基于改进粒子群算法的中心回线装置瞬变电磁一维反演研究

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瞬变电磁法是一种用于探测地下介质电阻率的电磁探测方法,因探测效率高、对低阻体反应灵敏等特点,被广泛用于水文调查、资源探测与工程勘查等领域。目前,瞬变电磁正演理论发展迅速,在二维、三维的模型搭建和数值计算方面取得了较好的成果。但实际生产中,由于瞬变电磁反演问题为非线性参数估计问题,存在多解性,求解过程较为复杂,故而如何进一步提高瞬变电磁一维反演资料的解释精度,亟需进一步研究。非线性反演方法由于其较好的寻优能力被广泛应用于瞬变电磁反演中,寻求更为高效的非线性反演算法成为当下的研究热点。本文以瞬变电磁中心回线装置的正演理论为基础,建立非线性反演问题的目标函数,引入了启发式智能优化算法粒子群算法。粒子群算法拥有操作简单、收敛快速等优势,在求解复杂的多变量优化问题方面具有较大潜力,但其存在收敛精度无法满足要求,容易出现“早熟”的问题。针对粒子群算法的局限性,本文给出了改进混合粒子群算法,在该算法的基础上进一步对收敛精度的提高进行研究,提出了改进混合粒子群联合蛙跳算法,论文主要研究内容如下:(1)改进单一粒子群算法,采用反向学习策略调整随机初始种群,通过正余弦加速系数优化学习因子,利用正弦映射改进惯性权重,引入变异算子,最终得到了改进混合粒子群算法。将其应用于瞬变电磁反演,对瞬变电磁一维层状地电模型进行仿真,发现其能有效地处理瞬变电磁数据,反演精度高,稳定性强,鲁棒性好。(2)基于改进混合粒子群算法的群体智能思想,结合混合蛙跳算法的协同搜索策略,提出了一种联合算法:改进混合粒子群联合蛙跳算法,提高了局部搜索能力,充分地综合了各子群的个体进化信息,避免了粒子的过度集中。将改进后的混合算法运用至瞬变电磁一维地电模型的反演寻优问题中,探究其运行性能,结果显示,改进混合粒子群联合蛙跳算法能够具有更优的搜索能力,收敛速度和精度提高,更适用于处理瞬变电磁反演问题。(3)对四川省西山村滑坡区域的实测数据展开瞬变电磁反演研究。首先采用小波阈值去噪对测区资料进行预处理,接着通过烟圈理论对资料进行定性处理,在此基础上,利用粒子群算法和改进混合粒子群联合蛙跳算法对测区的测线资料进行精细解释,得到分辨率较好的视电阻率剖面图。选取改进混合粒子群联合蛙跳算法对测区的地层结构进行反演探究,得到滑坡区域的拟三维电性结构图,判断其含水层所在位置,与实际地质相符合,证实了算法的实用性。
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