CN113866834A - 一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法 - Google Patents

一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于地质资源勘探领域，是一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，步骤为：S1：获取实测磁异常数据；S2：根据已反演的实测磁异常数据，利用熵滤波异常分离方法分离出对应地下不同深度层位的磁异常，熵滤波异常分离方法是空间域滑动窗口滤波方法，分离出的各层剩余异常局部极大值水平位置即为场源中心的水平位置；S3：对S2得到的各层结果置于相应地下深度层位，进行三维成像。该三维数据局部极值位置即场源的中心位置。有益效果：本发明方法提高了场源中心位置的计算精度，具有更高的分辨率及定位效果，且方法简便易行。

Description

一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法
技术领域
本发明涉及地球物理地质资源勘探技术领域，具体涉及一种基于熵滤波的场源中心位置获取方法。
背景技术
磁法勘探是地球物理勘探方法中发展最早，应用较广的一种方法。因其效率高、成本低、工作领域广、应用范围广等特点受到人们关注。在磁异常反演与解释工作中，由于受到纵向分辨率的限制，难以准确定位出场源的中心位置。同时，当地下存在多个场源时，场源之间相互干扰也会影响场源中心的定位精度。除此之外，也会受到噪声干扰等影响。因此，寻找一种能够准确定位出场源中心位置的方法是磁异常反演与解释中的关键问题之一。
目前常用的磁异常反演方法主要有两种：物性反演法，通过将地下半空间剖分为规则的网格单元，反演各个网格单元的物性信息，进而通过各网格的物性分布来推断地下场源的分布情况。由于物性反演法具有多解性，需给出特定的约束条件，这些问题制约着该方法的反演效果。欧拉反褶积法，以欧拉齐次方程为基础，应用不同形态的地质体所特有的构造指数来反演地下场源的分布，计算较为简便，且无需大量的约束条件，但由于在实际工作中往往缺少先验信息，难以确定地下场源的构造指数，因此制约了该方法的反演效果。
当前磁异常分离方法众多，但其中大多数都难以从众多异常中准确地定位出场源的中心位置。异常分离依旧是磁异常数据处理与解释中的一个难题。因此，如何进一步提高成像的分辨率，改善成像效果，进而更加准确地定位出场源的中心位置成为该领域的努力方向。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了基于熵滤波的场源中心位置反演方法，应用于获得地质资源勘探中场源的中心位置。
本发明的技术方案：一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，包括以下步骤：
S1：获取实测磁异常数据，所述实测磁异常数据为目标体磁场数据；
S2：根据已获得的实测磁异常数据，利用熵滤波异常分离方法分离出对应地下不同深度层位的磁异常，其中所述熵滤波异常分离方法是一种空间域滑动窗口滤波方法，分离出的各层剩余异常局部极大值水平位置即为场源中心的水平位置；
S3：对S2得到的各层结果置于相应地下深度层位，进行三维成像，三维成像数据局部极值位置即得到场源的中心位置。
上述空间域滑动窗口滤波方法如下：
a、建立滑动窗口，窗口中心点为任意待滤波点
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，计算窗口内磁异常最大值，最小值和平均值；
b、计算窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值；
c、对窗口内各点计算各自的熵值，利用各点熵值计算各点熵权系数；
d、根据熵权系数对待滤波点
Figure 151036DEST_PATH_IMAGE001
进行熵滤波，并计算其剩余异常；
e、滑动窗口至下一待滤波点并重复上述步骤。
所述步骤a中计算窗口内磁异常最大值,最小值及平均值分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE005
Figure DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 650237DEST_PATH_IMAGE008
为求取窗口内磁异常的最大值，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
为求取窗口内磁异常的最小值，
Figure 217484DEST_PATH_IMAGE010
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为窗口内磁异常点个数。
所述步骤b中窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 843638DEST_PATH_IMAGE010
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure 230757DEST_PATH_IMAGE014
为窗口内磁异常的平均值。
所述步骤c中窗口内各点熵值计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 7083DEST_PATH_IMAGE010
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure 897678DEST_PATH_IMAGE014
为窗口内磁异常的平均值，
Figure 694733DEST_PATH_IMAGE016
为窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值；
可得窗口内各点熵权系数为：
Figure 569148DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为窗口内各点熵值，
Figure 742640DEST_PATH_IMAGE011
为窗口内磁异常点个数。
所述步骤d中熵滤波计算的区域异常结果为：
Figure 18901DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 986857DEST_PATH_IMAGE010
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为窗口内各点熵权系数，
Figure 82989DEST_PATH_IMAGE011
为窗口内磁异常点个数；
待滤波点
Figure 450385DEST_PATH_IMAGE001
熵滤波后的剩余异常为：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
Figure 315573DEST_PATH_IMAGE024
为熵滤波计算的区域异常结果，
Figure DEST_PATH_IMAGE025
为窗口内总的磁异常。
因实施本发明需要的计算量大且需要可视化显示，故需要计算机辅助计算。所需硬件设备包括：一个或多个处理器、用于存储一个或多个计算程序的存储装置，当一个或多个计算程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器执行本发明方法的有关数据计算。
本发明的有益效果：本方法利用熵滤波分离异常，相对于传统的场源中心反演方法，具有无需约束条件及先验信息等优势，可以快速定位出场源的中心位置；本发明相较于其他传统方法，具有更高的分辨率及定位效果。利用本发明可以进行场源的中心位置高精度计算，有利于地质资源勘探的精度提高。方法简便易行，有利于推广。
附图说明
图1为两个球体模型的示意图；
图2为两个球体模型产生的磁异常平面等值线图；
图3为采用本发明方法对图2的模型磁异常数据进行中心位置计算所得的三维可视化图；
图4为采用本发明方法对图2的模型磁异常数据进行中心位置计算所得的平面可视化图；
图5为两个立方体模型的示意图；
图6为两个立方体模型产生的磁异常平面等值线图；
图7为采用本发明方法对图5的模型磁异常数据进行中心位置计算所得的三维可视化图；
图8为采用本发明方法对图5的模型磁异常数据进行中心位置计算所得的平面可视化图。
具体实施方式
一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，包括以下步骤：
S1：获取实测磁异常数据，所述实测磁异常数据为目标体磁场数据；
S2：根据已获得的实测磁异常数据，利用熵滤波异常分离方法分离出对应地下不同深度层位的磁异常，其中所述熵滤波异常分离方法是在熵的理论基础上提出的一种空间域滑动窗口滤波方法，分离出的各层剩余异常局部极大值水平位置即为场源中心的水平位置；
S3：对S2得到的各层结果置于相应地下深度层位，进行三维成像，三维成像数据局部极值位置即得到场源的中心位置。
上述空间域滑动窗口滤波方法如下：
a、建立滑动窗口，窗口中心点为任意待滤波点
Figure 720010DEST_PATH_IMAGE001
，计算窗口内磁异常最大值，最小值和平均值；
b、计算窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值；
c、对窗口内各点计算各自的熵值，利用各点熵值计算各点熵权系数；
d、根据熵权系数对待滤波点
Figure 303438DEST_PATH_IMAGE001
进行熵滤波，并计算其剩余异常；
e、滑动窗口至下一待滤波点并重复上述步骤。
所述步骤a中计算窗口内磁异常最大值,最小值及平均值分别为：
Figure 818733DEST_PATH_IMAGE003
Figure 804006DEST_PATH_IMAGE005
Figure 113765DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 450068DEST_PATH_IMAGE008
为求取窗口内磁异常的最大值，
Figure 503475DEST_PATH_IMAGE009
为求取窗口内磁异常的最小值，
Figure 343255DEST_PATH_IMAGE010
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure 823915DEST_PATH_IMAGE011
为窗口内磁异常点个数。
所述步骤b中窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值为：
Figure 522881DEST_PATH_IMAGE013
其中，
Figure 379978DEST_PATH_IMAGE010
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure 74265DEST_PATH_IMAGE014
为窗口内磁异常的平均值。
所述步骤c中窗口内各点熵值计算为：
Figure 991405DEST_PATH_IMAGE015
其中，
Figure 36722DEST_PATH_IMAGE010
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure 431931DEST_PATH_IMAGE014
为窗口内磁异常的平均值，
Figure 980724DEST_PATH_IMAGE016
为窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值；
可得窗口内各点熵权系数为：
Figure 334345DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 601378DEST_PATH_IMAGE019
为窗口内各点熵值，
Figure 800278DEST_PATH_IMAGE011
为窗口内磁异常点个数。
所述步骤d中熵滤波计算的区域异常结果为：
Figure 859370DEST_PATH_IMAGE020
其中，
Figure 118313DEST_PATH_IMAGE010
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure 872642DEST_PATH_IMAGE021
为窗口内各点熵权系数，
Figure 875233DEST_PATH_IMAGE011
为窗口内磁异常点个数；
待滤波点
Figure 398619DEST_PATH_IMAGE001
熵滤波后的剩余异常为：
Figure 828463DEST_PATH_IMAGE023
Figure 804509DEST_PATH_IMAGE024
为熵滤波计算的区域异常结果，
Figure 610791DEST_PATH_IMAGE025
为窗口内总的磁异常。
实验例1
如图1所示的两个球体模型的模型示意图，设定磁化倾角为90°，磁化偏角为0°，两个球体模型中心距地表100m，两个球体模型半径为50m，磁化率为0.1SI，产生的磁异常如图2所示。采用本发明方法对原始磁异常数据进行基于熵滤波异常分离的场源中心位置计算，本发明反演的两个球体模型的中心深度均为100m，对计算结果进行可视化得到如图3所示的三维场源中心位置计算结果以及图4所示的平面场源中心切片图。可以看出，本发明可以较准确地反演场源中心位置计算结果，并实现了结果的可视化。
实验例2
如图5所示的两个立方体模型的模型示意图，设定磁化倾角为90°，磁化偏角为0°，两个立方体模型中心距地表200m，两个立方体模型长和宽均为100m，高为200m，磁化率为0.1SI，产生的磁异常如图6所示。采用本发明方法对原始磁异常数据进行基于熵滤波异常分离的场源中心位置计算，本发明反演的两个球体模型的中心深度均为100m，对计算结果进行可视化得到如图7所示的三维场源中心位置计算结果以及图8所示的平面场源中心切片图。可以看出，本发明可以较准确地反演场源中心位置计算结果，并实现了结果的可视化。

Claims (7)

1.一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取实测磁异常数据，所述实测磁异常数据为目标体磁场数据；
S2：根据已获得的实测磁异常数据，利用熵滤波异常分离方法分离出对应地下不同深度层位的磁异常，其中所述熵滤波异常分离方法是一种空间域滑动窗口滤波方法，分离出的各层剩余异常局部极大值水平位置即为场源中心的水平位置；
S3：对S2得到的各层结果置于相应地下深度层位，进行三维成像，三维成像数据局部极值位置即得到场源的中心位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，其特征在于，空间域滑动窗口滤波方法如下：
a、建立滑动窗口，窗口中心点为任意待滤波点
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，计算窗口内磁异常最大值，最小值和平均值；
b、计算窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值；
c、对窗口内各点计算各自的熵值，利用各点熵值计算各点熵权系数；
d、根据熵权系数对待滤波点
Figure 999706DEST_PATH_IMAGE002
进行熵滤波，并计算其剩余异常；
e、滑动窗口至下一待滤波点并重复上述步骤。
3.根据权利要求2所述的一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，其特征在于，步骤a中计算窗口内磁异常最大值,最小值及平均值分别为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为求取窗口内磁异常的最大值，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为求取窗口内磁异常的最小值，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为窗口内磁异常点个数。
4.根据权利要求3所述的一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，其特征在于，所述步骤b中窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
其中，
Figure 713585DEST_PATH_IMAGE014
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为窗口内磁异常的平均值。
5.根据权利要求4所述的一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，其特征在于，所述步骤c中窗口内各点熵值计算为：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
其中，
Figure 86797DEST_PATH_IMAGE014
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure 216427DEST_PATH_IMAGE020
为窗口内磁异常的平均值，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值；
可得窗口内各点熵权系数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE026
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为窗口内各点熵值，
Figure 765220DEST_PATH_IMAGE016
为窗口内磁异常点个数。
6.根据权利要求5所述的一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法，其特征在于，所述步骤d中熵滤波计算的区域异常结果为：
Figure DEST_PATH_IMAGE030
其中，
Figure 181158DEST_PATH_IMAGE014
为落入滑动窗口内的磁异常，
Figure DEST_PATH_IMAGE032
为窗口内各点熵权系数，
Figure 182612DEST_PATH_IMAGE016
为窗口内磁异常点个数；
待滤波点
Figure 381512DEST_PATH_IMAGE002
熵滤波后的剩余异常为：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
Figure DEST_PATH_IMAGE036
为熵滤波计算的区域异常结果，
Figure DEST_PATH_IMAGE038
为窗口内总的磁异常。
7.一种基于熵滤波的场源中心位置反演方法的实施装置，其特征在于，含有至少一个处理器、至少一个存储装置，存储装置用于存储计算机程序，处理器用于执行计算机程序，通过计算机实施如下步骤：
S1：输入获取的实测磁异常数据，所述实测磁异常数据为目标体磁场数据；
S2：根据已获得的实测磁异常数据，利用熵滤波异常分离方法分离出对应地下不同深度层位的磁异常，其中所述熵滤波异常分离方法是一种空间域滑动窗口滤波方法，分离出的各层剩余异常局部极大值水平位置即为场源中心的水平位置；
S3：对S2得到的各层结果置于相应地下深度层位，进行三维成像，三维成像数据局部极值位置即得到场源的中心位置;
所述空间域滑动窗口滤波步骤为：
a、建立滑动窗口，窗口中心点为任意待滤波点
Figure 519232DEST_PATH_IMAGE002
，计算窗口内磁异常最大值，最小值和平均值；
b、计算窗口内各点磁异常与磁异常平均值之差的绝对值的最大值；
c、对窗口内各点计算各自的熵值，利用各点熵值计算各点熵权系数；
d、根据熵权系数对待滤波点
Figure 512596DEST_PATH_IMAGE002
进行熵滤波，并计算其剩余异常；
e、滑动窗口至下一待滤波点并重复上述步骤。
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