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[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于離散卷積殘差網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)反演識(shí)別方法有效

專(zhuān)利信息
申請(qǐng)?zhí)枺?/td> 202110354004.X 申請(qǐng)日: 2021-04-01
公開(kāi)(公告)號(hào): CN112949089B 公開(kāi)(公告)日: 2022-11-15
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: 戴振學(xué);湛傳俊 申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人: 吉林大學(xué)
主分類(lèi)號(hào): G06F30/20 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06N3/04
代理公司: 長(zhǎng)春市四環(huán)專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 22103 代理人: 張建成
地址: 130012 吉*** 國(guó)省代碼: 吉林;22
權(quán)利要求書(shū): 查看更多 說(shuō)明書(shū): 查看更多
摘要:
搜索關(guān)鍵詞: 一種 基于 離散 卷積 網(wǎng)絡(luò) 含水層 結(jié)構(gòu) 反演 識(shí)別 方法
【權(quán)利要求書(shū)】:

1.一種基于離散卷積殘差網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)反演識(shí)別方法,其特征在于:包括以下步驟:

步驟1:通過(guò)資料收集方式,建立一個(gè)目標(biāo)含水層的先驗(yàn)結(jié)構(gòu);

步驟2:將含水層先驗(yàn)結(jié)構(gòu)作為訓(xùn)練集,利用并行單樣本生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí),建立含水層結(jié)構(gòu)生成模型;

步驟3:隨機(jī)生成參數(shù)樣本,輸入到訓(xùn)練后的含水層結(jié)構(gòu)生成模型,生成一系列與初始結(jié)構(gòu)具有相同地質(zhì)統(tǒng)計(jì)特征的含水層結(jié)構(gòu),將其輸入到溶質(zhì)運(yùn)移模型中,得到對(duì)應(yīng)的水頭及濃度的狀態(tài)分布場(chǎng),建立由“含水層結(jié)構(gòu)-狀態(tài)場(chǎng)”樣本構(gòu)成的正演替代模型訓(xùn)練樣本集;

步驟4:對(duì)步驟3獲得的訓(xùn)練樣本集作歸一化處理;

步驟5:結(jié)合離散卷積層和稠密殘差網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個(gè)由含水層結(jié)構(gòu)作為輸入,狀態(tài)場(chǎng)作為輸出的正演替代模型,用步驟4中歸一化處理后的訓(xùn)練樣本集對(duì)本步驟中的正演替代模型進(jìn)行訓(xùn)練;

步驟6:對(duì)觀測(cè)水頭、濃度數(shù)據(jù)采用步驟4相同的方法進(jìn)行歸一化處理;

步驟7:隨機(jī)生成一系列含水層結(jié)構(gòu)生成模型輸入?yún)?shù)的樣本,將參數(shù)樣本輸入到含水層結(jié)構(gòu)生成模型中,獲得對(duì)應(yīng)的含水層結(jié)構(gòu);

步驟8:將步驟7生成的含水層結(jié)構(gòu)輸入到正演替代模型中,獲得對(duì)應(yīng)的狀態(tài)場(chǎng),從而獲得觀測(cè)點(diǎn)位置的水頭及濃度模擬預(yù)測(cè)值;

步驟9:基于模擬預(yù)測(cè)值與實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù),利用集合平滑器算法,對(duì)輸入到含水層結(jié)構(gòu)生成模型的參數(shù)樣本進(jìn)行更新;

步驟10:將步驟9更新后的參數(shù)輸入到含水層結(jié)構(gòu)生成模型中,并利用正演替代模型獲取更新后含水層結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)觀測(cè)點(diǎn)位置的水頭及濃度模擬預(yù)測(cè)值;

步驟11:重復(fù)步驟9-10,直到達(dá)到設(shè)定的迭代次數(shù);

步驟12:將最后更新得到的參數(shù)輸入到含水層結(jié)構(gòu)生成模型中,即可獲得基于觀測(cè)數(shù)據(jù)的后驗(yàn)含水層結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散卷積殘差網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)反演識(shí)別方法,其特征在于:所述步驟1僅需要獲取一個(gè)含水層結(jié)構(gòu)先驗(yàn)?zāi)P汀?/p>

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散卷積殘差網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)反演識(shí)別方法,其特征在于:所述步驟2中的含水層結(jié)構(gòu)生成模型是基于并行單樣本生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的,其僅需要單個(gè)訓(xùn)練樣本即可進(jìn)行訓(xùn)練且相比于其他生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)具有更快的訓(xùn)練速度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散卷積殘差網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)反演識(shí)別方法,其特征在于:所述步驟2中基于并行單樣本生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)生成模型的訓(xùn)練過(guò)程是分階段進(jìn)行的,含水層結(jié)構(gòu)生成模型可以對(duì)含水層結(jié)構(gòu)訓(xùn)練樣本的大尺度到小尺度特征隨訓(xùn)練階段的增加依次進(jìn)行學(xué)習(xí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散卷積殘差網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)反演識(shí)別方法,其特征在于:所述步驟2中的含水層結(jié)構(gòu)生成模型在第N階段訓(xùn)練所采用的損失函數(shù)如下所示:

公式(1)中GN,DN分別表示第N階段的生成器和識(shí)別器,表示W(wǎng)GAN-GP損失函數(shù),其表達(dá)式如式(2)和(3)所示,表示重構(gòu)損失函數(shù),其表達(dá)式如式(4)所示,γ為重構(gòu)損失系數(shù);

公式(2)、(3)中Ptrain是訓(xùn)練數(shù)據(jù)分布,Pgen表示生成數(shù)據(jù)分布,是從訓(xùn)練數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)中隨機(jī)抽取的一個(gè)樣本分布:

公式(4)中zrec為重構(gòu)輸入?yún)?shù),由訓(xùn)練開(kāi)始階段隨機(jī)產(chǎn)生,在訓(xùn)練過(guò)程中固定不變,XN表示含水層先驗(yàn)結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散卷積殘差網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)反演識(shí)別方法,其特征在于:所述步驟3中“含水層結(jié)構(gòu)-狀態(tài)場(chǎng)”訓(xùn)練集均采用圖像像素點(diǎn)值的形式,將正演替代模型的輸入及輸出均看作圖像,將含水層結(jié)構(gòu)到狀態(tài)場(chǎng)的映射看作是一個(gè)圖像回歸問(wèn)題。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于離散卷積殘差網(wǎng)絡(luò)的含水層結(jié)構(gòu)反演識(shí)別方法,其特征在于:所述步驟3中通過(guò)編寫(xiě)程序,依據(jù)生成的含水層結(jié)構(gòu),自動(dòng)地替換溶質(zhì)運(yùn)移模擬程序的輸入文件中網(wǎng)格巖相,并且執(zhí)行溶質(zhì)運(yùn)移模擬程序,最后將輸出結(jié)果自動(dòng)保存,從而得到由模型參數(shù)和模型響應(yīng)構(gòu)成的訓(xùn)練樣本集。

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