一种受限空间异形地质智能探测装置、系统及方法

本发明涉及地球物理勘探与工程地质探测的，具体涉及一种受限空间异形地质智能探测装置、系统及方法。

背景技术：

1、在隧道、基坑、矿井巷道等受限空间内的岩溶地质探测工程中，多使用直流电法进行勘探，应用中发现，当探测区域存在溶洞或含水区等低阻异常体时，低阻体会对直流电流产生强烈的屏蔽效应，致使电流场分布畸变，穿越低阻体后方的信号大幅衰减，导致勘探结果显著失真。

2、也就是说，现有技术在受限空间内的地质探测效果较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种受限空间异形地质智能探测装置、系统及方法，用于解决现有技术在受限空间内的地质探测效果差的技术问题。

2、第一方面，本发明一个实施例提供一种受限空间异形地质智能探测方法，所述方法包括：

3、基于受限空间的电极阵列在受限空间进行直流激励测试，以确定受限空间所关联待勘测区域中的多个低阻区域；

4、在所述多个低阻区域中，基于每一个所述低阻区域的视电阻率与其区域中心同受限空间的距离，分析每一个低阻区域对激励信号的吸收强度，得到每一个低阻区域的低阻屏蔽系数；

5、基于受限空间的电极阵列在受限空间施加交流激励信号，以确定每一个低阻区域的探测电流，并根据每一个低阻区域的低阻屏蔽系数对每一个低阻区域的探测电流进行放大，得到每一个低阻区域的超限电流；

6、根据多个低阻区域的超限电流在受限空间进行交流激励测试，得到交流测试数据集；

7、根据交流测试数据集与预设的融合反演模型进行三维视电阻率反演，得到反演结果，其中，所述反演结果用于指示受限空间内各位置的视电阻率，所述融合反演模型包括用于提取交流测试数据集的空间特征的卷积神经网络、用于捕捉交流测试数据集的时序依赖关系的长短期记忆网络、用于优化模型超参数的冠豪猪优化网络，其中，所述卷积神经网络和所述长短期记忆网络串行连接。

8、可选地，基于每一个所述低阻区域的视电阻率与其区域中心同受限空间的距离，分析每一个低阻区域对激励信号的吸收强度，得到每一个低阻区域的低阻屏蔽系数的步骤，包括：

9、分析目标低阻区域的视电阻率和非低阻区域的标准视电阻率的数值差异程度，得到目标低阻区域的第一屏蔽因子，其中，所述目标低阻区域为多个低阻区域中的任意一个低阻区域；

10、将所述目标低阻区域的区域中心同受限空间的最短距离确定为所述目标低阻区域的代表距离，并分析所述目标低阻区域的代表距离和受限空间的空间极限距离的数值差异，得到目标低阻区域的第二屏蔽因子，其中，所述空间极限距离为受限空间和其关联待勘测区域之间的最大距离，所述第二屏蔽因子和对应的距离数值差异呈负相关；

11、对所述第一屏蔽因子和所述第二屏蔽因子进行融合，得到目标低阻区域的低阻屏蔽系数。

12、可选地，根据每一个低阻区域的低阻屏蔽系数对每一个低阻区域的探测电流进行放大，得到每一个低阻区域的超限电流的步骤，包括：

13、计算目标低阻区域的低阻屏蔽系数和预设的低阻电流敏感因子的乘积，得到目标低阻区域的电流放大系数，其中，所述目标低阻区域为多个低阻区域中的任意一个低阻区域；

14、计算所述目标低阻区域的电流放大系数和数值1的和值，并计算该和值与目标低阻区域的探测电流的乘积，以得到所述目标低阻区域的超限电流。

15、可选地，根据多个低阻区域的超限电流在受限空间进行交流激励测试，得到交流测试数据集之后，所述方法还包括：

16、在所述交流测试数据集包括的多组数据子集内，对每一组数据子集进行离群点检测，以识别每组数据子集包括的离群数据；

17、对每组数据子集内的相邻离群数据进行聚合，得到每组数据子集的离群连通域；

18、分析每组数据子集的每个离群连通域的数据置信程度，得到每组数据子集的每个离群连通域的域置信值；

19、基于每组数据子集的每个离群连通域的域置信值，确定每组数据子集对应的多个数据置信子值，其中，每组数据子集对应的多个数据置信子值和受限空间内的多组电极对位置一一对应，所述数据置信子值为对应电极对位置所在离群连通域的域置信值或预设的默认置信值；

20、在多组数据子集对应的所有数据置信子值中，计算对应相同电极对位置的不同数据置信子值的平均值，得到多个数据置信值，其中，所述数据置信值用于指示：交流测试数据集中关联对应电极对位置的数据部分在反演过程中的影响权重。

21、可选地，分析每组数据子集的每个离群连通域的数据置信程度，得到每组数据子集的每个离群连通域的域置信值的步骤，包括：

22、基于目标连通域的面积进行形态置信分析，得到目标连通域的第一置信因子，其中，所述目标连通域为多组数据子集对应的所有离群连通域中的任一离群连通域；

23、基于所述目标连通域的主方向与受限空间的地质方向进行方向置信分析，得到所述目标连通域的第二置信因子；

24、对所述目标连通域的第一置信因子与第二置信因子进行融合，得到所述目标连通域的域置信值。

25、可选地，基于目标连通域的面积进行形态置信分析，得到目标连通域的第一置信因子的步骤，包括：

26、在多组数据子集的所有离群连通域的面积中，将最大面积确定为参考面积；

27、分析所述目标连通域的面积与所述参考面积的差异，得到所述目标连通域的第一置信因子。

28、可选地，基于所述目标连通域的主方向与受限空间的地质方向进行方向置信分析，得到所述目标连通域的第二置信因子的步骤，包括：

29、在受限空间的地质方向包括的多个地震波方向中，分析每一个地震波方向与所述目标连通域的主方向的一致程度，得到目标连通域的多个方向一致值；

30、在所述目标连通域的多个方向一致值中，将最大的方向一致值确定为所述目标连通域的第二置信因子。

31、可选地，对所述目标连通域的第一置信因子与第二置信因子进行融合，得到所述目标连通域的域置信值的步骤，包括：

32、对所述目标连通域的第一置信因子与第二置信因子进行加权计算，得到所述目标连通域的域置信值，其中，所述第一置信因子的计算权重小于所述第二置信因子的计算权重。

33、第二方面，本发明另一个实施例提供一种受限空间异形地质智能探测系统，所述系统包括：

34、低阻区域识别模块，用于基于受限空间的电极阵列在受限空间进行直流激励测试，以确定受限空间所关联待勘测区域中的多个低阻区域；

35、低阻区域评估模块，用于在所述多个低阻区域中，基于每一个所述低阻区域的视电阻率与其区域中心同受限空间的距离，分析每一个低阻区域对激励信号的吸收强度，得到每一个低阻区域的低阻屏蔽系数；

36、低阻超限分析模块，用于基于受限空间的电极阵列在受限空间施加交流激励信号，以确定每一个低阻区域的探测电流，并根据每一个低阻区域的低阻屏蔽系数对每一个低阻区域的探测电流进行放大，得到每一个低阻区域的超限电流；

37、数据采集模块，用于根据多个低阻区域的超限电流在受限空间进行交流激励测试，得到交流测试数据集；

38、数据反演模块，用于根据交流测试数据集与预设的融合反演模型进行三维视电阻率反演，得到反演结果，其中，所述反演结果用于指示受限空间内各位置的视电阻率，所述融合反演模型包括用于提取交流测试数据集的空间特征的卷积神经网络、用于捕捉交流测试数据集的时序依赖关系的长短期记忆网络、用于优化模型超参数的冠豪猪优化网络，其中，所述卷积神经网络和所述长短期记忆网络串行连接。

39、第三方面，本发明又一个实施例提供一种受限空间异形地质智能探测装置，所述装置包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的受限空间异形地质智能探测方法的步骤。

40、本发明具有如下有益效果：

41、针对直流电法对低阻体极为敏感的特性，先使用直流激励测试来快速确定低阻区域，并基于视电阻率与距离计算每一低阻区域的低阻屏蔽系数，以量化各低阻区域屏蔽电流的能力强弱，而后据此对交流激励测试时的电流进行适应性补偿，抑制低阻区域对测试过程的干扰，在此基础上，又通过包含卷积神经网络、长短期记忆网络以及冠豪猪优化网络的融合反演模型对交流激励测试时采集的数据集进行时空联合反演，令反演结果得以准确反映受限空间内各位置的视电阻率，这能提升依据反演结果所得到的地质探测结果的准确性。