基于改进粒子群优化算法的核磁共振数据处理研究

摘要

准确地探测地下水资源是一项艰巨的任务,其意义不仅在于为干旱、半干旱地区解决生活用水问题,也在于对我国地下水远景规划、地方经济的发展、滑坡稳定性监测等发挥非常重要的作用。与传统的物探方法相比,核磁共振找水技术具有直接探测地下水、受地质因素影响小等优点。核磁共振找水反演是核磁共振探测地下水的数据解释部分,是核磁共振地下水探测的核心环节,好的反演方法可以提高数据解释的可靠性和计算速度等。传统的线性反演方法在地下介质为良导体情况下,反演精度不高,效果较差。基于此,本文将改进的粒子群优化算法引入到核磁共振找水反演解释中,分别从理论模型及两组野外实测数据验证了该改进方法的正确性。本文的主要工作为:　　1.介绍了核磁共振探测地下水的基本原理和重要的特征参数。　　2.对核磁共振找水正演理论进行了研究。采用自适应Gauss-Kronrod积分方法计算了磁场径向分量、磁场垂向分量;结合磁偏角、磁倾角计算了垂直激发场数值;分析了电阻率等因素对扳倒角的影响;计算了核函数,为核磁共振地下水探测的反演作了铺垫。最后,分析了不同含水层厚度、含水层埋深等因素对核磁共振信号的影响;统计了多个含水层共同作用的MRS信号效果。　　3.详细研究了广义线性反演方法,分析了含水层厚度、含水深度以及导电性对该反演方法的影响,提出了该方法存在的问题和解决办法。研究了一种非线性反演方法—改进的粒子群优化算法,利用经典的三种测试函数验证该算法的收敛速度和精度。在此基础上,讨论了导电性对反演结果的影响,并对理论模型进行反演分析。在此基础上,将改进的粒子群反演算法与模拟退火算法的反演结果进行比较分析,实验结果发现,在低信噪比情况下,改进的粒子群优化反演结果的精度要高于模拟退火反演结果的精度,改进的粒子群优化反演的收敛速度要比模拟退火的收敛速度快二倍。　　4.结合两组实测数据进行了验证,通过研究发现,改进的粒子群优化算法在核磁共振数据处理中的应用是可行的。与传统的线性反演方法相比,具有低阻情况下反演结果不受影响,收敛速度较快等优点。将反演结果与国外NUMIS反演软件进行对比,验证了改进的粒子群反演算法的可行性,并具有一定的工程应用价值。　　5.基于前面叙述的改进粒子群反演算法设计了核磁共振地下水探测的数据处理软件。通过一组实测数据的验证,该软件满足实际探测的需求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

§1.1 论文研究意义

§1.2论文研究背景

§1.3 国内外发展现状

§1.4 主要研究工作

第二章 核磁共振找水理论及方法

§2.1 核磁共振研究对象及产生的条件

§2.2核磁共振探测地下水的原理

§2.3 核磁共振信号的特征参数

第三章 核磁共振找水正演研究

§3.1垂直激发场

§3.2扳倒角

§3.3 一维核函数

§3.4 核磁共振响应

§3.5 本章小结

第四章 核磁共振找水反演研究

§4.1核磁共振找水反演的基本理论

§4.2广义线性反演

§4.3粒子群优化反演

§4.4实际探测数据分析

§4.5本章小结

第五章 核磁共振探测地下水数据处理软件设计

§5.1 数据处理软件的界面设计

§5.2 数据处理软件应用实例

第六章 总结与展望

§6.1 本文的主要工作

§6.2 今后工作展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果