复杂地形条件下基于电阻率法的对地可视化监测技术研究

发布时间：2017-06-25 12:16

  本文关键词：复杂地形条件下基于电阻率法的对地可视化监测技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：对地可视化技术是90年代以来逐渐兴起的以可视化的手段进行地球物理探测的一门新兴技术。近年来,随着计算机硬件与软件技术的不断发展,大尺度的测量、海量数据的处理、图像的直观表达等要求使得该技术已经成为地球物理学、水文地质学、环境科学等众多学科领域研究热点。对地可视化主要涉及地球物理探测的可视化,主要包括电阻率成像、地震成像、探地雷达成像等多种物探成像技术,这些技术均通过被探测介质的特性差异来建立成像模型。其中,电阻率成像技术因其近乎无损的探测方式、强大的成像能力以及多维、动态监测等诸多优势而颇受关注,并在各领域取得广泛的应用。然而,随着科学技术的发展,各领域对电阻率成像质量要求不断提高,使该技术的发展遇到了一定的挑战。其中较具代表性的且亟待解决的问题主要包括复杂地形成像理论、地形影响的消除、成像精度问题以及动态监测问题。本研究即是在此背景下对电阻率成像方法目前遇到的紧迫性问题进行探讨和研究,建立了复杂地形条件下的电阻率成像理论、融合地震数据的电阻率成像理论以及水文动态监测应用,不仅丰富了电阻率成像领域的理论基础,而且为电阻率法在各领域的广泛应用奠定了现实基础。研究主要包含以下几个方面：1. 复杂地形地区电阻率的成像理论的建立：复杂地形地区电阻率的成像理论即对具有复杂几何形态的测定目标体建立的有限元法成像技术。而此项技术的关键在于针对复杂地形的三维四面体剖分技术,现有的剖分软件很难达到要求,存在剖分不完备的问题,在此背景下,本研究提出了基于CCVDT(constrained centroidal Voronoi-Delaunay triangulation)技术的三维四面体剖分方法,并使用C++程序语言编写了相应的程序,该程序实现了剖分的全局优化,去除了剖分中存在较大或较小体积微元的可能性,从而实现了涉及具有复杂几何形态的测定目标体的快速准确剖分。此外,本研究使用Python语言编写的DEM数据转换程序,能够为真实地形的剖分提供准确的点集阵列,也是真实地形剖分成功的重要条件。在此基础上,本研究根据电场的基本理论,实现了复杂地形地区的有限单元法正演方法,从精度评判结果来看,该方法完全能够高精度实现复杂地形地区的电阻率正演计算,为复杂地形地区的电阻率成像技术的完善奠定了基础。2. 复杂地形地区电阻率成像的地形消除方法的建立：在复杂地区电阻率成像法正演的基础上,本研究首先系统性地研究和探讨了各种一维复杂地形的视电阻率响应特征、二维复杂地形的视电阻率响应特征以及相同地形不同电极布置位置的视电阻率响应。从特征曲线上可以看出,坡度大于15度的地形能够对电阻率成像造成显著影响,而低于15度的地形影响较弱。因此,对于坡度大于15度的地形,电阻率的畸变会随着角度的增大而不断增大,非测线方向的地形变化亦会造成视电阻率的显著畸变。而对于不同的电极组合方式,由于感度的分布差异,电阻率的响应特征也具有明显的差异,但对于地形角度的变化均呈正相关变化。沿山脊方向或者山谷走向的布线方向能够使得地形影响最小化。并根据得到的视电阻率与地形的关系本研究针对不同的测定方式分别提出了二维、三维的地形影响消除方法,经过系统性的验证与对比,确立了这些方法的合理性及有效性,并成功运用于北山实测数据的处理,体现了该方法实际应用价值。3. 融合反射地震成像数据提高电阻率成像精度：为了进一步提高传统的电阻率的成像精度,本研究提出了融合反射地震数据的电阻率法成像技术。该技术将处理后的反射地震数据作为电阻率反演的初始模型,为了电阻率反演提供了先验条件。经系统性测试与验证可以看出,融合反射地震数据的电阻率成像理论不仅大幅度提高电阻率成像的精度,特别是提供了更精确的边界信息,且使得反演成像计算中方程的收敛速度明显加快。同时,该理论在北山实际探测中取得了较好的结果,基本能够满足各领域对于电阻率成像精度的要求。4. 电阻率对地可视化技术在水文领域的应用：由于传统的水文领域的监测与参数获取存在一定的限制,利用电阻率对地可视化技术实现抽水过程的监测及参数获取一直成为本领域研究热点,本研究首先开展了抽水试验条件下的电阻率响应模拟,模拟结果表明了电阻率可视化技术能够实现抽水过程中各方向的水位的变化即降落漏斗动态监测。同时根据相关经验公式提出了利用电阻率数据获取水文地质参数空间分布的方法。并将此监测方法成功运用于北山抽水试验过程的监测,尝试性的获取了该地区的水文地质参数。电阻率成像技术在水文监测领域的成功应用说明了其能够为抽水试验的动态监测提供更为直观的方法,并在相关参数完备的情况下可以得到相关水文参数的空间分布特征,具有极大的应用价值。
【关键词】：对地可视化 电阻率成像法 地形影响 融合成像 可视化监测
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.322
【目录】：

• 摘要5-8
• Abstract8-18
• 第一章 绪论18-33
• 1.1 选题意义18-20
• 1.2 国内外研究现状20-28
• 1.2.1 复杂地形的ERT正演模拟的研究现状20-23
• 1.2.2 复杂地形的ERT反演研究现状23-25
• 1.2.3 数据融合成像研究现状25-27
• 1.2.4 ERT在水文监测领域的应用现状27-28
• 1.3 研究目标、研究内容及技术路线28-32
• 1.3.1 研究目标28-30
• 1.3.2 研究内容30
• 1.3.3 技术路线30-32
• 1.4 创新点32-33
• 第二章 复杂地形电阻率成像的正演与反演33-51
• 2.1 电阻率成像的正演模拟33-45
• 2.1.1 点电源的基本方程33-34
• 2.1.2 三维边值问题34-35
• 2.1.3 有限单元法35-37
• 2.1.4 地形单元剖分37-44
• 2.1.5 介质视电阻率的确定44-45
• 2.2 电阻率反演成像方法45-48
• 2.2.1 感度的计算46-47
• 2.2.2 反演算法47-48
• 2.3 算法的精度48-50
• 2.4 本章小结50-51
• 第三章 复杂地形的视电阻率响应特征51-65
• 3.1 上坡、下坡地形视电阻率响应特征51-54
• 3.2 山脊、山谷地形视电阻率响应特征54-57
• 3.3 变Y地形视电阻率响应特征57-61
• 3.4 复杂地形条件下不同电极位置的电阻率响应特征61-64
• 3.5 本章小结64-65
• 第四章 复杂地形电阻率成像法的地形影响消除65-76
• 4.1 二维电阻率成像法中的地形影响消除66-69
• 4.2 三维电阻率成像法中的地形影响消除69-72
• 4.3 二维地形影响消除方法在北山地区的应用72-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第五章 融合反射地震数据的电阻率成像法的理论与应用76-95
• 5.1 反射地震成像算法76-82
• 5.1.1 反射地震走时正演76-79
• 5.1.2 反射地震走时反演79-81
• 5.1.3 初至时间拾取81-82
• 5.2 ERT与反射地震融合成像方法82-84
• 5.3 融合成像理论的验证84-91
• 5.4 融合成像理论在北山复杂地形中的应用91-94
• 5.5 本章小结94-95
• 第六章 电阻率成像法在抽水试验动态监测中的应用95-119
• 6.1 抽水试验过程的电阻率响应模拟及参数获取方法95-102
• 6.2 北山抽水试验的监测与渗透系数获取102-118
• 6.3 本章小结118-119
• 第七章 结论及展望119-122
• 7.1 结论119-120
• 7.2 展望120-122
• 参考文献122-134
• 攻读博士期间的论文发表134-135
• 攻读博士学位期间参与的科研课题135-136
• 致谢136-137

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈枫琳;;浅谈专家专长可视化方法与工具[J];中国科技信息;2013年01期

2 赵淑芬;;电力系统运行状态可视化技术综述[J];黑龙江科技信息;2013年25期

3 韩丽华,程朋根;GIS环境下面对象可视化技术与方法[J];测绘通报;2001年07期

4 段宝岩,张劲柏;基于可视化的工程结构优化设计[J];计算力学学报;2001年04期

5 姚轶崭;;可视化综合集成研讨体系——由来和形成[J];系统工程;2011年11期

6 莫永华;何良泉;;从一见钟情到心有灵犀:可视化分层语法框架[J];广西师范学院学报(自然科学版);2013年01期

7 李骞,范茵,王吉奎;基于粒子追踪的风场可视化方法[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2005年01期

8 徐齐行;敖杰刚;;基于SharpMap的GML可视化研究与实现[J];测绘标准化;2012年02期

9 肖中粲;潘永华;高惠滨;;相位物可视化的研究[J];物理实验;2012年03期

10 田金华,马俊生,池秀文;滑坡可视化及可视化软件IDL[J];西部探矿工程;2004年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈洪亮;谭建荣;;基于相密度的混沌吸引子可视化方法研究[A];中国图象图形学会第十届全国图像图形学术会议（CIG’2001）和第一届全国虚拟现实技术研讨会（CVR’2001）论文集[C];2001年

2 吴晓莉;史美萍;;晶体生长实验流场数据的可视化研究[A];’2004系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2004年

3 余弦;吴锋;;一种危险品运输车辆监控信息可视化方法[A];浙江省信号处理学会2011学术年会论文集[C];2011年

4 柳佳佳;;可视化与地图学[A];中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集[C];2007年

5 吴鹏;李思昆;;基于本体论的社会网络信息建模与可视化方法[A];中国计算机图形学进展2008--第七届中国计算机图形学大会论文集[C];2008年

6 张毅;华一新;曹亚妮;曹一冰;;面向谈判划界的国界信息可视化方法研究与实践[A];第四届“测绘科学前沿技术论坛”论文精选[C];2012年

7 刘晓平;李书杰;石慧;;规律维问题初探[A];计算机技术与应用进展——全国第17届计算机科学与技术应用（CACIS）学术会议论文集（下册）[C];2006年

8 周献中;顾卫江;;一个基于过程的可视化决策系统设计与实现[A];西部开发与系统工程——中国系统工程学会第12届年会论文集[C];2002年

9 赵志强;阮宗才;陆祖宏;;一种三维脑图像数据远程可视化新方法[A];第十三届全国图象图形学学术会议论文集[C];2006年

10 季浩;李书杰;刘晓平;;规律维的建模与可视化方法研究[A];全国第19届计算机技术与应用（CACIS）学术会议论文集（下册）[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 李闻芝;可视化技术推动制品品质提升[N];中国化工报;2005年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 隽立然;面向个人基因组变异的功能注释与可视化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 卢德宝;复杂地形条件下基于电阻率法的对地可视化监测技术研究[D];南京大学;2015年

3 张雷;心脏电生理的快速仿真和交互式可视化方法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 吴晓莉;面向空间遥科学实验的流场可视化技术研究[D];国防科学技术大学;2007年

5 孙扬;多变元网络数据可视化方法研究[D];国防科学技术大学;2010年

6 王安慧;基因组信息的计算机可视化若干关键技术研究[D];东北大学;2010年

7 康苏海;三维水动力数值模拟及可视化研究[D];大连理工大学;2011年

8 吕新荣;基于CTA影像的血管可视化技术研究[D];西安电子科技大学;2009年

9 张柱金;DNA序列二维可视化研究[D];华中科技大学;2011年

10 刘振平;工程地质三维建模与计算的可视化方法研究[D];中国科学院研究生院（武汉岩土力学研究所）;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈敏;基于元图的关联规则可视化方法[D];河北师范大学;2015年

2 何蔷;克隆代码可视化系统的设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 陈春艳;协商研讨系统中的可视化技术研究[D];湖北工业大学;2012年

4 吕国梁;ARGIS可视化关键技术研究[D];中南大学;2009年

5 毋晓志;空间优化的图可视化方法研究[D];山西大学;2011年

6 姚金森;位置可视化方法及其应用研究[D];南京邮电大学;2014年

7 翁晓毅;物理领域的复杂信息可视化方法研究[D];合肥工业大学;2004年

8 顾培蒂;可视化技术在教育中的应用[D];北京师范大学;2008年

9 苏洁;蛋白质分子结构的非真实感可视化研究[D];浙江大学;2006年

10 谈煜;一种基于层次化社团结构的网络可视化方法[D];上海交通大学;2012年

  本文关键词：复杂地形条件下基于电阻率法的对地可视化监测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：482101