[发明专利]一种基于定向平滑约束反演的场地污染物刻画方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于定向平滑约束反演的场地污染物刻画方法及系统，方法包括：根据污染场地的钻孔数据和地质测量数据获得污染场地结构边界上的电阻率差异界面信息；根据电阻率差异界面信息构建灰度图；将灰度图量化为多个局部灰度图；计算多个局部灰度图的结构张量，根据结构张量计算扩散张量和相似度；根据相似度对电阻率差异界面确定最终电阻率差异界面；根据扩散张量计算最终电阻率差异界面在四个方向的平滑权重系数；根据四个方向的平滑权重系数构建四方向加权平滑矩阵并代入反演算法，获得反演电阻率预测模型；根据反演电阻率预测模型确定场地污染物分布范围。本发明提高了电阻率反演的准确性，使得对污染物空间分布范围的确定也更加精确。

技术领域

本发明涉及场地污染物调查技术领域，特别是涉及一种基于定向平滑约束反演的场地污染物刻画方法及系统。

背景技术

随着环境问题日益突出，场地污染状况也愈发严重。由于在工业生产过程会产生不同的毒害污染物，包括重金属、农药、石油烃和溶剂类有机物等，而大部分场地处于复合污染状态，这给污染场地的调查增加了极大的难度。高密度电阻率法是常见的一种场地污染物调查方法，根据污染物与其周围介质在电性上的差异来推断地下污染的空间分布。电阻率反演方法是在正演的基础上，对初始地电模型迭代反演，获得电阻率预测模型，并且最终得到的电阻率预测模型的正演结果与野外的测试数据(高密度电阻率法获得的测量视电阻率值等)之间的误差在规定范围内，从而得到具有一定可信度的电阻率预测模型。根据地下介质电阻率分布情况，推断地下污染物的分布范围与深度，补足传统调查的缺点，达到相辅相成的作用。

传统的电阻率反演算法多采用基于高斯牛顿的平滑约束的最小二乘方法，其计算公式可以表示为：E^α(R)＝(G(R)-b)^TS_d(G(R)-b)+α(R-R₀)^TS_m(R-R₀)，其中E^α(R)为正则化目标函数，R为电阻率模型，G(R)为电阻率模型R的正演数据，b为野外测得的观测数据，S_d为权重矩阵，α为正则化参数，R₀为前一次迭代反演的电阻率模型，S_m为平滑矩阵。通过使正则化目标函数最小化，来获得最优电阻率预测模型:R^*＝argminE^α(R)。

对于二维电阻率反演，其传统的平滑矩阵公式：S_x、S_z分别为水平方向和竖直方向的平滑矩阵，由公式可知其仅对水平方向和竖直方向两个方向的电阻率进行平滑处理。因而，当地下介质存在较明显的电阻率差异界面(地层分界或断层裂隙等)时，两方向平滑矩阵会使这些反演得到的电阻率差异界面的轮廓和位置出现偏差，同时界面周围的电阻率反演结果的误差也会变大。因此，上述反演方法虽然计算快速和高效，但是在平滑约束的过程中忽略了结构边界的影响，使得在结构界面明显的场地进行电阻率反演时，无法较为准确的刻画真实的地层结构，且反演得到的地下介质的电阻率值较真实电阻率值误差较大，在圈定污染物空间分布时常会造成错误的推断，对污染场地调查产生极大困扰。

因此，如何在电阻率反演过程中进行针对性地平滑处理，更好的保留较为真实的结构边界信息，提高电阻率反演的准确性，从而较为精确的刻画污染场地地层结构和污染物空间分布是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于定向平滑约束反演的场地污染物刻画方法及系统，以提高调查场地污染物分布范围的精度。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于定向平滑约束反演的场地污染物刻画方法，所述方法包括：

S1：根据污染场地的钻孔数据和地质测量数据，获得污染场地结构边界上的电阻率差异界面信息；所述地质测量数据包括地质雷达测量数据或者地震测量数据；所述电阻率差异界面信息包括电阻率差异界面和电阻率差异界面的电阻率差值；

S2：根据所述电阻率差异界面信息构建灰度图；