粒子群算法在炮點(diǎn)位置校正中的應(yīng)用

粒子群算法在炮點(diǎn)位置校正中的應(yīng)用

1粒子群算法的炮點(diǎn)偏移校正算法在地震勘探的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，由于避障需求和地形變化，實(shí)際施工中的炮點(diǎn)位置與設(shè)計(jì)中的炮點(diǎn)位置之間存在一定的偏差。常規(guī)的炮點(diǎn)校正方法有:①通過(guò)線性動(dòng)校方法,檢測(cè)線性動(dòng)校之后道集的初至是否被校正為一條直線在網(wǎng)格搜索方法的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計(jì)了粒子群算法炮點(diǎn)偏移校正算法。該方法與網(wǎng)格搜索法類(lèi)似,首先估算近地表直達(dá)波的速度,然后在一定搜索范圍內(nèi),應(yīng)用觀測(cè)初至與計(jì)算初至建立誤差目標(biāo)函數(shù),通過(guò)粒子群算法求解目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解獲得炮點(diǎn)位置。該方法可靠且操作方便,與網(wǎng)格搜索方法相比,在保持精度的同時(shí)減少了計(jì)算量。2方法原理2.1建立目標(biāo)函數(shù)基于粒子群算法的炮點(diǎn)校正算法的思路是利用計(jì)算得到的理論初至與實(shí)際拾取初至的誤差建立目標(biāo)函數(shù),利用粒子群算法迭代反演目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解,最終得到炮點(diǎn)位置。其中理論的初至信息通過(guò)近地表速度計(jì)算得到。2.2近地表直達(dá)波速度近地表速度是計(jì)算理論初至的基礎(chǔ),考慮到在近炮檢距情況下,近地表直達(dá)波速度變化不大,可假定在一定炮檢距范圍內(nèi)近地表速度為常速。近地表速度計(jì)算公式為式中:h2.3滿(mǎn)足果酒精度要求由于實(shí)際數(shù)據(jù)誤差的存在,式(1)的計(jì)算結(jié)果往往難以達(dá)到精度要求。在式(1)的計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上,通過(guò)最小二乘方法擬合炮檢距與初至旅行時(shí)的線性關(guān)系,從而得到近地表速度值v。2.4誤差目標(biāo)函數(shù)根據(jù)上面計(jì)算的近地表速度,可以計(jì)算一定范圍內(nèi)N個(gè)檢波器接收到直達(dá)波的初至?xí)r間τ2.5粒子群的校正方法粒子群(PSO)反演方法的思路如下:由初始的炮點(diǎn)位置確定一個(gè)搜索范圍,給定初始的粒子群算法參數(shù),如粒子群的種群數(shù)m、認(rèn)知速度權(quán)重c式中:k為迭代序號(hào);i為粒子序號(hào);r基于粒子群的炮點(diǎn)校正方法,具體步驟如下:(1)首先通過(guò)模型的初始化設(shè)置,設(shè)置初始的群體以及反演參數(shù),包括炮點(diǎn)初始位置信息,反演參數(shù)范圍設(shè)定等;(2)計(jì)算群體中每個(gè)粒子的適應(yīng)度值(即目標(biāo)函數(shù)值);(3)對(duì)每個(gè)炮點(diǎn)的適應(yīng)度值進(jìn)行計(jì)算,取適應(yīng)度值最小粒子為個(gè)體粒子在計(jì)算歷史的最佳位置;(4)通過(guò)炮點(diǎn)適應(yīng)度值判斷全局中適應(yīng)度值最小的粒子,得到全局最佳位置;(5)更新群體中每個(gè)粒子的速度與位置信息(式(3)和式(4));(6)判斷是否滿(mǎn)足終止條件,如果滿(mǎn)足條件則停止迭代,否則返回步驟(2);(7)得到最終反演的炮點(diǎn)位置信息;3網(wǎng)格搜索法優(yōu)化實(shí)際的粒子種群數(shù)建立如圖2所示的模型,共4條接收線,每線200個(gè)檢波點(diǎn),間隔為20m,地表速度為1800m/s。炮點(diǎn)的設(shè)計(jì)位置為(500m,550m),實(shí)際位置為(550m,600m)。如圖3所示,當(dāng)給定的粒子種群數(shù)達(dá)到25時(shí),目標(biāo)函數(shù)值已經(jīng)沒(méi)有明顯的優(yōu)化改進(jìn),再增加粒子種群數(shù),反而會(huì)影響計(jì)算效率。以炮點(diǎn)的設(shè)計(jì)位置為中心,以±200m為搜索范圍,應(yīng)用網(wǎng)格搜索方法和PSO方法反演實(shí)際的炮點(diǎn)位置。網(wǎng)格搜索法的步長(zhǎng)設(shè)定為5m。PSO反演參數(shù)為:初始種群數(shù)為25,認(rèn)知速度權(quán)重c4炮點(diǎn)位置校正應(yīng)用ZW工區(qū)實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)本文方法進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)大小為2.76GB共36炮,總共120960道。首先拾取初至信息,再進(jìn)行炮點(diǎn)位置校正。PSO反演算法的參數(shù)設(shè)置與上文模型數(shù)據(jù)一致,反演的炮點(diǎn)位置與道頭記錄中原始炮點(diǎn)坐標(biāo)的偏離結(jié)果如圖6所示,可以看出炮點(diǎn)偏離距離的范圍是2~50m,但大部分在15m以?xún)?nèi)。5實(shí)際資料的應(yīng)用由理論模型測(cè)試結(jié)果可知粒子群炮點(diǎn)偏移校正算法能有效地進(jìn)行炮點(diǎn)偏移校正,其算法原理、參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單,易于實(shí)現(xiàn),收斂速度快,可以迅速確定炮點(diǎn)偏離設(shè)計(jì)位置及誤差,給處理人員提供