gè)以上單元集成在一個(gè)單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實(shí)現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)。所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-OnlyMemory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。以上所述，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3