Sistema de predicción geofísica terrestre

(1) Funciones del sistema

El sistema de predicción geofísica terrestre es un sistema de predicción de modelado abierto y su estructura está diseñada de acuerdo con las diferentes necesidades del usuario. Es decir, los usuarios pueden elegir el modo de predicción correspondiente según las diferentes tareas de trabajo y los parámetros geofísicos que se puedan proporcionar. Los usuarios pueden seleccionar el tipo de biblioteca de muestras de capacitación de modelado en función de si hay muestras de capacitación de modelado en el área de trabajo y cuántas muestras de capacitación de modelado se pueden proporcionar, a saber: la biblioteca de muestras de capacitación predeterminada proporcionada por el sistema, enriquecimiento de la biblioteca de muestras de capacitación predeterminada del sistema. biblioteca de muestras y pruebas de reconstrucción Hay tres tipos de bibliotecas de muestras de capacitación de área.

La Figura 6-21 es la interfaz principal del sistema.

Las funciones del sistema incluyen los siguientes módulos: selección de modo, configuración de parámetros del modelo de predicción, importación de muestras de entrenamiento, edición de muestras de entrenamiento, importación de muestras de predicción, edición de muestras de predicción, generación de una nueva biblioteca de muestras, consulta de biblioteca de muestras, predicción , visualizar e imprimir los resultados.

La interfaz de inicio de sesión del sistema está diseñada como un tipo de ventana emergente. Esta interfaz solo proporciona un canal para ingresar al sistema a través del botón de ingreso al programa.

Teniendo en cuenta los símbolos de los parámetros geofísicos mostrados por los instrumentos geofísicos existentes, los símbolos de los parámetros geofísicos y los parámetros relacionados en este sistema de software son los siguientes: M polarizabilidad aparente, Z relación de excitación, Th vida media, D atenuación, ρ resistividad, V velocidad de onda longitudinal, H espesor del acuífero, Φ apertura, Q entrada de agua unitaria de un solo pozo [1].

Figura 6-21 La interfaz principal del sistema de predicción del método geofísico para el contenido de agua en acuíferos sueltos

(2) Diseño del marco del sistema

Este sistema utiliza el Plataforma operativa Windows XP. Teniendo en cuenta que el sistema tiene altos requisitos en tiempo real y que VC++ no es solo un lenguaje de programación visual, sino que también tiene las ventajas de la flexibilidad del código del lenguaje C tradicional y una rápida velocidad de ejecución, se utiliza Visual Studio 2008 como herramienta de desarrollo. El método de diseño orientado a objetos (OOP) se utiliza en el diseño específico y varios algoritmos de procesamiento se encapsulan en diferentes clases, lo que facilita futuras llamadas y mejoras de las funciones del software, y el código ejecutable generado es pequeño y rápido. Para cumplir con los requisitos funcionales del sistema anteriores, este software de predicción se divide en varios módulos. Los usuarios pueden seleccionar módulos según sus necesidades para realizar la función de predicción. Su diagrama de estructura funcional se muestra en la Figura 6-22.

(3) Definición de archivos del sistema

Hay cuatro tipos principales de archivos involucrados en el sistema de predicción del contenido de agua de acuíferos sueltos, a saber: ¿archivo TM, archivo PM? , archivo TXT. Los distintos archivos se definen a continuación.

Archivo 1.TM?

El archivo TM se utiliza para guardar los datos de las muestras de entrenamiento. ¿El ? en TM? representa el número de modo seleccionado por el usuario. Si el usuario selecciona el modo de trabajo tres al principio, el sufijo del archivo de entrenamiento correspondiente es .TM3.

Los usuarios pueden editar directamente el texto TXT en formato TM fuera del programa y luego cambiar el sufijo .TXT a .TM?, o editarlo mediante la entrada manual de muestras de entrenamiento del programa. El formato de datos se muestra en la Figura 6-23.

2.PM? File

El archivo PM se utiliza para guardar los datos de las muestras de predicción. ¿El ? en PM? representa el número de modo seleccionado por el usuario. Si el usuario selecciona el modo de trabajo tres al principio, el sufijo del archivo de predicción correspondiente es .PM3. Los usuarios pueden editar directamente el texto TXT en formato PM fuera del programa y luego cambiar el sufijo del archivo .TXT a .PM?, o editarlo mediante la entrada manual de muestras de predicción del programa.

El formato de los datos se muestra en la Figura 6-24.

Figura 6-22 Diagrama de estructura funcional del sistema de predicción

3.Archivo TLM?

El archivo TLM se utiliza para guardar los datos de la biblioteca de muestras de entrenamiento existentes. ¿El ? en TLM? representa el número de modo de trabajo seleccionado por el usuario. Si el usuario selecciona el modo de trabajo tres al principio, el sufijo de la biblioteca de muestra de entrenamiento correspondiente es .TLM3. Los usuarios pueden usar la biblioteca de muestras de capacitación existente, crear una nueva biblioteca de muestras de capacitación por sí mismos o fusionar su propia biblioteca de muestras de capacitación con la biblioteca de muestras de capacitación existente para generar una nueva biblioteca de muestras de capacitación. El formato de datos se muestra en la Figura 6-25.

Archivo 4.TXT

El archivo TXT se utiliza para guardar los datos del resultado de la predicción. Cuando sea necesario, se pueden utilizar otros gráficos para generar los gráficos requeridos.

Los parámetros en cada documento se definen de la siguiente manera:

(1) Parámetros integrales

Predicción del contenido de agua del acuífero tecnología geofísica integral

Figura 6 -23 Formato de datos de muestra de entrenamiento

En la fórmula: n es el número de acuíferos; ρi es la resistividad del i-ésimo acuífero; ρ0 es la resistividad del acuífero.

(2) Polarizabilidad característica

Tecnología geofísica integral para la predicción del contenido de agua del acuífero

En la fórmula: n es el número de capas del acuífero hi es el; i-ésima capa Espesor del acuífero; H es el espesor total del acuífero; Mi es la polarizabilidad del i-ésimo acuífero.

(3) Tiempo de vida media característico

Tecnología geofísica integral para la predicción del contenido de agua del acuífero

En la fórmula: n es el número de capas del acuífero; hi es el espesor del acuífero de la i-ésima capa; H es el espesor total del acuífero; Thi es la polarizabilidad del acuífero i-ésimo;

(4) Relación de excitación característica

Tecnología geofísica integral para la predicción del contenido de agua del acuífero

En la fórmula: n es el número de capas del acuífero hi es; el contenido de agua del espesor de la capa i-ésima; H es el espesor total del acuífero; Mi es la polarizabilidad del acuífero i-ésimo;

Figura 6-24 Formato de datos de muestra de predicción

(5) Velocidad de onda longitudinal característica

Predicción del contenido de agua del acuífero tecnología geofísica integral

En la fórmula: n es el número de acuíferos; hi es el espesor del i-ésimo acuífero; H es el espesor total del acuífero; vi es la velocidad de onda longitudinal del i-ésimo acuífero.

(4) Diseño de cada módulo funcional

1. Módulo de selección de modo

Considerando que durante el trabajo real de campo, los trabajos de prospección geofísica del terreno muchas veces se ven afectados por la ambiente de trabajo y la influencia de la efectividad del instrumento, por lo que en el módulo de selección de modo, se establecen cuatro modos principales, a saber, el modo uno, dos, tres y cuatro (Figura 6-26).

Modo 1: Este modo utiliza la distribución de parámetros de resistividad subterránea obtenida mediante exploración geofísica terrestre para predecir el valor unitario de entrada de agua de un solo agujero en el acuífero subterráneo. Los parámetros de entrada básicos son: información de puntos, número de acuíferos, espesor de cada acuífero (h), resistividad del acuífero (Rho), resistividad del acuífero, tamaño de poro (Phi), pozos conocidos también deben ingresarse en la muestra de entrenamiento. La unidad de flujo de agua; El valor de un solo hoyo se utiliza para el entrenamiento.

Modo 2: Este modo predice el valor unitario del flujo de entrada de agua de un solo agujero en el acuífero subterráneo a través de la distribución de la resistividad subterránea y los parámetros electrostáticos obtenidos de la exploración geofísica del suelo. Los parámetros básicos de entrada son: información del punto, número de acuíferos, espesor del acuífero (h), resistividad del acuífero (Rho), resistividad del acuífero, polarizabilidad del acuífero (M), vida media (Th), diámetro del agujero en la formación; muestra, también se debe ingresar para el entrenamiento el valor unitario del flujo de entrada de agua (Q) de un solo pozo de un pozo conocido.

Figura 6-25 Formato de datos de la biblioteca de muestra de entrenamiento

Figura 6-26 Interfaz de selección de modo

Modo 3: este modo es la resistencia subterránea obtenida a través de la geofísica del terreno. tasa de prospección y parámetros electrostáticos para predecir el valor unitario del flujo de entrada de agua de un solo agujero en un acuífero subterráneo. La diferencia con el Modo 2 es que considerando que algunos instrumentos IP existentes tienen la función de medir la atenuación (D), sobre la base del Modo 2, el modo 3 agrega atenuación (D) a los parámetros de entrada básicos que son: información de punto, número. de acuíferos, espesor del acuífero (h), resistividad del acuífero (Rho), resistividad del acuífero, polarizabilidad del acuífero (M), vida media (Th), tamaño de poro (Phi), valor unitario de entrada de agua (Q) de un solo orificio de También se debe ingresar un pozo conocido en la muestra de entrenamiento para el entrenamiento.

Modo 4: Este modo predice el valor unitario del flujo de entrada de agua de un solo agujero en el acuífero subterráneo utilizando parámetros como la resistividad subterránea, parámetros electrostáticos y la velocidad de la onda sísmica obtenidos a través de la exploración geofísica del suelo. Los parámetros básicos de entrada son: información puntual, número de acuíferos, espesor del acuífero (h), resistividad del acuífero (Rho), resistividad del acuífero, polarizabilidad del acuífero (M) y velocidad de onda longitudinal (V), apertura (Phi), flujo unitario de entrada de agua. El valor de un solo pozo de un pozo conocido también debe ingresarse en la muestra de entrenamiento para el entrenamiento.

2. Módulo de configuración

La función de configuración de parámetros está diseñada en dos módulos funcionales (Figura 6-27) para configurar los parámetros de la máquina del vector de soporte, principalmente para establecer la penalización. coeficiente C y relajación Variable ε. La otra parte es seleccionar la función del núcleo y los parámetros correspondientes a diferentes funciones del núcleo. Para los no expertos, el sistema proporciona un conjunto de valores predeterminados determinados después de una extensa capacitación. Se puede utilizar directamente sin modificaciones. Para los usuarios avanzados que están más familiarizados con las máquinas de vectores de soporte, pueden crear un modelo de predicción más adecuado para su propia área de trabajo modificando los parámetros.

Figura 6-27 Interfaz de configuración de parámetros

A continuación se proporciona la definición de las funciones del núcleo utilizadas principalmente en el programa y la configuración de valores predeterminados de los parámetros en el programa. Al mismo tiempo, intenta pasar La expresión simplificada da la gráfica de la función.

(1) Núcleo de función polinómica

Tecnología geofísica integrada para la predicción del contenido de agua del acuífero

En la fórmula: s, el valor predeterminado de r es 1. El valor predeterminado de d es 3.

En aplicaciones prácticas, las funciones kernel polinómicas son polinomios multivariados de alto orden. La imagen de su función polinómica de una variable Y=(x+1)3 se muestra en la Figura 6-28.

Figura 6-28 Imagen de la función de núcleo polinómico

(2) Función de base radial gaussiana RBF (función de base radial o función de núcleo gaussiana)

Acuífero Tecnología geofísica integral para la predicción del contenido de agua

Debido a que se genera mediante una función gaussiana, la imagen de la función gaussiana unidimensional se muestra en la Figura 6-29.

Figura 6-29 Imagen de la función del núcleo gaussiano

(3) Función del núcleo sigmoide

Tecnología geofísica integrada para la predicción del contenido de agua del acuífero

La imagen correspondiente se muestra en la Figura 6-30.

Figura 6-30 Imagen de la función del núcleo sigmoideo

3. Módulo de edición de muestra

La edición de muestra contiene 3 módulos subfuncionales: módulo de muestra de entrenamiento y módulo de muestra de predicción. y Ver el módulo de biblioteca de muestra incorporado (consulte la Figura 6-31). El proceso principal de procesamiento de datos se completa en este módulo.

Figura 6-31 Interfaz de edición de muestra

(1) Módulo de muestra de capacitación

Este módulo incluye la edición de muestras de usuario y la configuración de la función de muestras de capacitación utilizadas actualmente. La esencia del módulo de edición de muestras de usuario es proporcionar a los usuarios una plataforma de entrada de muestras, que se puede lograr mediante la entrada de teclado en tiempo real y la importación de archivos externos. La entrada del teclado en tiempo real debe completarse a través del formulario integrado del programa y los puntos de medición se ingresan uno por uno. Una vez completada la entrada, haga clic en Guardar. Para la importación externa, el archivo de datos debe editarse en el formato especificado con anticipación y puede llamarse directamente. El módulo Establecer la muestra de capacitación utilizada actualmente está diseñado para seleccionar una biblioteca de muestras de capacitación o crear una nueva biblioteca de muestras.

1) Editar muestras de usuario. La interfaz de muestra de usuario de edición se muestra en la Figura 6-32. Al diseñar la interfaz de muestra de usuario de edición, se deben tener en cuenta los puntos más similares y diferentes de las muestras de entrenamiento de entrada en diferentes modos. Por lo tanto, la ventana está diseñada en dos partes: una parte es la barra de información, ubicada en el extremo derecho de la ventana, que incluye el número de punto, las coordenadas XY, el número de acuíferos, la resistividad del acuífero, la apertura y el valor unitario del flujo de entrada de agua. La otra parte es la información de cada acuífero, ubicada en el extremo izquierdo de la ventana. Los diferentes modos corresponden a diferentes parámetros. Las teclas de función incluyen la parte de operación de archivos, es decir, nuevo, abrir, guardar y guardar como; la parte de edición del punto de medición, es decir, nuevo punto de medición, eliminación del punto de medición actual, punto de medición anterior y punto de medición siguiente. Después de hacer clic en Nuevo, puede ingresar una nueva muestra. Después de ingresar la información del punto actual, haga clic en "Nuevo punto de medición" para ingresar la siguiente muestra de entrenamiento para editarla. También puede verla a través de "Punto de medición anterior" y "Punto de medición siguiente". La información ingresada originalmente. Después de ingresar la información de todas las muestras de capacitación, haga clic en "Guardar" para almacenar las muestras de capacitación. O haga clic en "Guardar como" para guardarlo. Las muestras de entrenamiento ingresadas se pueden modificar abriendo el botón.

2) Establezca la muestra utilizada actualmente. La interfaz para configurar la muestra utilizada actualmente se muestra en la Figura 6-33. Este módulo se utiliza para establecer una biblioteca de muestras de capacitación y debe tener las siguientes funciones: ① Los usuarios pueden llamar directamente a la biblioteca de muestras predeterminada; ② Los usuarios pueden personalizar la biblioteca de muestras. Los usuarios pueden usar sus propios datos de muestra para completar la biblioteca de muestras original;

Figura 6-32 Editar la interfaz de muestra del usuario

Figura 6-33 Establecer la interfaz de muestra actualmente utilizada

a. En cada modo de trabajo, el sistema proporciona a los usuarios una biblioteca de muestras predeterminada denominada SYSTEM.TLM? Los datos de esta biblioteca de muestras se toman de varias fuentes de agua típicas de todo el país y tienen un alto valor práctico. Al predecir el contenido de agua de acuíferos no consolidados en áreas de fuentes de agua desconocidas, los usuarios pueden entrenar directamente con esta biblioteca de muestras y predecir el contenido de agua.

Los usuarios pueden hacer clic en "Muestras" → "Muestras de capacitación" → "Establecer muestras de capacitación actualmente utilizadas" para ingresar al cuadro de diálogo "Establecer muestras de capacitación actualmente utilizadas", seleccionar "Usar biblioteca de muestras existente" y pasar lo siguiente: "Haga clic en "Abrir". para abrir la ruta de almacenamiento de la biblioteca de muestras existente y seleccione el archivo "system.TLM3", que es la biblioteca de muestras integrada del sistema. Como se muestra en la Figura 6-34.

Figura 6-34 Seleccione la interfaz de la biblioteca de muestras predeterminada

b. Cuando el usuario tiene suficiente información sobre una región, el usuario también puede crear una biblioteca de muestras de capacitación por sí mismo y utilizar la biblioteca de muestras construida por él mismo para predecir el contenido de agua subterránea de puntos desconocidos en el área. Al aplicar la biblioteca de muestras personalizada, los usuarios deben prestar atención a que el conjunto de muestras de entrenamiento en esta área tenga una comprensión más profunda; de lo contrario, la calidad de los datos de la biblioteca de muestras de entrenamiento determina directamente la precisión de los resultados de la predicción. Los usuarios pueden operar a través de los siguientes métodos:

(a) Después de que el usuario crea un nuevo conjunto de muestras de entrenamiento a través de la función de entrada del teclado en un modo determinado, o edita directamente el archivo del conjunto de muestras de entrenamiento externamente, el nombre del archivo es "*.TM?";

(b) Haga clic en "Muestra" → "Muestra de entrenamiento" → "Establecer la muestra de entrenamiento utilizada actualmente";

(c) Seleccione "Usar Muestra de usuario", utilice el botón "Abrir" para cargar el archivo de muestra editado en el formato "*.TM?";

(d) En este momento, haga clic en el botón "Generar nueva biblioteca de muestras" para cargar El archivo de muestra de entrenamiento importado se guardará en el sistema o en una ruta definida por el usuario en forma de archivo de biblioteca, y el nombre del archivo cambiará correspondientemente a "*.TLM?". Presione la tecla "Finalizar" para finalizar. este paso. De esta manera, el usuario puede llamarlo para usarlo la próxima vez a través de "Usar biblioteca de muestras existente". Como se muestra en la Figura 6-35.

c. Llenar la biblioteca de muestras. Los usuarios también pueden fusionar su propia biblioteca de muestras de entrenamiento con la biblioteca de muestras predeterminada original para enriquecer la biblioteca de muestras original.

Nota: Los usuarios deben hacer una copia de seguridad de la biblioteca de muestras original con anticipación al llenarla para evitar que los datos de baja calidad agregados posteriormente afecten la calidad general de la predicción. El método de operación específico es:

(a) Después de que el usuario crea un nuevo conjunto de muestras de entrenamiento a través de la función de entrada del teclado en un modo determinado, o edita directamente el archivo del conjunto de muestras de entrenamiento externamente, el nombre del archivo es " *.TM?";

(b) Haga clic en "Muestra" → "Muestra de entrenamiento" → "Establecer la muestra de entrenamiento utilizada actualmente", consulte la interfaz que se muestra en la Figura 6-36;

(c) Seleccione "Usar biblioteca de muestras existente" y "Usar muestra de usuario" al mismo tiempo, y use el botón "Abrir" posterior para seleccionar la biblioteca de muestras existente que se agregará en "Usar biblioteca de muestras existente" en el formato de " *.TLM?"; En "Usar muestras de usuario", cargue el archivo de muestra editado para agregarlo a la biblioteca de muestras seleccionada en el formato "*.TM?";

(d) En Esta vez, haga clic en el botón "Generar nueva biblioteca de muestras", especifique la ruta para guardar el nuevo archivo de biblioteca de muestras que se generará, el nombre del archivo es "*.TLM?" y presione la tecla "Finalizar" para finalizar este paso. De esta manera, el usuario puede llamarlo para usarlo la próxima vez a través de "Usar biblioteca de muestras existente". Como se muestra en la Figura 6-36.

Figura 6-35 Seleccionar interfaz de biblioteca de muestra personalizada

Figura 6-36 Completar interfaz de biblioteca de muestra

(2) Módulo de muestra de predicción

El módulo de muestra de predicción incluye dos módulos funcionales: editar muestras de usuario y configurar las muestras de predicción utilizadas actualmente. La función del módulo de edición de muestra de usuario en la muestra de predicción es similar a la función del módulo de edición de muestra de usuario en el módulo de muestra de entrenamiento, excepto que el archivo de predicción no requiere que el usuario ingrese el flujo de agua, pero el sufijo del archivo es ​​Cambió a .PM?.

La función de configurar el módulo de muestra de predicción utilizado actualmente es seleccionar la muestra de predicción. Presione "Muestra" → "Muestra de predicción" → "Establecer la muestra de predicción utilizada actualmente" para seleccionar el módulo de edición de muestra de usuario en. la muestra de predicción. Para el archivo de muestra de predicción creado o el archivo editado por el usuario en el archivo de texto de acuerdo con el formato de los datos de la muestra de predicción, el sufijo .txt debe cambiarse a .PM?. Como se muestra en la Figura 6-37.

Figura 6-37 Configuración de la interfaz de muestra de predicción actual

4. Ver la biblioteca de muestra incorporada

Los usuarios pueden ver el sistema proporcionado a través de "Ver". módulo de biblioteca de muestras incorporada" ¿Qué bibliotecas de muestra existen en la biblioteca de muestras incorporada? El nombre predeterminado de la biblioteca de muestras es "System.TLM?". La interfaz para ver la biblioteca de muestras incorporada se muestra en la Figura 6. 38.

Figura 6-38 Ver la interfaz de la biblioteca de ejemplos incorporada

5. Módulo de predicción

Después de ingresar las muestras de entrenamiento y las muestras de predicción, en " Menú "Predicción" El elemento "Ver resultados" cambia del estado gris no ejecutable al estado negro ejecutable. En este momento, se puede realizar la operación de predicción, como se muestra en la Figura 6-39.

Figura 6-39 Interfaz de predicción de modelos

Desde la perspectiva de la comodidad del usuario, este software incluye una gran cantidad de procesos de cálculo complejos, como la fusión de parámetros, la normalización y el entrenamiento de modelos. El programa se ejecuta en segundo plano. Como se muestra en la siguiente interfaz, los usuarios solo necesitan hacer clic en "Predicción" → "Ver resultados" para completar la serie de operaciones anteriores y ver los resultados de la predicción directamente en la pantalla.

Luego, el usuario puede optar por guardar los resultados a través del botón "Guardar en archivo", o imprimir los resultados directamente a través del botón "Imprimir". Consulte la Figura 6-40.

Figura 6-40 Interfaz de resultados de predicción