基于U-Net卷积神经网络的直流电阻率法数据重构

李泽扬, 马欢, 张浩楠, 代一龙, 李阳, 杨瀛彧. 2025. 基于U-Net卷积神经网络的直流电阻率法数据重构. 华南地质, 41(1): 240-248. doi: 10.3969/j.issn.2097-0013.2025.01.020
引用本文: 李泽扬, 马欢, 张浩楠, 代一龙, 李阳, 杨瀛彧. 2025. 基于U-Net卷积神经网络的直流电阻率法数据重构. 华南地质, 41(1): 240-248. doi: 10.3969/j.issn.2097-0013.2025.01.020
LI Ze-Yang, MA Huan, ZHANG Hao-Nan, DAI Yi-Long, LI Yang, YANG Ying-Yu. 2025. Data Reconstruction of Direct Current Resistivity Method Based on U-Net Convolutional Neural Network. South China Geology, 41(1): 240-248. doi: 10.3969/j.issn.2097-0013.2025.01.020
Citation: LI Ze-Yang, MA Huan, ZHANG Hao-Nan, DAI Yi-Long, LI Yang, YANG Ying-Yu. 2025. Data Reconstruction of Direct Current Resistivity Method Based on U-Net Convolutional Neural Network. South China Geology, 41(1): 240-248. doi: 10.3969/j.issn.2097-0013.2025.01.020

基于U-Net卷积神经网络的直流电阻率法数据重构

  • 基金项目: 中央高校科研业务费专项(ZY20240305)、廊坊市青年拔尖人才项目(XY202304)、廊坊市科学技术研究与发展计划自筹经费项目(NO.2023013173)
详细信息
    作者简介: 李泽扬(2000—),男,硕士研究生,从事地球物理电法数值模拟计算方面的研究,E-mail:lzy_522@126.com
    通讯作者: 马欢(1988—),男,博士,副教授,从事地球物理电法和磁法勘探及其数值模拟高性能并行计算方面的研究,E-mail:xiongha@hotmail.com
  • 中图分类号: P3

Data Reconstruction of Direct Current Resistivity Method Based on U-Net Convolutional Neural Network

More Information
  • 本文针对地球物理电阻率法实测数据采集中因人文噪声引起的数据突变问题,提出了一种基于卷积神经网络(CNN)的数据重构算法。鉴于电阻率法控制方程的非线性特征,传统的线性插值技术可能导致反演结果精度下降。本研究首先构建了CNN模型,并通过三维有限差分法进行电阻率法正演数值模拟,生成训练集和测试集。利用训练集对CNN模型进行训练,并基于损失函数结果优化U-Net网络参数。通过对比线性插值技术和CNN重构合成突变数据的反演结果,验证了CNN在数据重构中的有效性和优越性。研究结果表明,U-Net-CNN可以有效重构非线性直流电阻率法数据,为提高地球物理数据采集精度和反演结果的可靠性提供了新的技术途径。

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  • 图 1  U-Net网络结构图

    Figure 1. 

    图 2  数据集构建示例图

    Figure 2. 

    图 3  不同超参数配置下U-Net模型的损失值

    Figure 3. 

    图 4  水平层状介质地电模型

    Figure 4. 

    图 5  水平层状介质视电阻率拟断面图

    Figure 5. 

    图 6  倾斜脉状介质地电模型

    Figure 6. 

    图 7  倾斜脉状介质视电阻率拟断面图

    Figure 7. 

    图 8  不规则状介质地电模型

    Figure 8. 

    图 9  不规则状介质视电阻率拟断面图

    Figure 9. 

    图 10  实测、重构数据视电阻率拟断面图(a、c)与反演模型电阻率断面(b、d)

    Figure 10. 

    表 1  U-Net模型的5次超参数调整设置

    Table 1.  5 hyperparameter adjustment settings for the U-Net model

    调整次数(次)学习次数(次)学习误差步长超参数β1
    110000.001100.9
    28000.001100.9
    310000.001200.9
    46000.001200.9
    56000.0001200.9
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出版历程
收稿日期:  2024-11-15
修回日期:  2024-11-26
刊出日期:  2025-03-20

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