基于U-Net的半航空瞬变电磁降噪方法及应用

1

作者 刘东 冯浩 +3 位作者 王用鑫 周小生 姚宇洪 孙怀凤 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第1期226-234,共9页

【目的和方法】半航空瞬变电磁法(SATEM)是一种高效的地球物理勘技术,在矿产资源勘探、地下水及地热资源调查等方面得到了广泛的应用。然而,所采集的数据常常受到噪声干扰,对后续的数据处理和解释精度产生了显著影响。为了解决噪声残留... 【目的和方法】半航空瞬变电磁法(SATEM)是一种高效的地球物理勘技术,在矿产资源勘探、地下水及地热资源调查等方面得到了广泛的应用。然而,所采集的数据常常受到噪声干扰,对后续的数据处理和解释精度产生了显著影响。为了解决噪声残留及有效信号丢失的问题,提升去噪效果,并减少主观因素的影响,将U-Net运用到处理半航空瞬变电磁数据降噪领域,提出一种基于U-Net深度学习架构的半航空瞬变电磁数据降噪方法。该方法使用U型编解码网络结构,通过端到端的训练方式,自动学习并提取数据中的噪声特征。编码结构学习并提取数据中的噪声信息特征,解码结构重组数据特征还原去噪后数据尺寸。通过在编码和解码结构的对称层上引入跳跃连接,有效融合了包含丰富空间信息的低级特征与包含语义信息的高级特征,从而实现对噪声的准确去除。【结果和结论】实际算例表明,经U-Net去噪后的数据信噪比提升约10 dB,与传统去噪方法相比,U-Net在瞬变电磁数据的噪声去除效果上具有明显优势。在广西贺州至巴马高速公路(来宾至都安段)凤凰2号隧道的实测数据降噪工作中,降噪后的多测道图和视电阻率成像结果的可解释性显著增强。证明本方法在半航空瞬变电磁数据降噪中的重要实际意义,为未来的地球物理勘探提供了有效的技术支持。 展开更多

关键词 半航空瞬变电磁法 深度学习 U-Net 降噪 复杂噪声

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半航空瞬变电磁干扰特征与降噪研究 被引量：1

2

作者 向锡斌 李海侠 刘慧鹏 《地质论评》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2281-2294,共14页

为了验证多旋翼无人机在半航空瞬变电磁勘探作业中产生的电磁干扰影响,笔者等开展了一系列实验,包括在无人机不同工作状态下进行时频噪声分析,以及研究噪声源与接收点之间距离对噪声水平的影响。实验发现,大疆T20无人机电机转动产生的... 为了验证多旋翼无人机在半航空瞬变电磁勘探作业中产生的电磁干扰影响,笔者等开展了一系列实验,包括在无人机不同工作状态下进行时频噪声分析,以及研究噪声源与接收点之间距离对噪声水平的影响。实验发现,大疆T20无人机电机转动产生的周期性电磁干扰频段在550~900 Hz,当接收线圈与无人机的距离为10 m时此干扰可被忽略。针对剩余的其他噪声,笔者等提出了基于移动窗口的递归最小二乘法自适应降噪方法。通过降噪实验,验证了该方法能够有效压制干扰,还原出信号的原始特征。将此降噪方法应用于香格里拉安乐铅锌矿实测半航空瞬变电磁信号处理,取得了显著的降噪效果。 展开更多

关键词 半航空瞬变电磁法 多旋翼无人机 噪声分析 降噪处理 递归最小二乘法 移动窗口

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多辐射场源半航空瞬变电磁法薄层探测能力 被引量：1

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作者 张莹莹 王玉 马玉龙 《地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期785-799,共15页

多辐射场源半航空瞬变电磁法具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点,已逐渐成为当前的研究热点。为了研究其探测能力,本文基于一维正演理论,从多辐射场源布设方式入手,选定典型测点与辐射源组合,通过定义瞬变响应相对异常,分... 多辐射场源半航空瞬变电磁法具有探测深度大、地形适应性强和工作效率高的优点,已逐渐成为当前的研究热点。为了研究其探测能力,本文基于一维正演理论,从多辐射场源布设方式入手,选定典型测点与辐射源组合,通过定义瞬变响应相对异常,分析对比不同模型薄层电阻率、厚度、埋深等参数对薄层探测的影响。结果表明:根据测点位置合理设置发射电流方向可以有针对性地增大采集信号强度,获得形态相对简单的B和dB场响应曲线;与单辐射源相比,多辐射源激励时瞬变响应不仅幅值更大,衰减速度也更快,对大地电阻率的变化更灵敏;B场更适合用于相对异常计算,探讨多辐射场源半航空瞬变电磁法的薄层探测能力,其中x分量的薄层探测能力最强;薄层电阻率与围岩差异越大、厚度越大、埋深越浅,相对异常曲线的幅值越大,薄层越易于分辨;薄层分辨能力与测点位置有关,当测点位于多辐射源内侧时B场各分量相对异常曲线幅值更大,对薄层分辨能力更强。 展开更多

关键词 多辐射场源 电性源 半航空瞬变电磁法 相对异常 薄层探测

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半航空瞬变电磁探测敏感区域研究与影响因素分析

4

作者 郑梓强 刘锐 +4 位作者 孙怀凤 柳尚斌 刘洪波 刘东 陈成栋 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期3946-3958,共13页

接地线源半航空瞬变电磁具有探测深度大、工作效率高、适用复杂地形的优点,得到广泛关注.然而,该方法的理论研究仍处于初步阶段,研究接收点信号与下方地质体关联性对半航空瞬变电磁数据正确解释至关重要.借鉴航空电磁中的footprint方法... 接地线源半航空瞬变电磁具有探测深度大、工作效率高、适用复杂地形的优点,得到广泛关注.然而,该方法的理论研究仍处于初步阶段,研究接收点信号与下方地质体关联性对半航空瞬变电磁数据正确解释至关重要.借鉴航空电磁中的footprint方法对上述问题展开研究.首先通过张量格林函数积分推导了地下离散电流单元对空中接收点二次磁场响应的贡献,分析了半航空瞬变电磁footprint时间-空间变化规律;之后,研究了飞行高度、偏移距对半航空瞬变电磁探测敏感区域的影响.研究结果表明有效探测区域的时变特征与地下感应电流场的扩散特性有关,并受接收点位置的影响;早期探测敏感区域主要集中在发射源正下方,随着感应电流场的扩散逐渐向接收点方向偏移,同时接收点下方区域的贡献占比逐渐增加;研究发现晚期贡献最大的部分集中在接收点两侧近地表处,该发现对基于电阻率成像的半航空瞬变电磁具有重要价值. 展开更多

关键词 半航空瞬变电磁 FOOTPRINT 探测敏感区域 感应电流场

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基于最小二乘反演的半航空瞬变电磁纯二次场数据运动噪声去除方法 被引量：8

5

作者 杨洋 张衡 +2 位作者 周长宇 陈成栋 孙怀凤 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期2351-2364,共14页

半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method,SATEM)通过在地面布置发射源,在空中接收信号,是一种新兴的地球物理勘探方法.在数据采集过程中,由于接收线圈持续运动和摆动,产生较大的运动噪声,导致采集的数据不能... 半航空瞬变电磁法(Semi-Airborne Transient Electromagnetic Method,SATEM)通过在地面布置发射源,在空中接收信号,是一种新兴的地球物理勘探方法.在数据采集过程中,由于接收线圈持续运动和摆动,产生较大的运动噪声,导致采集的数据不能直接使用.同时,瞬变电磁只在关断之后进行数据采集,获得的数据是非全时的,为数据预处理过程中的运动噪声去除带来困难.为有效去除非全时半航空瞬变电磁数据中的运动噪声,本文首先将非全时电磁数据延拓至全时长,基于傅里叶级数构造了半航空瞬变电磁晚期数据运动噪声超定线性方程组,通过最小二乘反演求解运动噪声,并将所获得运动噪声从原数据中剔除.通过对仿真数据和实测数据进行去噪,其能够有效识别并剔除数据中的运动噪声,去噪效果良好. 展开更多

关键词 半航空瞬变电磁法 运动噪声 傅里叶级数 最小二乘

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煤层采空区内煤层气储气构造半航空瞬变电磁探测——以沁水煤田为例 被引量：9

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作者 田忠斌 马玉龙 +2 位作者 李貅 嵇艳鞠 黎东升 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期4495-4503,共9页

煤层气又称瓦斯,它是一种赋存于煤层孔隙中的可燃气体.当浓度达到工业标准时,可成为一种可以被开采、利用的气体能源.煤层气不仅存在于完整煤层中,在采空区中也蕴藏有大量的煤层气资源.通常采用反射地震法勘探完整煤层中的煤层气.采空... 煤层气又称瓦斯,它是一种赋存于煤层孔隙中的可燃气体.当浓度达到工业标准时,可成为一种可以被开采、利用的气体能源.煤层气不仅存在于完整煤层中,在采空区中也蕴藏有大量的煤层气资源.通常采用反射地震法勘探完整煤层中的煤层气.采空区中煤层气与周围空气的物性差异的特殊性和多变性,使用地震勘探对采空区煤层气进行直接勘探受到限制.为此,本文采用了一种间接的地球物理勘查方法.对于瓦斯含量较高的山西省沁水煤田,利用半航空瞬变电磁法,对研究区内的未知采空区进行快速、精确探测.根据“虚拟地震数据”的偏移成像结果,发现测区采空区不完整,研究结果间接达到了采空区煤层气储气构造的勘查目的. 展开更多

关键词 采空区 煤层气储气构造 半航空瞬变电磁法 快速探测 间接勘查

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半航空瞬变电磁自适应正则化-阻尼最小二乘算法研究 被引量：12

7

作者 杨聪 毛立峰 +2 位作者 毛鑫鑫 王成 郭明 《地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期137-146,共10页

反演问题一直是地球物理的重点研究问题之一。本文以长导线源半航空瞬变电磁为例,对时间域半航空数据进行一维反演研究。将自适应正则化(ARIA)反演方法和阻尼最小二乘(LM)反演方法相结合,提出一种改进的反演方法:自适应正则化-阻尼最小... 反演问题一直是地球物理的重点研究问题之一。本文以长导线源半航空瞬变电磁为例,对时间域半航空数据进行一维反演研究。将自适应正则化(ARIA)反演方法和阻尼最小二乘(LM)反演方法相结合,提出一种改进的反演方法:自适应正则化-阻尼最小二乘(ARIA-LM)反演算法。本文选用三层理论模型对比阻尼最小二乘算法、自适应正则化反演算法与本文方法,并使用四层理论地层模型来验证算法的有效性和可靠性。结果表明:该算法在一定程度上对高阻分辨率增强,能有效提高反演的精度及稳定性。 展开更多

关键词 反演 自适应正则化算法 阻尼最小二乘算法 半航空瞬变电磁

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半航空瞬变电磁探测能力及影响因素研究 被引量：5

8

作者 朱文杰 刘丽华 +3 位作者 柯振 姜龙斌 晏使楚 刘小军 《电子测量技术》 北大核心 2022年第9期14-19,共6页

半航空瞬变电磁法通过在地面布设发射源,在空中使用无人机搭载接收线圈获取二次场信号实现对地下结构的探测,然而在实际应用过程中其探测能力会受到接收高度、水平偏移距等因素的影响。针对这一问题,开展半航空瞬变电磁响应空间分布特... 半航空瞬变电磁法通过在地面布设发射源,在空中使用无人机搭载接收线圈获取二次场信号实现对地下结构的探测,然而在实际应用过程中其探测能力会受到接收高度、水平偏移距等因素的影响。针对这一问题,开展半航空瞬变电磁响应空间分布特征研究。首先通过均匀大地模型和层状大地模型的正演计算,采用控制变量的方法分析不同因素对半航空瞬变电磁响应的影响;其次通过含异常体模型的正演计算,分析异常体埋深、电阻率等参数等对半航空瞬变电磁勘探地下目标体能力的影响。研究结果表明,接收高度和水平偏移距对半航空瞬变电磁响应的影响主要集中在早期,随着接收高度或者水平偏移距的增加,早期垂直感应电动势幅值逐渐降低,且回线源外响应出现极性反转现象;半航空瞬变电磁响应曲线在不同电阻率地层中表现出不同的衰减速率,这表明其对地层电阻率变化有着较好的识别作用;半航空瞬变电磁响应曲线中可以体现出地下目标体的埋深及电阻率变化,证明了半航空瞬变电磁对不同异常体的分辨能力。 展开更多

关键词 半航空瞬变电磁 响应特征 三维正演 中心回线

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基于半航空瞬变电磁法识别复杂地形废弃煤矿富水空间的应用研究 被引量：8

9

作者 范莹琳 潘树仁 +7 位作者 杜松 李萌 赵岳 张玉峰 丁晏 宋思彤 车巧慧 王锋利 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期79-89,共11页

煤矿关闭后产生不明源头的酸性矿井涌水是困扰矿区生态修复治理的关键问题,由于中国南方煤矿区普遍存在地形条件复杂,矿硐基数大,点多面广等问题,因此开展大面积的地下污染源头识别难度较大。为了在地形复杂地区开展煤矿富水空间调查研... 煤矿关闭后产生不明源头的酸性矿井涌水是困扰矿区生态修复治理的关键问题,由于中国南方煤矿区普遍存在地形条件复杂,矿硐基数大,点多面广等问题,因此开展大面积的地下污染源头识别难度较大。为了在地形复杂地区开展煤矿富水空间调查研究,追溯地表酸性矿井涌水源头,以处于闽西南坳陷带的福建省龙岩市雁石镇历史遗留废弃矿山为例,利用以无人机为载体的半航空瞬变电磁法,以高阻包裹的低电阻率特征为探测目标,以富水区与围岩的电阻率差异特征为参考依据,结合多源数据识别地表以下300 m范围内的含水异常区,分析异常区含水性,划定富水空间的地理位置,为废弃煤矿酸性矿井水治理提供科学依据。分析结果表明:(1)半航空瞬变电磁探测技术对地下富水空间探测具有较高的敏感性,高阻包裹的低阻异常区可有效反映地下空间的含水性;(2)研究区内历史采空区分布广泛,但并非所有历史采空区都富水,利用半航空瞬变电磁探测技术及地质剖面共圈定了8处富水采空区、大量近圆形通道富水区及3处断裂带富水区;(3)研究区内的历史采空区并非地下主要的富水空间,与采空区含水性相比,近圆形通道及断裂带的含水性也普遍较高,因此近圆形通道及断裂带积水区治理对于地表酸性矿井水涌水治理也尤为重要。 展开更多

关键词 地形复杂矿区 半航空瞬变电磁 废弃煤矿 含水性识别 酸性矿井水 涌水水源识别

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回线源半航空瞬变电磁响应规律 被引量：6

10

作者 李阳阳 孙怀凤 +4 位作者 杨静 叶琼瑶 陈成栋 张诺亚 杨洋 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第S02期631-642,共12页

通过在地面布设回线源进行瞬变电磁信号激发,在空中使用无人机吊载接收线圈获取瞬变电磁衰减信号,实现半航空瞬变电磁探测。半航空瞬变电磁相对于传统的地面瞬变电磁存在飞行高度、接收偏移距等诸多因素的影响。针对上述问题,基于三维... 通过在地面布设回线源进行瞬变电磁信号激发,在空中使用无人机吊载接收线圈获取瞬变电磁衰减信号,实现半航空瞬变电磁探测。半航空瞬变电磁相对于传统的地面瞬变电磁存在飞行高度、接收偏移距等诸多因素的影响。针对上述问题,基于三维时域有限差分方法,研究了地面回线源发射、无人机空中接收的半航空瞬变电磁三维正演响应规律。采用均匀半空间模型和层状模型研究了半航空瞬变电磁场曲线形态特征,研究均匀半空间和层状模型在不同接收高度、偏移距下衰减电压曲线,发现均匀半空间模型衰减电压受接收高度的影响主要集中在早期,晚期趋于重合;随着电阻率值和偏移距的增大,衰减电压曲线幅值降低,且对于偏移距的响应主要集中在早期。对于层状模型,发现半航空瞬变电磁可以有效识别地层电阻率变化。通过研究三维地电模型的半航空瞬变电磁响应,分别设计低阻异常A模型、低阻异常B模型、混合低阻异常模型、高阻-低阻异常模型4种,改变半航空瞬变电磁的接受高度、异常体的尺寸、异常体的埋深、不同的偏移距,发现半航空瞬变电磁电压响应曲线受接收高度的影响主要集中在早期,到晚期衰减电压曲线趋于重合;但在异常体相对浅埋的情况下,对于异常体埋置深度的响应不太明显;对于偏移距的响应与接收高度的影响相似,均集中在衰减电压曲线的早期。 展开更多

关键词 半航空瞬变电磁 三维正演 响应规律

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半航空瞬变电磁法在凤凰2号隧道勘察中的应用 被引量：2

11

作者 郑寰宇 胡杰 +4 位作者 潘志军 陈信朋 孙汉武 王用鑫 孙怀凤 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第9期1573-1582,共10页

为解决我国西南地区复杂地形条件下的隧道勘探难题,采用地面激发、空中接收的半航空瞬变电磁法开展试验研究,优化航线设计与数据采集流程、构建基于α-trimmed均值滤波器的天电噪声去除和基于多项式拟合方法的运动噪声去除方法、确定数... 为解决我国西南地区复杂地形条件下的隧道勘探难题,采用地面激发、空中接收的半航空瞬变电磁法开展试验研究,优化航线设计与数据采集流程、构建基于α-trimmed均值滤波器的天电噪声去除和基于多项式拟合方法的运动噪声去除方法、确定数据叠加方式与时窗积分参数、全域视电阻率计算与探测区域三维成像、隧道充填型岩溶发育区视电阻率特征分析与探测结果综合解释,并通过隧道实际开挖资料对探测结果进行验证。主要结论如下:1)半航空瞬变电磁法能够较准确地推断含水破碎带、岩溶发育区等不良地质结构的范围和深度,能够提前探明隧道地质风险区域并获得地下导电性分布特征,展示了该方法在复杂地形岩溶山区隧道勘察中相较于传统地面物探方法具有地形适应性强、探测效率高等特点;2)通过三维视电阻率成像和关键位置切片结果获得的地质异常区域推断与隧道开挖实际揭露异常吻合度较高,表明该方法可以为隧道岩溶处置预案设计和安全施工提供技术支撑,能够有效避免在隧道施工过程中因隐伏岩溶灾害导致的人员伤亡和财产损失。 展开更多

关键词 半航空瞬变电磁法 复杂地形 隧道 探测 岩溶发育区

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基于信号峰值的半航空无人机瞬变电磁同步采集技术研究 被引量：2

12

作者 张晓宇 吴燕清 +1 位作者 张军 许洋铖 《矿业安全与环保》 北大核心 2016年第2期41-44,共4页

鉴于传统瞬变电磁探测系统同步方式不适用于半航空无人机瞬变电磁勘探系统,提出一种基于信号峰值检测的瞬变电磁同步技术,并利用Labview2012开发了信号峰值检测程序及双极性叠加程序,在实验室通过对模型实际探测来对算法进行检验:通过... 鉴于传统瞬变电磁探测系统同步方式不适用于半航空无人机瞬变电磁勘探系统,提出一种基于信号峰值检测的瞬变电磁同步技术,并利用Labview2012开发了信号峰值检测程序及双极性叠加程序,在实验室通过对模型实际探测来对算法进行检验:通过对单测点重复测量,验证同步叠加的稳定性;通过对单测线低阻模型的实际探测,验证算法的准确性。实验测试表明,基于二次感应电压峰值检测的同步方式,在不增加无人机起飞重量的同时,能够保证同步叠加的稳定性和探测的准确性,适用于无人机空地瞬变电磁探测。 展开更多

关键词 无人机 半航空瞬变电磁 峰值检测 同步采集技术 双极性叠加

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