一種基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法反演裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及地球物理超高密度電法資料反演解釋領(lǐng)域,尤其涉及一種基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法反演裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超高密度電法是高密度電法在采集方式上的改進(jìn),其勘探原理與常規(guī)的電法相同,均以巖礦石的電性差異為基礎(chǔ),通過觀測和研究人工建立穩(wěn)定電場的分布規(guī)律來解決水文、環(huán)境和工程地質(zhì)問題。然而在傳統(tǒng)的高密度電法勘探中,不同排列類型的裝置具有不同的分辨率和勘探深度,在相同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)上,不同裝置的視電阻率偽截面有著較大的不同,無法充分利用電極陣列所能夠采集的數(shù)據(jù)量,不利于后期高精度反演。而超高密度電法不受傳統(tǒng)電極裝置和數(shù)據(jù)采集方式的限制,在相同時間內(nèi),可采集該剖面電極間所有可能組合的電位信息,保證了后期數(shù)據(jù)處理和反演結(jié)果的精度。雖然超高密度電法在工程應(yīng)用中的案例較多,但是針對超高密度電法進(jìn)行正演模擬和反演解釋的裝置設(shè)計并不多見。因此研究超高密度電法的非線性反演裝置對超高密度電法的進(jìn)一步推廣和應(yīng)用具有積極的理論和實際意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法非線性反演裝置,該裝置采用主成分分析法PCA對超高密度電法采集的高維觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和降維,利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行超高密度電法的反演建模,從而實現(xiàn)對超高密度電法的快速和高精度反演。
[0004]為實現(xiàn)上述目的,本實用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0005]基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法反演裝置,其特征在于:該裝置包括微處理器ARM、WIFI模塊、正演模塊、電位數(shù)據(jù)存儲器、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器、PCA特征提取模塊、樣本存儲器、I/O驅(qū)動模塊、SPI接口、鍵盤、顯示屏、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊、參數(shù)存儲器、電源模塊和時鐘模塊;其中微處理器ARM與正演模塊和WIFI模塊相連,通過I/O驅(qū)動模塊與鍵盤和顯示屏相連,通過SPI接口與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊相連;電位數(shù)據(jù)存儲器分別與正演模塊、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器相連,并通過PCA特征提取模塊與樣本存儲器相連;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊分別與樣本存儲器和參數(shù)存儲器相連;時鐘模塊為裝置提供同步時鐘,電源模塊為裝置提供電源。
[0006]本實用新型的有益效果在于:該基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法反演裝置成本低廉,結(jié)構(gòu)簡單,攜帶方便,能夠采用PCA技術(shù)對超高密度電法采集的高維觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和降維,并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速建立非線性反演模型,具有較高的反演速度和成像精度。
【附圖說明】
[0007]圖1是本實用新型基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法反演裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0008]如圖1所示,基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法反演裝置包括微處理器ARM、WIFI模塊、正演模塊、電位數(shù)據(jù)存儲器、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器、PCA特征提取模塊、樣本存儲器、I/O驅(qū)動模塊、SPI接口、鍵盤、顯示屏、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊、參數(shù)存儲器、電源模塊和時鐘模塊。其中微處理器ARM與正演模塊和WIFI模塊相連,通過I/O驅(qū)動模塊與鍵盤和顯示屏相連,通過SPI接口與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊相連;電位數(shù)據(jù)存儲器分別與正演模塊、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器相連,并通過PCA特征提取模塊與樣本存儲器相連;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊分別與樣本存儲器和參數(shù)存儲器相連;時鐘模塊為裝置提供同步時鐘,電源模塊為裝置提供電源。
[0009]該裝置分為訓(xùn)練和反演兩種工作模式。在訓(xùn)練模式下,微處理器ARM控制正演模塊生成電極勘探時的電位矩陣,并依次存儲在電位數(shù)據(jù)存儲器中,電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器根據(jù)超高密度電法的電極排列要求依次在電位數(shù)據(jù)存儲器中取出相應(yīng)的電位數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練時的初始數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)通過PCA特征提取模塊進(jìn)行特征提取和降維后,形成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練樣本并存儲在樣本存儲器中。同時,微處理器ARM通過SPI接口控制BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊進(jìn)入訓(xùn)練階段。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊依次讀取樣本,采用BP算法進(jìn)行訓(xùn)練,并保持訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)至參數(shù)存儲器。在反演模式下,微處理器ARM通過WIFI模塊讀入外部勘探數(shù)據(jù),設(shè)置反演參數(shù),然后通過SPI接口控制BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊進(jìn)入反演階段。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊讀取參數(shù)存儲器中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù),對輸入的勘探數(shù)據(jù)進(jìn)行直接反演,并將反演的結(jié)果返回至微處理器ARM。微處理器ARM通過I/O驅(qū)動模塊將反演結(jié)果在顯示屏上進(jìn)行成像顯示,并可通過鍵盤進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)處理等操作。
【主權(quán)項】
1.一種基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法反演裝置,其特征在于:該裝置包括微處理器ARM、WIFI模塊、正演模塊、電位數(shù)據(jù)存儲器、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器、PCA特征提取模塊、樣本存儲器、I/O驅(qū)動模塊、SPI接口、鍵盤、顯示屏、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊、參數(shù)存儲器、電源模塊和時鐘模塊;其中微處理器ARM與正演模塊和WIFI模塊相連,通過I/O驅(qū)動模塊與鍵盤和顯示屏相連,通過SPI接口與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊相連;電位數(shù)據(jù)存儲器分別與正演模塊、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器相連,并通過PCA特征提取模塊與樣本存儲器相連;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊分別與樣本存儲器和參數(shù)存儲器相連;時鐘模塊為裝置提供同步時鐘,電源模塊為裝置提供電源。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于主成分神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的超高密度電法反演裝置,該裝置包括微處理器ARM、WIFI模塊、正演模塊、電位數(shù)據(jù)存儲器、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器、PCA特征提取模塊、樣本存儲器、I/O驅(qū)動模塊、SPI接口、鍵盤、顯示屏、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊、參數(shù)存儲器、電源模塊和時鐘模塊。該裝置成本低廉,結(jié)構(gòu)簡單,攜帶方便,能夠采用PCA技術(shù)對超高密度電法采集的高維觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和降維,并利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速建立非線性反演模型,具有較高的反演速度和成像精度。
【IPC分類】G01V3/00, G01V3/38
【公開號】CN204925409
【申請?zhí)枴緾N201520673270
【發(fā)明人】江沸菠
【申請人】中南大學(xué)
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月2日