[发明专利]一种三角网菲涅尔带时差层析反演方法

说明书

本发明公开了一种三角网菲涅尔带时差层析反演方法，本发明使用的层析反演方法不易受环境因素影响，工作难度小，施工成本较低；并且不同于传统层析反演使用矩形网格来剖分模型，本发明能够较好地贴合边缘不规则的桥梁模型，减少了正演的误差，使得后续反演过程也能取得良好的效果。本发明使用离炮点最近的道作为参考道，计算其理论初至时间与实际测量的初至时间之差，并以此为基准推算出所有检波点的真实初至时间。利用该方法可以较准确地拾取初至走时，有利于后续反演。本发明使用的菲涅尔带技术避免了传统层析反演需要大量的检波设备来确保精确度的问题，使得在桥梁检测这类相对小型的项目中使用层析反演方法依旧能取得较好的桥梁检测效果。

技术领域

本发明涉及桥梁检测领域，尤其涉及一种三角网菲涅尔带时差层析反演方法。

背景技术

传统的桥梁检测方法有大地测量法、物理学传感器法或光纤传感器法等方法，这些方法或易受环境影响，或工作难度大。层析反演作为石油地震勘探中的一种反演地表结构的常用方法，使用层析反演技术进行桥梁检测不仅现场操作简单，而且精确度较高。然而石油勘探中使用的常规层析反演技术是基于矩形网格的大尺度反演，而桥梁模型具有复杂的外形轮廓且尺度较小，使用规则的矩形网格来建立反演模型，由于不能精确贴合桥梁模型，因而会造成不可忽略的误差。

在桥梁检测领域，回弹检测法，动力试验法以及荷载试验法都是常用的桥梁检测技术，然而，以上方法都不能很好反映桥梁的内部结构与状态信息。现有技术中袁浩,唐英等人采用激振点与受信点之间两两对穿形成弹性波射线，将弹性波射线编织成的射线网作为检测剖面，反演剖面波速图来检测故障区域，其使用的层析反演是通过观测数据获取桥梁内部结构信息的核心手段，但采用的是以数学射线来处理地震波的传播，这种以抽象的高频近似不能反映真实的物理过程，且它的射线分布不均匀。本发明引入菲涅尔带，一段菲涅尔带内，不同部分对地震波能量的作用是不均等的，一般离菲涅尔带轴心越远，能流密度越小，更能真实反映波在桥梁内部传播速度的衰减。此外，由于桥梁结构复杂，造型多样，边缘不规则，地学上常采用的矩形网划分不能很好的贴合桥梁模型边缘，且在射线分布稀疏情况下的反演精度较低，计算中产生不可忽略的离散化误差。此外，由于检测设备无法精确测量振动的触发时间，每次记录的振动触发时间都有不同程度的延时误差，使得同一次振动到达各检波点的初至时间都有相同的误差。本发明采用时差法，利用理论走时与实际测量走时之差计算出真实初至时间，并通过迭代反演，获得理想的桥梁速度模型。

发明内容

本发明一种三角网菲涅尔带时差层析反演方法，包括以下步骤：

S1：建立桥梁模型，对桥梁模型进行三角剖分，在模型中布设炮点和检波点；

S2：给定初始模型慢度S0；

S3：设定总迭代次数N，设定反演终止的平均误差门槛值ξ₀；

S4：将三角网格的累计慢度修改量设为0；

S5：遍历每个炮点开始反演计算；

S6：通过正演计算得到第i个炮点到每个检波点的旅行时表和射线轨迹,使用时差法对拾取的初至波的旅行时进行计算，得到合成后的旅行时；

S7：找出每根射线菲涅尔带范围内的三角网格，加入表L中；

S8：计算表L中每个三角网格的慢度修改量，并累加慢度修改量；

S9：重复步骤S5-S8，完成炮点循环，使用累计慢度修改量修改模型；

S10：利用新的慢度模型，计算所有炮点到检波点的旅行时t′_ij；

S11：使用评价函数其中n_S为炮点个数，n_R为每炮影响到的检波点个数，t_ij为计算合成后各道的真实初至旅行时，t′_ij为正演的初至旅行时；