[发明专利]一种土壤电阻率测量方法及分析土壤分层结构的方法

说明书

本发明公开了一种土壤电阻率测量方法及分析土壤分层结构的方法，土壤电阻率测量方法包括：对于跨度小于预设跨度的待测土壤，采用非等距四极法测量获得多组土壤电阻率数据。分析土壤分层结构的方法包括：通过上述的土壤电阻率测量方法测量获得土壤的电阻率，通过土壤分层测算软件计算得到土壤分层结构。本发明对于跨度较小、以及土壤结构不均匀的场地，具有测量精度高，适用性好等优点。

技术领域

本发明涉及土壤结构测量领域，尤其涉及一种土壤电阻率测量方法及分析土壤分层结构的方法。

背景技术

近年来，很多学者在土壤结构反演、土壤电阻率影响因素、土壤参数算法改进等方面做了大量研究。IEEE Std80、GB/T17949.1以及GB/T21431等标准规范将电极间距40m作为Wenner四极法(等距四极法)和非等距四极法选择的分界点。电极间距小于40m采用Wenner四极法，而电极间距大于40米采用非等距四极法。而在实际工程应用中，技术人员对于电极间距小于40米和大于40米的情况，基本都是采用Wenner四极法来进行测量。现有技术的研究，也更多的集中在如何提高Wenner四极法的具体算法，提高算法的性能上。

何为^[1]等为了寻找每层土壤参数对优化结果的总体表现，利用改进粒子群算法优化土壤参数，使用Wenner四极法测量的视在电阻率和采用复镜像法计算的视在电阻率之间的均方根误差作为目标函数，与已发表论文中水平两层和三层土壤参数模型对比，求解土壤参数的有效性和可行性。王洪亮^[2]等以四川省溪洛渡水电站地质结构数据为例，利用拟牛顿法和非等距四极法测量的视在土壤电阻率数据进行了三层土壤结构模型的优化计算，求得了较合理的电流输电接地极极址附近地下电流和电压，三层土壤结构模型与实际土壤分层参数有差异。Zhang B^[4]等基于Wenner四极法测量结果，釆用复镜像法求解视在电阻率的广义积分表达式，结合拟牛顿法来优化求解土壤参数，计算两层土壤模型分层，提出了利用实测的视在电阻率作为参考来合理选择土壤参数初值的方法。Lee^[5]等采用神经网络算法和遗传算法，引入了神经网络及生物种群之间的相互协作及竞争关系，可较成功地求解非线性问题，不足的是神经网络算法需要对网络层数及网络权值进行设置，导致求解两层以上土壤时要重新设定网络参数。Calixto^[6]等采用遗传算法，提出了利用测量和求解的视在电阻率之间相对误差的最小二乘估计大小来预先确定土壤层数，但该算法存在处理时间长和速度慢的问题。Nayel M^[7]等使用拟牛顿法来求解土壤参数，但是每次迭代海森矩阵都需要更新一次数据并重新计算矩阵求逆，降低了土壤参数求解速度。对于土壤参数的研究，绝大多数均基于等距四极法及两层土壤结构模型。同时，以往重点关注的是数理算法研究，及数理计算结果稳定收敛性或者收敛速度、求解有约束条件的非线性函数有效性等研究。但Werner法测量的视在电阻率计算结果只有两层或者三层，计算的土壤结构与实际土壤分层的差别、极间距与土壤测量深度、土壤分层深度之间的对应关系等问题也值得讨论。同时，针对城市化进程加快、土地过度硬化导致土壤内部结构复杂化或者土壤本身分层为三层以上情况，Werner法测量的视在电阻率的适用性，典型的回填土、淤泥、强风化层、中性风化层、岩石这种五层地质结构如何建模求取土壤参数，其他土壤电阻率测量方法的准确性等均值得研究。

以下对比文献是本发明的背景技术文献：

[1].何为，张瑞强，杨帆等.变电站内水平多层土壤参数反演[J].中国电机工程学报，2014，(33)：5964-5973。

[2].王洪亮、吴广宁.高压直流输电单极大地回线方式运行时接地极电流的研究[D].西南交通大学硕士学位论文，2007。

[3].王小凤.CDEGS软件在电力系统的应用[D].浙江大学硕士学位论文，2007。