[发明专利]基于动态轮廓模型的地面核磁共振反演方法

摘要

本发明公开一种基于动态轮廓模型的地面核磁共振反演方法，其在SNMR层状反演求解过程中，首先设定探测区域内的含水层数，并初始化各层的厚度和含水量值；然后，将其划分为MN个微元，使其满足动态模型的矩阵方程；最后，对矩阵方程迭代求解，迭代过程中对各个含水层的厚度和含水量值进行动态调整，以搜索满足矩阵方程的最优解。整个求解过程，对探测区域内含水量值的垂直分布图的轮廓不断地进行动态调整，故该方法称为“动态轮廓模型”，并且设计了随机梯度下降法(SGD)求解该模型；本发明具有收敛速度快、反演结果精度高而且稳定，其性能优于正则化方法，能够实现了对SNMR反演问题的高精度求解。

主权项

基于动态轮廓模型的地面核磁共振反演方法，其特征是包括如下步骤：步骤1，建立地面核磁共振反演的动态轮廓模型，即An＝E    ①式中，A为核函数矩阵；n为待求解的含水量向量；E为地面核磁共振信号初始振幅值向量；步骤2，初始化探测区域内的含水层数为L，各层的厚度和含水量值分别为HL＝(h1,h2,...,hL)T和NL＝(n1,n2,...,nL)T；最大迭代次数为δmax；初始迭代次数为0；反演精度阈值设定为θ；步骤3，将当前一次迭代的各个子含水量垂直分布图划分为MN个微元，每个微元厚度为△h，并生成动态轮廓模型的核函数矩阵A；步骤4，计算动态轮廓模型的下一代搜索路径，并将更新的搜索路径视为当前一次迭代的搜索路径；其中下一代搜索路径更新公式为式中，hk和nk为本次迭代各层的厚度和含水量，hk+1和nk+1为下一次迭代各层的厚度和含水量；wh和wn分别为各层的厚度和含水量值的移动权重；△uk和△vk分别为各层的厚度和含水量值的移动方向向量；上述△uk为各层厚度移动方向矩阵△u中的第k列，即△vk为各层含水量移动方向矩阵△v中的第k列，其中式中，各层厚度移动方向矩阵△u中的元素△uij∈{x|‑1,0,1}，各层含水量移动方向矩阵△v中的元素△vij∈{x|‑1,0,1}，且每次迭代△u和△v均随机生成；i＝1,2,…,MN，MN为微元数；j＝1,2,…,L，L为含水层数；步骤5，计算动态轮廓模型的适应度函数，更新最优解；适应度函数定义为：fmin＝||Ank+1‑E0||2    ⑤式中，A为核函数矩阵，nk+1为当前一代一个子含水量向量，E0为实测地面核磁共振信号中各个激发脉冲矩对应的初始振幅值；计算当前一代中各个子含水量向量中的最优解；当前一代最优解中若含有层厚度为△h米的含水层时，则删除该层，并将其上一层的层厚度增加△h米，更新探测区域内的含水层数L＝L‑1；若是第一层层厚度为△h米时，则将其与第二层合并；步骤6：判断迭代是否停止；如果迭代次数达到最大迭代次数δmax，或者当前最优适应度函数值小于反演精度阈值θ，则停止迭代，反演结果为当前最优解；否则，返回步骤4，进行下一次迭代。