一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法与流程

本发明涉及溶洞探测，尤其涉及一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法。

背景技术：

1、溶洞，是指可溶性岩石在地质力的长期作用下形成的地下空间。我国溶洞分布面积达346万平方公里，占我国国土面积近三分之一，而在施工过程中，地下溶洞会带来工程上稳定性的问题。因此不论是为了减少施工难度降低施工成本，还是为了保障施工人员的安全，在施工前进行溶洞勘察很有必要。目前常见的桩位溶洞探测方法有高密度视电阻率法、浅层地震法、弹性波ct 法、电阻抗成像方法等。上述方法各有特点并应用广泛，但都存在其局限性。如高密度电阻率法对地形条件要求较高，地形平缓、接地条件较好时，所得溶洞探测数据较好；但在接地条件较差时，造成实测数据误差较大。浅层地震法在探测地层时具有分辨率高、探测结果可靠等特点，但溶洞规模较小时该方法很难分辨，而地层倾角较大时也会对勘探效果有不良影响。

2、弹性波ct法利用弹性射线透视土体所得数据反演计算对地质体内部结构成像，更直观反映出地下分布，但需打孔放入传感器，工作量和成本较大。因此，发展一种适应性广、安全、可靠、低成本、高效的地下溶洞探测方法是非常有必要的。随着电力电子技术的快速发展以及数据处理水平的提高，近年来电火花震源的研究日趋成熟。

3、电火花震源是一种将电能转化为机械能的装置，其激发环境要求放电电极必须处于水体之中，利用高压放电效应使其间的水介质形成通路,电极间放电产生的热能使电极周围的水体汽化从而产生巨大的冲击力，在介质中激发出弹性波。电火花震源不仅高效、环保、安全、成本低,而且震源结构简单、易于控制,利于施工难度相对较大区域的数据采集。但是，施工现场中获得的不同位置、不同时刻的响应数据不仅数量庞大，且由于外界环境干扰数据呈现出复杂多变的特点。因此，将电火花震源与深度学习结合，把这些庞大的数据集进行分析和数据挖掘，是实现低成本、高效率的地下溶洞探测技术的必要手段；

4、为此，我们设计一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，用于对上述技术问题提供另一种技术方案。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，解决上述背景技术中提出的技术问题。

2、为了解决上述的技术问题，本发明采用了如下技术方案：

3、一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，步骤如下：

4、s1：建立含溶洞的一个激发孔和一个检波接收孔的模型；

5、s2：通过工地现场测得数据校准模型，并对模型进行有限元计算；

6、s3：得到在电火花震源激震下，不同溶洞位置与直径情况下特定位置的水听器响应数据库；

7、s4：通过对水听器响应数据进行分析，提取水听器响应的信号特征，将所提取的信号特征与溶洞的直径位置作为标签，两者组合成数据库；

8、s5：将测试集数据输入bigru深度学习模型进行深度学习，初步得到溶洞探测模型；最后根据测试准确率对模型进行参数调整。

9、作为本发明提供的所述的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法的一种优选实施方式，所述s1步骤中，所述模型中激发孔内设立电火花震源，并在检波孔中设立多道水听器。

10、作为本发明提供的所述的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法的一种优选实施方式，将数据库中的数据按照8:2随机分为训练集与测试集。

11、作为本发明提供的所述的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法的一种优选实施方式，所述s5步骤中，根据测试准确率对模型进行参数调整，具体包括学习率、损失函数、优化器参数进行调节。

12、作为本发明提供的所述的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法的一种优选实施方式，所述s5步骤中，通过电极放电使水体气化产生冲击力作为激振源，并采用激振源作用下弹性波反射时程响应的敏感特征作为深度学习模型的输入。

13、可以毫无疑义的看出，通过本申请的上述的技术方案，必然可以解决本申请要解决的技术问题。

14、同时，通过以上技术方案，本发明至少具备以下有益效果：

15、本发明提供的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，通过将深度学习等人工智能算法引入到溶洞探测当中，使得操作方便，探测时受环境因素影响小，探测成本低，且具有更高的探测精度，并结合深度学习与有限元计算，通过数值模拟的方法极大地减少了模型库建立的时间，提高了效率。

技术特征：

1.一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，其特征在于，步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，其特征在于，所述s1步骤中，所述模型中激发孔内设立电火花震源，并在检波孔中设立多道水听器。

3.根据权利要求2所述的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，其特征在于，将数据库中的数据按照8:2随机分为训练集与测试集。

4.根据权利要求1所述的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，其特征在于，所述s5步骤中，根据测试准确率对模型进行参数调整，具体包括学习率、损失函数、优化器参数进行调节。

5.根据权利要求4所述的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，其特征在于，所述s5步骤中，通过电极放电使水体气化产生冲击力作为激振源，并采用激振源作用下弹性波反射时程响应的敏感特征作为深度学习模型的输入。

技术总结
本发明涉及溶洞探测技术领域，尤其涉及一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法。步骤如下：S1：建立含溶洞的一个激发孔和一个检波接收孔的模型；S2：通过工地现场测得数据校准模型，并对模型进行有限元计算；S3：得到在电火花震源激震下，不同溶洞位置与直径情况下特定位置的水听器响应数据库。本发明提供的一种基于电火花震源和深度学习的地下溶洞探测方法，通过将深度学习等人工智能算法引入到溶洞探测当中，使得操作方便，探测时受环境因素影响小，探测成本低，且具有更高的探测精度，并结合深度学习与有限元计算，通过数值模拟的方法极大地减少了模型库建立的时间，提高了效率。

技术研发人员：周立成,秦长金,周昊,王伟靖,刘泽佳,汤立群,吴延宏,文坤波
受保护的技术使用者：中建三局集团华南有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15