一种基于主成分神经网络的超高密度电法反演装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地球物理超高密度电法资料反演解释领域，尤其涉及一种基于主成分神经网络的超高密度电法反演装置。
【背景技术】
[0002]超高密度电法是高密度电法在采集方式上的改进，其勘探原理与常规的电法相同，均以岩矿石的电性差异为基础，通过观测和研究人工建立稳定电场的分布规律来解决水文、环境和工程地质问题。然而在传统的高密度电法勘探中，不同排列类型的装置具有不同的分辨率和勘探深度，在相同的地质结构上，不同装置的视电阻率伪截面有着较大的不同，无法充分利用电极阵列所能够采集的数据量，不利于后期高精度反演。而超高密度电法不受传统电极装置和数据采集方式的限制，在相同时间内，可采集该剖面电极间所有可能组合的电位信息，保证了后期数据处理和反演结果的精度。虽然超高密度电法在工程应用中的案例较多，但是针对超高密度电法进行正演模拟和反演解释的装置设计并不多见。因此研究超高密度电法的非线性反演装置对超高密度电法的进一步推广和应用具有积极的理论和实际意义。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种基于主成分神经网络的超高密度电法非线性反演装置，该装置采用主成分分析法PCA对超高密度电法采集的高维观测数据进行特征提取和降维，利用BP神经网络进行超高密度电法的反演建模，从而实现对超高密度电法的快速和高精度反演。
[0004]为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是:
[0005]基于主成分神经网络的超高密度电法反演装置，其特征在于:该装置包括微处理器ARM、WIFI模块、正演模块、电位数据存储器、电极排列数据发生器、PCA特征提取模块、样本存储器、I/O驱动模块、SPI接口、键盘、显示屏、BP神经网络反演模块、参数存储器、电源模块和时钟模块；其中微处理器ARM与正演模块和WIFI模块相连，通过I/O驱动模块与键盘和显示屏相连，通过SPI接口与BP神经网络反演模块相连；电位数据存储器分别与正演模块、电极排列数据发生器相连，并通过PCA特征提取模块与样本存储器相连；BP神经网络反演模块分别与样本存储器和参数存储器相连；时钟模块为装置提供同步时钟，电源模块为装置提供电源。
[0006]本实用新型的有益效果在于:该基于主成分神经网络的超高密度电法反演装置成本低廉，结构简单，携带方便，能够采用PCA技术对超高密度电法采集的高维观测数据进行特征提取和降维，并利用BP神经网络快速建立非线性反演模型，具有较高的反演速度和成像精度。
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型基于主成分神经网络的超高密度电法反演装置的结构框图。
【具体实施方式】
[0008]如图1所示，基于主成分神经网络的超高密度电法反演装置包括微处理器ARM、WIFI模块、正演模块、电位数据存储器、电极排列数据发生器、PCA特征提取模块、样本存储器、I/O驱动模块、SPI接口、键盘、显示屏、BP神经网络反演模块、参数存储器、电源模块和时钟模块。其中微处理器ARM与正演模块和WIFI模块相连，通过I/O驱动模块与键盘和显示屏相连，通过SPI接口与BP神经网络反演模块相连；电位数据存储器分别与正演模块、电极排列数据发生器相连，并通过PCA特征提取模块与样本存储器相连；BP神经网络反演模块分别与样本存储器和参数存储器相连；时钟模块为装置提供同步时钟，电源模块为装置提供电源。
[0009]该装置分为训练和反演两种工作模式。在训练模式下，微处理器ARM控制正演模块生成电极勘探时的电位矩阵，并依次存储在电位数据存储器中，电极排列数据发生器根据超高密度电法的电极排列要求依次在电位数据存储器中取出相应的电位数据作为神经网络训练时的初始数据。该数据通过PCA特征提取模块进行特征提取和降维后，形成神经网络的训练样本并存储在样本存储器中。同时，微处理器ARM通过SPI接口控制BP神经网络反演模块进入训练阶段。BP神经网络反演模块依次读取样本，采用BP算法进行训练，并保持训练后的神经网络参数至参数存储器。在反演模式下，微处理器ARM通过WIFI模块读入外部勘探数据，设置反演参数，然后通过SPI接口控制BP神经网络反演模块进入反演阶段。BP神经网络反演模块读取参数存储器中的神经网络参数，对输入的勘探数据进行直接反演，并将反演的结果返回至微处理器ARM。微处理器ARM通过I/O驱动模块将反演结果在显示屏上进行成像显示，并可通过键盘进行参数设置和数据处理等操作。
【主权项】
1.一种基于主成分神经网络的超高密度电法反演装置，其特征在于:该装置包括微处理器ARM、WIFI模块、正演模块、电位数据存储器、电极排列数据发生器、PCA特征提取模块、样本存储器、I/O驱动模块、SPI接口、键盘、显示屏、BP神经网络反演模块、参数存储器、电源模块和时钟模块；其中微处理器ARM与正演模块和WIFI模块相连，通过I/O驱动模块与键盘和显示屏相连，通过SPI接口与BP神经网络反演模块相连；电位数据存储器分别与正演模块、电极排列数据发生器相连，并通过PCA特征提取模块与样本存储器相连；BP神经网络反演模块分别与样本存储器和参数存储器相连；时钟模块为装置提供同步时钟，电源模块为装置提供电源。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于主成分神经网络的超高密度电法反演装置，该装置包括微处理器ARM、WIFI模块、正演模块、电位数据存储器、电极排列数据发生器、PCA特征提取模块、样本存储器、I/O驱动模块、SPI接口、键盘、显示屏、BP神经网络反演模块、参数存储器、电源模块和时钟模块。该装置成本低廉，结构简单，携带方便，能够采用PCA技术对超高密度电法采集的高维观测数据进行特征提取和降维，并利用BP神经网络快速建立非线性反演模型，具有较高的反演速度和成像精度。
【IPC分类】G01V3/00, G01V3/38
【公开号】CN204925409
【申请号】CN201520673270
【发明人】江沸菠
【申请人】中南大学
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月2日