一种多步变异的AB-Hy编码电磁测深一维反演方法及装置与流程

本发明涉及电磁测深数据一维反演，具体涉及一种多步变异的ab-hy编码电磁测深一维反演方法及装置。

背景技术：

1、电磁测深观测数据的精细反演有助于准确认识地质结构的分布，实现对地高精度勘探。而由于观测数据是有限的、局部的，地质结构是复杂多变、非线性的，电磁测深反演难度很大。

2、成熟的可控源电磁测深的一维反演算法有occam反演算法和bostick反演算法，现有的二维反演技术是基于有限元和有限差分算法的。这些算法计算量大，反演时间长，反演结果具有多解性。

3、因此，目前的电磁测深及其反演算法优化收敛速度较慢，反演计算耗费时间长。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多步变异的ab-hy编码电磁测深一维反演方法及装置，以解决电磁测深及其反演现有技术中算法优化收敛速度较慢，耗费时间长的问题。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种多步变异的ab-hy编码电磁测深一维反演方法，包括：

3、根据对待测区域进行ab-hy编码电磁测深得到的全区视电阻率观测值和预设一维水平层状模型及其可行解空间范围随机产生实数编码种群，正演计算出种群每个个体的全区视电阻率；

4、根据所述种群每个个体的全区视电阻率的计算值和所述全区视电阻率观测值计算所述种群中每个个体的适应度值；

5、选择当前适应度值最高的个体作为最优个体，对所述种群个体逐一进行有最优个体参与的多步差分进化的迭代计算；

6、当迭代计算达到终止条件后，将得到的适应度值最高的个体作为观测数据的反演结果。

7、优选的，预设一维水平层状模型及其可行解空间范围随机产生实数编码种群，包括：

8、对所述预设一维水平层状模型的每一个维度层参数设置取值上界和下界，设置种群规模；

9、根据如下公式在所述预设一维水平层状模型的可行解空间内随机产生实数编码的初始种群：

10、pop(np,j)＝xvjmin+rand(np,1).×(xvjmax-xvjmin)，j＝1:1:d

11、其中，pop(np,j)为所述初始种群；xvjmin为各维度层参数的取值下界；xvjmax为各维度层参数的取值上界；rand为产生的(0,1)间的随机数；d为所述预设一维水平层状模型的空间维数。

12、优选的，所述根据所述种群每个个体的全区视电阻率的计算值和所述全区视电阻率观测值计算所述种群中每个个体的适应度值，包括：

13、计算所述种群每个个体的全区视电阻率的计算值和所述全区视电阻率观测值的拟合均方差，公式如下：

14、

15、其中，obdat为所述全区视电阻率观测值；mdat为所述种群每个个体的全区视电阻率的计算值；nerr为拟合均方差；

16、根据所述拟合均方差计算得出个体的适应度值，公式如下：

17、mf＝(fml-nerr)/fml

18、其中，mf为个体的适应度值；fml为预设的最大适应度值。

19、优选的，所述对所述种群个体逐一进行有最优个体参与的多步差分进化的迭代计算，包括：

20、将所述种群个体逐一进行四步有最优个体参与的变异、交叉、选择操作，产生新种群和新的最优个体，每步变异方式不同，每步均能得到新种群和新的最优个体，重复本操作进行迭代计算；

21、所述交叉操作：将原种群中正在变异操作的个体与所述变异后新个体进行交叉操作，得到新个体；

22、所述选择操作：计算新个体的适应度值与种群最优个体的适应度值比较，将两者中适应度值高的个体作为新的最优个体。

23、优选的，所述将所述种群个体逐一进行四步有最优个体参与的变异方式，包括：

24、第一步变异：随机选取两个个体和最优个体进行变异，公式如下：

25、hm(ik,:)＝bests+1.21×rand()×(pm1-pm2)

26、第二步变异：随机选取两个个体和最优个体进行变异，公式如下：

27、hm(ik,:)＝pm1+1.21×rand()×(bests-pm2)

28、第三步变异：随机选取三个个体和最优个体进行变异，公式如下：

29、hm(ik,:)＝pm1+0.8×rand()×(bests-pm2)+1.21×rand()×(bests-pm3)

30、第四步变异：随机选取三个个体和最优个体进行变异，公式如下：

31、hm(ik,:)＝bests+0.8×rand()×(bests-pm1)+1.21×rand()×(pm2-pm3)

32、上述公式中，bests为上一代的最优个体；rand()为产生随机数(0,1)的函数；pmi(i＝1,2,3)为在原种群中随机挑选的互不相同的个体；hm为变异产生的变异个体；ik＝1,2,…,np表示对种群中的个体逐个进行变异操作。

33、优选的，所述根据对待测区域进行ab-hy编码电磁测深得到的全区视电阻率观测值和预设一维水平层状模型及其解空间范围产生实数编码种群，正演计算出种群每个个体的全区视电阻率，包括：

34、获取ab-hy编码电磁测深观测参数，包括：电流时间序列、ab长度、收发距和测点坐标及测点观测的水平磁场hy时间序列；

35、根据所述ab-hy编码电磁测深观测参数计算得到同一观测参数条件下均匀半空间表面水平磁场响应值

36、根据所述测点观测的水平磁场hy时间序列估计的频率响应及计算得到的均匀半空间表面水平磁场频率响应值利用比值法计算得到全区视电阻率计算值。

37、优选的，所述预设一维水平层状模型表面水平磁场hy的响应为：

38、hy(fi)＝f(ρ1,d1,ρ2,d2,…,ρn,fi)

39、其中，ρ1,ρ2,…,ρn为各层电阻率，d1,d2,…,dn-1为层厚度，fi为信号频率。

40、优选的，所述的方法，还包括：

41、根据所述ab-hy编码电磁测深观测参数计算水平层状地表面水平磁场的频率响应，公式如下：

42、所述水平磁场径向分量的计算公式如下：

43、

44、所述水平磁场切向分量的计算公式如下：

45、

46、根据所述水平磁场径向分量和所述所述水平磁场切向分量得到所述收发距处地表的水平磁场的频率响应的表达式，公式如下：

47、hy＝hrsinφ+hφcosφ

48、其中，hr为水平磁场径向分量；hφ为水平磁场切向分量；hy为所述收发距处地表的水平磁场的频率响应；i为接地偶极供电电流强度；dl为接地偶极子ab长度；λ为空间频率；r为收发距；j0为0阶bessel函数；j1为1阶bessel函数；r*为地层校正系数。

49、优选的，所述利用比值法计算水平磁场hy的全区视电阻率，公式如下：

50、

51、其中，为均匀半空间表面同一观测参数条件下的水平磁场频率响应。

52、根据本发明实施例的第二方面，提供一种多步变异的ab-hy编码电磁测深一维反演装置，包括：

53、正演计算模块，用于根据对待测区域进行ab-hy编码电磁测深得到的全区视电阻率观测值和预设一维水平层状模型及其可行解空间范围随机产生实数编码种群，正演计算出种群每个个体的全区视电阻率；

54、最优个体获取模块，用于根据所述种群每个个体的全区视电阻率的计算值和所述全区视电阻率观测值计算所述种群中每个个体的适应度值；选择当前适应度值最高的个体作为最优个体；

55、多步差分进化模块，用于对所述种群个体逐一进行四步有最优个体参与的多步差分进化的迭代计算；

56、结果生成模块，用于当迭代计算达到终止条件后，将得到的适应度值最高的个体作为观测数据的反演结果。

57、本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

58、可以理解的是，本发明示出的技术方案，该方法能够根据待测区域ab-hy编码电磁测深得到的全区视电阻率观测值，预设一维水平层状模型及其可行解空间范围随机产生层参数的实数编码种群，对种群个体逐一正演计算，得到全区视电阻率计算值；根据全区视电阻率的计算值和观测值计算种群中每个个体的适应度值；选择当前适应度值最高的个体作为最优个体，对种群个体逐一进行四步有最优个体参与的多步差分进化的迭代计算，不断更新最优个体；将达到终止条件后得到的适应度值最高的个体作为观测数据的反演结果。实现了基于多步差分进化优化算法的ab-hy电磁测深一维反演。获得观测数据所对应的地电模型，为地质解释提供依据。本方法优化收敛速度快，反演结果准确性高。多步变异法分步将最优个体与随机选取的个体经变异产生新个体，加强了最优个体的影响度，提高了差分进化全局寻优能力，实现了ab-hy电磁测深一维反演。对于ab-hy编码电磁测深法获取地电信息及推广应用夯实了基础。

59、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。