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(shí)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(guò)觀測(cè)和研究人工建立穩(wěn)定電場(chǎng)的分布規(guī)律來(lái)解決水文、環(huán)境和工程地質(zhì)問(wèn)題。然而在傳統(tǒng)的高密度電法勘探中，不同排列類(lèi)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(wú)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(shí)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(duì)超高密度電法進(jìn)行正演模擬和反演解釋的裝置設(shè)計(jì)并不多見(jiàn)。因此研究超高密度電法的非線(xiàn)性反演裝置對(duì)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(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)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(xiàn)性反演裝置，該裝置采用主成分分析法PCA對(duì)超高密度電法采集的高維觀測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)超高密度電法的快速和高精度反演。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)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(chǔ)器、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器、PCA特征提取模塊、樣本存儲(chǔ)器、I/O驅(qū)動(dòng)模塊、SPI接口、鍵盤(pán)、顯示屏、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊、參數(shù)存儲(chǔ)器、電源模塊和時(shí)鐘模塊；其中微處理器ARM與正演模塊和WIFI模塊相連，通過(guò)I/O驅(qū)動(dòng)模塊與鍵盤(pán)和顯示屏相連，通過(guò)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(chǔ)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(guò)PCA特征提取模塊與樣本存儲(chǔ)器相連；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊分別與樣本存儲(chǔ)器和參數(shù)存儲(chǔ)器相連；時(shí)鐘模塊為裝置提供同步時(shí)鐘，電源模塊為裝置提供電源。
[0006]本實(shí)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(jiǎn)單，攜帶方便，能夠采用PCA技術(shù)對(duì)超高密度電法采集的高維觀測(cè)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(xiàn)性反演模型，具有較高的反演速度和成像精度。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本實(shí)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(shí)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(chǔ)器、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器、PCA特征提取模塊、樣本存儲(chǔ)器、I/O驅(qū)動(dòng)模塊、SPI接口、鍵盤(pán)、顯示屏、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊、參數(shù)存儲(chǔ)器、電源模塊和時(shí)鐘模塊。其中微處理器ARM與正演模塊和WIFI模塊相連，通過(guò)I/O驅(qū)動(dòng)模塊與鍵盤(pán)和顯示屏相連，通過(guò)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(chǔ)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(guò)PCA特征提取模塊與樣本存儲(chǔ)器相連；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊分別與樣本存儲(chǔ)器和參數(shù)存儲(chǔ)器相連；時(shí)鐘模塊為裝置提供同步時(shí)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(shí)的電位矩陣，并依次存儲(chǔ)在電位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)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(shí)的初始數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)通過(guò)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(chǔ)在樣本存儲(chǔ)器中。同時(shí)，微處理器ARM通過(guò)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(chǔ)器。在反演模式下，微處理器ARM通過(guò)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(guò)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(chǔ)器中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，對(duì)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(guò)I/O驅(qū)動(dòng)模塊將反演結(jié)果在顯示屏上進(jìn)行成像顯示，并可通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)處理等操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(chǔ)器、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器、PCA特征提取模塊、樣本存儲(chǔ)器、I/O驅(qū)動(dòng)模塊、SPI接口、鍵盤(pán)、顯示屏、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊、參數(shù)存儲(chǔ)器、電源模塊和時(shí)鐘模塊；其中微處理器ARM與正演模塊和WIFI模塊相連，通過(guò)I/O驅(qū)動(dòng)模塊與鍵盤(pán)和顯示屏相連，通過(guò)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(chǔ)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(guò)PCA特征提取模塊與樣本存儲(chǔ)器相連；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊分別與樣本存儲(chǔ)器和參數(shù)存儲(chǔ)器相連；時(shí)鐘模塊為裝置提供同步時(shí)鐘，電源模塊為裝置提供電源。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)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(chǔ)器、電極排列數(shù)據(jù)發(fā)生器、PCA特征提取模塊、樣本存儲(chǔ)器、I/O驅(qū)動(dòng)模塊、SPI接口、鍵盤(pán)、顯示屏、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演模塊、參數(shù)存儲(chǔ)器、電源模塊和時(shí)鐘模塊。該裝置成本低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，攜帶方便，能夠采用PCA技術(shù)對(duì)超高密度電法采集的高維觀測(cè)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(xiàn)性反演模型，具有較高的反演速度和成像精度。
【IPC分類(lèi)】G01V3/00, G01V3/38
【公開(kāi)號(hào)】CN204925409
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520673270
【發(fā)明人】江沸菠
【申請(qǐng)人】中南大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月2日