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- 复杂介质中时间域航空电磁数据仿真技术研究
- 作者： 齐彦福 来源： 吉林大学 年份： 2017 文献类型 ： 学位论文 关键词： 任意各向异性 时间域航空电磁 后推欧拉 非结构矢量有限元 起伏地形 全波响应正演 面向目标自适应 局部网格
- 描述： 时间域航空电磁法采用机载移动平台,可以对高山、沙漠、沼泽等难以开展地面工作的地区进行快速高效的勘探,现已被广泛应用于资源勘查、环境工程等领域。然而,在数值模拟方面,现有的三维时间域航空电磁正演方法存在稳定性差、计算效率低、无法处理复杂地电结构等诸多问题,严重制约了三维时间域航空电磁数据处理和解释技术的发展。为了解决上述问题,本文采用基于非结构网格的时间域矢量有限元算法开展复杂介质条件下三维时间域航空电磁数据仿真研究,并对电磁响应特征及起伏地形和各向异性的影响规律进行分析。本文首先从时间域电场扩散方程出发,基于非结构四面体网格的灵活性对复杂几何模型进行精细剖分,准确拟合地下电性结构。然后,采用自动满足电场切向连续和无散条件的矢量插值基函数进行空间离散,并利用伽辽金方法建立有限元控制方程。通过引入后推欧拉格式进行时间域离散,获得无条件稳定的隐式方程,放宽对时间步长的限制,根据电流变化特征和电磁扩散规律灵活设定时间步长。同时,应用并行技术计算单元矩阵,并对系数矩阵进行压缩存储以提高计算效率,减少内存消耗。最后,利用多波前并行求解器MUMPS实现有限元方程的快速求解。当时间步长不变时,只需对系数矩阵进行一次分解,通过不断回代右端项即可实现航空电磁多时间道正演模拟。为解决多源问题,本文基于时间域航空电磁系统的有限影响范围(footprint),采取局部网格策略,将观测点分组并分别设计独立网格。通过与一维解析解进行对比,验证了本文算法的准确性。随后以三维地质体模型为例,分析局部网格策略的加速效果。为模拟复杂场源任意发射波形的时间域航空电磁响应,本文提出基于偶极子离散和瞬时电流脉冲的场源处理技术。首先将任意姿态、形状的发射线圈离散成若干段首尾相连的导线,并近似成电偶极子,实现场源的精确模拟,进而根据数值实验分析发射源姿态和形状变化对电磁场的影响规律。然后,本文将瞬时电流脉冲直接加载到源项中,通过改变各个时刻的脉冲强度模拟任意发射波形航空电磁响应。由于该方法无需计算电流二阶导数,数值稳定性得到有效提高。通过计算三维模型实际发射电流波形的航空电磁响应,并与传统褶积算法结果进行比较,检验本文算法模拟复杂波形航空电磁响应的优越性。鉴于网格剖分对三维数值模拟精度影响较大,本文将面向目标的自适应网格加密技术应用于时间域航空电磁三维正演模拟中。首先,基于法向电流密度连续性条件进行后验误差估计;然后通过在观测点处施加虚拟点源计算影响函数,调整各个单元后验误差的影响权重;最后根据加权误差进行局部网格加密,改善网格剖分质量,进而达到提高数值模拟精度的目的。通过对均匀半空间和起伏地表模型上航空电磁响应进行模拟,检验本文自适应算法的可靠性。基于上述研究,本文首先采用时间域有限元算法对球体、直立/水平/倾斜板状体、基底隆起和断层等典型地电模型航空电磁响应进行正演模拟,并分析响应曲线特征。结果显示,不同模型的电磁响应差异较大,根据响应曲线形态和峰值位置可以对目标体的产状和水平位置进行判断,为异常拾取和识别提供参考。其次,本文研究山峰、山谷等起伏地表模型的航空电磁响应特征,分析地形影响规律,验证本文算法处理复杂三维地质结构的有效性。数值实验结果表明,地形对航空电磁响应影响严重,且主要集中在早期,并随时间逐渐减弱,响应形态与地形几何形状呈镜像关系。起伏地表与地下异常体相互耦合使得观测信号变得十分复杂,给数据解释造成困难。最后,本文模拟任意各向异性大地复杂地电结构模型的时间域航空电磁响应,并分析各向异性影响特征。对各向异性异常体、各向异性围岩以及起伏地形各向异性大地三种典型模型的研究结果表明各向异性对航空电磁响应的强度和分布形态均产生严重影响,根据异常分布特征可以判断各向异性特征(电导率主轴方向和旋转角度)。本文研究的时间域航空电磁仿真技术可以为航空电磁系统研发和施工设计提供理论数据,同时为复杂介质条件下三维航空电磁数据反演提供正演模块。本文的研究成果对提高航空电磁数据解释水平具有一定的理论和实用价值。
- 频率域吊舱式直升机航空电磁资料的贝叶斯反演
- 作者： 齐彦福 殷长春 刘云鹤 蔡晶 来源： 2014年中国地球科学联合学术年会——专题2：电磁地球物理学研究应用及其新进展 年份： 2016 文献类型 ： 会议论文
- 描述： 近年来,频率域航空电磁法发展迅速,越来越广泛地应用于资源勘查、环境工程以及军事等领域。该方法工作效率高、通用性好,尤其是针对地形地质条件复杂的地区,如沙漠、沼泽以及植被覆盖密集的地区,可以取得较好的勘探效果。在航空电磁数据处理中,传统的梯度反演方法以其快速高效的特点得到广范应用。这类方法首先将非线性问题线性化,然后延目标函数最速下降方向进行搜索,最后利用迭代技术,获得反演问题的最优解。然而此
- 基于MPI+OpenMP的时间域航空电磁快速正演算法
- 作者： 任运通 李貅 齐彦福 曹华科 来源： 物探与化探 年份： 2021 文献类型 ： 期刊 关键词： 时间域航空电磁 OpenMP MPI 有限元
- 描述： 时间域有限元算法已被广泛应用于航空电磁三维正演模拟当中,然而由于航空电磁测区面积大,且采样密集,造成正演计算量巨大,传统的串行算法已经无法满足计算效率要求,为此,开展了并行加速算法研究以解决计算效率不足的问题。基于航空电磁系统的影响范围有限,采用局部网格技术将计算任务划分成多个子网格,即每个发射源一套网格,各网格的正演计算相互独立,不存在数据依赖性,具有很好的可并行性;利用MPI技术对多个子网格正演任务进行分配,在各个进程上进行并行计算;针对每个正演子网格,在进行时间域有限元算法正演模拟过程中,采用OpenMP技术对单元矩阵进行并行计算。典型地电模型的数值模拟结果表明本文开发的MPI+OpenMP并行正演算法可以有效提高正演速度,最高加速比可达10倍。
- 基于MPI+OpenMP的时间域航空电磁快速正演算法
- 作者： 任运通 李貅 齐彦福 曹华科 来源： 物探与化探 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 时间域航空电磁 OpenMP MPI 有限元
- 描述： 时间域有限元算法已被广泛应用于航空电磁三维正演模拟当中,然而由于航空电磁测区面积大,且采样密集,造成正演计算量巨大,传统的串行算法已经无法满足计算效率要求,为此,开展了并行加速算法研究以解决计算效率不足的问题。基于航空电磁系统的影响范围有限,采用局部网格技术将计算任务划分成多个子网格,即每个发射源一套网格,各网格的正演计算相互独立,不存在数据依赖性,具有很好的可并行性;利用MPI技术对多个子网格正演任务进行分配,在各个进程上进行并行计算;针对每个正演子网格,在进行时间域有限元算法正演模拟过程中,采用OpenMP技术对单元矩阵进行并行计算。典型地电模型的数值模拟结果表明本文开发的MPI+OpenMP并行正演算法可以有效提高正演速度,最高加速比可达10倍。
- 时间域航空电磁三维正演并行加速算法研究
- 作者： 任运通 李貅 齐彦福 曹华科 来源： 2019年中国地球科学联合学术年会 年份： 2019 文献类型 ： 会议论文 关键词： 时间域航空电磁 电磁响应 算法研究 地电模型 并行技术 正演算法 三维正演 并行加速
- 描述： 时间域航空电磁三维正演并行加速算法研究
- 时间域航空电磁法激电信息提取研究
- 作者： 缪佳佳 齐彦福 张文伟 孙军盈 高杉 刘云鹤 张博 来源： 地球物理学进展 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 激电效应 灵敏度分析 cole模型 时间域航空电磁 Cole 多次符号反转现象 正反演
- 描述： 时间域航空电磁法激电信息提取研究
- 三维时间域航空电磁有理Krylov正演研究
- 作者： 邱长凯 殷长春 刘云鹤 张博 任秀艳 齐彦福 蔡晶 来源： 地球物理学报 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 时间域 有理Krylov方法 航空电磁 有限元法 三维正演
- 描述： 常规的三维时间域航空电磁模拟通常采用隐式步长方法进行时间离散,需要几次矩阵分解和上百次右端源项回带,计算效率较低.为了提高正演计算效率,本文提出使用有理Krylov方法求解时间域电场扩散方程.首先使用非结构四面体网格进行空间离散,采用Nédélec矢量基函数近似四面体单元内的电场;然后基于有限元离散给出矩阵指数和矢量乘积表示的电场显式解;最后采用有理Arnoldi算法构造Krylov子空间内的正交基函数并进一步求解矩阵指数与矢量的乘积,直接得到任意时刻的电场解向量,避免步长离散过程.此外,本文还提出一种指数加权偏移参数优化方法,使得有理Arnoldi近似在瞬变衰减晚期具备更高的精度,从而降低Krylov子空间阶数并提高计算效率.通过和层状模型解析解的对比验证了有理Krylov方法的精度.针对三维异常体模型使用全局网格和局部网格剖分并和其他数值方法比较,进一步说明了有理Krylov方法的有效性.
- 三维时间域航空电磁有理Krylov正演研究
- 作者： 邱长凯 殷长春 刘云鹤 张博 任秀艳 齐彦福 蔡晶 来源： 地球物理学报 年份： 2020 文献类型 ： 期刊 关键词： 时间域 有理Krylov方法 航空电磁 有限元法 三维正演
- 描述： 常规的三维时间域航空电磁模拟通常采用隐式步长方法进行时间离散,需要几次矩阵分解和上百次右端源项回带,计算效率较低.为了提高正演计算效率,本文提出使用有理Krylov方法求解时间域电场扩散方程.首先使用非结构四面体网格进行空间离散,采用Nédélec矢量基函数近似四面体单元内的电场;然后基于有限元离散给出矩阵指数和矢量乘积表示的电场显式解;最后采用有理Arnoldi算法构造Krylov子空间内的正交基函数并进一步求解矩阵指数与矢量的乘积,直接得到任意时刻的电场解向量,避免步长离散过程.此外,本文还提出一种指数加权偏移参数优化方法,使得有理Arnoldi近似在瞬变衰减晚期具备更高的精度,从而降低Krylov子空间阶数并提高计算效率.通过和层状模型解析解的对比验证了有理Krylov方法的精度.针对三维异常体模型使用全局网格和局部网格剖分并和其他数值方法比较,进一步说明了有理Krylov方法的有效性.
- 时间域航空电磁数据变维数贝叶斯反演
- 作者： 高宗慧 殷长春 齐彦福 张博 任秀艳 卢永超 来源： Applied Geophysics 年份： 2018 文献类型 ： 期刊 关键词： 贝叶斯反演 时间域航空电磁 加权系数 反褶积 变维数
- 描述： 为改善反演效果,获得全局最小解,减小反演结果对初始模型的依赖程度,本文将变维数贝叶斯反演应用于时间域航空电磁数据反演。变维数贝叶斯反演方法在贝叶斯方法基础上利用可逆跳跃马尔科夫链蒙特卡洛方法(RJMCMC)实现反演模型层数的变化。这种方法根据建议分布并利用蒙特卡洛方法充分搜索模型空间进行随机采样。只统计同时满足数据拟合要求和接受概率的候选模型,受初始模型影响小,收敛稳定,反演结果可靠,最终可获得反演模型的概率分布和不确定度信息。由于实际飞行中发射源高度很难精确测量,因此本文在反演过程中将发射源高度分为不变和发射源高度变化两种情况。同时本文在电阻率先验概率密度函数中引入加权系数以调整对反演模型的约束强度,可有效地解决电阻率断面中间层反演效果不理想的问题。本文通过反演中心回线装置的H型和分离装置K型、HK型断面添加高斯噪声后的仿真数据以及实测数据,验证了变维数贝叶斯方法反演时间域航空电磁数据的有效性。